2020-09-24
926
Конспект лекций для студентов
по дисциплине
«Реконструкция зданий и сооружений»
Составил преподаватель: Ещенко Т.В.
Основные термины и определения
Обследование – комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров, характеризующих эксп-луатационное состояние, пригодность и работоспособность объектов обследования и определяющих возможность их дальнейшей эксплуатации или необходимость восстановления и усиления.
Дефект – отдельное несоответствие конструкций какому-либо параметру, установленному проектом или нормативным документом (СНиП, ГОСТ, ТУ, СН и т.д.).
Повреждение – неисправность, полученная конструкцией при изготовлении, транспортировании, монтаже или эксплуатации.
Степень повреждения – установленная в процентном отношении доля потери проектной несущей способности строительной конструкцией.
|
|
|
Оценка технического состояния – установление степени повреждения и категории технического состояния строительных конструкций или зданий и сооружений в целом на основе сопоставления фактических значений количественно оцениваемых признаков со значениями этих же признаков, установленных проектом или нормативным документом.
Категория технического состояния – степень эксплуатационной пригодности строительной конструкции или здания и сооружения в целом, установленная в зависимости от доли снижения несущей способности и эксплуатационных характеристик конструкций.
Оценку категорий технического состояния несущих конструкций производят на основании результатов обследования и поверочных расчетов.
Моральный износ здания – постепенное (во времени) отклонение основных эксплуатационных показателей от современного уровня технических требований эксплуатации зданий и сооружений.
Физический износ здания – ухудшение технических и связанных с ними эксплуатационных показателей здания, вызванное объективными причинами.
Восстановление – комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств конструкций, пришедших в ограниченно работоспособное состояние, до уровня их перво-начального состояния.
Усиление – комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение несущей способности и эксплуатационных свойств строительной конструкции или здания и сооружения в целом по сравнению с фактическим состоянием или проектными показателями.
1. Общие сведения о техническом обследовании строительных конструкций здания
|
|
|
Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений производится в целях получения фактических данных о техническом состоянии конструкций, причинах их деформаций и повреждений, а также с целью составления рекомендаций по устранению причин повреждений, их усилению или замене. Материалы технического обследования необходимы при разработке проектов усиления, восстановления и реконструкции жилых, общественных и промышленных зданий.
К проведению работ по обследованию несущих конструкций зданий и сооружений допускаются организации, оснащенные необходимой приборной
иинструментальной базой, имеющие в своем составе квалифицированных специалистов. Квалификация организации на право проведения обследования и оценки технического состояния несущих конструкций зданий
исооружений должна быть подтверждена соответствующей Государственной лицензией или Свидетельством Саморегулируемой организации (СРО). Для обследования зданий или сооружений, подведомственных Ростехнадзору, необходимо наличие специальных лицензий.
Основанием для проведения работ по обследованию могут быть следующие причины:
- наличие дефектов и повреждений конструкций (например, вследствие силовых, коррозионных, температурных или иных воздействий, в том числе неравномерных просадок фундаментов), которые могут снизить прочностные, деформативные характеристики конструкций и ухудшить эксплуатационное состояние здания в целом;
-увеличение эксплуатационных нагрузок и воздействий на конструкции при перепланировке, модернизации и увеличении этажности здания;
-реконструкция зданий даже в случаях, не сопровождающихся увеличением нагрузок;
-выявление отступлений от проекта, снижающих несущую способность и эксплуатационные качества конструкций;
-отсутствие проектно-технической и исполнительной документации;
-изменение функционального назначения зданий и сооружений;
-возобновление прерванного строительства зданий и сооружений при отсутствии консервации или по истечении трех лет после прекращения строительства при выполнении консервации; деформации грунтовых оснований;
-необходимость контроля и оценки состояния конструкций зданий, расположенных вблизи от вновь строящихся сооружений;
-необходимость оценки состояния строительных конструкций, подвергшихся воздействию пожара, стихийных бедствий природного характера или техногенных аварий;
-необходимость определения пригодности производственных и общественных зданий для нормальной эксплуатации, а также жилых зданий для проживания в них*.
*- В соответствии с нормативными требованиями по срокам проведения планового обследования зданий и сооружений.
Поиск, сбор и анализ технической документации включает изучение:
-проектной документации (рабочих чертежей зданий, конструкций, узлов сопряжения, расчетных схем, нагрузок, расчетов, материалов инженерно-геологических изысканий);
-строительной документации (паспортов, сертификатов на материалы, актов на скрытые работы, журналов работ, авторского и геодезического контроля, отступлений от проекта);
-изменений проектных решений в процессе эксплуатации зданий (перестройки, перепланировки, результатов обследований, испытаний материалов, вскрытий, усиления, ремонтов конструкций и т.п.).
2.Основное (комплексное или техническое) обследование:
-выборочные обмеры: уточнение фактических размеров конструкций
иузлов сопряжения, схем опирания конструкций, конструктивных схем несущих конструкций; при отсутствии чертежей - подробные обмеры;
-визуальный осмотр: выявление, измерение и зарисовка трещин, дефектов и повреждений конструкций; составление ведомостей и карт дефектов и повреждений; выполнение фотофиксации наиболее опасных дефектов и повреждений;
|
|
|
-выполнение необходимых вскрытий перекрытий и покрытий, стен для выявления их составов, технического состояния составляющих слоев и скрытых от глаз узлов сопряжения, узлов опирания и т.п.;
-выполнение вскрытий защитного слоя бетона в ЖБК для установления количества, диаметров, класса и местоположения рабочей арматуры;
-определение основных физико-механических характеристик строительных материалов несущих конструкций;
-измерение деформаций (прогибов, наклонов, перекосов, сдвигов, осадок фундаментов и т п.);
-выполнение поверочных расчетов основных несущих конструкций на фактические и проектируемые нагрузки.
Карта дефектов и повреждений – это графическое
изображение элемента конструкции или части здания, на которой с использованием условных обозначений показываются выявленные в процессе обследования дефекты и повреждения.
