Обследование аварийных зданий и сооружений

10

элементов здания (ограждающих конструкций) – изолировать пространство здания от внешней среды, разделять это пространство на отдельные помещения и защищать («ограждать») эти помещения и пространство здания в целом от всех видов воздействий не силового характера.

К основным конструктивным элементам здания относятся горизонтальные – перекрытия, покрытия, вертикальные – стены, колонны,

фундаменты. Данные элементы, взятые вместе, составляют единую пространственную систему – несущий остов здания, надежно обеспечивающую восприятие и передачу на основание всех видов нагрузок и механических

(силовых) воздействий, возникающих в процессе эксплуатации здания (рис.

1.2).

Рис. 1.2. Виды наружных стен:

а – несущие; б, в – ненесущие – самонесущие (б) и навесные (в)

Фундаменты – подземные конструктивные элементы зданий,

11

воспринимающие все нагрузки от выше расположенных вертикальных элементов несущего остова и передающие эти нагрузки на основание.

Фундаменты могут выполняться ленточными и столбчатыми, свайными.

Основанием называется грунт, непосредственно воспринимающий нагрузки от фундамента здания. Оно может быть естественным (грунты в природном состоянии) и искусственным (грунты с искусственно измененными свойствами за счет уплотнения, укрепления и т. п.).

По назначению здания подразделяются две группы: гражданские и производственные.

Гражданские предназначаются для проживания и обеспечения бытовых,

общественных и культурных потребностей человека.

Производственные – для обеспечения нормальных условий производственных процессов, для защиты оборудования и работающих на производстве людей от атмосферных воздействий и для обеспечения необходимых комфортных условий работы трудящихся на производстве. К

производственным относятся основные и вспомогательные здания промышленных предприятий различного назначения (таких, как черной и цветной металлургии, машиностроения, химии и т.п.), агроиндустриальные комплексы, сельскохозяйственные здания производственного назначения и т.п.

Гражданские здания, в свою очередь, подразделяются на две подгруппы:

жилые и общественные. К жилым относятся такие, которые предназначены для постоянного проживания: квартирные дома, общежития, интернаты. К

общественным – здания учебно-воспитательных и научных учреждений,

зрелищные, лечебно-профилактические, коммунальные и т.п.

Любое здание должно отвечать следующим требованиям:

функциональной целесообразности; архитектурно-художественной выразительности; целесообразности технических решений; надежности;

санитарно-техническим требованиям с учетом природно-климатических и других местных условий; требованиям техники безопасности и, не в

12

последнюю очередь, требованиям экономичности строительства и т.п.

Надежность – способность зданий и сооружений безотказно выполнять заданные функции в течение всего периода эксплуатации.

Таким образом, техническая возможность использования любого сооружения определяется его надежностью, то есть сохранением эксплуатационных показателей в течение необходимого промежутка времени.

При этом надежность включает в себя долговечность, безотказность и ремонтнопригодность как самого сооружения, так и отдельных его элементов.

Надежность сооружения в целом зависит от надежности составляющих его элементов, которые также рассчитываются по деформациям и прочности.

Любые нарушения целостности конструкций жилых зданий создают дискомфортные условия для проживания в них людей. В процессе эксплуатации здание должно быть всегда надежным. При этом надежность понимается в широком смысле не только как обеспечение необходимой прочности, но и как создание комфортных условий проживания. В сложной технической системе, какой является здание, полностью избежать нарушений конструкций не представляется возможным. Согласно ГОСТ 15467-79*

определены следующие виды дефектов (рис. 1.3).

При создании нового здания в проекте предусматривается определенный теоретический уровень надежности его конструкций и узлов. В зависимости от качества изделий и их монтажа начальная надежность здания несколько меньше теоретической. С первого дня существования здания в отдельных его узлах и конструкциях начинают происходить изменения, выражающиеся в ухудшении различных характеристик и показателей. Эти изменения по значимости и интенсивности различны: одни приводят к ухудшению комфорта помещений, другие – к авариям и разрушениям всего здания; одни можно быстро устранить, другие устранить вообще невозможно; одни протекают в течение времени медленно и непрерывно, другие – случайно, бессистемно. Но все изменения через какой-то промежуток времени приводят к нарушению

14

от внешних возмущающих факторов, а с другой – от его конструктивных особенностей. Эксплуатационный износ при длительной эксплуатации является результатом силовых воздействий на здание и влиянием внешней среды.

