ОБЩИЕ ВОПРОСЫПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Сроки и основания для проведения обследования технического состояния зданий и сооружений. Срок службы строительных объектов
В настоящее время установлены следующие сроки проведения обследования технического состояния зданий и сооружений [3]:
o первое - не позднее двух лет после ввода объекта в эксплуатацию, последующие - не реже одного раза в 10 лет (не реже одного раза в пять лет при неблагоприятных условиях эксплуатации: агрессивная среда, повышенная влажность, сейсмические воздействия и др.);
o по истечению срока эксплуатации объекта;
o при неудовлетворительном техническом состоянии, в том числе вызванном пожаром, стихийным бедствием и др.;
o по инициативе собственника объекта;
o при изменении назначения объекта;
o по предписанию органов, уполномоченных на ведение государственного строительного надзора.
Таким образом, обследование технического состояния зданий и сооружений может носить плановый характер и определяться установленными сроками проведения обследований. Но такие обследования могут быть также внеплановыми и основаниями для их проведения могут являться следующие причины:
выявленные отступления от проекта по архитектурно-строительному решению, по производству строительных работ и другие отступления, снижающие несущую способность и эксплуатационные качества конструкций;
стихийные бедствия, приводящие, в том числе, к частичному разрушению конструкций зданий и сооружений;
возобновление строительства спустя три года (при консервации объекта) или после перерыва (без консервации), превышающего установленный срок возведения объекта, что связано со снижением несущей способности конструкций из-за несоответствующих проектным условий эксплуатации объекта;
новое строительство вблизи уже возведенных зданий, приводящее к появлению неучтенных при проектировании существующих зданий нагрузок и воздействий и, к соответственному, возможному снижению несущей способности и эксплуатационных качеств конструкций существующих зданий.
Примерные сроки службы (эксплуатации) зданий и сооружений приведены в [5]. Так, здания и сооружения массового строительства жилищно-гражданского и производственного назначения, эксплуатируемые в обычных условиях, имеют примерный срок службы не менее 50 лет. Уникальные здания театров, музеев, а также здания высотой более 75 м, большепролетные сооружения и т.п. должны эксплуатироваться 100 лет и более. Для промышленных зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях сильноагрессивных сред, примерный срок службы должен составлять не менее 25 лет. При проектировании временных сооружений, таких как бытовки, летние павильоны и тому подобные сооружения ориентируются на срок их службы 10 лет.
В [5] здания и сооружения классифицируются по уровню ответственности: уникальные здания и сооружения относятся к особо высокому 1а и высокому 1 уровню ответственности, объекты массового строительства - к нормальному 2 уровню ответственности, временные сооружения ‒ к пониженному 3 уровню ответственности. Уровню ответственности зданий и сооружений ставится в соответствие коэффициент надежности по ответственности gn: уровень ответственности 1а ‒ gn=1,2; уровень ответственности 1 ‒ gn=1,1; уровень ответственности 2‒ gn=1; уровень ответственности 3 ‒ gn=0,8.
Приведенные значения коэффициентов gn являются минимально допустимыми. В задании на проектирование значение коэффициентов gn может быть увеличено.
Коэффициент надежности по ответственности здания вводится ко всем нагрузкам, учитываемым при проектировании зданий и сооружений, и, таким образом, он понижает уровень напряжения в конструкциях, что способствует увеличению долговечности (срока службы) зданий и сооружений.
Следует отметить, что срок службы основных несущих конструкций строительных объектов не должен быть меньше срока службы зданий и сооружений. Так, например, выбор для несущих наружных стен в качестве материала ячеистых блоков класса по прочности на сжатие В3,5 и марки по плотности D500, обладающих небольшой прочностью и хорошими теплозащитными свойствами, и будет определять, скорей всего, срок службы проектируемого здания.
С появлением классификации зданий по уровню ответственности отошло в прошлое распределение зданий по группам капитальности, принадлежность к которым определялась видами конструктивных элементов здания (фундамента, стен, перекрытия, кровли) отдельно для производственных и гражданских зданий [6].