Ведомость дефектов и повреждений – это таблица, в
которой описываются в кратком виде дефекты и повреждения с указанием их основных характеристик, местоположения в осях и по высоте, ссылкой на фото, карту.
Образцы карты и ведомости представлены ниже.
Условные обозначения и характеристики дефектов
| № | Конструкция | Описание дефекта | Фотоиллюстрация | Категория |
| п/п | или констр. | или повреждения | (эскиз) | опасност |
| элемент. | дефекта или | и дефекта | ||
| Местоположе- | повреждения | (повреж- | ||
| ние дефекта | дения) | |||
| или | ||||
| повреждения | ||||
| 1. | Главная балка | В нижней грани главной | ||
| перекрытия по | балки под 2-ой от оси У | |||
| оси 11 между | второстепенной балкой | |||
| осями (У-У1) | отслоение массива | |||
| бетона, включая защитный | Б | |||
| слой бетона на длине | ||||
| около 1,2 м с оголением | ||||
| арматуры. Поражение ее | ||||
| коррозией: продольной | ||||
| арматуры до 20-25 % | ||||
| площади поперечного | ||||
| сечения, поперечной | ||||
| арматуры – до 100 % | ||||
| площади. |
|
|
|
| № | Конструкция | Описание дефекта | Фотоиллюстрация | Категория |
| п/п | или констр. | или повреждения | (эскиз) | опасности |
| элемент. | дефекта или | дефекта | ||
| Местоположе- | повреждения | (повреж- | ||
| ние дефекта | дения) | |||
| или | ||||
| повреждения | ||||
| 2. | Главная балка | Срез бетона под местом | ||
| перекрытия по | опирания на балку одной | |||
| оси 9 между | из второстепенных балок | Б | ||
| (трещины горизонтально | ||||
| осями (У-У1) | ||||
| расположены). Ширина | ||||
| раскрытия трещин аcrc= 12- | ||||
| 15 мм – существует угроза | ||||
| обрушения фрагмента | ||||
| бетона большой массы! | ||||
| Имеет место коррозия | ||||
| арматуры балки. |
| № | Конструкция | Описание дефекта | Фотоиллюстрация | Категория | ||
| п/п | или констр. | или повреждения | (эскиз) | опасност | ||
|
| элемент. |
| дефекта или | и дефекта | ||
|
| Местоположе |
| повреждения | (повреж- | ||
|
| -ние дефекта |
| дения) | |||
|
| или |
| ||||
|
| повреждения |
| ||||
| 3. | Главная балка | То же. Срез бетона под | ||||
| перекрытия по | местом опирания на балку | |||||
| оси 9 между | одной из второстепенных | |||||
| осями (Ю-Я) | балок (трещины располо- | |||||
| жены под углом 45). | ||||||
| 4. | Главная балка | Вертикальная трещина в | ||||
| перекрытия по | балке с шириной раскрытия | |||||
| оси 11 между | аcrc= 8-10 мм на всю высоту | |||||
| осями | балки непосредственно по | |||||
| (У-У1) у опоры | месту ее сопряжения с | |||||
| на | колонной (трещина | |||||
| колонну У1 | «затухает» к верху балки). | |||||
|
| ||||||
Б
А
| № | Конструкция | Описание дефекта | Фотоиллюстрация | Категория |
| п/п | или констр. | или повреждения | (эскиз) | опасности |
| элемент. | дефекта или | дефекта | ||
| Местоположе- | повреждения | (повреж- | ||
| ние дефекта | дения) | |||
| или повреж- | ||||
| дения | ||||
| 5. | Плита | В плите на расстоянии 30 | ||
| перекрытия | см от граней колонн по оси | |||
| между осями | У сквозная трещина с | |||
| (У-У1)/(11-12) | шириной раскрытия аcrc= 2 | |||
| мм на всю длину плиты. | Б | |||
К дефектам и повреждениям каменных конструкций относятся следующие:
- низкое качество кладки, несоответствие марок камня (кирпича) и раствора проектным;
-продольные и поперечные трещины;
-расслоения и чрезмерные пластические деформации;
-выпадение отдельных камней из кладки или нарушение сцепления раствора с камнями;
-пробитые в кладке отверстия, гнёзда, ниши, сколы;
-размораживание (эрозия) кладки;
-неудовлетворительное сопряжение со смежными конструкциями;
-отсутствие распределительных подушек в местах приложения сосредоточенных нагрузок;
-грибковые и коррозионные повреждения;
-высолы;
-вымывание или выветривание раствора из швов кладки;
-замачивание (увлажнение) поверхности кладки атмосферными осадками;
-замачивание поверхности кладки техническими маслами или техническими жидкостями;
-отсутствие или нарушение гидроизоляции стен;
-отслоение штукатурного слоя и др.
К дефектам и повреждениям железобетонных конструкций
относятся следующие:
-нормальные и наклонные трещины в бетоне;
-отслоение защитного слоя бетона, оголение арматуры;
-повреждение оголенной арматуры коррозией;
-механические повреждения (сколы);
-наличие раковин, каверн, пустот в теле бетона;
-дефекты бетонирования (малый защитный слой бетона, инородные включения и др.);
-наличие зон пониженной прочности бетона, вследствие его разуплотнения или разрыхления;
-карбонизация (высолы) бетона;
-участки развития чрезмерных деформаций в конструкциях;
-повреждение бетона техническими маслами или агрессивными технологическими жидкостями и т. п.
К дефектам и повреждениям металлических конструкций
относятся следующие:
-повреждение конструкций коррозией;
-общие деформации элементов и конструкций в целом; чрезмерная деформативность отдельных элементов;
-местные деформации элементов (погиби, вмятины и т.п.);
-механические повреждения (отверстия, вырезы, надпилы, стесы и т.п.);
-дефекты изготовления и монтажа (несоосность элементов в узлах, низкое качество сварных швов и др.).
