Обследование и испытание конструкций зданий и сооружений

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году



В.М. КАЛИНИН, С.Д. СОКОВА, А.Н. ТОПИЛИН


ОБСЛЕДОВАНИЕ
И ИСПЫТАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

УЧЕБНИК

Допущено Ггосударственным комитетом Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу в качестве учебника для студентов средних специальных учебных заведений, обучающихся по специальности
08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»



znanium.com


Москва ИНФРА-М 2020

УДК 624.07(075.32)
ББК 38.5я723
      К17

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

      Рецензенты:
         Грозав В.И. — зав. кафедрой Московского государственного университета природообустройства, канд. техн. наук, профессор;
         Киреева Э.И. — главный научный сотрудник ЦНИИЭП жилища, канд. техн. наук

      Калинин В.М.
К17 Обследование и испытание конструкций зданий и сооружений : учебник / В.М. Калинин, С.Д. Сокова, А.Н. Топилин. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 336 с. — (Среднее профессиональное образование).

         ISBN 978-5-16-004786-7 (print)
         ISBN 978-5-16-101033-4 (online)

         В учебнике освещены вопросы организации технического обследования основных конструкций зданий и сооружений и их взаимосвязь с обеспечением эксплуатационной надежности. Приводятся методы проведения выборочного обследования зданий, порядок испытаний неразрушающими методами испытаний и нагрузкой. Рассматриваются основные положения, связанные с проведением технической экспертизы при планировании ремонтов.
         Для студентов учебных заведений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 08.02.01 «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений», и инженерно-технических работников жилищно-коммунального комплекса.

УДК 624.07(075.32)
ББК 38.5я723

ISBN 978-5-16-004786-7 (print)         © Калинин В.М., Сокова С.Д.,
ISBN 978-5-16-101033-4 (online)           Топилин А.Н., 2005


Подписано в печать 01.10.2019.
Формат 60^90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. Печать цифровая. Усл. печ. л. 21,00.
ППТ50. Заказ № 00000
ТК 61800-1063706-201204

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1 Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29 E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru


     Отпечатано в типографии ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127214, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29

ПРЕДИСЛОВИЕ




   Надежность, экологическая безопасность и экономическая эффективность — таковы общие требования, предъявляемые к возводимым и эксплуатируемым зданиям и сооружениям. В процессе эксплуатации под воздействием агрессивных факторов внешней среды, особенностей технологических процессов происходит изменение свойств материалов и конструкций, увеличивается риск нарушения их качества и нанесения ущерба окружающей среде. Несвоевременно выявленные и устраненные дефекты элементов зданий нередко перерастают в серьезные нарушения. Их последствия помимо социального и экологического ущерба могут привести к значительным материальным затратам, связанным с восстановлением эксплуатационных свойств конструкций. Поэтому важно правильно и своевременно оценить состояние конструкций и оборудования зданий, выполнить прогноз о возможном развитии дефектов и разработать мероприятия по их стабилизации или устранению.
   Возведение и эксплуатация зданий и сооружений происходит при влиянии множества факторов, которые невозможно предусмотреть при проектировании. Поэтому возникновение и развитие дефектов в конструкциях представляет собой процесс, не поддающийся планированию обычными методами. Для принятия обоснованного решения об условиях, сроках проведения и содержании технической диагностики строительных объектов целесообразно использовать методы, разработанные в теории надежности сложных технических систем.
   В учебнике приведены основные сведения о надежности конструкций зданий в процессе эксплуатации, рассмотрены проблемы и способы их решения при оценке безотказности и долговечности объектов, изменяющих свои свойства под воздействием комплекса случайных внешних факторов.