В [7] показано, что возраст жилого здания является лишь одним из факторов, определяющих техническое состояние и срок службы основных несущих конструкций. Если для примера рассмотреть дома дореволюционной постройки, то срок службы таких зданий уже истек или находится на исходе. Между тем, их нынешнее техническое состояние во многом зависит от того, для каких владельцев когда-то строились эти дома, как осуществлялся контроль за качеством применяемых строительных материалов и ходом строительства, как использовались здания после их возведения. Лучшую сохранность из домов дореволюционной постройки имеют бывшие частные особняки и казенные здания.
После ввода объекта в эксплуатацию начинается процесс естественного старения и связанный со старением процесс физического износа здания, который характеризуется определенной динамикой. На рисунке 1.1.1 приведена динамика физического износа строительных объектов [8]. Показано два процесса: естественный износ при отсутствии текущего ремонта и износ объекта при соблюдении правил и сроков технического обслуживания и текущего ремонта. Таким образом, в процессе старения здание или сооружение проходит стадии от малого до полного износа, но динамика старения, как и сроки службы здания при надлежащей его эксплуатации и при отсутствии таковой будут различными. Следует также отметить плавность увеличения износа на начальном этапе эксплуатации здания и стремительность - на завершающем этапе.
|
| Рис.1.1.1. Динамика физического износа строительных объектов: 1 - естественный износ при отсутствии текущего ремонта, 2 - износ объекта при соблюдении правил и сроков технического обслуживания ремонта |
Для организации эксплуатации промышленных и гражданских зданий и сооружений была разработана соответствующая нормативно-техническая литература [9, 10, 11, 12 и др.].
Рациональное управление эксплуатацией зданий и сооружений сегодня связывается с качественной организацией и оптимальным распределением имеющихся материально-технических, финансовых и трудовых ресурсов, необходимых для поддержания зданий в исправном состоянии. Причем экономию ресурсов можно достигнуть при условии перехода от современной практики ремонта (которая заключается в организации ремонта только при обнаружении серьезных дефектов) к культуре ремонта небольших дефектов. Например, несвоевременное восстановление утраченного звена в системе наружного водостока здания способно привести к довольно быстрому разрушению наружной стены здания, восстановительный ремонт которого по затратам несоизмерим с установкой на место утраченного звена водосточной трубы системы наружного водостока здания (рис.1.1.2).
|
| Рис.1.1.2. Разрушение угловой зоны наружной кирпичной стены из-за утраченного звена водосточной трубы системы наружного водостока здания |
Рентабельность дальнейшей эксплуатации, например, жилого здания связано не только с физическим состоянием отдельных конструктивных элементов и здания в целом. Она может определяться экономической и социальной ценностью объекта. Здесь можно выделить следующие моменты [9]:
o стремление к получению более высокой прибыли может привести к сносу старых жилых зданий, находящихся в удовлетворительном состоянии, и строительства на их месте новых с квартирами более высокого качества или, например, торговых (офисных и других) зданий;
o высокие процентные ставки по кредитам заставляют семьи со средним достатком откладывать строительство нового жилья, и тем самым в известной степени способствуют сохранению существующего жилищного фонда, поскольку комфортное проживание в нем требует улучшения условий его содержания и своевременного ремонта;
o спрос на ветхое жилье может быть обеспечен наличием семей с низким достатком, уровень которого недостаточен для переезда в другое жилье.
Таким образом, на износ жилых зданий, а следовательно, на срок их службы оказывает влияние сложный комплекс факторов технического, экономического и социального порядка.
1.2.Категории технического состояния строительных объектов. Влияние дефектов и повреждений на техническое состояние конструктивных элементов
Оценка технического состояния строительных конструкций или объекта в целом производится на основе сопоставления фактических значений количественно оцениваемых признаков, полученных в результате технического обследования строительных объектов, со значениями этих же признаков, установленных нормами на проектирование.
