CC BY
3
УДК 69.058:69.059
ао1: 10.48612/ашШ/2024_50_129-137
ОБСЛЕДОВАНИЕ И ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ СТУДЕНЧЕСКОГО ОБЩЕЖИТИЯ
Г. Э. Окольникова * / ** М. Е. Ершов* А. С. Малафеев *
* Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы, г. Москва ** Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
(НИУ МГСУ), г. Москва
Ключевые слова
обследование, остаточная несущая способность, строительные конструкции, прочность, дефекты и повреждения, усиление конструкций
Дата поступления в редакцию
04.03.2024
Дата принятия к печати
06.03.2024
Аннотация
При эксплуатации зданий и сооружений с течением времени в конструкциях накапливаются дефекты и повреждения. Для правильного решения вопроса о возможности дальнейшей безопасной эксплуатации или реконструкции зданий и сооружений необходимо уметь оценивать техническое состояние конструкций по результатам их обследования с учетом имеющихся дефектов и повреждений, а также поверочных расчетов. Целью исследования является: на основании конкретного объекта оценить остаточную несущую способность отдельных элементов конструктивной схемы здания и дать рекомендации по их усилению (если есть необходимость), а также дать общую оценку несущей способности здания в целом и оценить, насколько рентабельным будет делать усиления отдельных элементов конструктивной схемы. Задачами работы являются:
• Определить категорию технического состояния здания и отдельных конструктивных элементов.
• Оценить техническое состояние конструкций на основании выявленных дефектов.
• Разработать методику расчета остаточной несущей способности отдельных конструктивных элементов с учетом влияния имеющихся дефектов.
Результаты
Разработаны рекомендации по дальнейшей эксплуатации здания, так же выявлены и охарактеризованы наиболее критичные дефекты и повреждения конструкций, влияющие на снижение их несущей способности.
Выводы
Значимость полученных результатов для строительной отрасли заключается в том, что они позволяют более точно и достоверно оценивать остаточную несущую способность эксплуатируемых конструкций с учетом, накопленных за время эксплуатации дефектов и повреждений, а также позволяет давать рекомендации по дальнейшей эксплуатации зданий и усилению отдельных конструктивных элементов.
03
г
м О
-I
м
Э СО
со ш
ш ©
I 1
иг?
< г
^ » 5 О I
I5
£1 н
ш га
«8 £5
о?
К:
I
га и о
и ^
и ю О
л
с;
о *
о т
Введение
Опыт эксплуатации зданий и сооружений из железобетона, кирпича и стали показывает, что с течением времени в конструкциях по различным причинам накапливаются дефекты и повреждения. Для правильного решения вопроса о возможности дальнейшей безопасной эксплуатации или реконструкции зданий и сооружений необходимо уметь оценивать техническое состояние конструкций по результатам их обследования с учетом имеющихся дефектов и повреждений [1 - 4, 15]. Методология прогнозирования остаточной несущей способности конструкций с дефектами и повреждениями, в принципе, не отличается от методологии прогнозирования остаточной несущей способности конструкций без видимых дефектов и повреждений. Расчет остаточной прочности включает рассмотрение различных вариантов повреждений и дефектов с оценкой предельных нагрузок для каждого случая, а также при влиянии различных комбинаций нагрузок [5]. Так же на изменение прочностных свойств материала конструктивного элемента влияет непосредственно величина значения прочности, полученная при измерении специальными приборами [6 - 9].
Материалы и методы
В данной работе в качестве объекта обследования рассматривается здание студенческого общежития в г. Москва (рис. 1). Здание имеет коридорную систему с двумя лестницами и общими комнатами на каждом этаже (рис. 2).
Рис. 1. Объект обследования
Объемно-планировочное решение здания следующее:
1) Здание шестиэтажное, с чердаком, без подвала, планировочное решение коридорного типа с двумя лестничными клетками и жилыми комнатами на этажах по обе стороны от центрального коридора.
2) Размеры здания в плане в крайних осях 84.2 х 11.45 м.
3) Максимальная высота здания от уровня планировочной отметки земли до конька кровли составляет 22.20 м. До края свеса кровли — 19.82 м.
4) Строительный объем: 18401 м3.
По данным технического паспорта год постройки здания — 1929 г.
В процессе проведения обследования выявлены локальные участки замены деревянных балок перекрытий в коридорах и кухнях на всех этажах. Выполнено усиление монолитных перекрытий по
металлическим балкам угловых секций в помещениях санузлов с 1 по 5 этажи путем подведения дополнительных балок из прокатного швеллера.