К дефектам и повреждениям деревянных конструкций относятся следующие:
-повреждение конструкций гнилью;
-замачивание (увлажнение) элементов атмосферными осадками, конденсатом и т.п.;
-наличие усушечных трещин в элементах;
-естественные пороки древесины (косослой, свилеватость,
«табачные» сучки); повреждения жуками-древоточцами, грибком;
- механические повреждения (отверстия, вырезы, надпилы, стесы, вмятины и т.п.);
-дефекты стыков элементов конструкций (несоосность);
-дефекты изготовления и монтажа.
3.Дополнительное обследование (по необходимости):
-уточнение результатов предварительных и основных обследований;
-длительные наблюдения и измерения деформаций конструкций, температурно-влажностного режима и т.п.;
-испытание конструкций пробной нагрузкой (по необходимости);
-уточнение данных инженерно-геологических и геодезических изысканий.
4.Составление технического заключения (отчета):
- о техническом состоянии конструкций и здания в целом на основе анализа данных проведенного обследования
-о причинах и степени опасности деформаций, дефектов и повреждений конструкций; о прогнозировании возможного влияния дефектов и повреждений на дальнейшую эксплуатацию здания;
-о пригодности конструкций к дальнейшей эксплуатации;
-разработка рекомендаций по дальнейшей безопасной эксплуатации конструкций, их усилению или восстановлению несущей способности с разработкой, по необходимости, графических технических решений.
Основной набор инструментов и оборудования, необходимого для проведения обследования:
-штангенциркуль;
-рулетки; линейки металлические;
-приборы для неразрушающих методов определения прочности и контроля качества строительных материалов;
-микроскоп МПБ-2; лупы;
-инструменты для отбора проб материалов (молоток, зубило, набор шлямбуров, топор, бур, стамеска, дрель);
-контейнер для хранения отобранных проб;
-электрофонарь;
-зеркало для осмотра труднодоступных мест;
-отвес; уровень; контрольная рейка длиной 2 м;
-поверочные угольники;
-шаблоны для контроля размеров сварных швов;
-щупы; напильник; стальная щетка;
-фотоаппарат;
-другие инструменты и приборы, в зависимости от целей и задач обследования.
3. «Маяки»
Длительные наблюдения за развитием деформаций конструкций или частей здания во времени ведут, как правило, с помощью геодезических приборов (нивелиров, теодолитов и т.п.), а также с использованием гидравлических и шарнирных прогибомеров (уровней). Осадки частей здания или сооружения могут определяться посредством геометрического и гидростатического нивелирования.
Длительные наблюдения и измерения осадок фундаментов, колонн, прогибов балок, перекрытий, раскрытия стыков, швов, трещин и т. п. производят в целях определения характера развития деформаций во времени (прогрессирующие, затухание, стабилизация), Измерения производят периодически по специальной программе с интервалом от нескольких часов или дней (температурные деформации) до нескольких месяцев (осадки фундаментов).
Наблюдение за развитием трещин в каменных или бетонных стенах ведут с помощью «маяков».
Маяки для наблюдения за раскрытием трещин в стенах и перегородках 1 – трещина; 2 – маяк гипсовый или из стекла; 3 – металлическая пластинка;
4 – риски; 5 – гвоздь.
«Маяки» крепят к стене, предварительно очищенной от
штукатурки, цементным (гипсовым) раствором, с помощью клея, мастики, анкеров. «Маяки» устанавливают в местах наибольшего раскрытия трещин и на их концах. На «маяке» указывают его номер и дату установки. Характер развития трещин и установленные «маяки» показывают на обмерочных чертежах стен. В течение первого месяца осмотр «маяков» и запись в журнале наблюдений производится еженедельно, а затем один раз в месяц.
4. Общие сведения об испытаниях прочности строительных материалов и конструкций
Фактическая прочность бетона в конструкциях, определенная неразрушающими методами или испытанием отобранных от конструкции образцов, является необходимым фактором для получения расчетных характеристик бетона.
В процессе испытаний определяется временное сопротивление на сжатие (растяжение и т.п.) строительного материала.
Расчетные и нормативные характеристики бетона определяют, согласно раздела 2 СНиП 2.03.01, в зависимости от условного класса бетона по прочности на сжатие.
При больших объемах работ по оценке прочности бетона целесообразно применить статистические методы оценки.
Число участков при определении прочности бетона следует принимать не менее:
3 – при определении прочности зоны или средней прочности бетона конструкции;
6 – при определении средней прочности и коэффициента вариации (изменчивости) бетона конструкции;
9 – при определении прочности бетона в группе однотипных конструкций.
Число однотипных конструкций, в которых оценивается прочность бетона, определяется программой обследования и принимается не менее трех.
Прочность каменных, бетонных и железобетонных конструкций (стен, фундаментов, каркасов, перекрытий и т. п.) определяют неразрушающими и разрушающими методами. Неразрушающие методы позволяют определить прочность конструкций без ослабления сечения при отборе образцов, кернов или проб материалов. К неразрушающим методам относятся основные: механические (ударные) и ультразвуковые способы.
Механическим способом определяют прочность материалов, обладающих определенными пластическими свойствами (бетонов, растворов, силикатных материалов и т. п.). Прочность определяют по величине отпечатка на поверхности конструкции при ударе с помощью приборов ударного действия в соответствии с ГОСТ 22690-88 (эталонные молотки Кашкарова, Физделя, пистолет ЦНИИСК, склерометры, прибор КМ-4, прибор Шмидта и др.).
Ультразвуковой способ используют для определения прочности хрупких и нехрупких материалов в соответствии с ГОСТ 17624-87 (силикатные камни). Прочность конструкций оценивается по скорости распространения ультразвука по толщине с помощью ультразвуковых приборов УКБ-1М, УК-ЮП, УЗП-62, «Бетон-ЗМ» и др.
