Обследование аварийных зданий и сооружений

20

деформации вызываются неожиданными концентрациями нагрузок,

ползучестью материалов (узлов), неудовлетворительной эксплуатацией зданий,

неправильным выполнением ремонтных работ.

Температурно-влажностные деформации конструкций зданий определяются комплексным воздействием нескольких факторов:

технологическими режимами изготовления и монтажа конструкций, сезонными и суточными колебаниями температуры, конструктивными особенностями стен, условиями и характером увлажнения стен и т.д. При этом происходят:

-изменение линейных размеров конструкций – их удлинение и укорочение (сжатие);

-усадка и набухание материалов конструкций при высыхании и увлажнении;

-изменение структуры материала и его разрушение при замерзании свободной влаги внутри конструкции, сопровождающееся выветриванием.

Материалы, из которых изготавливаются конструкции зданий, со временем стареют и изнашиваются. Изменения эксплуатационных качеств конструкций происходят под воздействием многих физико-механических факторов: неоднородности материалов и повышения напряжения, приводящих к микроразрывам в материале, попеременного увлажнения и высушивания,

периодических замораживаний и оттаиваний, резких перепадов температур,

воздействием солей и кислот, выщелачивания, коррозии металла, загнивания древесины, истирания конструкций и т.п.

Техническое состояние здания, его надежность оценивается по фактическим деформационным характеристикам, в частности, из сравнения их

сдопустимыми значениями.

Втехнической документации определены четыре группы технического состояния зданий и сооружений, в том числе: расчетно-эксплуатационный режим; допустимый эксплуатационный режим; предаварийное состояние;

аварийное состояние.

21

1. Расчетно-эксплуатационный режим – это такое состояние сооружения,

когда все деформационные параметры находятся в зонах проектных значений

допуска.

2.Допустимый эксплуатационный режим – это такое состояние сооружения, когда некоторые деформационные параметры выходят за пределы требований СНиП, но они носят случайных характер. На сооружениях отсутствуют трещины, допускается наличие трещин не деформационного характера.

3.Предаварийное состояние – это когда имеются трещины и разломы явного деформационного характера, когда деформационные параметры выходят за пределы требований СНиП, но при этом не наблюдается уменьшение площадок опирания строительных конструкций более чем на 2 см.

Несущие конструкции сооружения не имеют трещин и разломов.

4. Аварийное состояние – это когда деформационные параметры превышают требования СНиП в несколько раз, когда площадки опирания уменьшаются более чем на 2 см, а несущие конструкции сооружения имеют трещины и разломы.

При анализе технического состояния здания выделяют пространственную и внутреннюю геометрию. Под пространственной геометрией здания понимают параметры взаимного расположения главных осей здания относительно топоцентрической системы координат. Под внутренней геометрией здания понимают параметры взаимного расположения его основных и частных детализирующих строительных осей.

В топоцентрической системе координат за основную координатную плоскость ОХУ принимают плоскость, касательную к уровенной поверхности силы тяжести в данной точке, а за ось Z принимают направление отвесной линии. За начало координат принимают точку земной поверхности,

совпадающей с точкой пересечения главных осей здания.

В пространственной системе координат деформации зданий отображают

22

при помощи следующих характеристик: крена, осадок, углов скручивания,

углов взаимного кручения, углов кручения здания, планового смещения здания.

Во внутренней системе координат, связанной с самим зданием основную координатную плоскость относят к перекрытию цоколя, а оси координат ориентируют параллельно его главным осям. В этой системе координат деформации здания характеризуют:

а)частные крены строительных элементов;

б) уменьшение площадок опирания строительных элементов;

в) скручивание строительных элементов;

г) перекос строительных элементов;

д) условное сжатие строительных элементов;

е) величина раскрытия трещин и разломов;

ж) радиусы кривизны изгибаемого участка;

з) амплитуды.

Между деформационными характеристиками пространственной и внутренней систем координат существует связь: изменение любого параметра внутренней геометрии влечет за собой изменение соответствующего параметра пространственной геометрии. В то же время изменение не каждого параметра пространственной геометрии ведет к изменению внутренней геометрии

(например, равномерная осадка жесткого сооружения может не повлечь за собой изменение параметров внутренней геометрии).