Рис. 2. План 4 этажа
Конструктивная схема — смешанная, с монолитными колоннами и поперечными и продольными несущими кирпичными стенами.
Фундаменты здания под несущие стены — ленточные, выполнены из бутовой кладки и монолитного железобетона.
Для анализа и оценки несущей способности грунтов основания и фундаментов было принято решение откопать два шурфа, один из которых был сделан под фасадную колонну (рис. 3), а второй—под рядовую колонну каркаса.
03
г
м О
-I
м
Э СО
Рис. 3. Шурф №1
В обоих случаях фундаменты выполнены из монолитного железобетона и для выполнения дальнейших поверочных расчетов было необходимо определить прочность бетона. Прочность бетона фундаментов определялась с помощью двух методов неразрушающего контроля:
Определение прочности бетона неразрушающим методом путем измерения распространения ультразвука [10, 11] с применением прибора «иК1401»: испытания материалов в полевых условиях проводились методом неразрушающего контроля путем измерения времени и скорости распространения, и форме принимаемых ультразвуковых импульсов прибором «иК1401». Результаты определения прочностных характеристик бетона сборных элементов фундаментов представлены в таблице 1.
СО ш
ш ©
I 1
иг?
< г
^ » 5 О I
I5
£1 н
ш га " §
* 2 £ 5
о % * *
<и
I
га и о
и ^
и ю О
л
с;
о *
о т
Результаты определения прочностных характеристик бетона сборных железобетонных элементов ультразвуковым методом
Контролируемая конструкция Частные значения скорости ультразвука на участке V, м/с Среднее Прочность, МПа
№ п/п Наименование и координаты контролируемых участков в осях Дата проведения испытаний Ближайший класс по прочности 1 2 3 4 5 значение скорости ультразвука на участке V, м/с Средняя в зоне испытания
1 Фундаментная балка в осях 15.1-17.1/В.2 Январь В15 3251 3218 3171 3036 3063 3148 23,07
2022 3010 3086 2884 2998 3217
2 Фундамент Январь В20 3536 3289 3624 3636 3456 3508 28,83
в осях 17.1/В.2 2022 3456 3410 3486 3347 3292
При расчете грунтов основания фундаментов из-за наличия подвала в здании учитывалась глуби-
на подвала в расчете по [14] по формуле (2):
<1г = ]г8 + ксГ * (2)
У//
Расчетное сопротивление грунтов рассчитывалось по формуле (3) из [12]: К = . [МукМп + М^'Ц + (М, - 1 уьуЦ + Мссп\ (3)
Таблица 2
Ведомость результатов анализа физико-механических свойств грунтов
Содержание частиц, % м Удельное сцепление, МПа и й а К
Номер шурфа свыше 10 мм 10 - 5 мм 5 - 2 мм 2 - 1 мм 1 - 0,5 мм 0,5 - 0,25 мм 0,25 - 0,10 мм 0,10 - 0,05 мм 0,05 - 0,01 мм 0,01 - 0,002 мм меньше 0,002 мм Плотность грунта, г/с Угол внутреннего трен градус Модуль деформаци компрессионный, МП
А10 А5 А2 А1 А0,5 А0,25 А0,1 А0,05 А0,01 А0,002 А0 Р Спк Фпк Е
ш1 3,4 2,7 3,1 5,5 16,4 36,2 20,6 12,1 1,78 0,007 29,03 11,43
ш2 10,6 3,0 3,6 7,3 14,6 37,4 15,5 8,0 1,78 0,003 27,47 12,21
Ведомость результатов анализа физико-механических свойств грунтов
По формуле 5.6.7 из [12] К - ■ [МукМп + М^-.Уп • (ч, 1)«/,У„ + Мссп
Ф11 ,
Ун , Ун ,
ф ру
Наименование грунта
к,
г Ус1 Ус2
Ь, м и1
¿1 , ¿Ь
С|| ,
2 м, ма мс
R ,
град.
м м тс/м2 У Ч с тс/м
тс/м3 тс/м3
2
Ш-1
Ш-2
2
Песок ср.крупн. ср.плотн. неоднород. малой степени водонас.
Песок ср.крупн. ср.плотн. неоднород. малой степени водонас.