Многое зависит от коэффициентов надежности и их достоверности при проектировании. Уточнение этих коэффициентов можно выполнять на основе накопления объективной информации и статистического анализа данных.

При оценке технического состояния здания необходимо рассматривать два вида деформаций: допускаемые и предельные. При допускаемых деформациях здания не возникает необходимости в проведении текущего ремонта и наладочных работ. Предельные деформации являются той границей,

превышение которой приводит к аварийному состоянию здания и полной потери его эксплуатационной надежности.

Вероятнее всего за предельные деформации следует принимать такие,

при которых обеспечивается несущая способность конструкций. Допустимые и предельные деформации как основания, так и здания в целом, характеризуются относительным прогибом или выгибом, относительной неравномерностью осадок, креном, скручиванием и т.д. Значения допустимых деформаций оснований сооружений представлены в прил. 1.

Основными причинами возникновения и развития деформаций на различных этапах строительства и эксплуатации зданий являются:

1.Деформации зданий из-за недостаточной изученности грунтов площадки застройки.

2.Повреждения здания из-за ошибок при проектировании.

3.Разрушения из-за нарушения технологии строительных работ.

4.Коррозийное разрушение конструктивных элементов здания.

5.Изменение гидрогеологических условий района размещения здания.

6.Новое строительство зданий в непосредственной близости от существующего.

15

7.Изменение технических условий эксплуатации здания (например,

вибрационных, нерегулируемое замачивание грунта и т.д.).

8.Оползневые, карстовые и другие природные явления.

9.Природные стихийные бедствия в районе размещения здания

(например, землетрясение, наводнение и т.д.).

10.Размещение зданий на подрабатываемой территории или в районе строительства метрополитена.

Деформации и разрушения здания могут проявляться в виде значительных прогибов (выгибов) и трещин в конструктивных элементах,

развитие которых с течением времени прогрессирует. Для определения причин разрушения и диагностики состояния конструкций обычно выполняют специальное натурное обследование здания. В зависимости от конечной цели восстановления, характера и степени разрушения конструктивных элементов здания выбирают определенную методику обследования, которая отражает конкретную ситуацию и общее состояние обследуемого объекта. Указанная методика включается как самостоятельный раздел в сводную программу обследования деформационных характеристик. Деформационные характеристики, как правило, визуализируются трещинами, закономерно расположенными по торцам и фасадам здания и имеющие соответствующий вид (форму). В отдельных случаях по характеру развития трещин в стенах и фундаменте можно установить место, где находится источник замачивания грунта, и, следовательно, развиваются наибольшие осадочные деформации

(рис. 1.4).

Многолетний опыт показывает, что на начальной стадии освидетельствования здания и экспертной оценки его состояния можно принять за исходные следующие предположения.

Если наибольшее развитие имеют трещины в фундаментной части, при этом трещины, в основном, сосредоточены посередине здания, то вероятнее всего источник замачивания лессовых грунтов расположен именно в зоне,

16

примыкающей к фундаменту. Здание в этом случае как бы провисает и поэтому

такие деформации именуют прогибом.

Рис. 1.4. Основные причины неравномерных осадочных деформаций зданий:

а – неравномерная сжимаемость грунтов оснований; б – нахождение здания на призме обрушения, в – наличие пустот в основаниях; г – расположение части здания на насыпных грунтах; д – жесткие включения под зданиями

В случае расположения источника замачивания в торцах здания наблюдается перемещение вниз этих частей здания и, как следствие,

образование трещин в стенах и фундаменте. Поскольку средняя часть здания проседает меньше, чем торцевая, то здание как бы выгибается и такой вид его деформаций называют выгибом.

При увлажнении грунта основания на большом участке (при источнике замачивания по всей площади) наблюдается проседание торцевого крыла

17

здания и появляется перекос. Трещины в этом случае обычно направлены под углом 45 к вертикали. Перекос здания может наблюдаться в случае, когда фундаменты, имеющие различную глубину заложения подошвы, попадают в отличающиеся по влажности зоны грунтового основания.

При наличии нескольких источников увлажнения, например, у торца и посередине здания, происходит сложная деформация здания, связанная с его кручением. Как правило, стены смещаются от вертикали, трещины на каждой стене не имеют четкого направления. Такой случай является довольно сложным при проведении экспертной оценки состояния деформированного здания, так как трудно выявить местонахождение источника увлажнения.