Техническое состояние обследуемых строительных конструкций и объекта в целом может быть отнесено к одной из четырех категорий технического состояния (таб.1.2.1). При этом критерии категорий технического состояния определены нормами [3].
Таблица 1.2.1
| Категории технического состояния строительных конструкций и объекта в целом [3] | ||
| № п/п | Наименование категории технического состояния | Условия отнесения к категории технического состояния |
| Нормативное | Количественные и качественные значения параметров всех критериев оценки технического состояния соответствуют проектным (нормативным) значениям | |
| Работоспособное | Некоторые из числа контролируемых параметров не отвечают нормативным требованиям, но в конкретных условиях эксплуатации не приводят к нарушению работоспособности, несущая способность с учетом выявленных дефектов и повреждений обеспечивается | |
| Ограниченно-работоспособное | Строительные конструкции и объект в целом имеют крены, дефекты и повреждения, приведшие к снижению несущей способности, но отсутствует опасность внезапного разрушения, потери устойчивости или опрокидывания; функционирование конструкций и эксплуатация объекта либо при контроле (мониторинге), либо после восстановления (усиления) конструкций | |
| Аварийное | Строительные конструкции и объект в целом имеют повреждения и деформации, свидетельствующие об утрате несущей способности и (или) об опасности потери устойчивости |
Проектирование строительных, в частности, железобетонных конструкций выполняется в соответствии с указаниями, приведенными в [1]. Прочностные расчеты ведутся по алгоритмам, соответствующим виду напряженного состояния конструкции: изгиб, сжатие, растяжение. Алгоритм прочностных расчетов реализуют путем расчета по предельным состояниям первой группы. Выход за предельное состояние применительно к прочностным расчетам приводит к разрушению конструкции. Однако следует отметить, что при этом запроектированная конструкция находится в нормальном, а не предаварийном состоянии, так как прочностные расчеты проводятся с учетом коэффициентов надежности (запаса).
Коэффициенты надежности при проведении расчетов вводятся:
к прочностным характеристикам материалов: коэффициент надежности по бетону (тяжелому) при сжатии gb=1,3 и при растяжении gbt=1,5; коэффициент надежности по арматуре gs=1,15;
к нагрузкам: коэффициент надежности по ответственности зданий и сооружений gn (определяется заявленным уровнем ответственности, относится ко всем нагрузкам), коэффициент надежности по нагрузке (определяется видом нагрузки), среднее значение gf,сред.=1,15.
Для учета условий работы бетона при проведении расчетов бетонных и железобетонных конструкций применяются коэффициенты gbi, приведенные в таблице 1.2.2.
Таблица 1.2.2
| Коэффициент условий работы бетона - gbi. | |||
| Порядковый номер коэффициента | Учет условий работы бетона | Изменяемые показатели | Значение коэффициентов |
| gb1 | При приложении к бетонным и железобетонным конструкциям нагрузок разной длительности | Rb; Rbt | gb1=1,0 (непродолжительное действие нагрузки) gb1=0,9 (продолжительное действие нагрузки) |
| gb2 | Для бетонных конструкций | Rb | gb2=0,9 |
| gb3 | Для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении при высоте слоя бетонирования свыше 1,5 м | Rb | gb3=0,85 |
| gb4 | Для ячеистых бетонов | Rb | gb4=1,0 (при влажности ячеистого бетона 10% и менее), gb4=0,85 (при влажности ячеистого бетона более 25%); для промежуточной влажности - по интерполяции |
| gb5 | При попеременном замораживании и оттаивании, а также действии отрицательных температур | Rb | gb5£1,0 (gb5=1,0 - для надземных конструкций, эксплуатируемых в условиях атмосферных воздействий при температуре (-40)°C, в других случаях - в зависимости от условий эксплуатации) |
Таким образом, в начале эксплуатации конструктивные элементы, рассчитанные по строительным нормам, имеют определенный конструктивный запас, основанный на учете при проведении прочностных расчетов коэффициентов надежности. Дефекты и повреждения, возникающие в конструктивных элементах при эксплуатации, влияют на надежность конструкций и могут привести к изменению технического состояния конструктивных элементов с нормального на аварийное.