При использовании разрушающих методов прочность (марка) полнотелого и пустотелого глиняного обыкновенного, силикатного и трепельного кирпича определяют по ГОСТ 8462-85 как средний результат испытаний при сжатии пяти образцов «двоек» из двух целых кирпичей или их половинок, умноженный на коэффициент 1,2 и пяти образцов на изгиб (всего 10 образцов). Для испытания на сжатие керамических, силикатных, бетонных и природных камней правильной формы опытные образцы изготовляют из одного камня или одной его половинки.
Прочность (марка) природных камней правильной и неправильной формы, а также мелких и крупных блоков из тяжелого, силикатного, ячеистого бетона и бетонов на пористых заполнителях допускается определять испытанием на сжатие образцов-кубов или цилиндров, выпиленных или высверленных из камней, целых изделий или монолита.
Предел прочности природных камней, мелких и крупных блоков из указанных бетонов определяют умножением результатов испытаний образцов-кубов или цилиндров на масштабные коэффициенты
(табл.1).
1.
Прочность (марка) раствора кладки при сжатии, взятого из швов, определяют по ГОСТ 5802-86 и СН 290-74 путем испытания на сжатие кубов с ребрами 2-5 см. Кубы изготовлены из двух пластинок раствора, которые взяты из горизонтальных швов кладки или стыков крупнопанельных конструкций, склеенных и выравненных (по контактным поверхностям) гипсовым раствором толщиной 1- 2 мм. Кубы испытывают через сутки после изготовления. Марку раствора определяют как средний результат пяти испытаний.
Существует способ испытаний образцов раствора методом штампов, в соответствии с рекомендациями Камейко В.А. «Каменные конструкции и их возведение» М., Стройиздат, 1977 г. (цементнопесчаных, известково-песчаных и сложных). Для проведения испытаний отбираются не менее 6 пластинок раствора из горизонтальных швов кладки. Толщина пластинок равняется высоте горизонтального шва кладки, а длина и ширина пластинок ≥ 30х30 мм.
Перед испытанием раствора верхние и нижние поверхности пластинок шлифуются. Затем подбирают цилиндрические металлические штампы с диаметром, равным толщине пластины. Результаты испытаний для получения сопротивления осевому сжатию раствора должны быть умножены на переводной коэффициент 0,4.
Таким образом, испытания кирпича и раствора производятся раздельно. После испытаний кирпича и раствора и соответствующей статистической обработки результатов устанавливаются временные сопротивления материалов сжатию, а по таблице 2 СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» принимается величина расчетного сопротивления кирпичной кладки в целом.
Результаты испытаний имеют, как правило, естественный разброс значений. Выполнять поверочные расчеты конструкций на основании минимального значения полученной при обследовании прочности неверно, т.к. будут потеряны резервы несущей способности.
Существуют два подхода оценок фактической прочности строительных материалов (бетона) при обследовании:
1)по усредненному значению прочности;
2)по значению, полученному в результате статистической обработки результатов испытания
(применения элементов математической статистики).
1 подход. В тех случаях, когда нет возможности провести достаточное количество испытаний, оценка прочности бетона производится по средней прочности
Таким образом, принимая полученное значение средней прочности за фактическую прочность, можно назначать марку кирпича (камня) и применить ее в поверочных расчетах конструкций.
Разброс прочности бетона характеризуется коэффициентом вариации прочности бетона n. Он принят, например, в нормах проектирования ЖБК, равным 13,5%. Среднее отклонение записывается так
Sm (R max R min)/ d
R max, R min - максимальное и минимальное значение прочности бетона, соответственно;
d – табулированный коэффициент из математической статистики d = (0,23÷0,42) при количестве испытаний от 3 до 10.
2 подход. Статистический метод испытаний можно использовать при достаточном количестве испытаний или в случаях пониженной или повышенной однородности прочности бетона.
После оценки среднего значения прочности бетона определяют коэффициент вариации прочности бетона
|
| |||||
|
|
| ||||
Для проведения поверочных расчетов конструкций, расчетные значения прочности бетона следует принимать по нормам проектирования ЖБК, исходя из прочности бетона, определенной по формуле
При оценке прочности бетона старых конструкций, запроектированных по ранее действовавших нормам, правую часть формулы нужно умножить на коэффициент 1,05 (т.к. раньше проектная марка осуществлялась для кубов 20 см, разница в прочности бетона составляет при этом ~ 5%).
Оценка технического состояния конструкций по прочности является основным видом оценки.
Поверочные расчеты проводятся: по несущей способности (предельные состояния 1-ой группы) с учетом износа, наличия трещин, агрессивности среды и т. п.; по пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния 2-ой группы), ограничивая возможность появления или раскрытия трещин и перемещений (прогибов, поворотов, перекосов), промерзания, водо- и воздухопроницаемости, звукопроводности и т. п.
Несущую способность армированных и неармированных каменных и крупноблочных конструкций определяют с использованием данных обследований: фактической прочности камня, бетона, раствора, предела текучести арматуры и стальных элементов (балок, затяжек, анкерных устройств, закладных деталей) и т. п.
При этом необходимо учитывать факторы, снижающие несущую способность конструкций: наличие трещин и дефектов; уменьшение; расчетного сечения конструкций в результате механических повреждений, агрессивных и динамических воздействий, размораживания, пожара, эрозии и коррозии, устройства штраб и отверстий; эксцентриситеты, связанные с отклонением стен, столбов, колонн и перегородок от вертикали и выпучиванием из плоскости; нарушение конструктивной связи между стенами, колоннами и перекрытиями при образовании трещин, разрывах связей; смещение балок, перемычек, плит на опорах.
Фактическую несущую способность обследуемой конструкции Ф с учетом указанных факторов определяют по формуле
Ф NKТС
где N - расчетная несущая способность конструкций определяется в соответствии с указаниями СНиПа без учета понижающих факторов подстановкой в соответствующие расчетные формулы фактических значений прочности (марок) материалов, площади сечения кладки, бетона, арматуры и т. п.;. Ктс - коэффициент технического состояния конструкций, учитывающий снижение несущей способности каменных конструкций при наличии дефектов, трещин, повреждений, при увлажнении материалов и т. п.
