Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
РАЗДЕЛ II
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ГЛАВА 3
ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
3.1. Задачи обследований
Обследование зданий и сооружений является важнейшей частью комплекса работ по оценке их технического состояния. При обследовании должны быть установлены действительная несущая способность и эксплуатационная пригодность строительных конструкций и оснований с целью использования этих данных при разработке проекта реконструкции. Также должен вестись поиск оптимального варианта конструктивно-планировочного решения, способа возможного усиления несущих конструкций с учетом его технологичности, обеспечения минимума затрат трудовых, материальных ресурсов и времени на выполнение работ по реконструкции.
В настоящее время проектирование строительных конструкций из материалов всех видов ведется в соответствии с методом расчета по предельным состояниям, В связи с этим при обследовании железобетонных, каменных, металлических, деревянных конструкций и оснований к ним необходимо предъявлять требования по первой группе предельных состояний (по несущей способности) и по второй группе (по пригодности к нормальной эксплуатации) согласно действующим СНиПам на проектирование конструкций из этих материалов и оснований.
Нормативные и расчетные значения нагрузок и воздействий необходимо назначить согласно фактическим данным и действующим СНиПам по определению нагрузок и воздействий. Тот же подход в основном относится и к установлению нормативных и расчетных характеристик грунтов оснований и значений сопротивлений материалов сохраняемых конструкций.
После выполнения основных этапов обследования производится оценка технического состояния строительных конструкций объекта, которая включает анализ результатов инструментальных испытаний, окончательное определение согласованных с заказчиком нагрузок и воздействий, проведение проверочных расчетов несущих конструкций. В итоге составляется техническое заключение на обследуемые здания или сооружения, в котором в виде выводов дается общая оценка эксплуатационной пригодности рассматриваемых несущих конструкций.
3.2. Методы обследований состояния зданий и конструкций
Обследование строительных конструкций зданий и сооружений выполняют квалифицированные группы инженерно-технических работников, специально подготовленных и оснащенных необходимыми приборами и оборудованием. Такие группы могут иметь проектные и научно-исследовательские институты и конструкторские бюро, службы эксплуатации строительных объектов, научно-исследовательские подразделения и студенческие проектно-конструкторские бюро высших учебных заведений.
В своей работе группы обследования должны руководствоваться всеми действующими нормативными и инструктивными документами по реконструкции и обследованию зданий и сооружений и государственными стандартами на изыскательские работы, проектирование, строительство и эксплуатацию строительных объектов.
При подготовке к обследованию необходимо уделить внимание изучению опыта проектирования и строительства, применявшихся конструктивных решений, строительных материалов за исторический период, охватывающий время строительства и эксплуатации подлежащих реконструкции зданий и сооружений.
Основанием к проведению обследования должно служить задание, в котором указывается цель реконструкции и соответствующие основные требования, предъявляемые к конструкциям, ориентировочные планируемые технологические нагрузки и воздействия, планировочные решения и общие условия эксплуатации после реконструкции. При этом желательно располагать данными о технических возможностях строительной организации, которую предполагается привлечь к работе по усилению и перестройке зданий и сооружений, имеющихся строительных материалах, механизмах и др.
Для проведения обследования и согласования технических решений к основной группе привлекаются представители предприятия (служб главного архитектора, отдела капитального строительства и др.), а затем в некоторых случаях и представители подрядных и субподрядных организаций.
Обычно работы по обследованию выполняются в два этапа: 1) предварительное или общее обследование; 2) детальное обследование. При этом не исключается проведение обследования в один этап.
В целом обследование конструкций состоит из следующих видов работ: предварительный осмотр конструкций, изучение технической документации; ознакомление & особенностями существующего и будущего технологического процесса и режимов эксплуатации; инженерно-геодезические, инженерно-геологические и инженерно-гидрометеорологические изыскания; детальный натурный осмотр, обмеры конструкций и выявление дефектов; отбор и лабораторный анализ образцов (проб) материалов конструкций; определение планируемых нагрузок и воздействий; установление расчетной схемы и выполнение поверочных расчетов.
При необходимости могут быть проведены испытания конструкций в натурных условиях.
Необходимо отметить, что часть перечисленных видов работ может проводиться как на первом (предварительном) этапе обследования, так и на втором — детальном.
Предварительные или общие обследования начинаются с осмотра сооружений и его конструкций, ознакомления с технической документацией и другими материалами, помогающими составить представление об изучаемом объекте.
На этом этапе прежде всего осмотром должны быть выявлены участки и отдельные конструкции, имеющие аварийное состояние, и приняты меры по их временному усилению.
Изучение проектно-технической документации должно дать ответы на вопросы: исторического характерах начало и период строительства, время проведения капитальных и других видов ремонта, перестройки или перепланировки, изменения характера эксплуатации или технологических процессов, даты возможных аварий или серьезных нарушений условий эксплуатации, аварии, связанных с затоплением фундаментов или подъемом грунтовых вод, и др.; об объемно-планировочном и конструктивном решениях: ознакомление с рабочими чертежами сооружения (архитектурно-строительными, конструкторскими, внутренних инженерных сетей и наружных коммуникаций, инженерного оборудования), с расчетными нагрузками и воздействиями, с мероприятиями по защите конструкций от действия агрессивных сред, со схемами размещения технологического оборудования; об инженерно-геологических условиях строительства и эксплуатации.
Помимо основной проектно-технической документации, разработанной организацией-проектировщиком, должны быть использованы дополнительные материалы: акты передачи в эксплуатацию, акты на скрытые работы, паспорта-сертификаты, журналы производства работ, журналы эксплуатации, документы о проведенных ремонтах, строительных реконструкциях и др.
Часть сведений о строительстве и эксплуатации сооружений можно получить путем опроса рабочих и инженерно-технического персонала обследуемых предприятий.
Предварительным обследованием должны быть выявлены отступления от проектных данных по объемно-планировочным, конструктивным решениям, по виду и характеру нагрузок, включая природно-климатические и др.
При отсутствии проектно-технической документации или ее некомплектности необходимо выполнить предварительные обмеры конструкций и основные чертежи зданий и сооружений.
В процессе обмерочных работ необходимо фиксировать: деформации конструкций и их превышение над допустимыми; размеры сечений и положение конструкций в пространстве (привязка к координатным осям и отметкам); условия опирания, конструкцию и качество сопряжений и стыков элементов; прочность материалов конструкций (ориентировочно); нарушение сплошности (отверстия, околы, раковины и др.), расслоение, увлажнение и замораживание материалов конструкций; повышенную тепло- и воздухонепроницаемость ограждающих конструкций и другие имеющие место дефекты и повреждения специфического характера.
Для удобства работ и систематизации материалов натурного обследования рекомендуется сооружения разбивать на зоны в соответствии с характерными признаками по материалу и виду конструкций, а также их функциональному назначению (балки, колонны, плиты покрытия, стены и др.), по распространению эксплуатационных воздействий на строительные конструкции в объеме здания или сооружения.
По результатам предварительных или общих обследований производится ориентировочная оценка технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений и намечается программа детального обследования.
Детальное обследование — одно из звеньев диагностики объектов, проводится с целью сбора окончательных максимально достоверных (обоснованных) сведений для оценки технического состояния строительных конструкций, являющегося основой для выбора конструктивного решения при реконструкции зданий и сооружений.
В результате детальных обследований строительных конструкций рекомендуется получить: данные уточненной проектно-технической документации; обмерочные чертежи, фиксирующие положение строительных конструкций в плане и по высоте с указанием сечений несущих элементов, осадок, перемещений, смещений и других отклонений от проекта или нормативных требований. Далее необходимо выполнить комплекс работ по установлению фактических значений физико-механических характеристик материалов, для чего должны быть максимально использованы неразрушающие и лабораторные методы испытаний. Уточняются, систематизируются дефекты и повреждения конструкций, их узлов и сопряжений, а также собираются сведения об эксплуатационной среде, воздействующей на конструкции и основания, определяется величина статических нагрузок и воздействий, а также динамических, включая данные вибродиагиостики (собственные частоты, динамическую жесткость). Принимается расчетная схема несущих конструкций для выполнения окончательных поверочных расчетов отдельных элементов конструкций и сооружений в целом.
При этом детальное обследование конструкций в целом или часть его рекомендуется выполнять выборочным или сплошным. Сплошное обследование предполагает проверку всех конструкций, а выборочное — отдельных
элементов.
Сплошное обследование должно производиться прежде всего тех объектов, для которых установлен коэффициент надежности по назначению, равный единице, и во всех случаях, когда отсутствует проектная документация или обнаруженные дефекты строительных конструкций снижают их несущую способность, неодинаковы свойства материалов в однотипных конструкциях, условия нагружения, при действии агрессивных по отношению к материалам сред и прочих неблагоприятных условиях эксплуатации.
Если в процессе сплошного обследования обнаруживается, что не менее 20 % однотипных конструкций при их общем количестве более 20 шт. находятся в удовлетворительном техническом состоянии, то допускается оставшиеся непроверенные конструкции обследовать выборочно. Объем выборочно обследуемых элементов должен определяться исходя из конкретных условий (не менее 10 % количества однотипных конструкций, но не менее трех).
На этапе детальных обследований при выполнении обмерочных работ проводятся инженерно-геодезические изыскания с целью дальнейшей разработки достоверных чертежей зданий и сооружений, а также установления точных геометрических осей несущих конструкций и их искривлений для уточнения расчетных схем.
Инженерно-геологические изыскания рекомендуется проводить при отсутствии рабочих чертежей фундаментов реконструируемых сооружений, исполнительных документов по их возведению и материалов об инженерно-геологических условиях площадки строительства объекта, при расположении объекта на подрабатываемой территории или на основаниях, сложных в инженерно-геологическом отношении.
Специальные инженерные гидрогеологические и гидрометеорологические изыскания выполняются, с одной стороны, в случае проведения реконструкции объектов, расположенных на подтопленных или потенциально подтопляемых территориях, при эксплуатации зданий и сооружений в неблагоприятных условиях физико-геологических и гидрометеорологических воздействий, а с другой — при необходимости разработок проекта мероприятий по охране окружающей среды от неблагоприятного воздействия на нее реконструируемого объекта.
При выполнении комплекса работ по инструментальному определению физико-механических и физико-химических свойств материалов конструкций следует выделить элементы, которые эксплуатируются в условиях действия повышенных и высоких температур, пониженных и низких температур, агрессивных сред и др.
Анализ состояния конструкций, находящихся под воздействием повышенных и высоких температур, необходимо проводить, обратив внимание на источник тепловыделений, вид нагрева (конвективный, лучистый), температурный режим (циклический нагрев, постоянный нагрев, влажность, давление и др.).
При проведении детального обследования должен быть установлен вид и степень агрессивности среды (если она имеет место), проанализировано состояние материалов конструкций, как не имеющих специальных защитных покрытий, так и с ними, сточки зрения долговечности и надежности самих конструкций и защитных покрытий, основываясь на ГОСТ 6992—68* «Покрытия лакокрасочные. Метод испытаний на стойкость в атмосферных условиях» и др.
При выполнении всех видов работ по обследованию строительных конструкций необходимо вести строгий учет полученных данных в специальных журналах, оформлять акты обследований на различные виды работ и т. п., стремиться к оформлению информации в табличной форме и ее систематизации.
3.3. Техника безопасности при диагностике зданий
В процессе обследования зданий и сооружений приходится выполнять различные по характеру работы. Соответственно к каждому виду работ предъявляются специфические требования по технике безопасности.
Поэтому при проведении диагностики помимо общих требований по технике безопасности должны выполняться положения по обеспечению безопасности проведения в отдельности всех видов работ по обследованию.
Особое внимание необходимо обратить на работы, считающиеся опасными (в зданиях, отнесенных к аварийным, на высоте, в котлованах, с электроприборами и электроинструментом и др.). Опасные работы выполняются по специальным нарядам лицами не моложе 18 лет, предварительно сдавшими зачет по технике безопасности проведения специальных работ и прошедшими инструктаж и медицинское освидетельствование.
Диагностика строительных конструкций действующих промышленных предприятий должна производиться в присутствии ответственных лиц от производства, отвечающих за соблюдение техники безопасности на обследуемой территории или по согласованию с ними.
3.4. Обеспечение обследований приборами и инструментами
В процессе диагностики и освидетельствования строительных конструкций зданий и сооружений для определения физико-механических и физико-химических свойств материалов, геометрических характеристик, прогибов и перемещений, дефектоскопии применяются самые разнообразные приборы и оборудование.
Подробные данные о приборах и инструментах, которые могут быть использованы при обследовании, приведены в специальной литературе по испытанию конструкций и сооружений и изучаются в соответствующем курсе. Применительно к задачам, возникающим в процессе диагностики и оценки технического состояния как отдельных конструкций, так и сооружений в целом, можно условно выделить следующие группы приборов.
Приборы, предназначенные для определения соответствий проектному положению строительных конструкций, включая деформации всех видов (для сооружений в целом и их элементов). Для этой цели применяются известные геодезические приборы и приспособления. Измерение горизонтальных и вертикальных углов производится теодолитом, определение положения точек по высоте и измерение превышения одних точек над другими — нивелиром.