Дефекты и повреждения конструктивных элементов могут возникнуть от силовых воздействий и от воздействия внешней среды.
Для изгибаемого элемента характерно наличие двух усилий - изгибающего момента М и поперечной силы Q (рис 1.2.1). При выполнении прочностных расчетов изгибаемых элементов рассматриваются нормальное и наклонное сечения, в которых соответственно момент и поперечная сила достигают своих максимальных значений. Для балки, приведенной на рисунке 1.2.1, нормальное сечение будет располагаться в середине пролета. Местоположение наклонного сечения - у опор балки.
Целью выполнения прочностных расчетов изгибаемых железобетонных конструкций при проектировании является подбор продольной рабочей арматуры As, которая вместе с бетоном обеспечивает прочность нормального сечения, а также поперечной рабочей арматуры Asw, которая вместе с бетоном обеспечивают прочность наклонного сечения. Расчеты железобетонных конструкций, выполняемые при проведении обследования, носят проверочный характер.
Особенности работы железобетонной балки, свободно опертой и нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, показаны на рисунке 1.2.1. Стадии разрушения балки по нормальному сечению, условия появления и характер развития трещин, а также смещение по высоте сечения нейтральной оси и изменение высоты сжатой зоны бетона в нормальном сечении балки приведены на рисунке 1.2.2.
|
| Рис.1.2.1. Работа железобетонной балки перекрытия под действием равномерно распределенной нагрузки. Расчетная схема, усилия и армирование железобетонной балки |
На начальной стадии нагружения (рис.1.2.2а) деформации в бетоне изгибаемой балки носят упругий характер. Эпюра напряжений в сжатой и растянутой зонах сечения сначала является треугольной. Затем, по мере увеличения нагрузки, в растянутой зоне развиваются пластические деформации. Эпюра растягивающих напряжений становится криволинейной. Трещины в растянутой зоне сечения не будут образовываться, пока растягивающие напряжения в бетоне sbt не достигнут своих максимально допустимых значений, которые зависят от класса бетона.
Для промежуточной стадии нагружения (рис.1.2.2б) характерно появление и развитие трещин в растянутой зоне сечения. При этом в растянутой зоне сечения, в основном, работает арматура (ss - напряжение в растянутой арматуре).
В финальной стадии напряженного состояния (рис.1.2.2в) внешняя нагрузка воспринимается бетоном сжатой зоны и арматурой, установленной в растянутой зоне сечения. Подбор арматуры в изгибаемом элементе производится из условия равенства равнодействующей сжимающих усилий в бетоне и равнодействующей растягивающих усилий в арматуре. Трещины в растянутой зоне достигают нейтральной оси. В бетоне сжатой зоны также появляются трещины, свидетельствующие о разрушении бетона. При установке продольной арматуры с запасом, напряжения в сжатом бетоне sb достигает максимума, в то время как напряжения в растянутой арматуре ss максимальных значений не достигают. В результате такой ситуации напряжения в сжатом бетоне sb продолжают возрастать, что приводит к раздроблению бетона сжатой зоны.
|
| Рис.1.2.2. Стадии напряженного состояния изгибаемой железобетонной балки по нормальному сечению: а - начальная; б - промежуточная; в - финальная |
По-другому разрушается консольная изгибаемая конструкция. Например, разрушение балконной плиты будет происходить по нормальному сечению у опоры, трещины появятся на верхней грани плиты.