Анализируя процессы перераспределения напряжений, происходящие в здании и его основании при деформации пространственной геометрии,

отметим, что в его основании формируются три зоны (рис. 1.5). При этом перенапряженная зона располагается со стороны крена здания и формируется под воздействием суммарного веса части здания, ограниченного отвесной плоскостью и его габаритной поверхностью. Со стороны, противоположной направлению крена, образуется недогруженная зона, формируемая дифференциально нарастающим весом части здания, ограниченного его

23

габаритной поверхностью и отвесной плоскостью.

Для каждой зоны покажем направление веса, действующего на основание

(для треугольника центр тяжести находится на пересечении медиан, для параллелограмма – на пересечении диагоналей). Как видно из рис. 1.5, зоны 1 и 3 обладают примерно одинаковым весом, но при этом зона 1 опирается

1

2

3

Р1

Р2

Р3

Перенапряженная

зона

Х

недогруженная

зона

Рис.1.5. Схема распределения нагрузок на основание от

накренившегося здания

практически на одну линию, в то время как зона 3 опирается на площадь,

заключенную между габаритной поверхностью здания и отвесной плоскостью.

Поэтому давление на основание для зоны 1 будет равно:

где Pi - вес элементарного сечения здания;

- давление.

Для зоны 2 расчетное давление остается практически без изменения. А

для зоны 3 оно будет равно

24

3

f Pi dP

где S – площадь опирания.

Анализируя график зависимости (рис. 1.5), отметим, что находящиеся в основании со стороны крена здания грунты дополнительно уплотнятся за счет возрастающего давления, являющегося функцией веса части здания,

ограниченной отвесной плоскостью и габаритной поверхностью здания.

Рассматривая процессы, происходящие со строительными конструкциями здания, отметим следующее.

На рис. 1.6 проведем линию, параллельную перекрытию цоколя и проходящую через центр масс. Рассматривая получившиеся фигуры ABCE,

D

Рис. 1.6. Схема распределения нагрузок в накренившемся здании

ECD и D1C1E1, C1F1A1B1, разложим веса этих фигур, образованные в элементарном сечении здания, на составляющие параллельные главным осям здания. Фигуры ABCE и D1C1E1 опираются на равные элементы EC=E1C1, но Рz1>Pz2. Поэтому в зоне ЕС формируются деформации сжатия. Элемент Е1С1

будет недогружен. Это способствует возникновению деформаций растяжения в зоне Е1С1.

25

Кроме того, под длительным действием составляющих Рх1 и Рх2 для пластичных и жестко-пластичных зданий наблюдается деформирование вертикально направленных элементов и дополнительный их наклон в сторону крена. Такого рода деформации здания называются релаксацией. Поэтажная релаксация усугубляет крен. Выявить релаксацию этажей можно путем поэтажного определения кренов здания. Если наблюдается нелинейность в росте крена здания снизу-вверх (иными словами, для верхних этажей относительный крен здания больше чем для нижних), то имеет место релаксация этажей.

2. Обследование аварийных зданий и оценка их технического состояния

2.1. Предварительное обследование зданий

Строительные конструкции обследуемого сооружения в общем случае могут быть подвержены физическим, химическим, биологическим и специальным воздействиям. Очень часто причиной повреждений и аварийных ситуаций является неучет некоторых реальных воздействий на стадии проектирования конструкций или отступление от нормальных условий эксплуатации сооружения. В связи с этим при обследовании обязательным является определение параметров реальных нагрузок и воздействий и сопоставление полученных результатов с данными, указанными в документации.

При выполнении предварительных обследований оцениваются общее техническое состояние объекта. Определяют наличие трещин и разломов.

Определяют уменьшение площадок опирания строительных конструкций.

Взаимные сдвиги строительных конструкций. Перекосы строительных конструкций. При выполнении визуальных обследований используют измерительные приборы типа рулетка, лента, линейка, штангенциркуль,

глубиномер и кроме того в последнее время широко используют фотографирование как оптическое как и цифровое.

Детальный осмотр конструкции следует начинать с наиболее

26

ответственных элементов. Цель осмотра – установление повреждений, а также выявление элементов конструкции, изготовление, монтаж, эксплуатация которых проведены с отклонениями от проекта. Несущие элементы с дефектами условно можно разделить на две группы: элементы, в которых имеют место отклонения, не вызывающие видимых разрушений; элементы с локальными разрушениями. Выявляя в ходе осмотра дефекты первой группы,

особое внимание следует обратить на опорные части и соединения.

