Обеспечение надежной работы строительных конструкций зданий и сооружений является основной задачей безопасной и долгосрочной службы объекта строительства. Анализ данных по аварийным случаям зданий, находящихся в эксплуатации, за последние 20 лет в России, позволяет сформулировать алгоритм прогнозирования и устранения аварийных участков сооружения. Своевременное обследование несущих конструкций здания сокращает вероятность ущерба и жертв аварий, что является залогом национальной безопасности страны.
Сроки эксплуатации значительного числа зданий в стране в высокой степени превышают допустимые нормы, что ведет к накоплению физического износа. В свою очередь, уплотнение городской застройки и насыщение инженерными коммуникациями влияют на возникновение негативного воздействия на возведенные объекты, расположенные в прилегающих зонах [1]. В работах [3, 4, 8] уделено внимание методам выполнения обследований и экспертиз промышленной безопасности зданий и сооружений преимущественно промышленного назначения (цеха, дымовые трубы, мачты связи и т.д.). В настоящей работе авторами на реальном примере рассматривается метод обследования здания гражданского назначения.
Аварии, способствующие обрушениям строительных конструкций гражданских и общественных зданий, могут привести к катастрофическим последствиям. В табл. 1 приведён ряд наиболее «известных» примеров обрушений гражданских и общественных зданий на территории РФ, в ходе которых погибли десятки и были ранены сотни человек.
Для сравнения в табл. 2 приведён список разрушений за пределами РФ за 2012 г., повлекших значительное количество жертв.
Для предотвращения обрушений необходимо регулярно проводить обследование строительных конструкций зданий и сооружений.
Обследование гражданских зданий требуется осуществлять в два этапа [1]:
– предварительное обследование;
– детальное обследование.
Предварительное обследование:
– анализ и изучение проектной и эксплуатационной документации;
– обмерочные работы;
– обследование состояния фундаментов зданий (путём шурфления);
– инженерно-геологические работы.
Таблица 1
Обрушения строительных конструкций гражданских зданий на территории РФ
|
Дата обрушения |
Объект |
Обрушившаяся конструкция |
Кол-во жертв |
|
17.07.1997 |
Томское высшее военное командное училище связи (г. Томск) |
Крыша здания |
12 – погибли, 54 – ранены |
|
25.06.1998 |
Спорткомплекс «Юность России» (г. Нальчик, Кабардино-Балкария) |
Балкон со зрителями |
23 – погибли, 47 – ранены |
|
4.12.1999 |
Четырёхэтажный жилой дом (г. Зерноград, Ростовская область) |
Части несущей стены |
11 – погибли |
|
14.02.2004 |
Аквапарк «Трансвааль-парк» (г. Москва) |
Купол здания |
28 – погибли, 193 – ранены |
|
4.12.2005 |
Бассейн «Дельфин» (г. Чусовой, Пермский край) |
Крыша здания |
14 – погибли, 11 – ранены |
|
23.02.2006 |
Басманный рынок (г. Москва) |
Кровля здания |
68 – погибли, 39 – ранены |
|
Итого жертв: |
156 – погибли, 344 – ранены |
||
Таблица 2
Обрушения строительных конструкций гражданских зданий за рубежом
|
Дата обрушения |
Объект |
Обрушившаяся конструкция |
Кол-во жертв |
|
21.11.2012 |
ТЦ Maxima (г. Рига, Латвия) |
Стена, крыша |
54 – погибли |
|
10.06.2012 |
Торговый центр (Филадельфия, США) |
Стена |
6 – погибли, 13 – ранены |
|
14.05.2012 |
Жилое здания (г. Ньягатар, Руанда) |
Несущие конструкции |
6 – погибли, 30 – ранены |
|
24.04.2012 |
Административный комплекс Rana Plaza (г. Дакка, Бангладеш) |
Несущие конструкции |
1155 – погибли |
|
04.04.2012 |
Недостроенное здание (г. Тхана, Индия) |
Стена |
74 – погибли, 60 – ранены |
|
Итого жертв: |
1295 – погибли, 103 – ранены |
||
Обследование зданий и сооружений на первом этапе заканчивается оценкой изменения инженерно-геологических условий в период строительства и эксплуатации, установлением причин имеющихся деформаций, трещинообразований и составлением дефектной ведомости.