На рисунке 1.2.3 показаны армирование и трещины, возникающие при разрушении коротких консолей колонн [13]. Разрушение коротких консолей связано с появлением трещин, вызванных действием момента (рис. 1.2.3б, позиция 1) и поперечной силы (рис. 1.2.3б, позиция 2). Продольная и поперечная арматура консоли (рис. 1.2.3а) препятствуют появлению и развитию трещин поз.1 и трещин поз.2, соответственно.
|
| Рис.1.2.3. Армирование (а) и трещины при разрушении (б) коротких консолей: 1 - трещины, вызванные действием момента, 2 - трещины, вызванные действием поперечной силы. |
Прочностные расчеты центрально сжатых элементов выполняются для определения количества продольной рабочей арматуры Аs,tot, которая вместе с бетоном сечения обеспечивает прочность железобетонного элемента (рис.1.2.4, сечение 1-1). Для предотвращения выпучивания продольной рабочей арматуры устанавливается поперечная конструктивная арматура (хомуты).
На рисунке 1.2.4 приведена схема расположения сборных железобетонных колонн в пределах высоты здания. Стык колонн с ригелем - шарнирный. К нижней колонне при выполнении прочностного расчета прикладываются: нагрузки от покрытия Р1 и двух перекрытий Р2. Учитывается также собственный вес всех колонн. При проведении расчета колонна рассматривается как центрально сжатая. Трещины при разрушении нижней колонны показаны на рисунке 1.2.4, позиция 1. Другой вариант развития трещин при разрушении колонны приведен на рисунке 1.2.4. позиция 2. Продольная сила, сжимающая колонну, приводит к образованию трещин, которые указывают на снижение ее несущей способности.
|
| Рис.1.2.4. Схема расположения, нагрузки, трещины при разрушении (поз.1 и 2) и армирование (сечение 1-1) нижней колонны каркасного здания, выполненного из сборного железобетона |
Для внецентренно сжатого элемента характерно наличие двух усилий - продольной сжимающей силы N и изгибающего момента М.
При действии в поперечном сечении элемента усилий N и М сжатой оказывается только часть сечения колонны (рис.1.2.5, сечение 1-1). В связи с чем, продольная рабочая арматура колонны испытывает как сжатие (As'), так и растяжение (As). При этом As= As', так как для внецентренно сжатых элементов обычно выбирается симметричное армирование. Поперечная арматура в колонне устанавливается конструктивно для предотвращения выпучивания сжатых стержней продольной арматуры. Для внецентренно сжатых колонн назначается прямоугольное сечение, вытянутое в направлении действия момента (h>b). При применении вязаной арматуры и h>500 мм должны устанавливаться дополнительные продольные арматурные стержни.
Картина трещинообразования при разрушении внецентренно сжатой железобетонной колонны в составе монолитной рамы представлена на рисунке 1.2.5 (поз.1 и 2). При приложении и последующем росте нагрузки, со стороны растянутых волокон внецентренно сжатого элемента образуются трещины, которые развиваются и доходят до сжатой зоны сечения элемента. В сжатой зоне сечения появляются трещины (поз.1), имеет также место раздробление бетона (поз.2)
|
| Рис.1.2.5. Армирование (сечение 1-1) и трещины при разрушении (поз. 1 и 2) внецентренно сжатой железобетонной колонны монолитной рамы |
Применение железобетонных конструкций для восприятия только растягивающих усилий ограничено из-за низкой сопротивляемости бетона растяжению, однако растянутые элементы в составе железобетонных конструкций имеют место. Например, нижний пояс стропильной фермы являются центрально растянутым конструктивным элементом фермы.
При работе центрально-растянутого элемента приложенная сила N воспринимается продольной арматурой Аs,tot,, бетон при определении несущей способности конструктивного элемента не учитывается.
На рисунке 1.2.6 приведено армирование (сечение 1-1) и трещины при разрушении центрально растянутого железобетонного элемента
|
| Рис.1.2.6. Армирование (сечение 1-1) и трещины при разрушении центрально растянутого железобетонного элемента |
Железобетон относится к комплексным строительным материалам, и без обеспечения надежной совместной работы арматуры и бетона железобетонные конструкции не могут работать эффективно. На величину сцепления арматуры с бетоном отрицательно влияют загрязнение арматуры, несоблюдение конструктивных требований, в том числе к толщине защитного слоя бетона.