В несущих элементах строительных конструкций к наиболее типичным дефектам относятся трещины, которые являются следствием ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации сооружений.

Рассматривая трещины по показателю опасности, можно выделить три группы дефектов-трещин:

1)трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой поверхности;

2)опасные трещины, вызывающие значительное ослабление сечений, к

ним относятся также все нестабилизировавшиеся трещины, развитие которых продолжается с неослабевающей интенсивностью;

3)трещины промежуточной группы, которые ухудшают эксплуатационные свойства, способствуют физическому износу, снижают надежность и долговечность конструкции, однако непосредственной опасности не представляют, так как для разрушения объекта в зоне трещины необходимо дополнительное неблагоприятное стечение обстоятельств.

Возникновение трещин в железобетонной или каменной конструкции определяется локальными перенапряжениями и ослаблениями. К характерным особенностям трещин, которые могут быть выявлены в ходе детального осмотра, относятся: ориентация трещин (продольная, поперечная,

вертикальная, горизонтальная, наклонная); количество трещин и их расположение в дефектной области; ширина раскрытия и зона распространения трещины по длине и толщине элемента.

27

Виды деформаций и трещин:

1. Выгибы и прогибы. Для выгиба характерны трещины, раскрывающиеся сверху. Для прогиба характерны трещины, раскрывающиеся снизу (рис.2.1).

y y

Рис. 2.1. Выгиб и прогиб 2. Скручивание. Для скручивания характерны косые трещины (рис.2.2).

Рис. 2.2. Скручивание

3. Сдвиговые деформации (рис.2.3).

Рис. 2.3. Сдвиговые деформации

28

4. Комбинированные деформации – это определенные сочетания трех первых деформаций (рис.2.4).

Рис. 2.4. Комбинированные деформации

Информация, полученная при осмотре, дополняется результатами инструментальных измерений, по которым уточняется область распространения трещины, оценивается возможность ее дальнейшего развития,

для незастывшей трещины определяются длина и ширина раскрытия как функции времени.

При выполнении визуального обследования составляется схема фасадов сооружения (могут быть использованы фотографии фасадов). На схему фасадов наносятся трещины с сохранением их вида и направления развития. Затем выполняют измерения величины раскрытия трещины. Допускается визуальная оценка величины раскрытия. Измеряется длина трещины и ее максимальное раскрытие. Выполняется мониторинг за развитием трещин, то есть наблюдения за их раскрытием. При слабо развивающихся деформациях устанавливают маяки. Маяк – это устройство, показывающее определять развитие трещин. По развитию трещин судят о динамике протекания деформации. После определения вида и характера трещин данная информация наносится на картограмму амплитуд, по которой определяются допустимые и запредельные деформационные зоны. Этот этап осуществляется на стадии обработки инструментальных исследований. При выполнении предварительных

29

обследований в обязательном порядке измеряются изменения площадок опирания и взаимное положение строительных конструкций. Вся эта информация наносится на схему.

При предварительных обследованиях сооружения формируется представление о его техническом состоянии и представление о необходимом объеме выполнения геодезических исследований. С одной стороны формируется программа геодезических работ, с другой стороны данный материал предназначен для повышения информативности и адекватности результатов геодезических работ.

2.2.Инструментальное обследование

Впроцессе обследования зданий в общем случае инструментально определяют и анализируют его полную геометрию. При определении полной геометрии здания основными задачами геодезических исследований являются:

1.Определение локальных деформаций земной поверхности района размещения здания (сооружения):

а) вертикальных перемещений;

б) горизонтальных перемещений.

2. Определение параметров пространственной геометрии и деформаций внутренней геометрии зданий (сооружений):

а) осадки основания (фундаментов);

б) горизонтальных сдвижек здания;

в) крены и перекосы здания в целом или его отдельных конструктивных элементов;

г) прямолинейность здания по заданным сечениям;

д) скручивание здания в целом или его частей;

е) кручение сооружения в целом или его частей относительно друг друга;

ж) сплошное распределение деформационных характеристик (прогибов,

выгибов, скручивания) по строительным конструкциям сооружения;

з) определение разломов и трещин;