Расчетную площадь сечения конструкций, наружные поверхности которых повреждены или разрушены в результате размораживания, коррозии или механического или огневого воздействия, определяют после расчистки и удаления ручным инструментом поврежденных слоев.
Коэффициент Ктс принимается:
-при наличии дефектов производства работ (отсутствие перевязки, пустошовка, большая толщина растворных швов) - по табл.3;
-для стен, столбов, простенков при наличии вертикальных трещин, возникающих вследствие перегрузки конструкций постоянными, временными и особыми (случайными) нагрузками (рис. 1), исключая трещины, вызванные действием горизонтальных сил (температурой, усадкой, осадкой фундаментов и т. п.) - по табл.4;
-для кладки опор ферм, балок, перемычек, плит при наличии местных повреждений (трещин, сколов, раздробления, рис. 2), возникших под действием вертикальных и горизонтальных сил, - по табл. 5;
-для стен, столбов, простенков из красного или силикатного кирпича при огневом воздействии при пожаре - по табл. 6;
-для увлажненной и насыщенной водой кладки из красного и силикатного кирпича и камней Ктс = 0,85;
-для кладки из природных камней правильной формы из известняка и песчаника Ктс =0,8.
3.
4.
Рис. 1. Вертикальные трещины каменных и армокаменных конструкций
а– длиной 150-180 мм; б – через 250-300 мм;
в– через 200-250 мм длиной 600 – 650 мм;
г – через 150-200 мм длиной более 650 мм
Рис. 2. Повреждение опорных участков пилястр каменных стен при опирании на них ферм и балок
1 – пилястра; 2 – вертикальные трещины;
3 – краевое раздробление и сколы кладки под опорой
5.
6. Проверка необходимости усиления конструкций
Неповрежденные трещинами сечений, конструкции здания подлежат обязательному усилению, если фактическая несущая способность Ф, с коэффициент надежности по нагрузке, nпг, недостаточна для восприятия фактической или предполагаемой проектом реконструкции нагрузки F:
F ФпПГ
где nПГ - коэффициент безопасности (надежности) по нагрузке, равный для каменных и бетонных конструкций 1,15; для железобетонных - 1,1.
Состояние и степень повреждения, необходимость усиления каменных, крупноблочных и крупнопанельных конструкций определяют в зависимости от снижения, %, несущей способности при наличии дефектов, трещин и повреждений.
Основные градации состояний, степень повреждений конструкций и рекомендации по их усилению приводятся в табл. 7.
При снижении несущей способности конструкций на 15 % и более при повреждении сечения трещинами, раздроблении и т. п., усиление конструкций во всех случаях обязательно независимо от величины действующей нагрузки. При отсутствии повреждений усиление каменных конструкций необходимо в случаях, когда величина нагрузки превосходит их несущую способность (с учетом пониженной прочности материалов и т. п.).
7.Физический и моральный износ зданий и сооружений
Вопросы, подлежащие изучению:
1.Физический износ. Общие сведения.
2.Этапы физического износа.
3.Определение величины физического износа.
4.Моральный износ.
5.Долговечность зданий и сооружений.
6.Оценка категорий технического состояния строительных конструкций.
1. Физический износ. Общие сведения.
Физический износ. В процессе эксплуатации здания и сооружения подвергаются физическому (материальному) износу, а также моральному износу (старению).
Физический износ – это утрата конструкциями своих первоначальных технико-эксплуатационных (качеств) параметров: потеря прочности, снижение их устойчивости и эксплуатационной надежности в результате внешних и внутренних воздействий, в т.ч. природно-климатических, условий эксплуатации, деятельности человека. Физический износ – это также потеря таких первоначальных качеств, как например, влагостойкость, теплозащита, звукоизоляция и т.п.
Состояние строительных конструкций находится в прямой зависимости от сроков службы и наличия дефектов и повреждений, допущенных при проектировании, строительстве и эксплуатации здания.
Физическому износу подвержены все здания и сооружения, однако износ, имеет свои специфические особенности, свой характер, особенно для промышленных объектов. Например, в производственных зданиях предприятий черной и цветной металлургии строительные конструкции подвергаются тепловым воздействиям, в химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной промышленности – химическим воздействиям, а в пищевой промышленности – биологическим. Существенно влияние атмосферных воздействий. На открытом воздухе каменные конструкции подвергаются выветриванию и выщелачиванию, металлические элементы корродируют, деревянные элементы ветшают в результате гниения, разбухания или усушки.
2.Этапы физического износа
В течение всего периода эксплуатации здания величина его физического износа будет повышаться, несмотря на разные виды проводимых ремонтов, так как при ремонте практически нельзя полностью восстановить все первоначальные качества. Эти изменения во времени качеств строительных конструкций можно представить графиком (рис. 1), на котором следует выделить три характерных участка.
Рис.1.
Участок I – период повышенного износа. В этот период
(непродолжительный по сроку) происходит загрузка несущих конструкций полезной нагрузкой и достижение строительными конструкциями «рабочего состояния» (процесс «приработки»). Если имели место дефекты материала (например, высокая влажность) или были допущены дефекты монтажа конструкций, то это может отразиться на техническом состоянии здания: материальный износ такого здания будет иметь значительную величину еще до сдачи в эксплуатацию.
Последствия воздействий, которые испытывают здания в первоначальный период от усадочных, температурных, влажностных напряжений и различных деформаций, зависят как от типа конструкций, так и интенсивности таких воздействий.
Именно на этот период приходится большое количество разрушений и даже аварий строительных конструкций. Из данных Центрального научноисследовательского института строительных конструкций им. Кучеренко следует, что около 20% всех аварий происходит на объектах, построенных, но не сданных в эксплуатацию; недавно сданных в эксплуатацию: 9% - при работе до одного года и 7% - до пяти лет. Эти цифры убеждают в необходимости более строгого контроля качества работ при строительстве и приемке здания в эксплуатацию.