Бетон является неоднородным по структуре строительным материалом, состоящим из гранул пески и щебня, соединенных между собой цементным камнем. Цементный камень характеризуется наличием многочисленных пор, капилляров и микротрещин, образующихся при его твердении. Как правило, к моменту приложения нагрузки бетон имеет развитую систему пор, капилляров и усадочных микротрещин, которая и является отправной точкой в развитии трещин при силовых и несиловых воздействиях на конструктивные элементы зданий и сооружений.
На рисунке 1.2.7 показано разрушение консольной железобетонной плиты козырька над входом в здание, произошедшее в результате воздействия внешней среды.
|
| Рис. 1.2.7. Разрушение консольной железобетонной плиты козырька над входом в здание |
Замерзание и оттаивание воды, скопившейся в порах и трещинах бетона, способствует разрушению плиты. Результатом процессов карбонизации, происходящих при воздействии на бетон плиты дождевой воды, является коррозия арматуры. При этом объем заржавевшей стали увеличивается по сравнению с объемом той же стали, незатронутой коррозией, что вызывает механическое отторжение защитного слоя от поверхности арматуры [14]. Негативное воздействие на балконную плиту также оказывает перепад температур наружного воздуха и нагрев конструкции вследствие интенсивной солнечной радиации.
В соответствии со строительными нормами [15] после изготовления на поверхности сборных железобетонных конструкций допускается наличие ограниченных по ширине (0,1...0,2 мм) технологических трещин, также допускаются раковины, отколы бетона, местные наплывы, но их количество и размеры нормируются для установленных категорий поверхностей (А0...А7).
Следует отметить, что трещины, ограниченные по ширине раскрытия, не оказывают существенного влияния на работу железобетонных конструкций. В таблице 1.2.2 показано, что предельно допустимая ширина раскрытия трещин acrc для железобетонных конструкций составляет 0,1...0,4 мм. Такие трещины являются волосяными и мало различимы при осмотре железобетонных конструкций.
При определении деформаций значения предельно допустимых прогибов железобетонных конструкций fult, в основном назначаются, исходя из эстетико-психологических требований [таб.1.2.3], соблюдение которых обеспечивает благоприятное впечатление от внешнего вида конструкции и отсутствие ощущение опасности, возникающей от видимого прогиба конструкций.
При обследовании конструктивных элементов зданий, находящихся в аварийном состоянии, важно правильно оценить тип разрушения. Он может быть сопряжен с постепенным нарастанием деформаций и перераспределением усилий или может характеризоваться как быстрое (хрупкое) разрушение.
При применении арматурных сталей, имеющих площадку текучести (мягких сталей) - разрушение происходит по первому типу, высокопрочной арматуры - по второму.
Таблица 1.2.2
| Предельно допустимая ширина раскрытия трещин acrc, мм [1] | |||||||
| из условия обеспечения сохранности | из условия ограничения проницаемости конструкций | ||||||
| ненапрягаемой арматуры | напрягаемой арматуры | ||||||
| А240...А600, В500, Вр500 | стержневая А600... А1000, проволочная Вр1200...Вр1400, К1400...К16000 (ds³12 мм) | Вр 1500, К1500, К1600 (ds=6 мм, ds=9 мм) | |||||
| продолжительное раскрытие | непродолжительное раскрытие | продолжительное раскрытие | непродолжительное раскрытие | продолжительное раскрытие | непродолжительное раскрытие | продолжительное раскрытие | непродолжительное раскрытие |
| 0,3 | 0,4 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,3 |
Таблица 1.2.3
| Предельно допустимые вертикальные прогибы железобетонных конструкций fult по эстетико-психологическим требованиям [16] | ||
| Конструкции | Пролет (расстояние между внутренними поверхностями стен или колонн) | Прогиб |
| Элементы перекрытий, покрытий, лестниц, балконов, лоджий; перемычки, стеновые панели над оконными и дверными проемами | l £1 м | l /120 |
| l =3 м | l /150 | |
| l =6 м | l /200 | |
| l =24 м (12 м при Нпомещ.£6 м) | l /250 | |
| l ³36 м (24 м при Нпомещ.£6 м) | l /300 |
Визуальную оценку снижения несущей способности обследуемых железобетонных конструкций можно произвести по виду дефектов и повреждений в соответствии с их классификацией в [3].