з

   Любое здание и сооружение состоит из большого числа элементов, которые обладают собственными техническими характеристиками. Установить непосредственный контроль за состоянием каждого из них не только технически невозможно, но и не имеет практического смысла, поскольку объем контролируемой информации будет необозримым. Вместе с тем известны закономерности, позволяющие по определенным признакам оценивать состояние многих элементов одновременно. Освещены методы идентификации и анализа дефектов в основных конструкциях зданий и сооружений, рассмотрены примеры их использования.
   Для объективной оценки работы конструкций, сопоставления нагрузок и несущей способности необходимо определять расчетные схемы и владеть методами расчета конструкций. С этой целью рассматриваются вопросы, связанные с выявлением действительной расчетной схемы обследуемых элементов, фактических нагрузок и воздействий. Приводятся данные о классификации деформаций по степени повреждения основных элементов, а также методики расчета несущей способности и перемещений, выполнения поверочных расчетов конструкций, в том числе имеющих повреждения.
   В книге приведены также основы технической диагностики состояния инженерного оборудования зданий, оценки и анализа температурно-влажностного режима помещений.

   Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам — зав. кафедрой сельскохозяйственного строительства и архитектуры Московского государственного университета природообу-стройства к.т.н., проф. В.И. Грозав и главному научному сотруднику ЦНИИЭП жилища к.т.н. Э.И. Киреевой за рекомендации по улучшению содержания учебника, а также Б.И. Штейману за большую научно-техническую помощь при подготовке и редактировании рукописи.

ВВЕДЕНИЕ


1. Цели и задачи оценки технического состояния здания и сооружений

   Обеспечение требуемого уровня качества среды обитания зависит от своевременного выявления первых признаков ее изменения и выполнения мероприятий, направленных на предупреждение развития процессов, вызывающих ухудшение качества. В связи с этим исследования производственной среды в промышленных зданиях или условий безопасности и комфорта в жилых и общественных зданиях, выявление технического состояния строительных конструкций являются самостоятельным направлением строительной деятельности. Она охватывает комплекс вопросов, связанных с обеспечением эксплуатационной надежности и экологической безопасности зданий, созданием в них нормальных условий труда. Эти исследования являются основой для проведения ремонтно-восстановительных работ и разработки необходимой проектной документации.
   Большинство объектов имеют индивидуальные объемнопланировочные и конструктивные решения, используемые виды материалов конструкций и эксплуатируются в различных условиях. Поэтому при обследовании зданий, как правило, решаются нетиповые задачи. Сейчас разработаны и применяются разнообразные измерительные средства, методы обработки и обобщения результатов. Выполнение обследований проводят специалисты, имеющие разный опыт и собственные субъективные суждения о тех или иных явлениях. Перечисленные факторы значительно осложняют выработку единого методического системного подхода к проведению обследований и требуют в каждом конкретном случае разработки индивидуальных программ, методик и приемов их реализации.


5

   Общей целью обследования объектов являются выявление степени физического износа, технического состояния строительных конструкций, причин, обуславливающих их состояние, фактической работоспособности конструкций и разработка мероприятий по обеспечению надлежащих эксплуатационных качеств.
   Техническая диагностика проводится в процессе обследования строительных конструкций зданий и сооружений и представляет собой комплекс мероприятий, позволяющих объективно оценивать техническое состояние конструкций, их пригодность к дальнейшей эксплуатации, выявлять имеющиеся дефекты, повреждения и обоснованно указать на причины их возникновения. Техническая диагностика осуществляется с использованием неразрушающих и разрушающих методов испытаний. Она является составным элементом обследования, но по своей методологии, аппаратурномуобеспечению и средствам обработки фиксируемой информации представляет самостоятельное направление исследований. Цель этого направления — получение фактических характеристик зданий, сооружений и строительных конструкций.
   В строительной механике используются методы расчета, основанные на идеализированных расчетных схемах, но любая из них основывается на фактической информации, полученной при натурных испытаниях. Таким образом, главная цель испытаний — идентификация расчетных моделей с помощью данных, выявленных при этих испытаниях.
   При обследовании, как правило, выполняют:
•  анализ имеющейся проектной документации;
•  сопоставление проектного решения и фактического исполнения конструкций;
•  уточнение нагрузок и воздействий с выявлением фактической схемы работы отдельных несущих элементов и здания в целом;
•  определение физико-механических характеристик материалов конструкций;
•  экспертная или расчетно-аналитическая оценка несущей способности конструкций;
•  анализ степени износа и оценка пригодности здания к дальнейшей эксплуатации.
   Техническое обследование зданий и сооружений проводится в связи с обнаружением дефектов строительных конструкций,