В практике обследований конструкций и сооружений чаще всего применяются теодолиты Т2, 2Т5К (с компенсатором), относящиеся ко второй группе точности, и нивелиры HI, H05, относящиеся к первой группе точности, что не исключает использования других типов приборов, например нивелира «Кон-007» (Германия). При этом нивелиры используются со специальной оптической насадкой.
Таблица 3.1. Приборы для определения прочности бетона в конструкциях эксплуатирующихся зданий и сооружений
|
Характеристика методов |
Приборы |
Разработчик метода |
Нормативные документы, предприятие-изготовитель |
|
Механические методы |
ГОСТ 22690.0—77...ГОСТ 22690.4-77 |
||
|
1. Методы пластической деформации: основанные на вдавливании штампа в поверхность раствора, бетона и эталонов |
Дисковые приборы ДПГ-4 и ДПГ-5 |
вниигим, Братскгэсстрой |
ГОСТ 22690-1—77; Руководство по контролю прочности бетона в конструкциях приборами механического действия (М., 1972) |
|
Прибор ПМ Универсальный маятниковый прибор УМП Приборы типа «Штамп НИИЖБ» |
Минпромстрой УССР НИИЖБ |
Завод «Коммунальник» То же Руководство по контролю прочности бетона в конструкциях приборами механического действия (М., 1972) |
|
|
ОПР-9-300, ОПР-4-300 |
НИИЖБ и ЦНИИСК Госстроя СССР |
То же |
|
|
ОМР-2-250, РМП-5 |
НИИЖБ |
» |
|
|
Прибор КМ (комплексный метод) |
ЦНИИСК |
» |
|
|
Прибор ДорНИИ |
СоюздорНИИ |
» |
|
|
Эталонный молоток Н. П. Кашкарова |
НИИМосстрой |
ГОСТ 22690.2—77; опытный завод НИИМосстроя |
|
|
Прибор Польди Вайцмана |
ЧСФР |
По типу ГОСТ 22690.2—77 |
|
|
Подпружиненный молоток типа ХПС |
Германия |
Стандарт ДИН 4240; завод испытательных машин (г. Лейпциг) |
|
|
Пружинный молоток «Кремиковец» |
Болгария |
Стандарт БДС-3816-65 (Болгария) «Механические неразрушающие методы определения прочности бетона» |
|
|
основанные на стрельбе или взрыве (метод стрельбы, забивки стержней, взрыва) |
Строительно-монтажные пистолеты СМП и ПЦ Прибор «Винздор Проуб» |
США |
|
|
2. Методы испытания на отрыв и скалывание: основанные на отделении бетона от бетона путем отрыва со скалыванием |
Гидравлические пресс насосы ГПНВ-5 и ГПНС-4 Пневматическая свер лнльная машина ИП 1023 |
Донецкий Промстрой НИИпроект |
ГОСТ 21243—75 Московский завод «Пневмо-строймашина» |
|
путем отрыва |
Гидравлический пресс насос ГПНВ-5 |
ЦНИЛ ГлавКиевгор строя |
ГОСТ 22690 3—77 |
|
путем скалывания ребра конструкции |
Гидравлический пресс насос ГПНВ-5 и дополнительное устройство УРС |
Донецкий Промстрсн НИИпроект |
ГОСТ 22690.4—77 |
|
3. Методы упругого отскока |
Склерометры: прибор КМ (комплексный метод) |
цнииск |
ГОСТ 22690.1—77; «Указания по испытанию прочности бетона в конструкциях и сооружениях неразрушающими методами. Руководство по контролю прочности бетона в конструкциях приборами механического действия» (М., 1972) |
|
Физические методы |
Склерометр Шмидта |
Германия |
Стандарт ДИН 4240 (Германия) |
|
1. Ультразвуковые методы: основанные на измерении скорости распространения упругих волн (продольных и поперечных ультразвуковых) вызванные импульсным ударом (волны удара) 2. Радиоизотопные методы, основанные на определении плотности по изменению интенсивности гамма-излучения |
Бетон 5 Бетон 8-УРЦ УКБ-1 УКБ-1М, УК-10п, УФ-90пи, УК-16п, УК-12п Приборы типа AM, ГТИК-6, МК-1, «Удар-1», «Удар-2» Бетон 8-УРЦ РПП-1 РПП-2 ИПР-Ц, РПБС |
ВНИИжелезобетон СоюздорНИИ, ЛКВВИА им. А.Ф. Можайского и ВНИИНК ВНИИжелезобетон ВНИИГИМ ВНИИжелезобетон Оргэнергострой |
ГОСТ 17624—87 Опытный завод ВНИИжелезобетон Опытные партии ГОСТ 17623—87; Опытный завод ВНИИжелезобетон То же » Экспериментальные мастерские Оргэнергостроя |
Для проектирования точек по вертикали при измерении кренов и колебаний сооружений применяются приборы вертикального проектирования, такие, как оптические центровочные приборы ОЦП-2 и «Зенит-ОЦП» или прецизионный «Зенит-ЛОТ» (PZL) фирмы «Карл Цейс Йена» (Германия).
Известен и механический прогибомер, состоящий из двух вертикальных штанг, соединенных раздвижной планкой с размещенным на ней угломером или уровнем.
Кроме того, используют фототеодолиты различных марок с оборудованием для обработки данных измерений типа универсальной измерительной и стереофотограмметрической камер, инженерных фотограмметров, стереокомпараторов и др.
Для особо точных геодезических измерении могут быть использованы лазерные приборы.
Приборы, предназначенные для определения прочностных и деформативных свойств материалов, из которых изготовлены, конструкции и сооружения. Очевидно, что наиболее достоверные данные могут быть получены путем прямых испытаний образцов материалов, выборочно изъятых из сооружения. Однако извлечение опытных образцов из конструкций часто затруднительно, поэтому Предпочтение при обследовании существующих конструкций следует отдавать неразрушающим методам испытаний.
Большинство приборов для определения прочности бетона в изделиях и конструкциях неразрушающими механическими и физическими методами и их классификация приведены в табл. 3.1 и 3.2.
При определении динамических характеристик используются механические приборы: вибромарки, индикаторы часового типа, амплитудометр конструкции А.М. Емельянова и Б.Ф. Смотрова, частотомер Фрама, виброграф ВР-1 и др.; электрические – осциллографы (типа Н004М, Н008М, Н010М, Н030, Н041, Н023 и Н700), быстродействующие самопишущие электрические приборы (БСП) (типа Н-327-1, Н-338-4 и др.) и магнитографы (типа МП-1, Н036 и др.). При этом замер непосредственно деформаций осуществляется с помощью тензорезисторов и комплектами приборов типа К001.
Дефектоскопия строительных конструкций и материалов выполняется с привлечением приборов, используемых для установления прочности бетона физическими методами (см. табл. 3.1). Для измерения ширины раскрытия трещин применяют микроскопы типа МПБ-2 и МИР-2. Поиск скрытых в толще бетона и конструкций металлических деталей осуществляют с помощью специальных приборов, данные о которых приведены в §4.3.
Физико-химические параметры, характеризующие свойства материалов сопротивляться химической агрессии, температурным и влажностным воздействиям, определяют с использованием специальных приборов и оборудования путем испытания образцов материалов, изъятых из конструкции в лабораторных условиях.
В процессе обследований может возникнуть необходимость испытания существующих конструкций для установления их жесткостных характеристик, а иногда и несущей способности. С этой целью используют традиционную аппаратуру и приспособления, применяемые для обеспечения статических и динамических испытаний строительных конструкций зданий и сооружений.
Для измерения усилий, передаваемых на конструкции домкратами, лебедками, талями и др., применяют пружинные и гидравлические динамометры перемещений (деформаций), прогибомеры типа ПМ-3 конструкции Н. Н. Максимова, ПАО-5 конструкции А. А. Аистова, компараторы и индикаторы часового типа, тензометры Гугенбергера, Н. Н. Аистова, а также электрические тензометры с использованием тензорезисторов различного вида и регистрирующей аппаратуры типа АИД, ТЦМ, НДС и осциллографов. Кроме то-го, для определения прогибов, углов поворота конструкций используют клинометры, а для измерения перемещений конструкции в целом и ее узлов — описанные выше геодезические приборы.
Таблица 3.2. Некоторые приборы для определения деформативно-прочностных характеристик материалов и конструкций
|
Название прибора |
Эскиз |
Название прибора |
Эскиз |
|
Эталонный молоток К. П. Кашкарова с угловым масштабом |
Ультразвуковой прибор УК-10ПМ |
||
|
Прибор типа КМ |
Индикатор часового типа |
||
|
Склерометр Шмид-га |
Виброграф ВР-1 |
||
|
Молоток Физделя |
Микроскоп типа МПБ-2 |
||
|
Прибор типа ПМ |
Прибор типа ИЗС-2 |
||
|
Гидравлический пресс-насос ГПНВ-5 |
Прогибомер типа ПМ-3 конструкции Н. Н. Максимова |
|
Название прибора |
Эскиз |
Название прибора |
Эскиз |
|
Тензометры Гугенбергера |
Измеритель деформаций типа АР1Д |
||
|
Тензорезисторы для измерений деформаций |
То же, типа ЦТМ-5 |
ГЛАВА 4
ВИДЫ ДИАГНОСТИКИ ЗДАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
4.1. Определение деформаций зданий и сооружений
Деформации (перемещения), обнаруженные при обследованиях, можно разделить на общие, когда перемещаются и деформируются конструкции и сооружения в целом, и местные, когда перемещения, прогибы, повороты происходят в пределах одной конструкции, в узлах сопряжения, опирания и т. п.
Для определения общих деформаций могут быть использованы приборы и приспособления, приведенные в § 3.4.
Основной причиной появления общих деформаций зданий и сооружений являются неравномерные осадки оснований. Чрезмерные перемещения последних объясняются либо ошибками при определении их несущей способности в процессе проектирования, либо нарушением условий нормальной эксплуатации, предусмотренной проектом. Чаще всего это нарушение гидрогеологических условий, замачивание просадочных грунтов, оттаивание ледовых прослоек, аварии систем водо- и теплоснабжения и др.
Для измерения осадок, кренов, сдвигов зданий, сооружений и их конструкций применяют методы инженерной геодезии.
Измерение осадок зданий и сооружений производят путем сопоставления отметок реперов и осадочных марок (рис. 4.1). Опорные реперы закладывают на глубину с таким расчетом, чтобы основанием для них служили практически несжимаемые грунты (песчаники, плотные мергели, глины древних отложений и др.). Реперы располагают в 30...120 м вокруг здания.
Осадочные марки закладывают в фундаменты по периметру сооружения, номера пишут на стенах (колоннах) масляной краской.
Нивелировку опорных реперов и марок выполняют прецизионными нивелирами типа HI, НЗ, «КОН-007» и др.
Определять крены сооружений можно различными способами: проектированием вспомогательной точки, измерением горизонтальных углов, боковым нивелированием (рис. 4.2). В этих случаях рабочим прибором служит теодолит. Разработаны и специальные приборы — кренометры и клинометры, в которых для измерения наклонов сооружений используют точные уровни с измерительным винтом; переносной клинометр, клинометр фирмы «Стопани» (Швейцария), стационарный кренометр конструкции Н. Г. Видуева и В. П. Гржибовского, фотоэлектрический и дистанционный кренометры конструкции А. Г. Григоренко и др.
Измерение сдвигов конструкций и сооружений выполняют с помощью теодолитов. При этом боковое смещение объекта (конструкции) измеряют от прямых линий, фиксируемых вдоль конструкций, а в качестве линий отсчета используют струну, натянутую между двумя точками прямой линии, или оптический луч, проходящий через эти точки. Соответственно способы определения сдвига конструкции или сооружения в целом подразделяют на способ струны, оптического створа, «ломаного базиса», микротриангуляции, метод косвенного измерения.
Рис. 4,1. Схемы нивелирования:
а — опорных реперов; б — осадочных марок; 1...10 — номера станций; Срп1...Срп4 — свайные реперы; Δ — осадочные марки; Rp2 — стенной репер; l1, ...., l20 — расстояния между станциями, свайными реперами и осадочными марками
Рис. 4.2. Схема определения крена:
а — измерением горизонтальных углов; б — методом бокового нивелирования; 1, 2, 3 — места расположения теодолита; A, A1 — удаленные предметы местности; В — марка на верхнем обрезе стены; СС — створ; 4, 5 — положения реек для снятия отсчетов а1 и а2.
Для определения положения одновременно нескольких точек здания или сооружения в одной плоскости или в пространстве, выполнения исполнительных съемок и строительных обмеров сооружений, контроля точности строительно-монтажных работ, деформаций большеразмерных конструкций при статических и динамических нагрузках применяют методы инженерной фотограмметрии, в которой различают фотограмметрический и стереограмметрический методы.
Необходимо отметить, что фотограмметрические методы целесообразно применять при невозможности выполнения обмерочных работ более простыми способами.
4.2. Оценка деформаций отдельных конструкций
К местным деформациям (перемещениям) отдельных конструкций и их частей относят прогибы и углы поворота в различных плоскостях. Необходимо иметь в виду, что такие деформации имеют место всегда, но они не должны превышать предельных значений, установленных нормами по проектированию железобетонных и стальных конструкций. Для прогибов железобетонных конструкций указанные значения приведены в табл. 4,1, для прогибов стальных изгибаемых элементов и относительных отклонений колонн — в табл. 4.2, 4.3.