Если в стенах и фундаментах жесткого по конструктивному решению здания не наблюдается трещин, но дом существенно отклонился от вертикали

(крен), следовательно, имеется одностороннее замачивание грунта или косослойное напластование лессовых просадочных грунтов. В последнем случае даже равномерное замачивание грунта по всей площади может привести к неравномерному появлению осадочных деформаций.

При проявлении неравномерных осадочных деформаций основания во многих случаях наблюдаются значительные перемещения ответственных конструктивных элементов перекрытий, покрытий лестниц. Особенно опасны смещения на опорах несущих плит, балок, прогонов, элементов лестниц (плит и маршей) и др. Уменьшение площади опирания элемента может привести к его обрушению или существенному разрушению находящейся под ним опорной части. Поэтому в первую очередь обследуют те несущие конструктивные элементы, которые предопределяют пространственную прочность и жесткость здания.

Число и характер развития трещин в изгибаемых железобетонных элементах свидетельствуют о качестве сцепления арматуры с бетоном. При хорошем сцеплении в изгибаемых элементах могут наблюдаться в бетоне часто повторяющиеся трещины, а при некачественном – редкие и широкие. В

18

растянутых элементах при сверхнормативных нагрузках появляются поперечные трещины. Трещины, обусловленные усадочными деформациями,

как правило, прямые и имеют небольшую ширину раскрытия (примерно до

0,3 мм).

Определенные особенности развития трещин наблюдаются и в конструкциях из кирпича. Наклонные трещины в кирпичных стенах указывают на неравномерную осадку здания, а вертикальные – на недостаточную несущую способность стен, простенков, или столбов.

Повреждения в конструкциях зданий, вызванные деформациями оснований, наиболее часто проявляются в виде трещин в фундаментах и стенах.

Осадочные деформации бывают следующих видов:

- осадки, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок;

- набухания и усадки, связанные с изменением объема некоторых видов глинистых грунтов;

- оседание земной поверхности, вызванные разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий и другими факторами.

Осадочные повреждения и аварии зданий вызываются, как правило,

неблагоприятными геологическими и гидрогеологическими условиями площадки, которые не были учтены при строительстве здания или которые изменились в процессе эксплуатации. Эти условия могут быть как общими

(зоны просадочных, вечномерзлых заторфованных и других особых видов оснований), так и конкретными условиями площадок (насыпи, бывшие отвалы,

слоистые напластования, подземные колодцы, карсты и т. д.). Неправильное выполнение строительных и особенно земляных работ в зоне эксплуатируемого здания может также вызвать осадочные повреждения и аварии зданий.

Совместная деформация оснований и зданий может характеризоваться:

а) абсолютной полной осадкой;

б) средней осадкой оснований или здания;

19

в) равномерной осадкой оснований или здания;

г) неравномерной осадкой фундамента;

д) уклоном фундамента или креном здания в целом;

е) относительным прогибом (выгибом);

ж) кривизной изгибаемого участка или здания в целом;

з) относительным углом кручения;

и) относительным углом скручивания;

к) горизонтальным перемещением.

Осадочные деформации возникают и наиболее активно развиваются в период строительства и продолжаются в разной степени в период эксплуатации. Осадочные трещины в конструкциях зданий, как правило,

возникают лишь при неравномерных осадках. Причинами этих деформаций могут быть:

-неравномерность удельного давления на грунты оснований под подошвой фундамента;

-неоднородность и разнопрочность грунтов оснований;

-неоднородность сжимаемости из-за различных факторов (наличие жестких включений, карстовых или других пустот, местное замачивание лессовых грунтов или оттаивание вечномерзлых грунтов и т.д.);

-влияние горных выработок (подработок) или отрывки открытых котлованов и траншей вблизи от здания;

-влияние вибрации (например, забивка свай в непосредственной близости от здания).

Конструктивные деформации и повреждения определяются условиями работы элементов зданий под нагрузкой, их напряженно-силовым состоянием.

Они зависят от нагрузок, прочностных и реологических свойств, адекватности фактической схемы работы конструкций расчетной. Конструктивные повреждения проявляются в виде сверхнормативных прогибов и трещин. Они могут быть как общими для здания, так и локальными. Конструктивные