Инженерно-техническое обследование зданий и сооружений при реконструкции и реставрации

УДК 624.074
ББК 38.6-7
          И62

Авторы:
А.С. Перунов, В.А. Ермаков, Д.Е. Капустин, Т.В. Потапова, Л.З. Зейд Килани

Рецензенты: 
кандидат технических наук М.В. Арискин,  
главный инженер проекта ООО Научно-производственного центра «Цера» (г. Пенза);
кандидат технических наук, доцент А.В. Грановский,  
доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций НИУ МГСУ

 

Корольченко, Д А.

И62  
Инженерно-техническое обследование зданий и сооружений при реконструкции и реставрации [Электронный ресурс] : учебно-методическое пособие / [А.С. Перунов и др.] ; 
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Национальный 
исследовательский Московский государственный строительный университет, образовательный сектор с учебной лабораторией НОЦ «Испытания сооружений». — Электрон. дан. и прогр. (6,1 Мб). — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2021. — Режим 
доступа : http://lib.mgsu.ru/ — Загл. с титул. экрана. 

ISBN 978-5-7264-2825-3 (сетевое) 
ISBN 978-5-7264-2826-0 (локальное)

В учебно-методическом пособии даны сведения об экспериментальных методах оценки напряженно-деформированного состояния элементов строительных конструкций и сооружений, а также о применении неразрушающих методов контроля качества строительных конструкций. Для каждого практического задания приведены краткие сведения о 
применяемых приборах и устройствах, указан порядок выполнения работы и обработки 
результатов измерений, сформулированы контрольные вопросы. Изложены материалы, 
необходимые для выполнения курсовой работы.
Для обучающихся по направлению подготовки 07.03.02 Реконструкция и реставрация архитектурного наследия всех форм обучения.

Учебное электронное издание

 
©  ФГБОУ ВО «НИУ МГСУ», 2021

Редактор Л.В. Себова
Корректор В.К. Чупрова
Компьютерная правка, верстка О.Г. Горюновой
Дизайн первого титульного экрана Д.Л. Разумного

Для создания электронного издания использовано:
Microsoft Word 2010, Adobe InDesign CS5.5, ПО Adobe Acrobat

Подписано к использованию 23.01.2021. Объем данных 6,1 Мб.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования 
«Национальный исследовательский 
Московский государственный строительный университет».
129337, Москва, Ярославское ш., 26.

Издательство МИСИ – МГСУ. 
Тел.: (495) 287-49-14, вн. 14-23, (499) 183-91-90, (499) 183-97-95.
E-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ .........................................................................................................................................................5

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА И КИРПИЧА  
РАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ .............................................................................................................6

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ...................................................................13
2.1. Определение марки раствора по прочности на сжатие .......................................................................13
2.2. Определение водопоглощения раствора ..............................................................................................15

3. МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ  
ПРОЧНОСТИ БЕТОНА В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ .......................................17
3.1. Методы локальных разрушений ...........................................................................................................17
3.2. Метод упругого отскока ........................................................................................................................18
3.3. Метод ударного импульса .....................................................................................................................18

4. МЕХАНИЧЕСКИЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ  
ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛИ В КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ .................................23

5. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ  
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОБРАЗЦАХ, КОНСТРУКЦИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ ..............27
5.1. Определение динамического модуля упругости материалов ..............................................................28
5.2. Определение прочности бетона на сжатие ...........................................................................................29
5.3. Определение наличия, места расположения и величины дефектов в конструкциях .........................29

6. УСТАНОВЛЕНИЕ ГРАДУИРОВОЧНОЙ ЗАВИСИМОСТИ  
«КОСВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА – ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА»  
НА ПРИМЕРЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДА .......................................................................................32

7. ИНЖЕНЕРНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СООРУЖЕНИЯ  
НА ПРИМЕРЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ БАЛКИ .........................................................................................38

8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ДЕФЕКТОСКОПИЯ БЕТОННЫХ  
И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ТОМОГРАФА......43

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ СЖАТИИ ВДОЛЬ ВОЛОКОН ..........................47

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ ...............................51

11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОГО ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ  
ПРИ МЕСТНОМ СМЯТИИ ПОПЕРЕК ВОЛОКОН ...............................................................................55

12. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ  
ПРИ ДЕЙСТВИИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ .....................................................................................59

13. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ, ВОДОПОГЛОЩЕНИЯ И ПОРИСТОСТИ  
БЕТОННОГО ОБРАЗЦА .............................................................................................................................64

14. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОСТИ БЕТОНА ....................................................................68

15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ БЕТОННОГО ОБРАЗЦА НЕПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ.....................72

16. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ......................................................................................78

17. КУРСОВАЯ РАБОТА ..................................................................................................................................80

Библиографический список .............................................................................................................................94

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящего учебно-методического пособия является формирование компетенций обучающегося при выполнении инженерно-технических обследований зданий и 
сооружений, подлежащих реконструкции или реставрации.
Для каждой из практических работ приведены краткие теоретические сведения по 
рассматриваемой тематике и показано решение некоторых практических задач, возникающих при проведении обследования.
Учебно-методическое пособие содержит указания к выполнению курсовой работы 
по дисциплине «Инженерно-техническое обследование зданий и сооружений при реконструкции и реставрации» с описанием структуры и примером расчета усиления.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БЕТОНА  
И КИРПИЧА РАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ

Определить прочностные характеристики материалов (например марку кирпича по 
прочности при сжатии и изгибе) можно при испытаниях до разрушения образцов материала на разрывных машинах или прессах. Данные методы являются наиболее точными и 
достоверными. Вместе с тем они дорогостоящи и нарушают целостность конструкций. 
Определить прочностные характеристики материалов можно также неразрушающими методами.
Прочность бетона на сжатие является одним из наиболее часто определяемых параметров при обследовании зданий и сооружений. Согласно ГОСТ 18105–2018 [32] осуществить контроль прочности бетона разрушающим методом можно при испытании на прессе специально изготовленных контрольных образцов бетона или образцов, отобранных из 
конструкций. Определение прочности по контрольным образцам регламентируется ГОСТ 
10180–2012 [3]. Согласно указанному стандарту определение прочности бетона состоит в 
измерении минимальных усилий, разрушающих специально изготовленные контрольные 
образцы бетона при их статическом нагружении с постоянной скоростью нарастания нагрузки, и последующем вычислении напряжений при этих усилиях (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема испытания бетона на сжатие: 
Fсж — сжимающая нагрузка; a, b — размеры поперечного сечения

В качестве контрольных можно использовать образцы-кубы с длиной ребра 70, 100, 

150, 200, 250, 300 мм или цилиндры аналогичных диаметров с высотой h > d. За базовый 
образец принимают куб размером 150×150×150 мм. 

В соответствии с табл. 8 ГОСТ 530–2012 при определении марки кирпича испытываются 10 образцов на сжатие и пять образцов на изгиб.
Перед испытанием образцы подвергают визуальному осмотру, устанавливая наличие 

дефектов. Образцы, имеющие трещины, сколы ребер глубиной более 10 мм, раковины диаметром более 10 мм и глубиной более 5 мм, а также следы расслоения и недоуплотнения 
бетонной смеси, испытанию не подлежат. При наличии дефектов фиксируют схему их расположения. На образцах выбирают и отмечают опорные грани, к которым должны быть 
приложены усилия в процессе нагружения. Опорные грани отформованных образцов-кубов, предназначенных для испытания на сжатие, выбирают так, чтобы сжимающая сила 
при испытании была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси в формы. 
Измеряют линейные размеры образцов с погрешностью не более 1 %. Результаты осмотра 
и измерений записывают в журнал испытаний.

Нагружение образцов проводят непрерывно с постоянной скоростью нарастания нагрузки до его разрушения. При этом время нагружения образца до его разрушения должно быть не менее 30 с. Максимальное усилие, достигнутое в процессе испытания, принимают за разрушающую нагрузку. Разрушенный образец подвергают визуальному осмотру. 
При наличии внутри образца раковин и каверн или комков глины, следов расслоения результаты испытаний не учитываются. Также результат не учитывают в случае разрушения 
одного из образцов, приведенных на рис. 1.2. Удовлетворительные разрушения образцов 
показаны на рис. 1.3.