Прогибы конструкций обычно определяют относительно каких-то базовых точек (например, опорных столиков балки) методами геометрического и гидростатического нивелирования.
Таблица 4.1. Значения предельно допустимых прогибов
железобетонных конструкций
|
Элементы конструкций |
Предельно допустимые прогибы |
|
1. Подкрановые балки при кранах: ручных электрических |
l/500 l/600 |
|
2. Перекрытия с плоским потолком и элементы покрытия (кроме указанных в поз. 4) при пролетах, м: l < 6 6 ≤ l ≤ 7,5 l > 7,5 |
l/200 3 см l/250 |
|
3. Перекрытия с ребристым потолком и элементы лестниц при пролетах, м: l<5 5 ≤ l ≤ 10 l > 10 |
l/200 2,5 см l/400 |
|
4. Элементы покрытий сельскохозяйственных зданий производственного назначения при пролетах, м: l < 6, 6 ≤ l ≤ 10 l > 10 |
l/150 4 см l/250 |
|
5. Навесные стеновые панели (при расчете из плоскости) при пролетах, м: l < 6 6 ≤ l ≤ 7,5 l > 7,5 |
l/200 3 см l/250 |
Примечание. l — пролет балок или плит; для консолей принимается значение, равное удвоенному вылету консоли.
При геометрическом нивелировании замеры выполняют с помощью нивелира и реек, которые шарнирно подвешивают к точкам обследуемой конструкции или устанавливают вертикально на конструкцию. В результате замеров в различных точках строят графики прогибов.
Гидравлический (гидростатический нивелир) прогибомер, выпускаемый серийно, состоит из базовой и мерной трубок, соединенных между собой резиновым шлангом. Гидростатическое нивелирование основано на принципе сообщающихся сосудов. Разность столбов в базовой и мерной трубках дает превышение одной точки над другой. По сравнению с геометрическим нивелированием гидравлическое дает более высокую точность, проще в использовании, не требует большого свободного пространства, позволяет сопоставить точки в соседних помещениях.
Таблица 4.2. Значения предельно допустимых относительных
прогибов стальных конструкций
|
Элементы конструкций |
Относительные прогибы элементов (к пролету) |
|
1. Балки и фермы крановых путей под краны: легкого режима работы (включая ручные краны, тельферы и тали) среднего режима работы тяжелого и весьма тяжелого режимов работы |
1/400 1/500 1/600 |
|
2. Балки рабочих площадок производственных зданий при наличии рельсовых путей: ширококолесных узкоколесных |
1/600 1/400 |
|
3. Балки рабочих площадок производственных зданий при отсутствии рельсовых путей и балки междуэтажных перекрытий: главные балки прочие балки и косоуры лестниц стальной настил |
1/400 1/250 1/150 |
|
4. Балки и фермы покрытий и чердачных перекрытий: несущие подвесное подъемно-транспортное или технологическое оборудование ненесущее подвесное оборудование прогоны профилированный настил |
1/400 1/250 1/200 1/150 |
|
5. Элементы фахверка: ригели прогоны остекления |
1/300 1/200 |
Примечание. Для консолей следует принимать пролет l, равный удвоенному вылету консоли. При наличии оштукатуренной поверхности прогиб балок перекрытий только от кратковременной нагрузки не должен превышать 1/350 длины пролета.
Таблица 4.3. Значения предельно допустимых относительных отклонений стальных колонн на уровне верхнего пояса подкрановых балок
|
Направление горизонтального отклонения |
Относительное отклонение колонны (к высоте h) |
|
|
в открытых подкрановых эстакадах |
в зданиях и сооружениях с количеством циклов нагружения 2·108 и более |
|
|
Поперечное: при плоской расчетной схеме при пространственной расчетной схеме Продольное |
1/4000 - 1/4000 |
1/2500 1/4000 1/4000 |
Примечание. h — высота колонны от низа базы до головки рельса подкрановой балки.
Относительный прогиб конструкции устанавливается по величине смещения штанги относительно горизонтальной планки или по углу наклона планки с помощью механического прогибомера.
Вертикальные и горизонтальные относительные смещения сопрягающихся частей сооружений на температурно-осадочных швах измеряют щелемерами различной конструкции. В случаях, когда доступ к швам затруднен, для измерений используют оптические приборы, например теодолит.
4.3. Дефектоскопия конструкций.
Установление характера трещинообразования в элементах зданий
В задачи дефектоскопии строительных материалов и конструкций входит выявление различных дефектов: микро- и макротрещин, пустот, включений инородных тел и др. Кроме того, методами дефектоскопии можно установить без вскрытия бетона расположение арматуры в железобетонных конструкциях, а также сечение металлических конструкций, скрытых в толще стен или перекрытий.
Для поиска дефектов в бетоне и стали применяют методы ультразвуковой дефектоскопии (импульсный и непрерывного излучения), при этом используют способность ультразвуковых волн отражаться от границ материалов различной плотности. Различают метод (эхо), основанный на отражении ультразвуковых волн, и метод сквозного прозвучивания (метод теневой дефектоскопии). Сочетание этих методов позволяет определить наличие и месторасположение дефектов с достаточной точностью. Реализация ультразвуковой дефектоскопии осуществляется известными приборами (см. табл. 3.1) типа УКБ-1 и другими по ГОСТ 17624—87.
Ширину раскрытия трещин в строительных конструкциях обычно определяют с помощью микроскопов МПБ-2 (см. рис. 3.15) с ценой деления 0,02 мм, пределом измерения 6,5 мм и прибора МИР-2 с пределами измерения от 0,015 до 0,6 мм. Динамику развития трещин во времени устанавливают с помощью маяков различного типа. Например, для наблюдения за трещинами в кирпичной кладке на них устанавливают гипсовые, стеклянные или металлические маяки (рис. 4.3). Гипсовые и стеклянные маяки устанавливают на стене, предварительно очищенной от штукатурки, на алебастровом или цементном растворе. Металлические маяки обычно изготавливают из кровельной стали и крепят к стене гвоздями или клеем и окрашивают краской. На маяках ставят номер и дату. Данные заносят в специальный журнал.
Глубину трещин устанавливают, применяя иглы и проволочные щупы в сочетании с приведенными выше ультразвуковыми методами.
Оценка поверхностного состояния строительных конструкций в труднодоступных местах на расстоянии до 7,5 м осуществляется с помощью оптического прибора РВП-451.
Наличие металла в перекрытиях, стенах и других конструкциях можно определить, пользуясь металлоискателем МИ-1, выпускаемым заводом АКХ им. К. Д- Панфилова.
Для определения диаметра арматуры и толщины защитного слоя бетона железобетонных конструкций и сечения металлических элементов конструкций, скрытых в перекрытиях, стенах и т.п., применяют приборы типа ВИМ, ИЗС, ТЗС, ИСМ (см. рис. 3.16) и др. Принцип их действия основан на измерении магнитной проницаемости материалов по ГОСТ 22904-78 или на радиационных методах по ГОСТ 17625—83.
С этой же целью используют методы просвечивания и ионизирующих излучений — радиоизотопные методы по ГОСТ 17623—87 (см. табл. 3.1).
Для измерения механических напряжений в металле, возникших в результате сварки, и обнаружения трещин (ГОСТ 14782—86) может быть использован прибор ИНТ-М2 в комплекте с выносимыми датчиками ВД-1 и ВД-2.
Рис. 4.3. Виды маяков:
а — гипсовый; б — стеклянный; в — металлический; 1 — трещина; 2 - оштукатуренная поверхность; 3 - стена; 4 - алебастровый раствор; 5 — риски через 2...3 мм
4,4. Определение прочности материалов конструкций
неразрушающими методами
Неразрушающие методы являются наиболее приемлемыми для определения прочностных, деформативных и других физико-механических характеристик строительных материалов в условиях, когда эти свойства устанавливаются для конструкций возведенных и эксплуатирующихся зданий и сооружений. Места отбора образцов (проб) для лабораторных испытаний и места для проведения испытаний неразрушающими методами следует устанавливать на характерных участках конструкций с учетом действующих нагрузок и воздействий, напряженно-деформированного состояния обследуемых элементов, конструктивных решений. Эти места могут быть определены также по группам однотипных конструктивных элементов с целью получения совокупности данных для статистической обработки.
Следует обратить внимание на обеспечение несущей способности и пригодности к эксплуатации конструкций, ослабленных отбором образцов (проб).
Неразрушающие методы применяют для установления прочности бетона на сжатие (имеется в виду кубиковая прочность бетона R), которая определяется как функция R=f(xi) какой-нибудь механической или физической характеристики бетона, полученной опытным путем. Различают механические методы, когда по результатам измерения приборами механических характеристик бетона хi по таблицам и графикам определяют значение R, и физические методы, пользуясь которыми кубиковая прочность находится как функция физических характеристик, полученных также опытным путем.
Градуировочные таблицы и графики для конкретных конструкций уточняются по результатам испытаний бетонных образцов (кубов со стороной 7,07 см), вырезанных из тела конструкций (не менее трех образцов), или испытаний методом отрыва со скалыванием по ГОСТ 21293—75, описанным ниже.
В процессе обследований при установлении данных о прочности бетона в одной конструкции или среди разных конструкций рекомендуется выделить участки с общими прочностными характеристиками бетона исходя из того, что коэффициент вариации прочности бетона для каждой совокупности должен быть VR≥0,135, а прочность бетона находиться в пределах R=(0,7...1,3)R, где R — среднее значение прочности. Отдельные места конструкций или отдельные конструкции, имеющие значительные дефекты, в указанную выборку не включаются.
Основные методы испытания, используемые для определения прочности бетона непосредственно в конструкциях эксплуатирующихся зданий и сооружений, приведены в табл. 3.1.
Из механических методов одним из наиболее распространенных является метод пластической деформации, основанный на взаимосвязи между R и размерами отпечатков на бетонной поверхности, которые получают путем вдавливания штампа при статической или динамической нагрузке. Отпечаток на бетонной поверхности (его геометрические размеры) характеризует пластическую (или упругопластическую) деформацию бетона при статической нагрузке под действием прессов, при динамической — под действием удара.
Метод испытания на отрыв со скалыванием основан на определении R по усилию Р, требуемому для отрыва и скалывания куска бетона из тела конструкции, для чего в бетоне в высверленные отверстия устанавливают с зачеканкой цементным раствором анкерные устройства, которые затем вырывают специальными приборами. Возможно установить R по прочности бетона на отрыв, когда с помощью аналогичных приборов производят отрыв стального диска, приклеенного к поверхности бетонного элемента эпоксидным клеем. Прочность бетона можно определить и на основании измерения усилия скалывания части бетона в ребре конструкции. Кроме того, для испытания прочности ячеистых бетонов используют метод, заключающийся в выдергивании винтовых стержней, предварительно вкрученных в тело бетона.
Методом, основанным на измерении отскока подпружиненных молотков (склерометров) от бетонной поверхности, характеризуют прочность бетона по величине отскока при ударе о бетон.
Из физических методов определения прочности бетона в конструкции получили распространение импульсные и радиоизотопные.
Из импульсных методов широко применяют ультразвуковые, основанные на измерении времени распространения ультразвука в бетоне и базы прозвучивания, по которым рассчитывают скорость ультразвуковой волны и как ее функцию определяют прочность бетона R.
Метод волны удара основан на измерении скорости распространения в бетоне продольных волн νуд, вызванных механическим ударом ручным или электрическим молотком. Далее по зависимости R — νуд устанавливают прочность бетона.
Радиоизотопный метод позволяет определить плотность бетона рν и по заранее установленным зависимостям R — рν выявить прочность ячеистых бетонов. Он основан на использовании γ-лучей, источником которых являются радиоактивные изотопы.
Часто при обследовании бетонных и железобетонных конструкций определение прочности бетона неразрушающими методами приходится производить при отсутствии зависимости «косвенная характеристика—прочность» для обследуемого бетона конкретной конструкции. Для уменьшения ошибки при определении R рекомендуется проводить комплексные испытания бетона, включающие определение прочности бетона разрушающими методами в образцах, полученных из тела обследуемой конструкции путем выпиливания образцов правильной формы (кубов цилиндров) по ГОСТ 10180—78 и кернов или образцов неправильной формы, методами штампа пли раскалывания и параллельно установление прочности бетона несколькими неразрушающими методами.
По полученным результатам находят наиболее достоверное значение величины R. При этом желательно сочетать как механические, так и физические методы определения прочности бетона.
Для установления деформативных характеристик бетона в эксплуатируемой конструкции может быть использован метод испытания бетона путем скалывания: Специальное устройство, принцип работы которого близок к работе прибора ГПНС-4, позволяет получить значение абсолютной деформации бетона при ступенчатой нагрузке, приложенной к вырываемому из бетона анкеру. По этим данным строят зависимости «деформация — напряжение» или «деформация — относительное напряжение» и вычисляют модуль деформации бетона.
Общие рекомендации по выбору методов испытаний в зависимости от области применения приведены в табл. 4.4, а по выбору типа прибора в зависимости от прочности бетона в табл. 4.5.
