Лекція 6. Коефіцієнт відповідальності

ЛЕКЦІЯ 6. КОЕФІЦІЄНТ ВІДПОВІДАЛЬНОСТІ

Визначення і нормування коефіцієнта відповідальності

6.1.1. Визначення коефіцієнту відповідальності. Згідно із нормами ДБН України [2], коефіцієнт надійності за відповідальністю (коефіцієнт відповідальності) враховує значущість конструкції чи об’єкту в цілому, а також можливі наслідки відмови. В попередніх нормах СНиП [1] цей коефіцієнт називався «коефіцієнтом надійності за призначенням».

Якщо дещо розгорнути наведене лаконічне визначення, можна відмітити, що коефіцієнт відповідальності призначений для диференціювання рівнів безпеки в залежності від соціального та економічного значення споруди, масштабу наслідків і величини збитків при можливій відмові. Основною задачею, що вирішується за допомогою коефіцієнту , є підвищення економічної ефективності на основі регулювання імовірності відмови шляхом її зниження для споруд, що мають більше значення для суспільства і важкі наслідки відмови, і навпаки, підвищення імовірності відмови для звичайних споруд.

Коефіцієнт відповідальності має форму загального коефіцієнту запасу, на який множаться всі навантаження і який враховується в лівій частині граничної нерівності методу граничних станів. Цей коефіцієнт може також враховуватися в знаменнику правої частини граничної нерівності.

 

6.1.2. Рекомендації СНиП 80-х років. Перші рекомендації щодо нормування коефіцієнту були прийняті у вигляді постанов Держбуду СРСР у 1981-82 рр. і були внесені у вигляді додатку в норми навантажень і впливів [1]. Слід підкреслити, що ці рекомендації були введені вольовим чином, не мали наукового підґрунтя і, очевидно, спиралися на набутий досвід проектування і безвідмовної експлуатації будівель і споруд.

 

Таблиця 6.1.

Коефіцієнти надійності за призначенням [1]

Клас відповідальності будівель і споруд	Перелік будівель і споруд	Коефіцієнт надійності за призначенням
Клас І	Основні будівлі і споруди, що мають особливо важливе народногосподарське та (або) соціальне призначення: головні корпуси ТЕС, АЕС, центральні вузли доменних пічок, димові труби висотою більше 200 м, телевізійні башти, споруди магістральної первинної мережі ЕАСС, резервуари для нафти і нафтопродуктів вмістом більше 10 тис. м^3, криті спортивні споруди з трибунами, будівлі театрів, кінотеатрів, цирків, критих ринків, навчальних установ, дитячих дошкільних установ, лікарень, пологових будинків, музеїв, державних архівів тощо	1,0
Клас ІІ	Будівлі і споруди об’єктів, що мають важливе народногосподарське та (або) соціальне призначення (об’єкти промислового, сільськогосподарського, житлово-цивільного призначення і зв’язку, що не ввійшли в І і ІІІ класи)	0,95
Клас ІІІ	Будівлі і споруди об’єктів, що мають обмежене народногосподарське та (або) соціальне призначення: склади без процесів сортування і пакування для зберігання сільськогосподарської продукції, добрив, хімікатів, вугілля, торфу та ін., теплиці, парники, одноповерхові житлові будинки, опори дротового зв’язку, опори освітлення населених пунктів, огородження, тимчасові будівлі і споруди* і т.п.	0,9
* Для тимчасових будівель і споруд із терміном служби до 5 років допускається приймати

 

6.1.3. Рекомендації норм ДБН В.1.2-14-2009 «Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель, споруд, будівельних конструкцій та основ» [2]. Ці українські норми, в розробці яких приймав участь автор конспекту лекцій, суттєво і глибоко розвинули основні засади методики розрахунку за граничними станами, зокрема щодо коефіцієнту відповідальності.

Значення коефіцієнту надійності за відповідальністю (коефіцієнту відповідальності) γ_n визначаються залежно від класу наслідків (відповідальності) об'єкта і типу розрахункової ситуації згідно з табл. 6.2.

Таблиця 6.2

Таблиця 6.3.

Таблиця 6.4

Односекційний 16 поверховий 96 квартирний будинок в м. Київ.

1. Приймаємо 6-квартирну секцію за формулою квартир поверху 1-1-2-2-3-3.

2. Визначаємо розрахункову кількість мешканців у залежності від площі квартири (за нормою 21 м² на людину плюс 10,5 м² на сім’ю, табл. 6.5).

Таблиця 6.5

Таблиця 6.6

Таблиця 6.7

Рис. 6.1. До оптимізації рівня ризику

 

 

6.3.2. Взаємозв’язок ризиків і коефіцієнтів . Цей взаємозв’язок наочно ілюструє графік рис. 6.2

 

На ньому по осі абсцис відкладається вартість конструкцій будівлі С_к (у.о.), в загальному випадку функціонально зв’язана з параметрами перерізу конструкцій. Тут С_к,н – вартість конструкції, запроектованої за діючими нормами без урахування коефіцієнту (базовий варіант). По осі ординат відкладається значення ризику R (у.о.), причому – ризик втрат при відмові базового варіанту конструкції. Ризик перевитрат проекту, позначений , описується на графіку прямою згідно з рівнянням:

, (6.6)

де k – коефіцієнт пропорційності (поблизу базової точки С_к,н), що дорівнює для сталевих і дерев’яних конструкцій і для залізобетонних конструкцій.

Ризик R₀ втрат від відмови конструкції визначається як

, (6.7)

де – імовірність відмови будівельного об’єкту, які в залежності від вартості конструкції змінюється по криволінійній залежності, подібній інтегральній функції розподілу випадкової величини (рис. 6.2).