По истечении этого периода обычно проводится первый - так называемый послеосадочный - ремонт для устранения повреждений и различного рода дефектов.
Участок II – период длительного, медленного износа. Во время этого периода частично затухают, распределяются, «снимаются» возникшие в первый период напряжения за счет образовавшихся деформаций, трещин, а также заметно снижаются осадка здания и усадочные явления. Однако в конструкциях таких зданий происходит необратимый процесс износа. С течением времени состояние зданий ухудшается, увеличиваются потери основных эксплуатационных качеств. Восстановление эксплуатационных качеств и поддержание их на должном уровне всецело зависит от качества технической эксплуатации и ремонтно-восстановительных работ, а также от работ, проводимых во время реконструкции зданий.
Участок III – период интенсивного износа. В течение длительного периода эксплуатации физический износ может достигнуть критического значения. Этому может способствовать отсутствие надлежащего ухода за строительными конструкциями. Наступает момент, когда отдельные конструкции перестают оказывать сопротивление характерным для данного здания воздействиям и выключаются из работы. Такое состояние конструкций может привести к аварии, если не принять меры по их восстановлению или усилению. Мероприятия по усилению строительных конструкций, необходимых для продления сроков их службы, следует увязывать с фактором морального износа здания.
Физический износ – явление естественное и неотвратимое. Производственные здания и сооружения изнашиваются не только в процессе эксплуатации, но и когда они бездействуют. Задача строителей и эксплуатационников всемерно сокращать размеры физического износа, уделять внимание продлению сроков службы всех частей и конструкций здания.
3. Определение величины физического износа
Физический износ отдельных конструкций, элементов, систем или их участков следует оценивать путем сравнения признаков физического износа, выявленных в результате визуального и инструментального обследования, с их значениями, приведенными в соответствующих нормативных документах. Так, например, для жилых зданий пользуются ВСН 53-86 (р) «Правила оценки физического износа жилых зданий».
| i 1 |
Таблица 1
Пример. Стены кирпичные (выборка из таблицы 10 ВСН 53-86(р))
4. Моральный износ
Моральный износ следует понимать как несоответствие здания его функциональному назначению, возникающее вследствие меняющихся социальных запросов. Применительно к жилым зданиям речь идет о несоответствии архитектурно-планировочных решений современным требованиям, о переуплотненности застройки, о недостаточном уровне благоустройства и озеленения территории, об устаревшем инженерном оборудовании или его отсутствии и т.п.
Различают две формы морального износа:
1 -я форма – уменьшение стоимости строительных работ по мере снижения их себестоимости (вследствие изменения масштабов строительного производства, роста производительности труда и пр.);
2-я форма – обесценение здания в результате несоответствия его параметров изменившимся требованиям общества.
Возможны два основных способа количественной оценки морального износа второй формы: технико-экономический и социологический. Техникоэкономический способ оценки представляет собой систему показателей, составленных на основании обобщения удельной стоимости конструктивных элементов и инженерного оборудования различных зданий, выраженной в процентах от восстановительной стоимости здания. Значения таких показателей нуждаются в регулярных корректировках.
Метод социологической оценки второй формы морального износа основан на анализе процессов, например, обмена и купли-продажи жилья.
Моральный износ здания меняется скачкообразно, по мере изменения социальных требований. Физический износ меняется плавно (в действительности – микрошагами в процессе утраты-восстановления функций конструктивных элементов). Следует подчеркнуть, что здания подвергаются моральному износу быстрее, чем физическому.
Рис. 2. Характер изменения физического и морального износа
5. Долговечность зданий и сооружений
Долговечность характеризуется временем, в течение которого в зданиях и сооружениях с перерывами на ремонт эксплуатационные качества сохраняются на заданном в проекте (нормах) уровне. Она определяется сроком службы несменяемых при капитальном ремонте конструкций. Срок службы – это календарная продолжительность функционирования конструктивных элементов и здания в целом при условии осуществления мероприятий технического обслуживания и ремонта.
Различают физическую и моральную (или технологическую)
долговечность и обратные им понятия – физический износ и моральное старение.
Физическая долговечность зависит от физико-технических характеристик конструкций: прочности, тепло- и звукоизоляции, герметичности и других параметров.
Моральная долговечность зависит от соответствия здания по размерам, благоустройству, архитектуре, требованиям действующих норм и т.п. своему функциональному назначению.
Кроме того, существует понятие оптимальной долговечности, т.е. срока службы здания, в течение которого экономически целесообразно его восстанавливать. Затем наступает срок, когда затраты на восстановление становится нецелесообразными, ибо превышают стоимость строительства нового здания.
Т.о., нормативные сроки службы зданий зависят от материала основных конструкций и поэтому являются усредненными. Нормативный срок службы здания определяется преобладанием в нем тех или иных конструктивных элементов, имеющих различные сроки службы:
| - фундаменты бетонные........................................ | 100÷125 лет |
| - стены кирпичные и крупнопанельные..................... | 125 лет |
| - перекрытия железобетонные.............................. | 100÷125 лет |
| - перекрытия деревянные........................................... | 60 лет |
| - полы из керамической плитки................................. | 80 лет |
| - полы паркетные........................................................ | 50 лет |
| - полы дощатые......................................................... | 30÷40 лет |
| - деревянные стропила и обрешетка........................ | 50 лет |
| - кровля из керамической черепицы.......................... | 80 лет |
| - кровля из асбестоцементных листов...................... | 30 лет |
| - окна и двери в наружных стенах............................. | 40 лет |
| - элементы систем инженерного оборудования | |
| (вентили, задвижки, трубы и пр.).......................... | 10÷20 лет. |
Наиболее важной характеристикой объекта является капитальность здания. Капитальность здания – совокупность признаков долговечности и огнестойкости здания; чем оно долговечнее и более огнестойки его конструкции, тем выше класс: при самых высоких показателях этих признаков здание относится к 1 классу.
Действующие нормы предусматривают различное количество групп капитальности для производственных (4 класса), общественных (9 групп) и жилых (6 групп) зданий.