Следует отметить, что из всех рассмотренных физико-механических способов определения прочности бетона в конструкциях наиболее достоверные данные получают при испытаниях на отрыв и скалывание. Поэтому этот метод желательно применять параллельно с другими для контроля и уточнения результатов испытаний.
Таблица 4.4. Рекомендации по выбору методов испытаний
|
Методы |
Приборы и способы выполнения |
Область применения |
|
Методы испытания прочности в образцах, бетон которых уплотнен совместно е конструкцией |
Бурение с последующим испытанием кернов. Распиловка изделий на кубы |
Для выборочного контроля прочности в изделиях, технология изготовления которых значительно отличается от технологии приготовления кубов, с целью установления переводных коэффициентов от Rcж изделия к Rcж в кубах. Для проведения предварительных испытаний с целью получения тарировочных зависимостей, используемых для контроля прочности бетона (неизвестных составов) другими методами |
|
Метод пластической деформации растворной составляющей |
Приборы ДПГ-4, ДПГ-5, ПМ, ХПС, эталонный молоток Н. П. Кашкарова и др. |
Для испытания прочности бетона в изделиях и конструкциях толщиной 40...60 см. Приборы ДПГ-4 и ДПГ-5 более удобны при испытаниях на горизонтальных плоскостях, но для испытания нижних горизонтальных плоскостей непригодны |
|
Метод пластической деформации бетона |
Приборы типа «Штамп НИИЖБ» |
Сфера применения та же. Толщина изделий (в зависимости от типа прибора) до 30 см. Прибор менее удобен в работе, но обеспечивает большую точность испытаний |
|
Методы, основанные на отделении бетона от бетона |
Отрыв со скалыванием, приборы ГПНВ-5, ГПНС-4 |
Для определения прочности бетона в конструкциях толщиной не менее 15 см. Метод позволяет учитывать влияние прочности крупного заполнителя и степени его сцепления с раствором на Rсж бетона. Метод пригоден для испытания бетона высоких марок |
|
Отрыв, прибор ГПНВ-5 |
Сфера применения та же, что и для отрыва со скалыванием, а также для испытания тонкостенных конструкций |
|
|
Скалывание ребра конструкций, приборы УРС и ГПНВ-5 |
Для испытания конструкций толщиной не менее 4 см с шириной испытываемого ребра и его длиной соответственно не менее 18 и 20 см |
|
|
Метод упругого отскока |
Прибор КМ, склерометры Шмидта |
Для испытания прочности бетона в изделиях и конструкциях толщиной не менее 100 мм. Для определения изменения прочности бетона во времени |
|
Прибор Царицына—Корниловича—Осадчука |
То же, но только для вертикальных поверхностей |
|
|
Резонансный метод |
ИЧМК-2, ИЧЗ-5, ИЧЗ-6 Вибростенд |
Для лабораторных исследований и испытаний образцов бетона Для испытания сборных изделий и конструкций типа прямолинейного бруса (в опытном порядке) |
|
Импульсный ультразвуковой метод |
Ультразвуковые приборы УКБ-1, УКБ-1М, «Бетон-8», УРЦ, УК-16П, УК-ЮП, УФ-90ПЦ |
Для контроля прочности и однородности бетона в конструкциях при известных заполнителях |
|
Радиоизотопный метод |
8УРЦ, РПП-1, РПП-2, ИПР-Ц |
Для испытания ячеистых бетонов и бетонов на пористых заполнителях |
Прочностные характеристики кирпича всех видов, бетонных и природных камней, а также кладки из них устанавливают с помощью испытания образцов, отобранных непосредственно из кладки на стандартном лабораторном оборудовании в соответствии с ГОСТ 8462—85 и СН290—74 и ультразвуковым методом по ГОСТ 24332—80.
Таблица 4.5. Рекомендации по выбору типа прибора в
зависимости от прочности бетона
|
Методы испытания |
Приборы |
Пределы прочности бетона, МПа |
|
Метод пластической деформации: раствора бетона |
Эталонный молоток, приборы ДПГ-4, ХПС, ПМ ДПГ-5 НИИЖБ |
5...50 20...55 10...55 |
|
Метод упругого отскока |
км Склерометр Шмидта |
10...40 5...50 |
|
Метод отрыва со скалыванием |
ГПНВ-5 со стержнями ГПНС-5 с разжимным конусом ГПНС-4 |
10...80 10...50 10...50 |
|
Метод отрыва |
ГПНВ-5 с дисками |
5...50 (для легких бетонов 5...3) |
|
Метод скалывания ребра конструкции |
УРС |
10...70 |
|
Ультразвуковой импульсный метод |
УКБ-1, УКБ-1М, «Бетон-транзистор», УК-ЮП, УФ-90ПЩ |
10...50 (для легких бетонов 7,5...50) |
Физико-механические характеристики металлических конструкций и арматуры железобетонных конструкций устанавливают стандартными испытаниями проб (образцов), вырезанных из эксплуатируемых элементов.
Марка металла и его качество проверяются путем статического растяжения образцов (определяется временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение); испытания образцов на ударную вязкость при температурах +20 и —20°С; химического анализа стали (устанавливается содержание углерода, кремния, марганца, серы и фосфора и др.); выявления распространения сернистых включений способом отпечатков по Бауману.
Из металлических конструкций образцы для механических испытаний вырезают в соответствии с ГОСТ 7564—73: из листовой стали—поперек направления прокатывания, из фасонной стали—вдоль. Темплеты: для выявления распространения сернистых включений способом отпечатков по Бауману вырезают из листовой и широкополосной стали — вдоль направления прокатки, а из сортового или фасонного проката — поперек по ГОСТ 5639—82*. Пробы для определения химического состава отбирают в соответствии с ГОСТ 7565—81 в виде металлической стружки в количестве не менее 50 г с одного элемента. Стружку допускается отбирать путем высверливания ручной дрелью. Ударная вязкость стали при нормальной и пониженной температуре устанавливается на плоских образцах с V-образным надрезом.
Для испытаний отбирают пробы от партии элементов, т. е. однотипных видов проката, одинаковых по номерам, толщинам, маркам стали и входящим в состав однотипных конструкций одной поставки или одного периода изготовления.
При выборе количества образцов для испытаний можно воспользоваться данными, приведенными в табл. 4.6.
Таблица 4.6. Рекомендации по выбору количества образцов для
определения физико-механических характеристик стали
|
Вид испытаний |
Количество элементов от партии |
Количество проб (образцов) |
|
|
от элемента |
всего от партии |
||
|
Испытание на растяжение |
2 |
1 |
2 |
|
Химический анализ Ударная вязкость при: |
3 |
1 |
3 |
|
+ 20 0С -20 °С |
2 2 |
3 3 |
6 6 |
|
Отпечатки по Бауману |
2 |
1 |
2 |
В железобетонных конструкциях образцы арматуры для механических испытаний отбирают (вырезают) из стержней эксплуатируемых элементов минимум по два образца из одноименных стержней.
В целом отбор должен производиться на участках наименьших силовых воздействий с обязательным обеспечением прочности и устойчивости ослабленных элементов.
Прочность древесины деревянных конструкций неразрушающими методами можно установить огнестрельным способом, основанным на существовании зависимости между глубиной проникновения пули, плотностью и пределом прочности на сжатие, и используя ультразвуковые приборы, описанные выше, при известной связи между скоростью распространения ультразвука в древесине и ее упругой характеристикой (динамическим модулем упругости), по которой определяют предел прочности, а также прибором Певцова по отпечатку при падении шарика диаметром 25 мм с высоты 50 см и градуировочной зависимости.
4.5. Установление степени коррозионного и температурного поражения элементов зданий и сооружений
Воздействие агрессивной среды на железобетонные конструкции может вызвать коррозию бетона, арматуры и закладных деталей и привести к снижению несущей способности конструкции в целом. В связи с этим при обследовании необходимо определить участки коррозионного повреждения бетона, арматуры и закладных деталей, характер, вид, степень и глубину коррозионных повреждений физико-химическим анализом проб бетона и арматурной стали.
При этом определяют: глубину нейтрализующего слоя бетона путем анализа реакции спиртового раствора фенолфталеина на свежеобработанный скол бетона защитного слоя; ожидаемую глубину карбонизации и нейтрализации бетона агрессивными газами; вид и относительное количество продуктов коррозии (гипса, карбоната кальция, гидросульфоалюмината кальция и др.), исследуя интенсивность соответствующих термических эффектов и дифракционных отражений методами дифференциального термического и фазового рентгеновского анализа состава вяжущей составляющей цементного камня с помощью пирометров, дифрактометров в комплекте с гониометрами различного типа; количественную и качественную структуру цементного камня путем оптико-микроскопических исследований микроскопами МБК-6, МИН-8 по ГОСТ 22023—76; величину капиллярного водопоглощения по ГОСТ 12730.0—78; концентрацию водородных ионов в водной вытяжке из цементного камня с помощью рН-титра.
В процессе обследований необходимо установить степень и вид поражения металла коррозией: общая (равномерная) или местная (язвенная). Степень поражения материалов равномерной коррозией определяется сравнением поперечных сечений пораженных участков с проектными. При местной коррозии устанавливают размеры язв и их количество на единицу площади.
Коррозия арматуры чаще всего обнаруживается визуально по появлению продольных трещин и ржавых пятен на поверхности защитного слоя бетона, а также электрическим методом в соответствии с положениями «Методических рекомендаций по исследованию ингибиторов коррозии арматуры в бетоне» (НИИЖБ Госстроя СССР. М., 1980).
Проведение и анализ результатов физико-химических и электрохимических исследований осуществляется специализированными организациями.
Одним из часто встречающихся дефектов, возникающих при неправильной эксплуатации промышленных зданий, является промасливание бетонных конструкций. Исследования показывают, что плотно уложенный и высокопрочный бетон практически не подвергается промасливанию. Бетон недостаточной плотности с трещинами и раковинами может быть пропитан различными техническими маслами на значительную глубину. Прочность такого бетона может снижаться в 2 раза.
При обследовании железобетонных конструкций особое внимание необходимо уделить элементам, подвергающимся специфическим воздействиям высоких и низких температур.
Стойкость бетона к воздействию повышенных и высоких температур устанавливают путем проведения испытания по выявлению остаточной прочности образцов на сжатие, огневой усадки и термической стойкости по СН 156—67, а деформации под нагрузкой по ГОСТ 23283—78.
При кратковременном температурном воздействии, характерном во время пожара, тяжелый бетон при температурах 60 и 90 °С снижает призменную прочность на 35 и 21 %. При температурах 200...400° призменная прочность увеличивается на 5...10 %, а при нагревании бетона выше 400 °С уменьшается, снижаясь при 600 °С на 35 % и при 700°С на 52 %. Изменяются и деформативные свойства бетона. Так, при нагреве до 100 °С модуль упругости уменьшается на 30%, при 500 °С — на 7 %, а при 7000С — на 82 %. Существенные изменения физико-механических свойств под влиянием высокой температуры происходят и у стальной арматуры.
Воздействие высокой температуры на железобетонные конструкции приводит к резкому снижению сцепления арматуры с бетоном. При нагреве до 100 °С сцепление гладкой арматуры с бетоном уменьшается на 25 %, а при 450 °С — сцепление нарушается полностью. Нагрев до 200 °С железобетонных конструкций с горячекатаной арматурой периодического профиля практически не снижает сцепления, но при более высоких температурах происходит снижение величины сцепления, которое достигает 25 % при 450 °С.
Строительные конструкции часто эксплуатируются в режимах попеременного замораживания и оттаивания, что может существенно сказаться на прочности материалов. Морозостойкость бетона определяется на образцах, вырезанных из конструкции по ГОСТ 10060—87, и другими лабораторными методами в специальных климатических камерах.
4.6. Натурные испытания
При обследовании эксплуатирующихся зданий и сооружений несущую способность строительных конструкций, как правило, устанавливают на основе данных о прочности материалов, реальных расчетных схем, нагрузках и геометрических размерах. Однако в ряде случаев может возникнуть необходимость в непосредственных испытаниях существующих конструкций, их фрагментов или узлов. Конструкции испытывают как в проектном положении, так и после демонтажа.
В первом случае, как правило, конструкции не доводят до разрушения, а испытывают контрольными расчетными нагрузками, фиксируя прогибы, углы поворота, трещинообразование, и, основываясь на этих данных, определяют несущую способность. При этом необходимо обратить внимание на возможность совместной работы сопряженных между собой конструкций, особенности граничных условий и другие факторы, оказывающие существенное влияние на работу элементов под нагрузкой.
Испытание конструкций после их демонтажа осуществляется относительно редко. Такая возможность возникает в основном уже в процессе реконструкции, при разборке части здания. В этом случае испытания проводят на стендах в специальных испытательных лабораториях или в полевых условиях.
Методика испытаний при статическом и динамическом нагружении конструкций, оборудование и прибору приведены в курсе испытаний конструкций и сооружении.
ГЛАВА 5
ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ
5.1. Классификация конструктивных элементов по степени износа
Обследуемые строительные конструкции зданий й сооружений могут иметь разнообразные по виду, характеру, степени влияния на несущую способность и эксплуатационную пригодность дефекты и повреждения. Для оценки этих факторов целесообразно классифицировать обследуемые конструкции путем систематизации их по выявленным характерным признакам деформаций и дефектов и сведения этих данных в «ведомости дефектов».