Так, волосяные трещины, появившиеся при изготовлении сборных железобетонных конструкций (в основном на наружной поверхности) не влияют на несущую способность конструкции, но могут снизить ее долговечность.
При возведении монолитных железобетонных конструкций в условиях стеснения деформаций (в опалубке) температурно-усадочные усилия могут приводить (непосредственно после снятия опалубки или спустя некоторое время) к появлению трещин силового характера. При ширине раскрытия трещин больше допустимой снижается долговечность, жесткость и прочность монолитных конструкций.
Сколы бетона, возникающие при механических воздействиях на конструктивный элемент, не снижают его несущую способность, если они расположены в растянутой зоне. При расположении сколов в сжатой зоне уменьшается площадь ее сечения и, соответственно, снижается несущая способность конструкции.
Промасливание бетона при технических утечках маслянистых материалов снижает несущую способность конструкции (снижение прочности бетона до 30%).
Определенное снижение несущей способности сборных железобетонных конструкций может также наступить при уменьшении размеров площадок опирания конструкций по сравнению с проектными.
Отслоение защитного слоя бетона из-за коррозии арматуры снижает прочность нормальных сечений конструктивного элемента, а при расположении дефектов на опорном участке переводит состояние конструкции в аварийное.
О снижении несущей способности в связи с перегрузкой конструкций могут свидетельствовать:
o нормальные трещины в изгибаемых конструкциях и в растянутых элементах конструкций, ширина раскрытие которых превышает допустимые значения (см. таб. 1.2.2);
o наклонные трещины, в том числе со смещением участков бетона относительно друг друга, с разрывами или смещениями поперечной арматуры в зоне наклонных трещин;
o вертикальные прогибы железобетонных конструкций, превышающие допустимые (см. таб.1.2.3).
Аварийное состояние сборных железобетонных конструкций может наступить при повреждениях в стыках сборных элементов зданий и сооружений: отрыве анкеров от пластин закладных деталей, деформации соединительных элементов и др.
Свои особенности разрушения имеют каменные и армокаменные конструкции. К каменным конструкциям, прежде всего, относятся вертикальные несущие конструкции зданий: столбы и стены.
Поведение каменных и армокаменных конструкций под нагрузкой определяется многими факторами, и, прежде всего тем обстоятельством, что каменная кладка является неоднородным телом, состоящим из камней (кирпичей) и швов, заполненных раствором. В армокаменных конструкциях неоднородность усиливается наличием арматуры.
Характер разрушения кладки и степень влияния многочисленных факторов на ее прочность объясняются особенностями ее напряженного состояния при сжатии. Разрушение кирпичной кладки при сжатии начинается с появления отдельных вертикальных трещин (см. рис.1.2.8а). Затем при увеличении нагрузки увеличивается длина и ширина раскрытия отдельных трещин (рис. 1.2.8б).
При дальнейшем нагружении кладки количество местных вертикальных трещин увеличивается, они постепенно объединяются и образуют трещины большой протяженности. В результате этого кладка разделяется на отдельные столбики, которые затем разрушаются вследствие возникновения в сечении эксцентриситетов, продольного изгиба и раздробления отдельных кирпичей (рис.1.2.8в).
|
| Рис.1.2.8. Характер развития трещин в сжатой кирпичной кладке [13]: а - малоразвитые трещины, б - увеличивается длина и ширина раскрытия отдельных трещин, в - трещины при разрушении |
Арматурные сетки, размещенные в горизонтальных швах кладки, препятствуют ее поперечному расширению и тем самым значительно увеличивают прочность кирпичной кладки.