Рис. 1.2. Неудовлетворительные разрушения образцов кубов: 
1–9 — номера образцов

Рис. 1.3. Удовлетворительные разрушения образцов кубов

Прочность бетона на сжатие определяют по формуле

 

,
F
R
A
= α
 
(1.1)

где F — разрушающая нагрузка, Н;

A — площадь рабочего сечения образца, мм2;
a — масштабный коэффициент согласно ГОСТ 12730.0–78 [25].
При обследовании каменных зданий и сооружений определяют прочностные характеристики материалов, из которых они возведены. Марку кирпича по прочности устанав

ливают по значениям пределов прочности при сжатии и изгибе по ГОСТ 530–2012 [35]. 
Испытания на сжатие и изгиб проводят в соответствии ГОСТ 8462–85 [36].
Предел прочности при сжатии кирпича определяют на образцах, состоящих из двух 
целых кирпичей или из двух его половинок. Кирпич делят на половинки распиливанием 
или раскалыванием. Допускается определять предел прочности при сжатии на половинках кирпича, полученных после испытания его на изгиб. Кирпичи или его половинки укладывают постелями друг на друга. Половинки размещают поверхностями раздела в противоположные стороны. Соединяют части образца и выравнивают их опорные поверхности 
цементным раствором. Допускается также выравнивать поверхности шлифованием, гипсовым раствором или применяя прокладки из технического войлока, резинотканевых пластин, картона и других материалов. Следует отметить, что при использовании любых прокладочных материалов при испытании кирпича на сжатие необходимо знать переходные 
коэффициенты, получаемые в результате контрольных испытаний на растворе и на используемом прокладочном материале.
Перед началом испытания образцы измеряют с погрешностью до 1 мм. Каждый линейный размер образца вычисляют как среднее арифметическое значение результатов измерений двух средних линий противолежащих поверхностей образца.
При испытании образцов на сжатие на боковые поверхности образца наносят вертикальные осевые линии. Образец устанавливают в центре плиты пресса, совмещая геометрические оси образца и плиты, и прижимают верхней плитой пресса. Нагрузка на образец должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его 
разрушение через 20–60 с после начала испытания (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема испытания кирпича на сжатие: 
Fсж — сжимающая нагрузка; a, b — размеры  
поперечного сечения; 1 — кирпич; 2 — цементно
песчаный раствор

Рис. 1.5. Схема испытания кирпича на изгиб: 
Fизг — изгибающая нагрузка; b, h — размеры  
поперечного сечения

При испытании образцов на изгиб образец устанавливают на двух опорах пресса. Нагрузку прикладывают в середине пролета и равномерно распределяют по ширине образца. Нагрузка на образец должна возрастать непрерывно со скоростью, обеспечивающей 
его разрушение через 20–60 с после начала испытаний (рис. 1.5).
Предел прочности при сжатии Rсж вычисляется с точностью до 0,1 МПа по формуле

 

сж
сж
,
F
R
A
=
 
(1.2)

где Fсж — разрушающая нагрузка;
A — площадь рабочего сечения образца, A = a · b.

Предел прочности при изгибе Rизг вычисляется с точностью до 0,1 МПа по формуле

 

изг
изг
2
3
,
2
F
l
R
bh
=
 
(1.3)

где Fизг — разрушающая нагрузка при изгибе, кН;

l — расстояние между осями опор, l = 20 см;
b — ширина образца, см;
h — высота образца посередине пролета без выравнивающего слоя, см.

Результаты испытаний прочности обрабатываются статистически.
При этом определяется среднее значение прочности кирпича при изгибе (сжатии):

 

1
.

n
i
i R
R
n

=
= ∑
 
(1.4)

Затем вычисляется среднеквадратическое отклонение прочности кирпича:

 

(
)
2

1
.
1

n
i
i
R
R
S
n

=
−
=
−
∑
 
(1.5)

Для отбраковки аномальных результатов измерений рассчитывается критерий отбраковки Ti, предельное значение которого (Tk, табл. 1.1) зависит от количества образцов.

Таблица 1.1
Значения контрольной величины

Количество результатов испытаний
3
4
5
6
7
8

Tk
1,74
1,94
2,08
2,18
2,27
2,33

Критерий отбраковки определяется по формуле

 

(
)
max

.
i
i
R
R
T
S

−
=
 
(1.6)

Если Ti < Tk — производится отбраковка данного результата.
Далее определяется коэффициент вариации прочности бетона по формуле

 

.
S
R
ν =
 
(1.7)

Фактический класс бетона находим по формуле

 
B* = R(1 – 1,64n), 
(1.8)

где 1,64 — коэффициент Стьюдента.