Таблица 4
Таблица 5
6. Оценка категорий технического состояния строительных конструкций
Оценку категорий технического состояния несущих конструкций производят на основании результатов обследования и поверочных расчетов. По этой оценке конструкции подразделяются на находящиеся: в исправном состоянии, работоспособном состоянии, ограниченно работоспособном состоянии, недопустимом состоянии и аварийном состоянии (в соответствии с СП 13-102- 2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений»).
Категория технического состояния – степень эксплуатационной пригодности строительной конструкции или здания и сооружения в целом, установленная в зависимости от доли снижения несущей способности и эксплуатационных характеристик конструкций.
Исправное состояние – категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся отсутствием дефектов и повреждений, влияющих на снижение несущей способности и эксплуатационной пригодности.
Работоспособное состояние – категория технического состояния, при которой некоторые из численно оцениваемых контролируемых параметров не отвечают требованиям проекта, норм и стандартов, но имеющиеся нарушения требований, например, по деформативности, а в железобетоне и по трещиностойкости, в данных конкретных условиях эксплуатации не приводят к нарушению работоспособности, и несущая способность конструкций, с учетом влияния имеющихся дефектов и повреждений, обеспечивается.
Ограниченно работоспособное состояние – категория технического состояния конструкций, при которой имеются дефекты и повреждения, приведшие к некоторому снижению несущей способности, но отсутствует опасность внезапного разрушения и функционирование конструкции возможно при контроле ее состояния, продолжительности и условий эксплуатации.
Недопустимое состояние – категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся снижением несущей способности и эксплуатационных характеристик, при котором существует опасность для пребывания людей и сохранности оборудования (необходимо проведение страховочных мероприятий и усиление конструкций).
Аварийное состояние – категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании несущей способности и опасности обрушения (необходимо проведение срочных противоаварийных мероприятий).
Реконструкция зданий (производственных зданий).
Общие вопросы.
Вопросы, подлежащие изучению:
1.Реконструкция производственных зданий (общие вопросы)
2.Особенности капитального ремонта и реконструкции.
3.Виды реконструкций производственных зданий:
-реконструкция, связанная (не связанная) с изменениями объемно-планировочных параметров здания;
-реконструкция с передвижкой производственного здания;
-реконструкция с увеличением этажности здания;
-реконструкция с увеличением общих размеров и конфигурации производственного здания;
-реконструкция с блокировкой зданий.
4.Задачи реконструкции производственных зданий.
5.Службы промышленного предприятия по строительству, эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений.
1. Реконструкция производственных зданий (общие вопросы)
К особенностям реконструкции производственных зданий относится:
1.В отличие от нового строительства, приходится иметь дело с производственными зданиями, которые прослужили не один десяток лет и имеют большой физический износ.
2.В ряде случаев строительные работы проводятся в стесненных условиях, зачастую без остановки основного производства, иногда в условиях повышенных взрыво- и пожароопасности. Как правило, ограничена возможность применения обычных средств механизации, а, значит, велика доля ручного труда.
3.Не всегда можно использовать типовые элементы и апробированные конструктивные решения, т.е., требуется индивидуальный подход к разработке технических решений по усилению.
Указанные факторы влияют на эффективность и темпы реконструкции предприятий и требует специального изучения и систематизации опыта производства работ, способов и методов усиления несущих конструкций, разборки, монтажа конструкций, исключающих полностью или сводящих к минимуму остановку работы предприятия.
Работы по реконструкции зданий и сооружений отличаются повышенной по сравнению с новым строительством трудоемкостью на 25...30 %, а по отдельным переделам на 50... 100 %.
С другой стороны, общие затраты времени на реконструкцию в 1,5...2 раза меньше, чем на новое строительство. Это способствует быстрейшему вводу производственных мощностей, для жилых и общественных зданий - ускорению решения экономических, социально-бытовых и градостроительных задач.
Относительные изменения технологий и замена оборудования промышленного производства происходят: в машиностроении через 10...15 лет, в химической промышленности - менее 6...8 лет, в электронной - через 5 лет. Инженерное оборудование зданий может служить обычно до 50 лет. Физическая долговечность промышленных здании и сооружений находится в пределах 50...100 лет.
Такая разница в сроках происходит по следующим причинам:
- осуществляется механизация и автоматизация технологических процессов;
-осуществляется агрегатирование и укрупнение оборудования и машин;
-происходит повышение требований к выпускаемой продукции.
Принимая во внимание нижние границы долговечности зданий, необходимо отметить, что за время их эксплуатации изменение основной технологии происходит от 3 до 5 раз и более. При каждом изменении технологии и замене оборудования, машин и установок возникает необходимость в обновлении и реконструкции существующих промышленных зданий и сооружений.
Факторы, влияющие на принятие решения по реконструкции отдельно взятого объекта
Основные фонды - это средства труда, которые многократно участвуют в производственном процессе, сохраняя при этом свою натуральную форму, постепенно изнашиваясь, переносят свою стоимость по частям на вновь создаваемую продукцию.
Основные фонды подразделяются на производственные и непроизводственные фонды.
Производственные фонды участвуют в процессе изготовления продукции или оказания услуг (станки, машины, приборы, передаточные устройства и т.д.)
Непроизводственные основные фонды не участвуют в процессе создания продукции (жилые дома, детские сады, клубы, стадионы, поликлиники, санатории и т.д.).
Выделяются следующие группы и подгруппы основных производственных фондов:
Здания (архитектурно-строительные объекты производственного назначения: корпуса цехов, складские помещения, производственные лаборатории и пр.).
Сооружения (инженерно-строительные объекты, создающие условия для осуществления процесса производства: тоннели, эстакады, автомобильные дороги, дымовые трубы на отдельном фундаменте и т.д.).
Передаточные устройства (устройства для передачи электроэнергии, жидких и газообразных веществ: электросети, теплосети, газовые сети, трансмиссии и пр.).
