Датчики следят за безопасностью
Мониторинг как залог спокойствия

Повреждения и дефекты в конструкциях зданий, как показывает практика, на 50% и более возникают на стадии строительства, На 20% – на стадии эксплуатации и на 30% – из-за ошибок в геологических исследованиях и проектировании.

Избежать этих проблем поможет проведение мониторинга состояния грунтов, фундаментов, конструкций в процессе строительства и эксплуатации, а также применение систем безопасности.

Что касается высотных зданий, то здесь проблемы безопасности играют решающее значение. Каждое такое здание представляет собой сложную конструктивную систему с большим количеством инженерных коммуникаций. Повышенная этажность зданий и, как следствие, наличие в них значительного количества людей при ограниченных возможностях их эвакуации требуют от проектировщиков решения дополнительных задач. В частности, включения в проект мер по предупреждению, обнаружению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, эвакуации и спасению людей.

Например, в Москве, где сегодня разрабатывается программа строительства 60 многофункциональных и жилых высотных комплексов, на базе Центра новых строительных технологий Москомархитектуры организованы курсы повышения квалификации проектировщиков по обеспечению безопасности высотных зданий. А в московских нормах и правилах высотного строительства (МГСН 4.19-2005) есть специальный раздел «Мероприятия по обеспечению требований безопасности», разработанный учеными Всемирной академии наук комплексной безопасности.

Предупреждая пожары

Петербургские специалисты также нацелены на решение этих вопросов. Как сообщает главный специалист по противопожарным мероприятиям ОАО «ЛЕННИИПРОЕКТ» Людмила Шитова, высотные здания должны размещаться не далее чем за 2 км от ближайшего пожарного депо. Пределы огнестойкости основных несущих элементов здания, а также противопожарных преград повышаются до REI 180, при высоте зданий свыше 100 м – до REI 240.

Высотные здания следует разделять на пожарные отсеки противопожарными преградами по горизонтали и по вертикали. В идеале желательно применение так называемых незадымляемых лестничных клеток типа H1. Определенные ограничения касаются эвакуационного пути с этажа: для жилых зданий это 25 м для нижних этажей и не более 12 – для верхних. В общественных зданиях расстояние по путям эвакуации от дверей помещений до выхода не должно превышать 25 м.

В наружных ограждающих конструкциях здания, а также на кровле следует предусматривать систему закладных элементов для крепления высотного аварийно-спасательного снаряжения и индивидуальных спасательных устройств. При необходимости на кровле может быть размещена площадка для аварийно-спасательной кабины пожарного вертолета.
Должны быть предусмотрены также система обнаружения пожара и оповещения людей, противодымная защита путей эвакуации, резервирование инженерных систем. В высотных зданиях для спасения людей, не успевших его покинуть, в каждом пожарном отсеке предусматриваются, как правило, пожаробезопасные зоны, однако методика расчета их площади, вместимости в настоящее время отсутствует.

Деформационный контроль

Что касается проведения мониторинга, то специалисты считают его обязательным видом контроля при высотном домостроении. В том числе наблюдение за деформационно-напряженным состоянием ответственных конструкций и узлов с использованием различной измерительной техники и систем с целью обнаружения негативных явлений в поведении конструкций еще до начала эксплуатации.

Мировая практика деформационного контроля свидетельствует о необходимости установки на объектах специальных стационарных станций деформационного мониторинга. Они позволяют систематически оперативно контролировать изменения напряженно-деформированного состояния конструкций за счет анализа изменения их динамических характеристик.

Примером применения этого метода контроля в России может служить 56-этажное здание многофункционального административно-делового комплекса «Москва-Сити». Для участка № 10, представляющего собой довольно симметричную относительно вертикальной оси башню, была спроектирована специальная станция с размещением измерительных пунктов через каждые пять этажей, начиная с подземного. Измерительные пункты были расположены в ядре жесткости, на одной вертикальной ости, близкой к оси симметрии.
Станция состоит из устанавливаемых на несущих конструкциях различных этажей высотного здания измерительных пунктов с датчиками для регистрации ускорений колебания конструкций. В состав станции входят также устанавливаемые на несущих конструкциях нижнего подземного этажа здания измерительные пункты с датчиками для регистрации кренов здания, места централизованного сбора информации, системы связи между измерительными пунктами и местом централизованного сбора информации.

Красота форм требует жертв

На уже упоминавшемся объекте – ММДЦ «Москва-Сити» – есть высотные здания не только в виде башен, но и более сложной формы. Например, участок № 14 – это 70-этажное здание трехступенчатой конфигурации по высоте и не симметричное в плане. Для этого участка ГУП «МНИИТЭП» (Москва) разрабатывает более сложную станцию мониторинга.

Как утверждают сотрудники научно-исследовательского института, мониторинг напряженно-деформированного состояния несущих конструкций высоток, имеющих сложную в плане форму (здания, состоящие из нескольких соединенных между собой башен, здания, имеющие П-образную форму, и т. д.), необходимо проводить по более сложным схемам.

Как правило, для таких зданий необходимо проводить регистрацию трехкомпонентных колебаний конструкций по нескольким вертикальным осям на одних и тех же горизонтальных уровнях (этажах). Такая система измерений позволяет строить передаточные функции, на основе которых возможен контроль напряженно-деформированного состояния конструкций между точками измерений не только по высоте здания, но и в поперечных направлениях для контроля напряженно-деформированного состояния связей между основными частями здания.

Пока здание не построено

Требования к мониторингу проектируемых объектов весьма своевременны, при этом они оставляют широкий простор для реализации эффективных систем мониторинга в каждом конкретном случае. Однако они добавляют ряд проблем проектировщикам и строителям, поскольку эти требования сегодня в значительной мере декларативны, не наполнены практическим содержанием, не подкреплены техникой и аппаратурной базой. Как считает директор производственно-научной компании «Геофизические системы контроля информации – GPIKO ltd» Виктор Сухин, строительный комплекс России пока не имеет в своем распоряжении серийного оборудования для реализации этих требований.

Например, дополнительным фактором, влияющим на надежность высотных зданий, является качество инженерных изысканий. К сожалению, материалы инженерно-геологических изысканий, которые ложатся в основу проектирования высотки, не всегда полностью отражают объективную реальность – особенности грунтового массива, принимающего на себя нагрузку от объекта. В этой связи контроль процессов, протекающих в грунтах под зданием (осадок, смещения отдельных частей грунтового основания), приобретает особо важное значение.
Проектирование системы эксплуатационного геотехнического мониторинга высотного здания должно начинаться на самой ранней стадии работы над проектом. Архитектор должен иметь максимально полную информацию о существующих средствах геотехнического мониторинга. Это требование связано с тем, что большинство датчиков контроля нагрузок на грунтовый массив, общих и дифференциальных осадок грунтов, давления на стены инженерной защиты котлована, усилий на анкерных креплениях, контроля гидрогеологической обстановки под объектом и в зоне его влияния возможно установить только на начальном этапе строительства, пока доступно грунтовое основание объекта. Не имеет смысла приступать к проектированию системы мониторинга основания объекта, когда здание построено.

В мировой практике мониторинга используются технические средства нескольких специализированных компаний из США, Канады, Италии и Индии. Это датчики контроля нагрузки на основание объекта, датчики и системы контроля осадок грунтов и сооружений, датчики напряжения в строительных конструкциях, датчики наклона, системы контроля ротации, термометры, измерители трещин, экстенсометры для контроля изменений базовых размеров, маятниковые системы контроля отклонений и смещений и др. Все эти средства призваны повысить качество строительства и безопасность строящихся и эксплуатируемых высотных зданий.

Наталья Соколова