6

предполагаемым капитальным ремонтом или реконструкцией, после аварий зданий, при возобновлении строительства после длительного перерыва в строительно-монтажных работах. Основанием к проведению технического обследования служит техническое задание, в котором указываются цели и задачи обследования, существующие нагрузки, предполагаемые полезные нагрузки и новые условия эксплуатации. Итогом проведения технического обследования является заключение, в котором дается общая оценка эксплуатационного состояния объекта, указываются все выявленные дефекты и причины их возникновения, приводятся рекомендации по дальнейшей эксплуатации или усилению конструкций здания.
   В зависимости от стоящих задач на практике используются три основных вида обследования зданий и сооружений: паспортизация, предварительное обследование и детальное обследование.
   При назначении того или иного вида обследования следует исходить не только из целей и задач, но и учитывать возможности использования имеющихся в распоряжении исполнителя средств и методов.
   Паспортизация — это составление характеристик здания путем формулирования ответов на вопросы паспортной карты с использованием в основном исходных документов и данных, полученных при проведении периодических осмотров зданий. Паспортизация является наиболее общим видом обследования для зданий и сооружений, при котором детальное обследование может не проводиться.
   Паспорт составляется также при проектировании зданий, разработке проектов реконструкции или при изменении назначения зданий, а также при изменении условий эксплуатации.
   Итогом паспортизации является заполненная паспортная карта с выводом о фактическом состоянии здания и рекомендациями по его дальнейшему использованию.
   На практике в большинстве случаев для выявления и идентификации различных нарушений среды обитания проводится предварительное обследование (визуальное освидетельствование), представляющее собой осмотр здания и его отдельных конструкций с применением простейших средств и методов. На стадии предварительного обследования определяют общее состояние строительных конструкций и микроклимата помещений, выявляют видимые дефекты, производят обмеры, зарисовки и фото

7

графирование. Полученные результаты подвергаются экспертным оценкам, а в некоторых случаях могут быть выполнены поверочные расчеты. Итоговым документом предварительного обследования является экспертное техническое заключение, на основании которого определяется состав намечаемых ремонтных работ. В случае необходимости выполняется сбор исходных данных для составления технического задания на детальное инструментальное обследование, определения стоимости намечаемых работ и заключения договора с заказчиком.
   Детальное обследование предполагает использование средств и методов контроля, требующих специальных знаний и соответствующей квалификации персонала. Детальное инструментальное обследование включает в себя комплекс работ, связанных с выявлением: а) факторов, формирующих комфортность среды обитания (микроклимат помещений и т.д.) и их количественные показатели; сравнением фактических показателей их с нормативными требованиями; б) технического состояния несущих и ограждающих конструкций, включая прочностные и теплотехнические характеристики; техническим заключением о пригодности их к дальнейшей эксплуатации и их соответствия современным нормативным требованиям. Приводится анализ причин возникновения дефектов и повреждений и рекомендации по дальнейшей эксплуатации, ремонту и реконструкции. При детальном обследовании, как правило, используются методы и средства технической диагностики.



2. Аварии строительных объектов, причины возникновения и способы предупреждения

   Несмотря на то, что при проектировании и возведении зданий и сооружений используются научные достижения, современные материалы, конструкции и технологии, обеспечивающие высокий уровень безопасности, и в современных условиях возможно возникновение аварий.
   Авария — это частичное или полное разрушение конструкций, причиняющее большие материальные потери, а иногда приводящее к человеческим жертвам.
   В подавляющем большинстве случаев аварии происходят не внезапно, а по мере развития и накопления нарушений в кон

8

струкциях. Почти всегда предвестником аварии являются какие-либо признаки, внешне проявляемые на конструкциях, находящихся под угрозой обрушения. Как правило, это различного рода трещины, деформации, зыбкость конструкций, т.е. явления, которые можно обнаружить визуально. Развитие нарушений конструкций может происходить с разной скоростью. С момента появления первых признаков дефектов до разрушения конструкции проходит определенное время, в течение которого можно оценить ситуацию и предпринять действия по предупреждению аварии. Для этого необходимо уметь правильно оценивать начальные признаки возникновения дефектов и диагностировать возможность и быстроту их дальнейшего развития.
   Для того чтобы избежать ошибок, приводящих к авариям зданий, целесообразно ознакомиться с имеющимся опытом.

