Лекция 18 Деформации зданий и сооружений

18.1 Общие сведения о деформациях зданий и сооружений. 18.2 наблюдения за осадками. 18.3 Определение горизонтальных смеще­ний. 18.4 Крены высотных сооружений.

18.1 Деформацией называется изменение формы объекта под воздей­ствием внешних причин. Деформация строительных объектов происходит из-за поведения грунтов под основанием, конструкторских и строительных просчетов, природных условий и деятельности человека.

Давление сооружения на грунты приводит к смещению его в верти­кальной плоскости, которое называется осадкой сооружения. Осадка со­оружения может быть вызвана и другими причинами: карстовыми и оползневыми явлениями, изменением уровня грунтовых вод, строительными работами в непосредственной близости объекта, работой тяжелых механиз­мов, движением транспорта, сейсмическими явлениями и т. п.

Неодинаковое сжатие фунтов под сооружением приводит к неравно­мерной осадке, которая проявляется в прогибе, сдвиге, перекосе конструк­ций, внешне проявляемых в виде трещин.

Некоторые сооружения (плотины) могут испытывать нагрузки в горизонтальной плоскости, которые приводят к горизонтальным сме­щениям.

Высотные сооружения (дымовые трубы, телебашни и т. п.) испытыва­ют кручение и изгиб, вызываемые неравномерным солнечным нагревом или давлением ветра, неравномерной осадкой основания, что выражается в наклоне сооружения, называемым креном.

Определение осадок, смещений и кренов сооружения в большинстве случаев осуществляется геодезическими методами. Для изучения деформа­ций в характерных местах сооружения закладывают специальные знаки. В зависимости от характера деформаций определяют пространственное поло­жение этих знаков. Основой для определения положения знаков служат опорные геодезические пункты, расположенные на устойчивых грунтах, га­рантирующих их неподвижность. Наблюдения за деформациями сооруже­ний выполняют периодически, с заданным¹ интервалом времени (месячным, сезонным, годовым).

Определяемые при наблюдениях величины деформации используются для оценки устойчивости сооружения и принятия своевременных профи­лактических мер, обеспечивающих его безопасную эксплуатацию. В ре­зультате наблюдений могут быть выявлены закономерности, позволяющие прогнозировать процесс деформации.

Для сложных и ответственных сооружений наблюдения начинают од­новременно с проектированием. На строительной площадке создают сис­тему опорных знаков с тем, чтобы заранее определить степень их устойчи­вости. Наблюдения за сооружениями начинают с момента начала их возве­дения и продолжают в течение всего строительного периода. Для крупных сооружений, имеющих уникальную форму или обеспечивающих сложные технологические процессы, наблюдения проводятся и в период их эксплуа­тации периодически для обеспечения безопасности.

В случае возникновения факторов, приводящих к резкому изменению деформаций, выполняют наблюдения по специальной программе, обеспе­чивающей безопасность эксплуатации объекта.

Точность наблюдений характеризуются средними квадратическими ошибками, регламентируемыми специальной инструкцией: 1 мм — для зда­ний и сооружений, построенных на скальных или полускальных грунтах, Змм — зданий и сооружений, построенных на песчаных, глинистых и дру­гих сжимаемых грунтах; 10 мм — для зданий и сооружений, возводимых на насыпных, просадочных и других сильно сжимаемых грунтах; 15мм — для земляных сооружений. На оползневых участках осадки измеряются со средней квадратической ошибкой 30 мм, а горизонтальные смещения — 10мм.

Крены дымовых труб, мачт, высоких башен и т. п. измеряются с точностью, зависящей от высоты Н сооружения и характеризуемой вели­чиной 0,0005Н.

18.2 Наблюдения за осадками сооружений выполняют способами гео­метрического и тригонометрического нивелирования, гидростатического ни­велирования, микронивелирования, а также фото- и стереофотограмметри-ческим способами и др.

Способ геометрического нивелирования является основным при опреде­лении величин осадок. Этому способствует простота и универсальность изме­рений; способ обеспечивает необходимую точность измерений, работу в сложных условиях. Нивелирование для определения осадок выполняют по программам I, II, III классов точности в зависимости от сложности объекта и специфики нивелирования при определении осадок (загруженность пространства оборудованием, вибрация, слабое освещение, короткие расстояния до объектов наблюдения и др.

На объекте закрепляются марки специальной конструкции, называемые осадочными. Места закладки марок выбираются с учетом несущей способ­ности конструкций (рис.2.27).

Рис. 2.27 Размещение марок на фундаментах турбогенераторов тепловой электриче­ской станции

Отметки осадочных марок в цикле нивелировки определяют относи­тельно исходного опорного репера. Для передачи отметки от исходного ре­пера на осадочные марки разрабатывают специальную схему наблюдения.

При высокоточном нивелировании используют тщательно выверенные высокоточные нивелиры типа Н-05, штриховые инварные или специальные малогабаритные рейки. Нивелир устанавливают строго посередине между наблюдаемыми марками, отсчеты берут по основной и дополнительной шкалам реек. Измерения выполняют в прямом и обратном направлениях. Длина визирного луча допускается до 25 м, его высота над поверхностью земли или пола — не менее 0,5 м. Результаты измерений записывают в журнале нивелирования; полученные превышения выписываются так же на схему нивелирных ходов, которые уравниваются по методу наименьших квадратов для получения отметок всех осадочных марок объекта.

Отметки марок заносятся в базу данных определения осадок, для опре­деления осадки здания, вычисления скорости осадки, построения графиков осадок, определения деформаций конструкций. Эти данные дают возможность выполнить анализ результатов, и определить время проведения сле­дующего цикла наблюдений.

Тригонометрическое нивелирование используется для определения оса­док объектов расположенных на существенно разных высотах и в трудно­доступных местах, например, наблюдения за оползнями.

Гидростатическое нивелирование обеспечивает такую же точность, как и геометрическое нивелирование, но применительно к наблюдениям за осадками позволяет создавать стационарные автоматизированные системы с дистанционным съемом информации. Используется в тех случаях, когда необходим постоянный контроль над осадками объектов.

Микронивелирование применяют при наблюдениях за взаимным высот­ным положением близко расположенных на расстоянии 1- 1,5м точек. Такие задачи возникают при изучении осадок и наклонов отдельных конструкций: фундаментов, балок, ферм, технологического оборудования. Измерения выполняют с помощью микронивелира [2].