На прочность кладки при сжатии влияют прочность камня, размеры камня, правильность формы камня, наличие пустот в пустотелых камнях, прочность раствора, удобоукладываемость раствора, деформативные свойства затвердевшего раствора, качество кладки, система перевязки кладки, степень сцепления раствора с камнем, степень заполнения раствором швов кладки. В таблице 1.2.4 описано влияние перечисленных факторов на прочность кладки.
Таблица 1.2.4
| Факторы | Влияние факторов на прочность кладки |
| Прочность камня | С увеличением прочности камня прочность кладки увеличивается (так, при увеличении прочности кирпича в 2 раза, прочность кирпичной кладки увеличивается в 1.6 раза). |
| Размеры камня | С увеличением размера камня относительная прочность кладки повышается, так как крупные камни лучше сопротивляются силовому воздействию, и количество швов в кладке уменьшается. |
| Форма камня, качество наружной поверхности | Форма камня, качество наружной поверхности оказывают влияние на прочность кладки. Так, прочность кладки, выполненной из камней калиброванных размеров выше прочности кладки, выполненной из камней произвольных размеров. Прочность кладки из силикатного кирпича больше прочности кладки из глиняного кирпича за счет более ровных поверхностей силикатного кирпича |
| Наличие пустот в камне | Наличие пустот в камне, как правило, уменьшает прочность самих камней и в целом - кладки из них. Это объясняется более неравномерным распределением давления в кладке из пустотелых камней, а также сложными условиями работы перегородок между пустотами. |
| Прочность и деформативные свойства затвердевшего раствора | С увеличением прочности раствора прочность кладки сначала быстро возрастает, затем рост прочности замедляется. Чем деформативнее раствор, тем ниже прочность кладки, так как при этом в меньшей степени стеснены поперечные деформации. Надо отметить, что растворы с меньшим объемным весом имеют большую деформативность. |
| Качество кладки и удобоукладываемость раствора | Качество кладки характеризуется равномерностью заполнения швов кладки раствором. Степень заполнения шва зависит от удобоукладываемости (подвижности) применяемого раствора. Добавка в жесткий цементно-песчаный раствор извести, глины или специальных добавок увеличивают его пластичность. |
| Перевязка кладки | Система перевязки кладки (цепная или многорядная) мало влияет на прочность кладки. Однако при выполнении кладки зимой, для зданий, возводимых в сейсмических районах, а также для сильнонагруженных и внецентренно сжатых с большим эксцентриситетом каменных конструкций, рекомендуется применение цепной перевязки кладки. |
| Степень сцепления раствора с камнем | Степень сцепления раствора с камнем мало влияет на прочность при сжатии. Однако она сказывается на заполнении раствором вертикальных швов кладки. Полнота заполнения раствором вертикальных швов определяет эксплуатационные качества прежде всего наружных стен здания. Монолитность кладки важна для сопротивления кладки сейсмическим и динамическим нагрузкам. |
Оценка несущей способности эксплуатируемых армированных и неармированных каменных конструкций производится по результатам обследования. При этом должно быть учтено наличие факторов, снижающих несущую способность конструкций. Такими факторами могут быть: трещины; разрушение поверхностного слоя кладки из-за атмосферных воздействий;
механические повреждения;
наличие эксцентриситетов, вызванных отклонением стен и столбов от вертикали или при их выпучивании из плоскости;
нарушение конструктивных связей между стенами вследствие образования вертикальных трещин в местах сопряжения стен или при разрыве поперечных связей между стенами, колоннами и перекрытиями каркаса;
повреждение опор балок и перемычек;
смещение элементов покрытий и перекрытий на опорах.
В [17] приведены табличные коэффициенты снижения несущей способности каменных конструкций Ктр£1, которые необходимо учитывать при оценке несущей способности конструкций: при наличии трещин; при повреждении кладки опор балок, ферм, перемычек; при повреждении кладки стен и столбов при пожаре.
Снижение долговечности в процессе эксплуатации в большей мере касается наружных стен зданий.
Стены из полнотелого кирпича обычно не требуют специальной дополнительной защиты от атмосферных осадков. Эта функция должна выполняться конструкцией стены, самим сечением стены при достаточ