Систематизируя детальные признаки повреждений строительных элементов и другие отклонения от норм, устанавливают категорию технического состояния конструкций и определяют первоочередные мероприятия по их усилению.
При этом для железобетонных и каменных конструкций можно ориентироваться на данные табл. 1 и 2 приложения, суммирующие результаты предварительных и детальных обследований по отдельным признакам.
Подобный анализ целесообразно выполнять и для стальных и деревянных конструкций. Естественно, что отдельные виды строительных конструкций (железобетонные, стальные, каменные, основания и фундаменты) могут иметь специфические, только им присущие дефекты и повреждения, а соответственно и особенности методики обследования и диагностики в целом.
5.2. Обследование оснований и фундаментов
При обследовании зданий и сооружений, подлежащих реконструкции, должна быть установлена несущая способность оснований и фундаментов. В целом работы по обследованию предусматривают выполнение инженерно-геологических и гидрогеологических исследований площадки застройки, инженерно-геологическое обследование грунтов оснований и инженерное обследование состояния фундаментов. Обследования оснований должны выполняться в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01—83.
Инженерно-геологические обследования грунтов основания фундаментов и собственно фундаментов производят при отсутствии рабочих чертежей и исполнительных документов по возведению фундаментов, а также в случаях, когда обследованием надземных конструкций зданий и сооружений обнаружены деформации, причиной появления которых могут быть неравномерные осадки основания. Кроме того, такие обследования производят в случаях, когда реконструкцией предусматривается увеличение или изменение характера нагрузки, перестройка с устройством подвальных помещений, сооружение вблизи существующих зданий новых, изменение технологического процесса, связанного с воздействием на фундаменты агрессивных жидкостей, повышенных или пониженных температур и т. д.
Эти обследования производят с помощью открытых шурфов, количество и место расположения которых определяются в каждом конкретном случае. Проходку шурфов по одному — два осуществляют у каждого вида конструкций в наиболее нагруженном и ненагруженном участках, у наружных и внутренних стен, колонн, фундаментов под оборудование и др. Шурфы обязательно отрывают вблизи продеформировавшихся конструкций, а также на участках, выделенных под проектирование пристроек к зданиям, надстроек, и в местах предполагаемого существенного повышения нагрузок.
Следует обратить внимание на недопустимость подтопления через шурфы оснований вскрытых фундаментов и их промерзания. После завершения работ по обследованию оснований и фундаментов шурфы необходимо засыпать послойной укладкой грунта с трамбованием и восстановить нарушенные водозащитные изоляционные покрытия.
При отсутствии рабочей документации на основания и фундаменты количество, глубина и расположение в плане шурфов должно быть достаточным для составления планов и разрезов фундаментов и установления несущей способности оснований.
Если имеется проектная исполнительная документация на основания и фундаменты, а строительные конструкции находятся в удовлетворительном состоянии, то допустимо выполнять только контрольное шурфирование.
Глубину шурфов устанавливают, как правило, не менее 0,5…1,0 м ниже подошвы фундамента.
После определения типа и конструкции, размеров и глубины заложения, наличия и вида гидроизоляции устанавливают физико-механические и физико-химические характеристики материала фундаментов известными методами (см. табл. 3.1). При этом выявляют дефекты, повреждения, отступления от проекта.
При обследовании свайных фундаментов устанавливают их диаметр, количество и глубину, которую можно определить как шурфированием, так и геофизическими методами.
В процессе обследования грунтов в шурфах используют неразрушающие и экспресс - методы. Так, модуль деформации и прочность при одноосном сжатии могут быть определены на грунтовых образцах электронно-акустическим методом, суть которого заключается в определении скорости распространения акустического импульса в грунте, и по известным зависимостям в вычислении деформативно-прочностных характеристик. Плотность и пористость грунтов можно установить, пользуясь тарировочными кривыми по данным замеров интенсивности гамма- или нейтронного излечения импульсов.
Лабораторные испытания проводят с целью определения физико-механических характеристик грунтов с нарушенной и ненарушенной структурой: удельного веса, плотности, влажности, сопротивления грунта срезу, сжимаемости; для просадочных грунтов — коэффициента просадочности.
Опытом обследования оснований под эксплуатируемыми зданиями установлено, что в зависимости от вида грунтов и их влажности за счет опрессовки оснований нормативное сопротивление возрастает до 25 %.
При этом, исследуя пробы грунтов, взятых непосредственно в основании существующих сооружений, необходимо учитывать действительное напряженное состояние грунтов, а также условия их дальнейшей эксплуатации.
Нормальные и касательные напряжения на контакте фундаментов, а также других конструкций подземных сооружений и грунта можно определить с помощью месдоз различного типа: мембранно-балочного, мебранного, струнного и др. При анализе результатов обследований оснований и фундаментов необходимо руководствоваться требованиями глав СНиП 2.02.01—83 «Основания зданий и сооружений», СНиП 3.02.01—83 «Основания и фундаменты», СНиП 2.02.03—85 «Свайные фундаменты».
5.3. Методика диагностики бетонных
и железобетонных конструкций
При обследовании бетонных и железобетонных конструкций реконструируемых зданий и сооружений следует учитывать требования СНиП 2.03.01—84 «Бетонные и железобетонные конструкции».
Согласно действующим в настоящее время принципам проектирования и расчета несущих конструкций по предельным состояниям при обследовании все обнаруженные дефекты (отклонения от нормативных требований) необходимо разделять на следующие типы: дефекты, указывающие на угрозу снижения или необеспечения несущей способности; дефекты, недопустимые с позиций пригодности конструкций к нормальной эксплуатации.
При этом необходимо иметь в виду, что одни и те же дефекты могут указывать на неудовлетворение как по несущей способности, так и по пригодности к эксплуатации. Например, ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси изгибаемого элемента (без предварительного напряжения), в растянутой зоне аcrc ≥ 0,4 мм свидетельствует о превышении требований по второй группе предельных состояний, ограничивающих ширину раскрытия величиной аcrc ≤ 0,3 мм, и одновременно указывает на возможность достижения предела текучести арматурной стали А-II, что сопряжено с потерей несущей способности элемента.
Одним из наиболее характерных дефектов бетонных и железобетонных конструкций являются трещины. В соответствии с требованиями СНиП 2.03.01—84 в зависимости от категории трещиностойкости, связанной с условиями эксплуатации, видом (классом) арматуры, напряженным состоянием сечений (растяжение, сжатие) и продолжительностью раскрытия, предельно допустимая ширина раскрытия трещин в условиях неагрессивной среды колеблется от аcrc ≤ 0,1 мм до аcrc ≤ 0,4 мм. Для 1-й категории трещиностойкости образование трещин вообще не допускается.
Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, проявившимися в железобетонных конструкциях в процессе изготовления, транспортировки и монтажа, и трещины, обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей
среды.
К трещинам, появившимся в доэксплуатационный период, относятся: усадочные трещины, вызванные быстрым высыханием поверхностного слоя бетона и сокращением объема, а также трещины от набухания бетона; трещины, вызванные неравномерным охлаждением бетона; трещины, вызванные большим гидратационным нагревом при твердении бетона в массивных конструкциях; трещины технологического происхождения, возникшие в сборных железобетонных элементах в процессе изготовления, доля которых в общем количестве дефектов в сборных железобетонных конструкциях достигает 60 %; трещины в сборных железобетонных элементах силового происхождения, вызванные неправильным складированием, транспортировкой и монтажом, при которых конструкции подвергались силовым воздействиям от собственного веса по схемам, не предусмотренным проектом.
Трещины, появившиеся в эксплуатационный период, можно разделить на следующие виды: трещины, возникшие в результате температурных деформаций из-за нарушений требований устройства температурных швов или неправильности расчета статически неопределимой системы на температурные воздействия; трещины, вызванные неравномерностью осадок грунтового основания, что может быть связано с нарушением требований устройства осадочных деформационных швов, аварийным замачиванием грунтов, проведением земляных работ в непосредственной близости от фундаментов без обеспечения специальных мер; трещины, обусловленные силовыми воздействиями, превышающими способность железобетонных элементов воспринимать растягивающие напряжения.
Трещины силового характера необходимо анализировать с точки зрения напряженно-деформированного состояния железобетонной конструкции.
Так, в изгибаемых элементах, работающих по балочной схеме, возникают трещины, перпендикулярные (нормальные) продольной оси, вследствие появления растягивающих напряжений в зоне действия максимальных изгибающих моментов, и трещины, наклонные к продольной оси, вызванные главными растягивающими напряжениями в зоне действия существенных перерезывающих сил и изгибающих моментов (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Характерные трещины в изгибаемых железобетонных элементах, работающих по балочной схеме:
1 — нормальные трещины в зоне максимального изгибающего момента; 2 — наклонные трещины в зоне максимальной поперечной силы; 3 — трещины и раздробление бетона в сжатой зоне элемента
Нормальные трещины имеют максимальную ширину раскрытия в крайних растянутых волокнах сечения элемента. Наклонные трещины начинают раскрываться в средней части боковых граней элемента — в зоне действия максимальных касательных напряжений, а затем развиваются в сторону растянутой грани.
Раздробление бетона сжатой зоны сечений изгибаемых элементов указывает на исчерпание несущей способности конструкции.
Характерно развитие трещин силового происхождения на нижней растянутой поверхности плит с различным соотношением сторон (рис. 5.2). При этом бетон сжатой зоны может быть не нарушен. Смятие бетона сжатой зоны указывает на опасность полного разрушения плиты.
Появление продольных трещин вдоль арматуры (рис 5.3) в сжатых элементах свидетельствует о разрушениях, связанных с потерей устойчивости (выпучиванием) продольной сжатой арматуры из-за недостаточного количества поперечной (косвенной) арматуры.
Рис. 5.2. Характерные трещины по нижней поверхности плит:
а - работающих по балочной схеме при l2/l1 ≥ 3; б – опертых по контуру при l2/l1 < 3; в – то же, при l2/l1 = 1; г – опертых по трем сторонам при l3/l1 ≤ 1.5; д – то же, при l3/l1 > 1.5
Рис. 5.3. Трещины вдоль продольной арматуры в сжатых элементах
Вообще же дефекты в виде трещин и отслоения бетона вдоль арматуры железобетонных элементов могут быть вызваны и коррозионным разрушением арматуры. В этих случаях происходит нарушение сцепления продольной и поперечной арматуры с бетоном. Нарушение сцепления арматуры с бетоном за счет коррозии можно установить простукиванием поверхности бетона, при этом прослушиваются пустоты.
Продольные трещины вдоль арматуры с нарушением сцепления ее с бетоном могут быть вызваны и температурными напряжениями при эксплуатации конструкций с систематическим нагревом свыше 300 °С или после действия пожара.
Появление в изгибаемых элементах поперечной, практически перпендикулярной продольной оси элемента трещины, проходящей через все сечение (рис. 5.4), может быть связано с воздействием дополнительного изгибающего момента в горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости действия основного изгибающего момента (например, от горизонтальных сил в подкрановых балках). Такой же характер имеют трещины и в растянутых железобетонных элементах, но при этом трещины просматриваются на всех гранях элемента, опоясывают его.
Рис. 5.4. Трещины по всей высоте сечений элементов, изгибаемых в двух плоскостях
Необходимо обращать внимание на трещины, обнаруженные на опорных участках у торцов железобетонных конструкций. Трещины у торцов предварительно напряженных элементов, ориентированные вдоль арматуры, указывают на нарушение анкеровки арматуры. Об этом же свидетельствуют и наклонные трещины в приопорных участках, пересекающие зону расположения предварительно напряженной арматуры и распространяющиеся на нижнюю грань края опоры (рис. 5.5).
Элементы решетки раскосных железобетонных ферм, как известно, могут испытывать сжатие, растяжение, а в опорных узлах — действие перерезывающих сил. Характерные повреждения при разрушении отдельных участков таких ферм приведены на рис. 5.6. Так, в опорном узле могут возникнуть помимо трещин 1, 2 (рис. 5.5) повреждения типа 1, 2, 4 (рис. 5.6). Появление горизонтальных трещин в нижнем преднапряженном поясе типа 4 (рис. 5.6) свидетельствует об отсутствии или недостаточности поперечного армирования в обжатом бетоне. Нормальные (перпендикулярные к продольной оси) трещины типа 5 (рис. 5.6) появляются в растянутых стержнях при необеспеченности трещиностойкости элементов, т. е. при N > Ncrc.
Рис. 5.5. Трещины в опорной части предварительно напряженного элемента:
1 — при нарушении анкеровки напряженной арматуры; 2 — при недостаточности косвенного армирования сечения на действие усилия обжатия
Рис. 5.6. Характерные повреждения силового происхождения в железобетонных фермах с нижним предварительно напряженным поясом:
1 — наклонная трещина опорного узла; 2 — откол лещадок; 3 — лучеобразные и вертикальные трещины; 4 — горизонтальная трещина; 5 —вертикальные (нормальные) трещины в растянутых элементах; 6 — наклонные трещины в сжатом поясе фермы; 7 — трещины в узле нижнего пояса в месте примыкания растянутого раскоса
Причем следует обратить внимание на то обстоятельство, что снятие внешней нагрузки на ферму, уменьшая растягивающие усилия в нижнем поясе, приводит к закрытию трещин типа 5, но при этом может вызвать увеличение раскрытия горизонтальных трещин типа 3.