Класс бетона  определяется по СП 63.13330.2018 [42] как ближайший меньший, в запас прочности.
Задача 1.1. Определить прочность бетона образцов на сжатие путем их испытания 
статическим нагружением прессом по ГОСТ 10180–2012 [3].
При испытаниях бетонных кубиков размером 100×100 мм на сжатие были получены 
следующее результаты (табл. 1.2).

Таблица 1.2
Результаты испытаний образцов бетона на сжатие

№ образца
Разрушающая нагрузка Fсж, Н
1
396 400
2
390 700
3
387 500
4
386 400
5
391 500

Решение. Прочность бетона на сжатие R вычисляется с точностью до 0,1 МПа по формуле (1.1).
Масштабный коэффициент α для кубика размером 100×100 мм по ГОСТ 10180–2012 

[3] равен 0,95. 
Результаты определения прочности образцов бетона на сжатие заносятся в табл. 1.3.

Таблица 1.3
Обработка результатов испытаний образцов бетона на сжатие

№ 
опыта

Размеры  
образца, мм
Площадь A, 
мм2
Разрушающая  
нагрузка Fсж, Н
Масштабный  
коэффициент a

Прочность  
бетона на сжатие 
Ri, МПа
a
b
1
100
100
10 000
396 400
0,95
37,658
2
100
100
10 000
390 700
0,95
37,117
3
100
100
10 000
387 500
0,95
36,813
4
100
100
10 000
386 400
0,95
36,708
5
100
100
10 000
391 500
0,95
37,193

Данные статистической обработки приводятся в табл. 1.4.

Таблица 1.4 
Результаты статистической обработки результатов испытаний

№ опыта
Прочность Ri, 
МПа

Cреднее значение 
прочности R, МПа

R – Ri,
МПа

(R – Ri)2,
МПа
S, МПа
n

1
37,66

37,1

–0,6
0,36

0,37
0,01

2
37,12
0,0
0,00
3
36,81
0,3
0,09
4
36,71
0,4
0,16
5
37,19
–0,1
0,01

Критерий отбраковки вычисляем по формуле (1.6):

0,6
1,62
2,08,
0,37
i
k
T
T
=
=
<
=

следовательно, отбраковка не требуется.

Фактическую величину, соответствующую классу бетона по прочности на сжатие B, 
находим по формуле (1.8):

B* = 37,1(1 – 1,64 · 0,01) = 36,49 МПа.

Класс бетона определяется по [42] как класс, соответствующий значению B*.

В запас прочности принимаем бетон B35 с расчетным сопротивлением сжатию 
Rb = 19,5 МПа.

Задача 1.2. В ходе обследования технического состояния жилого дома с несущими 
конструкциями из керамического кирпича были отобраны образцы для определения марки кирпича.
Геометрические параметры и величины разрушающей нагрузки при сжатии показаны в табл. 1.5.

Таблица 1.5
Результаты испытаний кирпичей на сжатие

№ п/п
Размеры образца, мм
Разрушающее усилие, Н
a
b

1
125
115
106 200

2
125
120
96 900

3
115
120
91 800

4
103
114
74 700

5
115
120
89 500

Геометрические параметры и величины разрушающей нагрузки при изгибе приведены в табл. 1.6.

Таблица 1.6
Результаты испытаний кирпичей на изгиб

№ п/п
Размеры образца, мм
Разрушающее усилие, Н
b
h

1
120
67
4570

2
120
65
4680

3
120
65
4350

4
120
64
4280

5
120
65
4400

Необходимо определить марку кирпича.
Решение. Предел прочности при сжатии Rсж вычисляем с точностью до 0,1 МПа по 
формуле (1.2). Предел прочности при изгибе Rизг находим с точностью до 0,1 МПа по формуле (1.3).
Расчет прочности кирпичей на сжатие и изгиб выполняется в табл. 1.7, 1.8.

Таблица 1.7
Результаты испытаний образцов кирпича на сжатие

№ 
опыта

Размеры  
образца, мм
Площадь A, 
мм2
Разрушающая  
нагрузка Fсж, Н

Прочность  
кирпича на сжатие 
Rсж,i, МПа

Среднее значение 
прочности кирпича 
на сжатие Rсж, МПа
a
b

1
125
115
14 375
106 200
7,39

6,67

2
125
120
15 000
96 900
6,46

3
115
120
13 800
91 800
6,65

4
103
114
11 742
74 700
6,36

5
115
120
13 800
89 500
6,49