Кирпичные и крупнопанельные здания

   В феврале 1979 г. произошло полное обрушение 15-этажного крупнопанельного жилого дома серии ЛГ-600 в г. Ленинграде. Несущими элементами дома являлись внутренние поперечные стены с шагом 3,2 м. Стены толщиной 14 см были выполнены из тяжелого бетона класса В15. Наружные стены — навесные из газобетона класса В5, передающие нагрузку на консоли перекрытий. По проекту вкладыши-простенки через слой раствора опирались на газобетонную несущую панель, а вверху отделялись от панели мастикой УМС-50 гернитовыми прокладками и антисептированной паклей. При строительстве вместо герни-товых прокладок был уложен раствор, и газобетонные панели из навесных превратились в несущие. Монтаж дома проводился в январе — феврале 1979 г. В течение этого периода постоянно сохранялась отрицательная температура. 26 февраля температура повысилась, стал оттаивать раствор в швах и стыках, начал растрескиваться бетон. На другой день треск усилился, лопались консоли перекрытий. Вечером произошло обрушение дома.
   Соседний такой же дом был полностью разобран. При монтаже в нем также была нарушена конструктивная схема — наружные стены из навесных стали несущими.
   21 февраля 1980 г. произошло обрушение двух блок-секций 9-этажного крупнопанельного дома серии 78-03 в пос. Вьюжном Мурманской области. Разрушился средний блок на всю высоту

9

и по всей ширине 12 и длине 42 м. Несущими являлись поперечные стены с шагом 3 и 6 м, толщиной 16 и 20 см. Самонесущие наружные стены .толщиной 35 см запроектированы из бетона класса В 3,5. Перекрытия выполнены из многопустотных преднапряженных плит толщиной 22 см, пролетом 3и6м. Фундаменты ленточные из сборных блоков устроены на скальном основании. По условиям рельефа был запроектирован дополнительный цокольный этаж. На уровне второго этажа наружная стеновая панель заменена кирпичной кладкой. В период строительства температура была отрицательной. 19 февраля началось потепление, а 20 февраля температура наружного воздуха составила +4°С. 20 февраля из дома был слышен сильный треск, наблюдалось выпадение кусков бетона и раствора из швов панелей и кирпичной кладки. Вначале выпали участки кирпичной кладки, заменявшей бетонную наружнюю панель, затем панели наружных стен.
   Основной причиной аварии явилась потеря несущей способности кирпичной кладки под несущими поперечными стенами. Раствор кладки использовался частично без противоморозной добавки. Отмечен ряд нарушений технологии монтажа — бетонирование стыков велось без виброуплотнителя, не применялась очистка деталей от льда и снега, монтаж выполняли рабочие низкой квалификации.

Каркасные и каркасно-панельные здания

   В 1978 г. в Ленинграде произошло обрушение 5-этажного административного здания с неполным железобетонным каркасом и наружными несущими кирпичными стенами. Монтаж конструкций проводился при сильных морозах. Основной причиной аварии явились дефекты при монтаже колонн: стыковую сварку выполняли не ванным способом, как предусмотрено проектом, а вручную; в местах стыка образовалась наледь, после оттаивания которой имелись зазоры; арматура в стыках деформирована. При оттаивании бетона нагрузка стала передаваться не с колонны на колонну, а через дефектные арматурные стыки.
   В 1960 г. обрушился железобетонный каркас здания склада редакции газеты «Правда». Сопряжение колонн по высоте, панелей с колоннами, плит покрытий с ригелем предусматрива

10