Главная » Литература » Эксплуатация. Ремонт. Реконструкция. Обследования » Калинин - Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений
Калинин - Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений
Калинин А.А.
Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений: Учебное пособие. 2004.
Изложены методики обследования и оценки несущей способности конструкций эксплуатируемых зданий с учетом выявленных дефектов и предложены способы усиления конструкций, повышающие надежность зданий и сооружений. Для студентов строительных специальностей и инженерно-технических работников, занимающихся эксплуатацией и реконструкцией зданий и сооружений.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проблемы повышения долговечности зданий и сооружений в условиях рыночной экономики являются весьма актуальными, поскольку здания изнашиваются быстрее там, еще не выделяются средства на нормальную техническую эксплуатацию, а таких зданий становится все больше и больше как в промышленности, так и в коммунальном хозяйстве.
Необходимость реконструкции зданий требует решения вопросов о надежности существующих конструкций зданий, выявлении в них резервов для увеличения нагрузок или, наоборот, дефектов снижающих вероятность их безаварийной работы. Исходя из .указанных проблем, в нашей работе приведены методики обследования зданий, поверочных расчетов зданий и сооружений с применением современных программных комплексов на ЭВМ. Проведена систематизация основных причин возникновения дефектов, сделана их классификация, уделено внимание диагностике строительных конструкций. Большой раздел посвящен способам усиления конструкций. Студентам 4-го и 5-го курсов специальности «Городское строительство и хозяйство», освоившим дисциплины «Архитектура», «Градостроительство», «Строительные конструкции и основания зданий» и др., необходимо получить дополнительные знания и навыки по профилирующему курсу «Реконструкция зданий и сооружений». Важно их познакомить с трудами российских и зарубежных ученых в этой области строительной науки. Напомним некоторые из работ наших российских ученых. Большой вклад в исследования надежности каркасов промзданий внесли известные в мире ученые Московского государственного строительного университета: Н.С. Стрелецкий, Е.И. Беленя, А.И, Кикин, Ю.И. Кудишин, А.А. Васильев, Б,Н. Кошутин, Б.Ю, Уваров и др. В работах [16, 18] на основе комплексных натурных обследований и экспериментальных исследований обобщен опыт проектирования, усиления и эксплуатации каркасов промзданий с мостовыми кранами. Многое сделано этими учеными по проблемам предварительного напряжения и усиления конструкций.
На книгах по реконструкции зданий В.К. Соколова, В.Н. Кутукова, М.С. Шумилова, А.Л. Шагина и других авторов [19, 35—38, 46] воспитывается не одно поколение студентов специальности «Городское строительство и хозяйство».
Строительные нормы и правила, пособия и рекомендации по проектированию зданий подготовили виднейшие ученые ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, ЦНИИПроектстальконструкции, НИИЖБ и других научно-исследовательских институтов страны [29, 30, 39, 40, 44, 47—63].
В области металлостроительства это — В.А. Балдин, Н.П. Мельников, В.И. Трофимов, А.В. Геммерлинг, В.М. Горпинченко, Н.С, Москалев, В-В, Кузнецов, Ю.Н. Хромец, А.В. Сильвестров, А.М, Каминский и многие другие.
В настоящем пособии в той или иной степени нашли отражение труды вышеназванных ученых и сделаны новые обобщения. Приведены методики с большим количеством примеров, что позволит студентам использовать данное пособие при выполнении курсовых и дипломных проектов, при самостоятельном изучении курса, а также будет полезным в их дальнейшей практической деятельности. Михеева [21], И, С. Реброва [31] и других авторов [5 J О, 19,27,42,43,44].
ВВЕДЕНИЕ
Познакомимся с основными техническими терминами, которые приведены в настоящей работе.
Износ — это уменьшение стоимости и снижение эксплуатационных качеств здания. В зависимости от причин, вызывающих эти потери, износ подразделяют на три типа: физический, моральный и внешний.
Физический износ — это изнашивание, повреждения, дефекты строительных конструкций и материалов от атмосферных воздействий (ветра, воды, температуры, давления), также технологических перегрузок, химических реакций и т. д.
Моральный (функциональный) износ — это функциональное устаревание технологии, оборудования, стесненность и малые размеры помещений (например, кухни, комнат), совмещенность санузлов, отсутствие лифта и мусоропровода, а также несоответствие своему функциональному назначению.