Детальное обследование включает следующие работы:
– отбор проб и определение прочности материалов;
– контрольные замеры и составление схем расположения несущих конструкций и поперечных разрезов здания;
– выполнение поверочных статических расчётов элементов конструкций здания и определение нагрузок на фундаменты с учётом их увеличения при реконструкции.
Обследуемый объект – корпус № 1 Института регионального развития Пензенской области – представляет собой четырехэтажное кирпичное здание с габаритными размерами 56,6×13,5 м в плане. Высота этажа 2,8 м. Подвал не предусмотрен. Здание ориентировочно построено в 80-х годах XX века. Рабочие чертежи архитектурно-строительной части проекта отсутствуют.
В конструктивном отношении вышеуказанное здание бескаркасное с продольными несущими кирпичными стенами. Предусмотрено две лестничные клетки.
Наружные стены выполнены из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе. До перекрытия второго этажа применен кирпич высотой 65 мм, кладка выше выполнена из утолщенного кирпича. Толщина наружных стен – 560 мм (со штукатуркой), внутренних – 420 мм (со штукатуркой).
Междуэтажные перекрытия из сборных железобетонных плит с круглыми пустотами. Кровля здания плоская, совмещенная с покрытием из четырех слоев рубероида и неорганизованным наружным водоотводом. Выход на кровлю осуществляется с лестничных клеток. Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой продольных и поперечных стен с дисками междуэтажных перекрытий.
В ходе обследования были выявлены следующие дефекты: образование трещин в ограждающих конструкциях и разрушение участков кирпичной кладки (рис. 1–5).
Основные повреждения, отмеченные в конструкциях, явились следствием неравномерных деформаций грунтового основания, скопления атмосферных вод у здания и неисправности кровельного покрытия в уровне карниза.
Рис. 1. Трещины с шириной раскрытия более 5 мм
Рис. 2. Трещины в цокольной части здания с шириной раскрытия более 5 мм
Рис. 3. Трещины в цокольной части здания с шириной раскрытия более 5 мм
Рис. 4. Выпадение кирпичной кладки (обведено красным)
Рис. 5. Выпадение кирпичной кладки (обведено красным)
Характер образования трещин, отмеченных в наружных стенах здания, позволяет утверждать, что их формирование связано с неравномерными осадками фундаментов здания. Трещины не новые, что указывает на их возможное образование в первые годы эксплуатации здания. Общая устойчивость стен здания, ослабленных трещинами, обеспечивается выполненным усилением в виде тяжей. В целом состояние кладки стен, ослабленных вертикальными и наклонными сквозными трещинами, как несущей конструкции, оценивается как работоспособное. Состояние кладки наружных стен, выполняющей функцию ограждения, недопустимое (возможен выпад отдельных кирпичей).
В качестве вывода по результатам обследования для ликвидации повреждений отдельных конструкций здания и дальнейшей надежной эксплуатации здания в целом необходимо выполнить следующие мероприятия:
1. Исключить скопление атмосферных и талых вод у здания путем планировки территории и организованного отвода ливневых стоков в ливневую канализацию или специально организованный дренажный колодец.
2. Выполнить новую бетонную отмостку с покрытием асфальтом.
3. Для оценки происходящих деформаций основания фундаментов установить геодезические наблюдения за осадками здания. Наблюдения вести по маркам, установленным по углам здания. Периодичность съемки отметок марок – один раз в месяц в течение года. По результатам наблюдения за год сделать вывод о работе фундаментов и необходимости дальнейшего ведения наблюдений.
4. Произвести капитальный ремонт кровельного покрытия по всей площади. Для уменьшения образования наледи рекомендуется произвести замену старого утепления покрытия новым с заведением за наружную грань стены.
5. Произвести утепление наружных стен здания в соответствии с современными требованиями строительных и санитарных норм.
При условии выполнения мероприятий, представленных в данных выводах, надежная работа строительных конструкций будет обеспечена, возможность возникновения аварийной ситуации сведена к минимуму. Данные мероприятия следует выполнять в зданиях с аналогичными дефектами.
Помимо этого, авторы данной работы предлагают устранять неравномерные осадки зданий с помощью реактивных фундаментов. Работы в этом направлении ведутся на кафедре «Строительные конструкции» ПГУАС под руководством заслуженного изобретателя России К.К. Нежданова совместно с молодыми учёными и аспирантами [5, 6]. В случае обрушения части или всего здания целиком предлагается использовать перспективный метод разбора завалов, на который получен патент РФ [6, 7].