Сумарний ризик складається з ризику витрат при відмові конструкцій та ризику перевитрат:

. (6.8)

Крива сумарного ризику має мінімум на рівні , що відповідає значенню оптимальній вартості на осі абсцис. Причому це значення може бути менше, ніж С_к,н (для будівель з обмеженою відповідальністю, для яких ), абобільше С_к,н – для особливо відповідальних будівель (рис. 6.2), для яких .

При визначенні відповідальності будівель враховується параметр економічних втрат (ПЕВ):

, (6.9)

де – збитки від відмови (аварії, руйнування) об'єкту.

Особливо відповідальними об’єктами вважаються будівлі, для яких ПЕВ >100.

Значення коефіцієнту відповідальності пропонується визначати як

. (6.10)

В результаті чисельного моделювання була отримані значення та відповідні співвідношення нормативного і зменшеного оптимізованого ризиків в залежності від ПЕВ (табл. 6.8). Як видно з цієї таблиці, для конструкцій з ПЕВ = 1…10 значення коефіцієнтів γ _n і співвідношення ризиків практично не відрізняються від 1,0. В той же час для особливо відповідальних конструкцій при ПЕВ > 250 і значення оптимального ризику може зменшуватися проти нормативного в 20…50 разів, що повинно вплинути на визначення страхових внесків.

Таблиця 6.8

Порівняльна оцінка коефіцієнтів γ _n конструкцій різної відповідальності [10]

Навантаження представлене в вигляді стаціонарного нормального випадкового процесу	Навантаження представлене в вигляді суми випадкових процесів з розподілом ординати за нормальним (постійне навантаження) і поліномо-експоненційним законом (снігове навантаження для території України)
ПЕВ
ПЕВ
10	1,015	1,052	10	1,049	1,59
50	1,083	2,40	50	1,108	4,70
100	1,11	3,96	100	1,133	8,0
150	1,128	5,40	150	1,153	12,6
250	1,148	8,0	250	1,166	17,0
500	1,176	14,0	500	1,190	30,0
750	1,19	19,5	750	1,20	42,0

 

6.3.3. Залежність коефіцієнту відповідальності від ПЕВ [11]. Г рафік, зображений на рис. 6.2, можна представити у безрозмірних координатах через ПЕВ, поділивши усі грошові значення на нормативну вартість елементу конструкції . Це дало можливість виявити зв'язок між значеннями величини оптимальної надійності і ПЕВ, який для всіх можливих випадків досить добре описується прямою пропорційності у вигляді

, (6.11)

де і параметри прямої, числові значення яких залежать від конкретної розрахункової ситуації;

– імовірність безвідмовної роботи конструкції (в белах).

При цьому найбільший розкид величини не перевищує 0.8 бел (а для переважної більшості менше ніж 0.4 бел). Це створює передумови для того, щоб однозначно визначити тільки через параметр економічних втрат ПЕВ, а числові значення і назначити для найбільш несприятливого випадку в запас надійності. Такими значеннями виступають і , які перетворюють вираз (6.11) до наступного вигляду (рис. 6.3):

. (6.12)

Рис. 6.3. Залежність оптимального показника надійності елементу
від параметру економічних втрат

 

 

Такий підхід відкриває можливість регулювання надійності конструкцій за допомогою коефіцієнту надійності за призначенням , який повинен також бути функцією величини параметру економічних втрат ПЕВ. Ця залежність коефіцієнту від рівня ПЕВ можна представити подібно (6.12) у вигляді прямої (рис. 6.4) з осередненою оцінкою:

. (6.13)

Таким чином, в рамках даного підходу коефіцієнт надійності за призначенням відіграє роль регулятора, який фактичну надійність елементу приводить до оптимальної із соціально-економічних міркувань.

Література

1. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия / ЦИТП Госстроя СССР. – М.: Госстрой СССР, 1985. – 36 с.

2. ДБН В.1.2-14-2009. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель, споруд, будівельних конструкцій та основ. – К.: Мінрегіонбуд, 2009. – 30 с.

3. Постанова Кабінету Міністрів України від 15 лютого 2002 р. № 175 "Про затвердження Методики оцінки збитків від наслідків надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру".

4. Закон України "Про державний бюджет України".

5. Постанова Кабінету Міністрів України від 24 березня 2004 р. № 368 "Про затвердження Порядку класифікації надзвичайних ситуацій техногенного та природного характеру за їх рівнями".

6. Закон України від 08 червня 2000 р. № 1805-III "Про охорону культурної спадщини".

7. Закон України від 20 квітня 2000 р. № 1699 "Про планування і забудову територій".

8. ДСТУ-Н Б.В….:2011. Визначення та використання класу відповідальності об’єктів будівництва. Перша редакція – К.: Мінрегіонбуд, 2011. – 22 с.

9. ДБН В.2.2-13-2003. Спортивні і фізкультурно-оздоровчі споруди / Держбуд України. – К.: Укрархбудінформ, 2004. – 122 с.

10. Онищенко В.О, Онищенко О.Г., Пічугін С.Ф., Стороженко Л.І., Семко О.В., Слюсаренко Ю.С., Ємельянова І.А. Високоефективні технології та комплексні конструкції в промисловому й цивільному будівництві. – Вид. 2-ге, доповнене. – Полтава: ТОВ «АСМІ», 2011. – 520 с.

11. Махінько А.В. Надійність елементів металоконструкцій під дією випадкових змінних навантажень: Автореф.дис…канд.. техн. наук / ПолтНТУ. – Полтава, 2006. – 24 с.

 

 

ЛЕКЦІЯ 6. КОЕФІЦІЄНТ ВІДПОВІДАЛЬНОСТІ