Внешний износ — это только экономическая категория - снижение рыночной стоимости здания, вызываемое изменением внешних условий, независящих от самого объекта. Например, здание оказалось вдали от новой проведенной транспортной магистрали или в зоне какого-то бедствия, что вызвало снижение его стоимости на рынке.
Экономическая жизнь объекта (оптимальная долговечность) - это срок, в течение которого улучшения, ремонты, усиления конструкций или реконструкция повышают стоимость объекта и окупаются в дальнейшем.
Физическая жизнь объекта — период времени до полного его износа, т. е. прекращения его функционирования, так как из-за потери прочностных качеств возможно разрушение объекта и гибель людей.
Действительный возраст — количество лет с момента сдачи объекта в эксплуатацию.
Усиление конструкций — это мероприятия по повышению прочности и жесткостных характеристик конструкций.
Долговечность — время, в течеш1е которого сохраняются эксплуатационные качества здания и сооружения на нормальном уровне, с учетом перерывов на ремонт.
Ремонтопригодность — способность конструкций объекта восстанавливать свои эксплуатационные качества после ремонта.
Коррозия — процесс разрушения материалов под воздействием агрессивной среды. Разрушение всех материалов может быть химическое, электрохимическое, физическое и физико-химическое.
Авария — полное или частичное обрушение (разрушение) всего здания или отдельных его частей, отдельных несущих конструкций, а также деформации вызывающие остановку производства или угрозу жизни людей.
Дефект — отклонение качества, формы и фактических размеров элементов и конструкций от требований нормативных документов или проекта.
Нормальная эксплуатация здания — эксплуатация здания в обычном проек1ном режиме, безопасная для людей, но с учетом проведения ремонтов.
Техническая эксплуатация зданий — комплекс мероприятий по обеспечению opгaнизaцией технического надзора и проведению всех видов ремонта здания.
Техническое состояние конструкций — совокупность свойств (прочность, жесткость, устойчивость, морозостойкость и др.) конструкции, определяющая степень ее работоспособности. Состояние может быть работоспособное, ограниченно работоспособное и аварийное.
Работоспособное состояние — техническое состояние конструкции, при котором она удовлетворяет требованиям эксплуатации и безопасности людей, однако имеет некоторые дефекты.
Ограниченно работоспособное состояние — техническое состояние конструкции, имеющей дефекты и повреждения, при которых ее эксплуатация возможна при определенных ограничениях нагрузок и воздействий, и специальных мероприятиях по обеспечению контроля за ее состоянием.
Неработоспособное (аварийное) состояние техническое состояние конструкции, имеющей дефекты и повреждения, ведущие к значительной потере несущей способности, нарушению правил техники безопасности и невозможности эксплуатации.
Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния конструкций, зданий и сооружений.
Ремонт — комплекс технических мероприятий и работ, направленных на поддержание и восстановление работоспособного состояния зданий, сооружений или их отдельных частей и конструкций.
Технический надзор — комплекс технических мероприятий, включающий систематические осмотры и обследования строительных конструкций с целью своевременного выявления дефектов и повреждений, оценку степени их износа, определение необходимых объемов и видов ремонтных работ.
Обследование конструкций — комплекс работ по сбору, обработке, расчету и анализу данных о техническом состоянии конструкций, реконструкция зданий и сооружений — комплекс строительных работ и организационно-технических мероприятий, связанных с изменением основных технико-экономические показателей объекта (объема и площадей, вместимости, пропускной способности и т.д.), с целью улучшения условии проживания, досуга и работы, качества обслуживания, изменения функционального назначения помещений. Она реализуется в виде перепланировки помещений, надстроек, пристроек, устройства подвалов, антресольных этажей, мансард и т. д.
К реконструкции действующих предприятий относится строительство новых объектов на территории, переустройство существующих объектов с целью повышения производственной мощности предприятия, освоения новых видов продукции, улучшения технико-экономических показателей. Средства на реконструкцию выделяются за счет прибыли предприятия или целевым назначением.
Капитальный ремонт здания — ремонт здания с целью восстановления его ресурса с заменой яри необходимости конструктивных элементов и систем инженерного оборудоваш5я, отработавших свой нормативный срок. Расходы на проведение капремонта включаются в себестоимость продукции или услуг.
1. ОБСЛЕДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
1.1. Цели, стоящие перед обследованием Обследование несущих конструкций зданий и сооружений имеет главную цель — определить действительное техническое состояние конструкций, их способность воспринимать действующие в данный период расчетные нагрузки и обеспечивать нормальную эксплуатацию здания. При обследовании выявляют дефекты конструкций, отступления от проекта и от действующих на данный период норм я технических условии, а также уточняют действительную работу конструкций на реальные эксплуатационные нагрузки.
В результате обследования выявляют также степень физического износа отдельных конструкций, узлов и здания в целом, возможные причины нарушения нормальной эксплуатации или аварии, В задачи обследования могут входить поиски наилучших вариантов усш5ения конструкций и приспособляемости здания под новые нагрузки и условия эксплуатации при предполагаемой реконструкции здания.
Если обследование проводится после аварии, анализируют ее причины, целесообразность и возможность восстановления здания или отдельных его частей. При рыночной оценке стоимости зд?1ния также проводится обследование конструкций и здания в целом, на основании которого можно судить об износе конструкций и снижении первоначальной стоимости здания о будущих затратах на устранение дефектов и расходах на ремонт. Обследование может быть полным или выборочным — наиболее ответственных конструкций, находящихся в неблагоприятных условиях или уже получивших повреждения и вызывающих сомнения в надежности конструкций и безопасности людей,
1.2. Методика обследования конструкций
Обследование строительных конструкций осуществляется на основе задания и включает в себя следующие этапы:
1. Предварительный визуальный осмотр с целью ознакомления с объектом исследования, выявления возможных аварийных участков, а также определения действительного возраста, наличия технической документации, предполагаемых изменений в эксплуатации объекта.
2. Составление программы обследования с обязательными мероприятиями по технике безопасности яри проведении работ.
3. Изучение всей имеющейся по объекту технической документации: рабочих и исполнительных чертежей, актов на. скрытые работы, журналов производства работ, заключений предшествующих обследований, паспортов на оборудование и т, д.
4. Изучение условий эксплуатации технологии производства температурно-влажностного режима, агрессивности среды. Взятие проб воздуха, пыли, воды и т. д. для химического анализа.
5. Геологические и гидрогеологические исследования позволяющие оценить состояние грунтов основания, наличие и агрессивность грунтовых вод. Проводят бурение скважин или отрывают шурфы вблизи стен подвала или фундаментов и проводят лабораторные исследования грунтов.
6. Геодезические работы по определению положения здания и его частей (отметки, крены и т. д.), в том числе и определение размеров труднодоступных частей здания иди сооружения, например: башен, мостов, эстакад и т, д.
7. Обмер конструкций, узлов и элементов с целью проверки соответствия фактических размеров проектным. При отсутствии проектной документации — составление обмерочных чертежей конструкций, узлов, планов, разрезов, фасадов здания или сооружений, фотографирование их.
8. Детальный осмотр элементов объекта с выявлением износа, дефектов, повреждений конструкций составлением дефектных ведомостей. Анализ причин. При этом возможны работы по вскрытию полов, чердачных перекрытий, заделанных в стены опорных узлов балок и т. д.
9. Оценка прочностных свойств материалов, примененных в конструкциях. Включающая отбор образцов (проб) материала, химический анализ, испытания образцов, статистическую обработку данных и выводы о классе бетона, арматуры, марок кирпича и раствора и т. д.
10. Уточнение нагрузок, действующих на конструкции: массы конструкций и оборудования, временных нагрузок, влияние температур, осадков и т.д.
11. Выявление действительной расчетной схемы здания в целом и его отдельных конструкций. Определяют характер закрепления концов стержней, неразрезность, тип опор, возможность совместной, пространственной работы ряда конструкций, пространственной работы здания в целом.
12. Проверочные расчеты конструкций узлов, стыков, соединений с учетом реальных расчетных схем, нагрузок, ослабленных сечений, кривизны элементов и других дефектов конструкций и уточненных расчетных сопротивлений материала конструкций.
13. Испытание конструкций пробной нагрузкой. Проводят редко, только когда неясна работа конструкции из-за недостаточности (неполноты) результатов обследования.
14. Составление заключения о техническом состоянии конструкций или технического паспорта на объект исследования.