Появление повреждений в виде лещадок типа 2 свидетельствует об исчерпании прочности бетона на отдельных участках сжатого пояса (σb = Rb) или на опорах.
В изгибаемых элементах, как правило, появлению трещин сопутствует увеличение прогибов и углов поворота. Недопустимыми (аварийными) можно считать прогибы изгибаемых элементов более 1/50 пролета при ширине раскрытия трещин в растянутой зоне более 0,5 мм. Значения предельно допустимых прогибов для железобетонных конструкций приведены в табл. 3.2.
В процессе предварительного обследования часто возникает необходимость оценки ориентировочной прочности бетона и арматурной стали. При этом для бетона можно воспользоваться данными табл. 5.1. Метод основан на простукивании поверхности конструкции слесарным молотком массой 0,4...0,8 кг непосредственно по очищенному растворному участку бетона или по зубилу, установленному перпендикулярно поверхности элемента. При этом для оценки прочности принимаются минимальные значения, полученные в результате не менее 10 ударов. Кроме того, следует учитывать, что более звонкий звук при простукивании соответствует более прочному и плотному бетону. Для получения достоверных данных о прочности бетона и арматурной стали следует прибегнуть к методам, приведенным в § 4.4 и 5.5.
В предварительно напряженных конструкциях взятие проб бетона путем выбуривания кернов и определение прочности бетона разрушением малых объемов необходимо осуществлять на достаточном удалении от участков анкеровки арматуры.
Для предварительной оценки прочности арматуры по ее внешнему виду можно воспользоваться табл. 5.2, в которой приведены наименьшие значения пределов текучести арматурных сталей. Причем в конструкциях, возведенных в период до 1938 г., могла применяться арматура гладкого профиля, так называемое «торговое железо», Ст. 1; 2 и Ст. 0, для которых предел текучести устанавливался как среднее арифметическое значение по результатам испытаний трех — пяти образцов. Расчет прочности железобетонных конструкций при этом производился по методу допускаемых напряжений. С момента введения для оценки прочности стали понятия коэффициента однородности и браковочного минимума предела текучести (1935 г.) эта величина стала контролируемой.
Таблица 5.1. Прочность бетона, устанавливаемая путем простукивания поверхности (ориентировочная оценка)
|
Результаты одного удара средней силы молотком массой 0,4...0,8 кг |
Прочность бетона, МПа |
|
|
непосредственно по поверхности бетона |
по зубилу, установленному «жалом» на бетон |
|
|
На поверхности бетона остается слабо заметный след, вокруг которого могут откалываться тонкие лещадки |
Неглубокий след, лещадки не откалываются |
Более 20 |
|
На поверхности бетона остается заметный след, вокруг которого могут откалываться тонкие лещадки |
От поверхности бетона откалываются острые лещадки |
20...10 |
|
Бетон крошится и осыпается; при ударе по ребру откалываются большие куски |
Зубило проникает в бетон на глубину до 5 мм, бетон крошится |
10...7 |
|
Остается глубокий след |
Зубило забивается в бетон на глубину более 5 мм |
Менее 7 |
Таблица 5.2. Предел прочности арматурных сталей, определяемый по внешнему виду (максимальная величина для ориентировочной оценки несущей способности конструкций)
|
Внешний вид арматуры |
Предел текучести стали, МПа |
Предел текучести стали по браковочному минимуму, МПа |
|
Гладкая в зданиях постройки: до 1938 г. после 1938 г. |
190 - |
- 230 |
|
Периодического профиля с ребрами: винтового направления образующими елочку |
- - |
300 400 |
|
Жесткая из прокатных профилей |
- |
200 |
Следует отметить, что в табл. 5.2 приведены наибольшие величины предела текучести стали для предварительной оценки несущей способности конструкций. Повышение этой величины возможно после лабораторных испытаний образцов стальной арматуры, вырезанных из конструкции (не менее трех образцов каждого вида арматуры), или на основании подтверждающей технической документации.
В процессе проведения диагностики железобетонных конструкций целесообразно систематизировать полученные данные, для чего материалы обследования сводятся в таблицы или карты дефектов и повреждений.
5.4. Обследование каменных и армокаменных конструкций
При обследовании каменных и армокаменных конструкций необходимо прежде всего выделить несущие элементы, на состояние которых следует обратить особое внимание. Визуально и с помощью специальных приборов (см. § 3.4, 4.4) устанавливают характерные отклонения от нормативных требований и проектных решений. При этом выявляют фактические размеры конструктивных элементов, характер сопряжения стен между собой и конструкциями перекрытий и элементов каркаса, величину деформаций каменных и армокаменных конструкций в своей плоскости и перпендикулярно ей; несоблюдения требуемых условий опирания плит, балок, перемычек, состояние стальной арматуры и закладных деталей, степень повреждения их коррозией. Необходимо установить размеры разрушений, к которым относятся сколы, трещины и другие дефекты, и причины, их вызвавшие.
Среди возможных причин возникновения дефектов можно выделить механические, динамические, коррозионные, температурные, влажностные воздействия, а также дефекты, обусловленные неравномерностью деформаций оснований. Последние могут быть вызваны как разностью степени загружения соседних участков стен (например, торцевых — самонесущих и продольных — несущих), так и разностью геологических условий на смежных участках, а также следствием вымывания грунта
из-под фундамента грунтовыми или аварийными водами, замачиванием просадочных грунтов и др.
Целесообразно в процессе обследования выяснить, нарастают ли трещины во времени. С этой целью на трещины устанавливают маяки.
Для наблюдения за прогибами и осадками используют геодезические методы, описанные выше.
Обнаруженные в несущих каменных конструкциях трещины следует оценивать с позиций работы кладки под нагрузкой при сжатии (рис. 5.7). При этом не нужно исключать возможность появления трещин в результате нарушения технологии возведения кладки, например, в зимнее время, а также вызванных усадочными и температурными деформациями.
Важным этапом обследования каменных конструкций является установление деформативно-прочностных характеристик кладки. Прежде всего необходимо оценить качество выполненной кладки и ее соответствие проектным или другим техническим требованиям: заполнение швов раствором, соблюдение горизонтальности рядов, толщины горизонтальных швов, осуществление необходимой перевязки швов и др.
Рис. 5.7. Стадии работы кладки при сжатии:
F — усилие в кладке; Fcrc — усилие в кладке, при котором образуются трещины; Fu — разрушающее усилие
Прочность кирпича и камней необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 8462—85, раствора — ГОСТ 5802—86 или СН 290—74. Плотность и влажность каменных кладок определяют в соответствии с ГОСТ 6427—75, 12730.2—78 путем установления разницы веса образцов до и после высушивания. Морозостойкость каменных материалов и растворов, а также их водопоглощение устанавливают по ГОСТ 7025—78.
Отбор образцов для испытаний производят из малонагруженных элементов конструкций при условии идентичности применяемых на этих участках материалов. Образцы кирпичей или камней должны быть целыми без трещин. Из камней неправильной формы выпиливают кубики с размерами ребра от 40 до 200 мм или высверливают цилиндры (керны) диаметром от 40 до 150 мм. Для испытаний растворов изготовляют кубы с ребром от 20 до 40 мм, составленные из двух пластин раствора, склеенных гипсовым раствором. Образцы испытывают на сжатие с использованием стандартного лабораторного оборудования.
Участки кирпичной (каменной) кладки, с которых отбирали образцы для испытаний, должны быть полностью восстановлены для обеспечения исходной прочности конструкции.
Обследования каменных и армокаменных конструкций следует выполнять с учетом требовании СНиП П-22—81 «Каменные и армокаменные конструкции», а также «Рекомендаций по усилению каменных конструкций зданий и сооружений».
5.5. Особенности диагностики металлических конструкций
Стальные конструкции особенно широко используются в промышленных зданиях и сооружениях. Методика обследования металлических конструкций должна основываться на положениях СНиП 11-23 — 81 «Стальные конструкции» и др.
В связи с особенностями проектирования и возведения стальных конструкций работы по их обследованию имеют определенные отличия от аналогичного обследования железобетонных и каменных элементов. Сечения металлических элементов, как правило, легкодоступны, что упрощает их обмеры (арматура в железобетонных элементах скрыта в толще бетона). Относительно точные методы расчета позволяют проектировать металлические конструкции с минимальными запасами прочности, что, с другой стороны, вызывает необходимость предъявлять повышенные требования к качеству их выполнения и соответствию проектным решениям.
При обследовании необходимо прежде всего обращать внимание на сжатые элементы, так как ввиду тонкостенности их сечения чаще всего лимитируются не прочностью, а устойчивостью. Высокоответственными элементами металлических конструкций являются узловые соединения, поэтому в начальной стадии обследований должно быть установлено соответствие проекту сечений элементов и узлов, проверены прямолинейность стержней, наличие соединительных планок, особенно в сжатых стержнях. Необходимо выявить, имеются ли превышения нормативных прогибов, углов поворота и других перемещений элементов.
Важными условиями повышения надежности стальных конструкций являются высокое качество стали (особенно размер и однородность зерна) и технология изготовления и монтажа (качество сварки и др.).
Учитывая вышеприведенные особенности, при проведении обследования стальных конструкций необходимо обратить внимание на узлы и детали с высокими местными напряжениями от сосредоточенных нагрузок, с резкими концентраторами напряжений при сочетании с высокими местными напряжениями, ориентированными поперек направления действующих растягивающих напряжений, на сближение (примыкание и пересечение в узлах) и резкое изменение направлений сварных швов в элементах конструкций, на резкие перепады сечений элементов, а также их соединение с эксцентриситетом относительно центра тяжести сварных швов и др.
Во всех случаях должно быть тщательно обследовано состояние сварных заклепочных и болтовых соединений. Сварные соединения встречаются наиболее часто. Обследование начинают с визуального осмотра сварных швов, с помощью которого можно обнаружить трещины, поверхностную пористость, незаполненные кратеры, несплавления по кромкам, подрезы, наплывы, прожоги и др. Степень провара сварных швов устанавливают: угловых — методом засверливания, стыковых — физическими методами контроля. Засверливание производят по оси шва обычным сверлом диаметром на 6 мм больше ширины наружной поверхности шва. Осмотр высверленного места выполняют через лупу дважды — сразу после сверления и после обработки 20 %-ным раствором азотной кислоты для определения границ сварного шва. Физические методы контроля в ответственных сварных соединениях осуществляют при наличии соответствующего оборудования и специалистов. К этим методам относятся: просвечивание рентгеновскими и γ-лучами, магнитная и порошковая дефектоскопия (ГОСТ 21105—87), магнитографический и радиографический (ГОСТ 7512—82), электромагнитный и ультразвуковой (ГОСТ 23858—79).
При обследовании отдельных видов конструкций можно выделить наиболее ответственные элементы и присущие им дефекты. Так, в конструкциях стальных покрытий следует обратить внимание на трещины в стыковых накладках и узловых фасонках поясов стропильных и подстропильных ферм, особенно растянутых, на опорные узлы ферм, где проверить состояние опорных столиков и плотность опирания опорных фланцев, на узлы опирания панелей покрытия и прогонов, которые должны иметь требуемые площади опирания и сварные соединения закладных деталей железобетонных плит со стропильной конструкцией.
В стальных колоннах необходимо прежде всего проверить, не имеют ли конструкции механических повреждений в местах технологических проездов и на участках складирования материалов, состояние анкерных закреплений колонн в фундаментах, а также узлов опирания подкрановых балок на консоли, убедиться в сохранности узлов крепления связей.
В подкрановых балках особо опасными дефектами считаются трещины в верхних поясных швах, в стенке под короткими ребрами жесткости и в швах крепления ребер к верхнему поясу, прогибы и поперечные трещины верхнего пояса балки. При этом следует обратить внимание на состояние крепления тормозного листа или фасонок тормозной фермы и в целом на крепление тормозной конструкции к колонне, крановых рельсов, стыков рельсов и узлов крепления рельсов к балке.
На обследуемом объекте необходимо выделить для детальной проверки конструкции, эксплуатируемые вблизи источников повышенного тепловыделения, в зонах действия динамических нагрузок, химически агрессивных сред и других специфических воздействий.
Качество стали обследуемых конструкций и ее сопротивляемость хрупкому разрушению устанавливают на основании сопоставления результатов испытаний стали методами, приведенными в данном разделе и § 3.4, 4.4, 4.5. Нормативные и расчетные сопротивления материала конструкций и соединений определяют в соответствии с указаниями норм.
5.6. Дефектоскопия деревянных элементов
Деревянные конструкции в современном строительстве в качестве несущих элементов применяют сравнительно редко. Однако в зданиях старой постройки они встречаются в качестве стропильных элементов чердачной кровли, стропильных конструкций покрытий, перекрытиях жилых и общественных зданий, в некоторых сооружениях, сельскохозяйственных, производственных зданиях и др.
При обследовании деревянных конструкций прежде всего необходимо обратить внимание на условия их эксплуатации, выявить плохо вентилируемые помещения с повышенной влажностью, места систематического замачивания (увлажнения) деревянных элементов. Именно насыщение водой может стать причиной загнивания и распространения дефектов, вызванных появлением грибков, питающихся веществами клеток древесины, деревянных конструкций.