Машины и оборудования (силовые машины и оборудование, рабочие машины и оборудование, измерительные и регулирующие приборы и устройства, вычислительная техника, автоматические машины, прочие машины и оборудование и пр.).
И т.д.
При составлении технико-экономических обоснований и проектно-сметной документации на развитие производственных
предприятий должны предусматриваться три формы обновления основных фондов: расширение, реконструкция и техническое перевооружение действующих предприятий.
Предприятиям до начала реконструкции необходимо проведение комплексного обследования строительных конструкций и строения в целом для нахождения исходных параметров, определяющих концепцию обновления основных фондов.
Расширение действующих предприятий - строительство по измененному (относительно первоначального варианта) проекту вторых и последующих очередей действующего предприятия, дополнительных производственных комплексов и производств, сооружение новых, а также расширение существующих цехов основного производственного назначения со строительством новых или расширением действующих вспомогательных и обслуживающих производств, хозяйств и коммуникаций на территории действующего предприятия.
Расширение действующего предприятия проводится в целях увеличения его производственной мощности, совершенствования технологии производства и улучшения технико-экономических показателей (ТЭП) предприятия.
При реконструкции действующего предприятия осуществляется переоборудование и переустройство производства, с заменой морально устаревшего и физически изношенного оборудования с целью увеличения объема производства на базе новой, более современной технологии, расширения ассортимента или повышения качества продукции, а также улучшения других ТЭП с меньшими затратами и в более короткие сроки, чем при строительстве новых или расширении действующих предприятий. Реконструкция действующего предприятия может осуществляться и с целью изменения профиля предприятия и выпуска новой продукции на существующих производственных площадях.
К реконструкции действующего предприятия относится также строительство новых цехов и объектов той же мощности, взамен ликвидируемых цехов и объектов того же назначения, дальнейшая эксплуатация которых по техническим и экономическим причинам признана нецелесообразной.
При реконструкции действующих предприятий возможно строительство новых и расширение действующих объектов только вспомогательного и обслуживающего назначения, а также реконструкция существующих корпусов основного назначения: изменение объемно-планировочных параметров помещений или всего здания, замена или усиление несущих конструкций, восстановление надлежащих эксплуатационных параметров конструкции.
Одно из основных требований при реконструкции промышленных предприятий - максимальное использование существующих конструкций, пригодных по своим прочностным и деформативным характеристикам к новым условиям эксплуатации. При этом следует стремиться к максимальному снижению дополнительных нагрузок на основание, фундаменты и существующие несущие конструкции, применению конструкции покрытия из легких сплавов, легкобетонных элементов, эффективных утеплителей и т. п.
В связи с тем, что современные здания представляют собой объекты большой сложности, проектировщикам приходится решать трудную задачу совмещения архитектурно-строительной компоновки существующего и проектируемого производств. Поскольку при этом стоимость проектно-изыскательских работ мало отличается от проектирования объектов нового строительства, возможности углубленной проработки нескольких вариантов проектных решений в каждом случае резко ограничены.
Техническое перевооружение действующих предприятий -
осуществление комплекса мероприятий по доведению до современных требований технического уровня отдельных участков и всего производства (внедрение новой техники и технологии, механизация и автоматизация, модернизация и замена устаревшего и физически изношенного оборудования, улучшение организации и структуры производства и общезаводского хозяйства и т. д.) для обеспечения прироста продукции, улучшения ее качества, повышения производительности и улучшения условий труда, других показателей работы предприятия.
2. Особенности капитального ремонта и реконструкции
Капитальный ремонт относится к ремонтно-восстановительным работам, выполнение которых устраняет или снижает физический износ отдельных конструкций и всего здания. Реконструкция относится к таким строительно-монтажным работам, которые связаны с улучшением производственного процесса и повышением технологичности цеха, то есть реконструкция позволяет временно устранить или снизить моральный износ здания.
При капитальном ремонте общие формы здания не изменяются, то есть внешние размеры здания после ремонта сохраняются! При реконструкции одновременно с внутренним его переустройством могут происходить изменения и внешнего вида, поскольку имеет место надстройка, пристройка и т. д.
Вместе с тем при капитальном ремонте и реконструкции могут выполняться однотипные работы - такие, как замена отдельных несущих конструкций (например, замена покрытия одного типа на другой, замена колонн). Однако, следует правильно квалифицировать те или иные работы: либо как капитальный ремонт, либо как реконструкцию здания.
В ряде случаев наблюдаются нарушения при решении данного вопроса. Обычно работы по замене колонн до 20% их общего объема относят к капитальному ремонту, а с превышением 20% - к реконструкции. Такой подход к разделению строительно-монтажных работ следует считать неправильным.
Замена, например, покрытия может быть отнесена к капитальному ремонту, если строительные работы ведутся только для устранения физического износа. К такому технически сложному решению прибегают в том случае, когда усиление несущих конструкций покрытия каким-либо известным способом признано нецелесообразным. Аналогичные строительные работы должны быть отнесены к реконструкции, если цель их - создание благоприятных производственных условий для увеличения объема выпускаемой продукции и улучшение ее качества.
К настоящему времени строительная практика дала большое количество различных видов реконструкции зданий, которые с техническим прогрессом будут совершенствоваться и видоизменяться.
3. Виды реконструкций производственных зданий
Реконструкция бывает:
-реконструкция, связанная (не связанная) с изменениями объемно-планировочных параметров здания;
-реконструкция с передвижкой производственного здания;
-реконструкция с увеличением этажности здания;
-реконструкция с увеличением общих размеров и конфигурации производственного здания;
-реконструкция с блокировкой зданий.
Рис. 1. Виды реконструкции производственных зданий 1 – передвижка здания:
а– параллельная передвижка; б – поворот здания; 2 – увеличение этажности
здания: а – существующее здание; б – надстройка одного этажа; в – подстройка двух этажей; 3 – увеличение общих размеров здания: а – застройка внутреннего дворика; б – пристройка пролета;
в – пристройка к торцовой стене; г – застройка существующ