15. Разработка рекомендаций по дальнейшей нормальной эксплуатации конструкций и, при необходимости, вариантов усиления конструкций или узлов и здания в целом. Представленная методика обследования зданий и сооружений может быть сокращена или расширена при обследовании конкретных объектов, с учетом поставленных задач, намеченных сроков и возможностей исполнителей и заказчика. Это учитывается ш программе обследования, в которой, кроме указанных этапов, должны быть определены сроки их проведения, конкретные исполнители и др. Необходимо выделить наиболее срочные мероприятия по предотвращению возникновения аварийных ситуаций. Сомнительные, с точки зрения надежности, конструкции должны быть, по возможности, освобождены от временной нагрузки, иногда под них подводят предохранительные леса. Эти участки ограждают и оповещают персонал, чтобы вблизи них не производились работы, которые могут ухудшить состояние конструкций и создать аварийную ситуацию. Параллельно с составлением программы обследования для ее выполнения необходимо подготовить инструменты, приспособления, приборы и обучить персонал для их обслуживания. Нужно согласовать с владельцами объекта сроки проведения обследования. Иногда необходимо на время обследования в производственных зданиях вводить временные ограничения на работы на каких-то участках. Б жилых зданиях во время обследования квартир обязательно присутствие жильцов, которых надо предупредить заранее.
В программе обследования против каждой работы должны быть указаны конкретные исполнители и сроки проведения работ. Программу обследования, составленную исполнителями на основании официального оформленного задания, согласовывает руководитель объекта. Он же, обычно, обязуется оказывать содействие и помощь в проведении обследования и выделяет своего представителя для участия в обследовании и составлении заключения о техническом состоянии объекта.
1.3. Оценка деформаций конструкций и прочности материалов
Перед проведением обследования необходимо подготовить необходимые инструменты, приспособления и приборы. Предварительный осмотр здания осуществляется визуально и с помощью биноклей или других многократно увеличивающих приборов. Также используется фотографирование объекта и его частей. Геодезическая съемка выполняется специалистами с помощью нивелиров, теодолитов, лазерных приборов и т. д. Геологические и гидрогеологические исследования требуют проведения буровых работ или рытья шурфов вблизи стен подвала и фундаментов. Поэтому необходимо специальное оборудование (буровые установки, ломы, лопаты) и соответствующий персонал для выполнения этих работ.
Обмеры здания и дефектов выполняют с помощью измерительных инструментов: рулеток, измерительных лент, линеек, штангенциркулей, микрометров, угломеров, отвесов, уровней, микроскопов, приспособлений для замера трещин, катетов сварных швов и т. д.
Динамические характеристики конструкций определяют с помощью механических приборов, вибромарок, индикаторов часового вида, амплитудомеров, частотомеров, вибрографов и электрических приборов: осциллографов, магнитографов, самопишущих электрических приборов и др.
Для оценки прочностных свойств материала конструкций используют различные неразрушающие и разрушающие методы испытаний. Прочность древесины можно определить прибором Певцова — но отпечатку в древесине от шарика, падающего с высоты 25 см» а также ультразвуковым способом и огнестрельным способом (по глубине проникновения пули в тело древесины).
Для определения прочностных свойств металла применяют пластический способ — отпечаток по Бауману. Применяют и более точные способы: на основе механических испытаний образцов, вырезанных из элементов конструкций я на основе химического анализа стружки металла.
К физическим методам контроля металла и сварных швов относятся: ультразвуковой, магнитографический, электромагнитный, рентгеновский и радиоизотопный.
Прочностные свойства бетона определяют также методами пластических деформаций — вдавливанием шариков в тело бетона с помощью молотков Физделя и Кашкарова, пружинного прибора ПМ, пистолета ЦННИСКа и др. Кроме этого, методами: механическим — на отрыв и скалывание, упругого отскока с помощью склерометра, и физическими — перечисленными выше. Ниже более подробно изложена методика определения прочности бетона.
Прочность кирпичной кладки определяют теми же приборами, что и прочность бетона, а также механическим испытанием вырезанных из кладки образцов кирпичей и раствора на прессах. Для обеспечения безопасного проведения обследования необходимо специальное оснащение (каски, страховочные ремни, лестницы), а иногда и устройство подстраховочных лесов и др. Измерение осадок фундаментов выполняют геометрических нивелированием I класса с точностью ±