Для установления повреждений должны быть отобраны образцы древесины для последующего лабораторного микологического анализа. Образцы для анализа размером примерно 15×10×5 мм отбирают с сохранением грибных образований. Проверку состояния труднодоступных мест производят путем выборочных вскрытий полов, перегородок, подшивки потолков, опор балок и ферм. В междуэтажных перекрытиях вскрытие осуществляют на участках между балками на площади не менее 0,5 м2. На накатах убирают засыпку, а с поверхности перегородок и потолков — штукатурку на участках 30×30 см. Вскрытия целесообразно производить и в местах прохождения водопроводных и канализационных труб.
Прочностные характеристики древесины можно установить по виду материала (сосна, ель, лиственница, кедр, пихта и др.), пользуясь их нормативными характеристиками, или путем испытаний вырезанных образцов.
При проведении общего обследования деревянных конструкций необходимо обратить внимание на качество выполнения и состояние металлических накладок, болтов, скоб, хомутов, проволоки и др. При значительном повреждении указанных металлических элементов коррозией прочность соединений оценивается с учетом этого фактора.
Все работы по обследованию деревянных конструкций необходимо производить, основываясь на требованиях СНиП Н-25—80 «Деревянные конструкции».
5.7. Составление заключения о техническом
состоянии зданий и сооружений
По окончании всего цикла работ по обследованию составляется заключение о техническом состоянии зданий и сооружений рассматриваемого объекта.
Заключение должно содержать: 1) задание, на основе которого выполнена работа; 2) использованные первоисточники (техническая документация и т.п.); 3) кем и когда выполнены обследования объекта и поверочные расчеты; 4) краткое описание архитектурно - планировочного решения, технологического назначения объекта и условий эксплуатации; 5) результаты натурного' обследования, включая данные о физико-механических характеристиках оснований, фундаментов и надземных несущих конструкций, характерные дефекты, снижающие прочность и жесткость здания (сооружения); 6) результаты поверочных расчетов; 7) выводы о несущей способности оснований, фундаментов и надземных конструкций; 8) первоочередные мероприятия по усилению (в случае необходимости); 9) мероприятия по технике безопасности.
Среди перечисленных разделов заключения ключевым является вопрос о несущей способности конструкций зданий и сооружений. Ответ на него получают в результате проведения поверочного расчета несущей способности оснований и конструкций объекта, используя результаты данного обследования.
Выполняя поверочный расчет фактической несущей способности реконструируемых зданий и сооружении, нагрузки и воздействия следует принимать, руководствуясь положениями норм, и уточнять на основании проведенных обследований.
Действительные постоянные нагрузки от собственного веса конструкций должны быть установлены на основании определения плотности и фактических размеров элементов.
Путем случайного отбора образцов, количество которых должно быть не менее 5, рекомендуется определять нормативные нагрузки от собственного веса конструкций путем статистической обработки результатов взвешивания образцов. Этот способ целесообразен для материалов, обладающих существенной изменчивостью плотности: легких и ячеистых бетонов, засыпок, утеплителей и др. Для стали и тяжелого бетона плотность устанавливается по справочным данным.
Способ определения нагрузок от собственного веса путем установления плотности образцов предполагает их взвешивание, вычисление объема и на основании этих данных получение плотности, которая и является исходной для установления фактической нагрузки.
Нормативное значение плотности, а соответственно и нагрузки определяют по формуле
где
— среднее арифметическое значение результатов определения нагрузки (плотности);
— среднее квадратичное отклонение результатов определения нагрузки (плотности); Pi — нагрузка (плотность), определенная по результатам взвешивания и обмера i-гo образца; п — количество образцов; t—коэффициент, учитывающий объем выборки и определяющий доверительный интервал для среднего значения нормально распределенной случайной величины с доверительной вероятностью 0,95.
Значение коэффициента t в зависимости от
количества обследованных образцов п
п 5 6 7 8 9 12 15 20 25 30 40 50 и более
t 2,13 2,02 1,94 1,89 1,86 1,80 1,76 1,73 1,71 1,70 1,68 1,67
Временные длительные нагрузки необходимо устанавливать с учетом норм, с уточнением действительной схемы расположения на основании паспортных данных или рабочих чертежей, при их отсутствии — по обмерочным чертежам, а при возможности — путем взвешивания.
При определении временных кратковременно действующих нагрузок на эксплуатируемых объектах необходимо пользоваться нормативными или паспортными данными, но при этом допускается учитывать фактический характер и величину. Так, при определении вертикальных крановых нагрузок, действующих на конструкции здания, разрешается учитывать фактическое размещение кранов и приближение крановой тележки к колоннам при условии, что имеются ограничители сближения и перемещения кранов и тележек или другие гарантирующие меры ограничения зоны действия кранов.
При специальном обосновании на период производства строительных работ по реконструкции в соответствии с указаниями действующих норм по нагрузкам для периода возведения при новом строительстве допускается уменьшать значения снеговых, ветровых, гололедных и климатических температурных нагрузок и воздействий, а также принимать нормативные значения эквивалентных равномерно распределенных нагрузок от оборудования и складируемых материалов по фактическим величинам.
Проведение поверочных расчетов обследуемых строительных конструкций зданий и сооружений можно разделить на два этапа: 1) определение несущей способности отдельных элементов (расчет по предельным состояниям первой группы); 2) определение усилий в конструкциях от внешних нагрузок и воздействий, соответствующих проектному заданию на реконструкцию.
В случаях, когда конструкции выполнены в соответствии с проектом и не имеют дефектов и повреждений, при наличии технической документации, включая данные о их несущей способности, поверочные расчеты могут быть выполнены в ограниченном объеме: производят сопоставление внутренних усилий, возникающих от расчетных нагрузок, с несущей способностью конструкций, приведенной в технической документации.
Поверочные расчеты несущей способности существующих конструкций должны выполняться по данным проведенных обследований, т.е. учитывать фактические размеры сечений, прочностные и деформативные характеристики материалов, обнаруженные дефекты и повреждения и др.
Целесообразно выделить среди подлежащих проверке расчетом конструкций две группы: не имеющие дефектов (повреждений) и с дефектами (повреждениями), способными снизить несущую способность элементов.
Конструкции первой группы при условии их эксплуатации под проектной нагрузкой не менее 10 лет, а также в случаях, когда предлагаемые в дальнейшем изменения нагрузок не приведут к увеличению внутренних усилий (М, N, Q), могут проверяться расчетом по нормам, действующим во время их проектирования. В противном случае расчет конструкций следует выполнять по нормам, действующим на момент обследований.
При этом необходимо внимательно относиться к выбору расчетных величин прочностных характеристик материалов, не забывая, что, например, для железобетонных конструкций класс бетона и арматурной стали и их прочностные нормативные и расчетные характеристики по действующим в настоящее время нормам установлены при обеспеченности 0,95, что соответствует технологическому уровню современных предприятий строительной индустрии и металлургической промышленности. Для определения исходных прочностных характеристик материалов, конструкций, возведенных в прошлом, необходимо воспользоваться обработкой опытных данных по методике, приведенной ниже.
В процессе обработки результатов обследований сопоставляют действительные (полученные при испытаниях) прочностные характеристики материалов конструкций с заложенными в проекте.
При этом для установления нормативных значений сопротивлений материалов по результатам испытаний, полученных в процессе обследований как для отдельных образцов, так и для испытаний, выполненных на натурных конструкциях с применением безобразцовых методов, способами, рассмотренными в § 4.4, 5.2, 5.4, 5.6 и утвержденными соответствующими ГОСТами или другими нормативными документами, используются вероятностные оценки.
Средние значения прочностных характеристик материалов, таких, как предел текучести или временное сопротивление стали, прочность бетона на сжатие, определяют по формуле
где п — количество образцов (испытаний); Rqi — результат, полученный в i-м испытании (образце).
Среднее квадратичное отклонение для выборки
Нормативное значение прочностной характеристики
где β — коэффициент, учитывающий объем испытаний и с доверительной вероятностью 0,9 определяющий нижнюю 95 %-ную допустимую границу для нормально распределенной случайной величины:
n 5 6 7 8 9 10 11 12 15 20 30 50 и более
Р .3,34 3,04 2,90 2,69 2,58 2,50 2,44 2,39 2,78 2,16 2,04 1,94
Переход от нормативных значений сопротивлений к расчетным, а также способы перехода от определяемой прочностной характеристики (предел текучести — для стали, класс по прочности на сжатие — для бетона и др.) к другим характеристикам прочности и деформативности осуществляются в соответствии с требованиями СНиПов.
Действующими нормами по проектированию бетонных и железобетонных конструкций введена новая характеристика бетона по прочности—«класс бетона» взамен ранее принятой — «марки бетона». Взаимосвязь этих характеристик может быть осуществлена посредством использования данных, приведенных в табл. 5.3.
Условную марку бетона определяют по формуле
В/[0,0980665 (1 — 1,64V)], (5.5)
где В — числовое значение класса бетона, МПа; 0,0980665 — переходной коэффициент от МПа к кгс/см2; V — номинальное значение коэффициента вариации прочности бетона.
Таблица 5.3. Данные по соотношению между марками и
классами бетона по прочности на сжатие
|
Марка бетона по прочности на сжатие |
Соотношение прочностей бетона соответствующим маркам и классам бетона по прочности на сжатие |
||||
|
Класс бетона по прочности на сжатие |
Условная марка бетона, соответствующая классу бетона по прочности на сжатие |
||||
|
Бетон всех видов, кроме ячеистого |
Отличие от марки бетона, % |
Ячеистый бетон |
Отличие от марки бетона, % |
||
|
М15 |
В1 |
14,47 |
— 3,5 |
||
|
М25 |
В1.5 |
— |
— |
21,70 |
— 13,2 |
|
М25 |
В2 |
28,94 |
+ 15,7 |
||
|
М35 |
В2.5 |
32,74 |
— 6,5 |
36,17 |
+ 3,3 |
|
М50 |
В3.5 |
45,84 |
— 8,1 |
50,64 |
+ 1,3 |
|
М75 |
В5 |
65,48 |
— 12,7 |
72,34 |
— 3,5 |
|
М100 |
В7,5 |
98,23 |
— 1,8 |
108,51 |
4-8,5 |
|
М150 |
В10 |
130,97 |
— 12,7 |
244,68 |
—3,55 |
|
М150 |
В12.5 |
163,71 |
+9,1 |
180,85 |
|
|
М200 |
В15 |
196,45 |
— 1,8 |
217,02 |
|
|
М250 |
В20 |
261,93 |
+4,8 |
||
|
М300 |
В22.5 |
294,68 |
— 1,8 |
||
|
М300 |
В25 |
327,42 |
9,1 |
||
|
М350 |
В25 |
327,42 |
— 6,45 |
||
|
М350 |
В27.5 |
360,16 |
+2,9 |
||
|
М400 |
В30 |
392,90 |
— 1,8 |
||
|
М450 |
В35 |
458,39 |
+ 1,9 |
||
|
М500 |
В40 |
523,87 |
+ 4,8 |
||
|
М600 |
В45 |
599,35 |
— 1,8 |
||
|
М700 |
В50 |
654,84 |
— 6,45 |
||
|
М700 |
В55 |
720,32 |
+2,9 |
||
|
М800 |
Е60 |
785,81 |
— 1,8 |
Примечание. Условная марка бетона — среднее значение прочности бетона из серии образцов (кгс/см2), приведенной к прочности образца базового размера (куба с ребром 15 см) в соответствии с ГОСТ 10180—78, при номинальном значении коэффициента вариации прочности бетона.
Конструкции, относящиеся ко второй группе, необходимо рассчитывать по нормам, действующим на период обследования с учетом их фактического состояния.
Часто особенности действительной работы конструкций, имеющих дефекты и повреждения, учесть прямым расчетом затруднительно. В этих случаях допускается вводить в расчет коэффициенты условий работы, которые устанавливаются научно-исследовательской или проектной организацией на основе специальных исследований и опыта эксплуатации конструкций. В качестве примера можно привести методику оценки несущей способности кирпичной кладки, имеющей повреждения, разработанную ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР.
Условие, при котором поврежденные каменные и армокаменные конструкции подлежат усилению, имеет вид
Кб.п F ≥ ФКтр, (5.6)
где Кб.п — коэффициент безопасности (Кб.п = 1,7— для неармированной кладки, 1,5 — для кладки с сетчатым армированием); F — фактическая нагрузка в момент обследования; Ф — несущая способность конструкции без учета повреждений, определяемая по фактическим значениям площади сечений, гибкости и прочности материалов кладки в соответствии с указаниями.
При этом в формулы для расчета конструкции подставляется средний предел прочности кладки R, который при известной марке кирпича и раствора принимается равным удвоенной величине расчетного сопротивления кладки R.
Коэффициент снижения несущей способности Ктр каменных конструкций при наличии повреждений кладки стен, столбов и простенков вертикальными воздействиями и неравномерными осадками оснований определяют по табл. 5.4.
Задача определения усилий в несущих строительных элементах решается путем статического расчета конструкций, который осуществляется известными методами строительной механики, в том числе с использованием ЭВМ. В необходимых случаях выполняют расчет на действие динамических (технологических или сейсмического характера) нагрузок, а также проверяют устойчивость сооружения в целом и его элементов.
Важнейшим этапом расчета является установление конструктивной расчетной схемы здания или сооружения и нагрузок, наиболее отвечающих действительности. Здесь необходимо обратить внимание на фактическое исполнение узлов опирания и сопряжения элементов конструкций, на наличие и состояние связей, обеспечивающих пространственную жесткость зданий и сооружений и их элементов. Следует учесть фактические и предполагаемые сочетания постоянных и временных нагрузок и другие принятые в расчете предложения.
Таблица 5.4. Значения коэффициента снижения несущей способности
кладки в зависимости от характера повреждений
|
Характер повреждения кладки стен столбов и простенков |
Ктр при кладке |
|
|
неармированной |
армированной |
|
|
Трещины в отдельных кирпичах, не пересекающие растворные швы |
1 |
1 |
|
Волосные трещины, пересекающие не более двух рядов кладки (длиной 15...18 см) |
0,9 |
1 |
|
То же, при пересечении не более четырех рядов кладки (длиной до 30...35 см) при числе трещин не более четырех на 1 м ширины (толщины) стены, столба или простенка |
0,75 |
0,9 |
|
Трещины с раскрытием до 2 мм, пересекающие не более восьми рядов кладки (длиной до 60. .65 см) при числе трещин не более четырех на 1 м ширины (толщины) стены, столба, простенка |
0,5 |
0,7 |
|
То же, при пересечении более восьми рядов (длиной более 65 см) |
0 |
0,5 |
При расчетах необходимо стремиться к выявлению скрытых резервов несущей способности элементов, существенное увеличение которой может дать учет пространственной работы конструкций, рассчитанных ранее как плоские.
В статически неопределимых конструкциях по возможности желательно учесть развитие пластических деформаций и вести расчет с учетом схемы предварительно выявленного месторасположения пластических шарниров.
В частности, в железобетонных конструкциях пластические шарниры часто появляются в узловых соединениях неразрезных ригелей с колоннами из-за недостаточности площади опорной арматуры, некачественно выполненного сварного соединения, несоосности стыкуемых арматурных стержней ригеля и колонны и др.
Некоторый запас прочности конструкции могут иметь за счет завышенных сечений, подбор которых до введения методов расчета по предельным состояниям производился по завышенным нормам нагрузок и заниженным допускаемым напряжениям.
Заключение о техническом состоянии зданий и сооружений служит основой для предварительного решения о целесообразности реконструкции строительной части объекта.
5.8. Предварительная оценка стоимости реконструкции
и целесообразности ее проведения
Экономическая целесообразность реконструкции и технического перевооружения действующих предприятий обеспечивается за счет сокращения капитальных вложений по сравнению с новым строительством, уменьшения расхода и интенсивности использования материально-технических, трудовых и энергетических ресурсов. В результате реконструкции может быть обеспечен прирост объема выпускаемой продукции предприятием, снижение издержек промышленного производства, обновление ассортимента и улучшение качества производимой продукции, улучшение условий труда рабочих предприятия.
В качестве основного критерия эффективности реконструкции объекта принимаются удельные капитальные вложения:
Куд = (Кн - Ки + КУ)/(МН - Мв), (5.7)
где Кн — вновь вкладываемые вложения на реконструкцию предприятия, руб.; Ки —стоимость основных фондов, высвобождающихся в результате реконструкции и передаваемых для дальнейшего использования на другие участки народного хозяйства, руб.; Ку — убытки от ликвидации действующих основных фондов в результате реконструкции предприятия, включая убытки от сноса зданий, сооружений и коммуникаций, попадающих в район расширения площадей и реконструируемого предприятия, руб.; Мн — стоимость вновь вводимых мощностей, руб.; Мв — стоимость мощностей, выбывающих из производственного процесса предприятия, руб.
При проектировании реконструкции промышленных предприятий важное значение имеет выбор оптимальных вариантов проектных решений по организации и производству строительно-монтажных работ. Экономическое обоснование решений по организации реконструкции предприятий осуществляется в соответствии с «Инструкцией по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве».
Выбор варианта организации и производства реконструктивных работ осуществляется по минимуму народнохозяйственных потерь за весь период реконструкции, которые определяются размером приведенных затрат, руб.:
З = Сi + Ен Кi, (5.8)
где Сi — себестоимость (единицы или годового объема) продукции по i-му варианту реконструкции, руб.; Ен = 0,15 — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; Кi — капитальные вложения в i-й организации реконструкции, руб.
Экономическая целесообразность реконструкции жилых зданий может быть установлена путем сравнения расходов на реконструкцию с расходами на строительство нового здания такой же площади с учетом сроков их дальнейшей эксплуатации
СР/ВР ≤ СН/Вн (5.9)
где Ср — стоимость реконструкции с учетом возможного уменьшения жилой площади; Сн — стоимость нового здания с той же жилой площадью; ВР — время службы реконструируемого здания; Вн—время службы нового здания.
Аналогичный подход возможен и к оценке эффективности реконструкции общественных зданий.
Стоимость реконструкции прежде всего зависит от степени физического и нормативного износа зданий и устанавливается по смете на разработанный проект реконструкции, в основу которого положены данные заключения о техническом состоянии объекта.
Сроки службы определяются капитальностью зданий и зависят от долговечности применяемых материалов и конструкций из них. Например, для жилых зданий приняты шесть групп капитальности, в соответствии с которыми сроки службы находятся в пределах 15... 150 лет.
ГЛАВА 6
ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКОНСТРУКЦИЙ
6.1. Инженерные изыскания площадки
реконструируемого объекта
После принятия решения о целесообразности реконструкции зданий или сооружений может возникнуть необходимость в дополнительных инженерных изысканиях, включая геодезические, геологические и гидрометеорологические. Цель этих работ — прогнозирование общего состояния площадки объекта с учетом предполагаемых мероприятий по реконструкции (усиления строительных конструкций, перестройки и строительству новых зданий и сооружений, освоения новых технологий и других изменений условий эксплуатации).
При этом должны быть получены исходные данные для разработки проектно-сметной документации на работы по охране окружающей среды, выбору типа оснований под вновь проектируемые здания и усилению существующих фундаментов, способы производства работ по отрывке котлованов, креплению их стенок и устройству фундаментов, мероприятия по уменьшению влияния вновь проектируемых сооружений на деформации существующих. Необходимо учесть возможность увеличения нагрузок на существующие фундаменты, устройства новых подвальных помещений, воздействия на основания и фундаменты агрессивных жидкостей, технологических температур и др.
Инженерно-геологические обследования площадки застройки производят путем бурения скважин глубиной до 10 м, диаметром до 37 мм и глубиной до 20 м, диаметром до 127 мм с помощью буровых механических (иногда ручных) установок. При этом определяют виды грунтовых пластов, наличие линз, выклинивание пластов и их распространение, а также определяют физические характеристики проходимых геологических пластов, что осуществляется, как правило, лабораторными методами. Полевые методы используют в тех случаях, когда отбор образцов требуемого качества практически невозможен или затруднен. Необходимо обратить внимание на уровень грунтовых вод, определить направление их потока, дебит и т. д.
Инженерно-гидрогеологические изыскания выполняют при обследовании подтопленных территорий или при угрозе подтопления.
В результате проведения инженерных изысканий с учетом данных обследования оснований и фундаментов (см. § 5.2) должны быть собраны материалы, достаточные для разработки проекта реконструкции зданий и сооружений. Они включают: 1) инженерно-геодезическую съемку площадки реконструируемого объекта со схемой расположения всех зданий и сооружений; 2) инженерно-геологические (литологические разрезы по скважинам и литологические профили по основным направлениям) разрезы участка с данными об уровнях грунтовых вод; 3) обмерочные чертежи существующих фундаментов с указанием обнаруженных дефектов и отступлений от проекта и нормативных требований (если они имеются); 4) данные о физико-механических свойствах грунтов оснований участка застройки; 5) гидрометеорологическую обстановку на рассматриваемой территории.
6.2. Оценка стойкости бетона к воздействиям
планируемой эксплуатационной среды
При проектировании реконструкции необходимо выполнить некоторые дополнительные исследования существующих конструкций по оценке их свойств в новых планируемых технологических условиях.
В целом строительные конструкции в процессе эксплуатации могут испытывать воздействия как технологического, так и природного происхождения.
Комплексные воздействия в различных сочетаниях, включая силовые, определяют долговечность конструкций, под которой понимается свойство конструкций сохранять требуемые качества при установленной системе технического обслуживания до наступления предельного состояния по пригодности конструкций к эксплуатации.
Рассмотрим некоторые методы, оборудование и приборы, применяемые для установления стойкости бетонов к различным воздействиям.
Стойкость бетона к попеременному замораживанию и оттаиванию, водонасыщению и высыханию, колебаниям температуры, карбонизации, химически агрессивным средам, истиранию и другим воздействиям в большинстве случаев устанавливают путем исследования отобранных из бетона конструкций образцов в виде кубов с ребром 70 и 100 мм, а также меньших образцов 30×30×60 мм, 40×40×160 мм и др. Задача решается путем моделирования соответствующего процесса в ускоренном режиме, в том числе с использованием экспресс - методов.
Морозостойкость бетона устанавливают по ГОСТ 10060—87 путем циклического замораживания и оттаивания образцов в холодильных камерах с последующим определением прочностных, упругих и неупругих характеристик бетона, пользуясь стандартными методами и оборудованием. Ускоренные испытания по методу Добролюбова — Рэмера предусматривают замораживание насыщенных водой и герметизированных образцов в специальных химических растворах СаС2 или этиленгликоля и оттаивание в воде.
Определение атмосферостойкости бетона включает исследования стойкости бетона к действию попеременного увлажнения и высушивания при изменении температуры, а также карбонизации бетона. Испытания на попеременное увлажнение и высушивание осуществляют с помощью установок, разработанных НИИЖБ, УралпромстройНИИпроектом, ЦНИЛГлавКиевгорстроя и др. Испытания заключаются в оценке известными способами на стандартном оборудовании изменения прочности и деформативности насыщенных водой образцов бетона, выдержанных в термокамере, а затем вновь увлажненных.
Глубину карбонизированного слоя бетона определяют калориметрическим методом по изменению цвета скола бетона под воздействием 0,1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина. В местах, где сохраняется щелочная реакция, поверхность окрашивается в ярко-малиновый цвет, а там, где цвет не изменился, — бетон карбонизирован. Проницаемость бетона для СО2 и соответственно защитные свойства бетона по отношению к арматуре можно установить по методике НИИЖБ.
Сопротивляемость бетона износу, т. е. износостойкость или истираемость, определяют по ГОСТ 13087—81, подвергая бетонные образцы истиранию абразивными дисками. С этой целью используют круг истирания Боме, специально переоборудованный прибор ЛКИ-2 и др.
Эксплуатируемые конструкции, как правило, подвержены совместным воздействиям нескольких видов. Разработаны методики комплексных исследований. Так, для испытания долговечности бетона в условиях комплекса атмосферных и силовых воздействий может быть использована стационарная установка ДСМ-10, в которой образцы в нагруженном состоянии подвергаются последовательному одностороннему воздействию в климатических камерах.
6.3. Установление фактических динамических
характеристик конструкций
При необходимости размещения в реконструируемом здании оборудования, оказывающего на конструкции воздействия динамического характера, выполняются соответствующие специальные исследования существующих конструкций. В этом случае целесообразно произвести расчет конструкций на планируемые динамические воздействия с учетом реальных геометрических и жесткостных параметров и полученные данные сопоставить с результатами натурных динамических испытаний и нормативными требованиями. Последние для строительных конструкций устанавливают три предельных состояния: по прочности и выносливости конструкций; пригодности к эксплуатации из условий физиологических воздействий на человека и по возможности нормальной эксплуатации технологического оборудования.
Динамические характеристики эксплуатируемых конструкций определяют методами виброиспытаний, в основу которых положено установление возникающих от действия вибрационных или ударных нагрузок во времени линейных перемещений V, скоростей V и ускорений V точек элементов конструкций и построение соответственно сейсмограмм, велосирограмм и акселерограмм. Располагая любым из этих графиков (V, V, V), путем дифференцирования или интегрирования можно перейти к необходимому параметру.
При проведении натурных испытаний используют приборы и оборудование, приведенные в § 3.4. Для создания вибронагрузок в натурных условиях могут быть использованы вибромашины, создающие различные по направлению, частоте и амплитуде вынужденные колебания конструкции.
6.4. Представление данных для проектирования реконструкции
Приступая к непосредственному проектированию реконструкции строительных объектов, проектная организация должна располагать необходимым для работы объемом исходных материалов, полученных в процессе обследования.
В указанный объем материалов входят: полный комплект обмерочных чертежей существующих зданий и сооружений, включая фундаменты и надземную часть; заключение о техническом состоянии существующих зданий и сооружений; результаты предварительной оценки стоимости реконструкции; результаты инженерных изысканий площадки реконструируемого объекта; задание на технологический процесс в реконструируемом производственном здании (сооружении) или на планировочные решения в жилом (общественном) здании; данные о стойкости существующих несущих конструкций к планируемым воздействиям.