5 6
1.40 1.20 1
10
11
12
13
14
15
16
17
1.40 1.20 1
29.03
27.47
1.6
0.7
2.20
2.17
0.00
0.00
1.78
1.78
1.78
1.78
0.71
0.30
1.06
0.94
5.26
4.78
7.68
7.26
48.81
36.66
Обозначения в таблице. ус1и ус2 — коэффициенты условий работы; фц — угол внутреннего трения; Ь — ширина подошвы фундамента; ¿1 — глубина заложения фундаментов бесподвального сооружения от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала; d ь — глубина подвала; уд — объемный вес грунта залегающего ниже подошвы фундамента, у'ц — то же, залегающих выше подошвы; С — удельное сцепление; Му , Мд , Мс — коэффициенты принимаемые по табл. 5.5 из [12]; Я — расчетное сопротивление грунта.
После определения значений Я были определены коэффициент использования грунтов оснований и соответственно запас их несущей способности.
Р =
^¡Бр
оуяр+С)
Ь*а _ Р
~ я
(4)
(5)
Если запас составляет < 5% то должно быть рекомендовано усиление грунтов оснований или же изменение конструкции фундаментов по [12]. Для данных же грунтов дополнительные меры по усилению не требуются. Единственной рекомендацией по конструкциям фундаментов будет следующее: выполнить гидроизоляцию монолитных фундаментов, а также кирпичных стен, находящихся ниже поверхности земли и соприкасающихся с грунтом обратной засыпки.
03
г
м О
-I
м
Э СО
со ш
ш ©
I 1
иг?
< х
^ » 5 О I
I5
£1 н
ш га
* 2 £ 5
о % * *
<и
I
га и о
и ^
и ю О
л
с;
о *
о т
к
1
3
4
7
8
9
1
1
Значения запасов несущей способности грунтов основания
Нормативная нагрузка, действующая в уровне обреза фундамента а т 3 И а т н е а т н у р е в ш Г-,
№ шурфа (сечение или стена) Нагрузка от веса фундам и грунта на его обреза а т н е ад н ^ а н и р и э Длина фундамента Глубина заложения фунда Расчетное сопротивление 1 Среднее давление по под< фундамента Запас несущей способности Коэффициент использования
О, ь, а, ¿1 , д, Р,
тс тс м м м тс/м2 тс/м2
Ш-1 110.6 9.3 1.6 1.68 2.200 48.8 44.6 8.7% 0.913
Ш-2 50.2 9.4 0.7 2.61 2.170 36.7 32.6 11.1% 0.889
В данном исследовании рассмотрен расчет несущей способности конструкций монолитных плит перекрытий для наглядного понимания влияния дефектов и повреждений на остаточную несущую способность конструкций.
По таблице В2 по [13] исходя из того, что здание было построено до 1955 года, определяем, что значение расчетного сопротивления стали на растяжение для данного перекрытия равно 155 МПа. Так как расчет ведется в программе «Арбат», то находим коэффициент приведения расчетного сопротивления текущей арматуры к арматуре А400 с расчетным сопротивлением 335 МПа будет равен 0,456 без учета коррозии, а с учетом коррозии арматурных стержней - 0,365. В первом случае коэффициент использования будет равен 0,950, а во втором - 1,429.
Результаты и обсуждение
Согласно [14] фундаменты здания находятся в работоспособном состоянии. Критические дефекты и повреждения фундаментов, свидетельствующие об исчерпании несущей способности, не выявлены. Несущей способности грунтов основания достаточно для восприятия фактической нагрузки с запасом несущей способности 8,7 - 11,1%. При этом обнаружены отступления от требований нормативной документации, приводящие к снижению эксплуатационной пригодности и срока эксплуатации фундаментов. С целью восстановления технического состояния фундаментов и увеличения сроков их эксплуатационной пригодности рекомендуется следующее:
Выполнить гидроизоляцию монолитных и бутовых фундаментов, а также кирпичных стен, находящихся ниже поверхности земли и соприкасающихся с грунтом обратной засыпки.
Согласно [14] в целом оценивается как ограниченно-работоспособное. С целью восстановления технического состояния перекрытий и покрытия, а также во избежание их обрушения, рекомендуется следующее:
1) Выполнить восстановление защитного слоя бетона балок перекрытия 1 этажа, 2 этажа, 6 этажа. Ввиду множественного образования полостей и пор, плотного армирования и полного разрушения защитного слоя восстановление рекомендуется проводить методом торкретирования с соблюдением достаточной толщины защитного слоя бетона.
2) Поскольку выявлен системный характер несоблюдения требований по обеспечению параметров защитного слоя бетона, а армирование балок выполнено из стержней гладкой арматуры, не имеющих надежного сцепления с бетоном из-за нарушения технологии бетонных работ (образование полостей, неравномерное распределения щебня и гальки в теле бетона), инъектирование полостей и увеличение толщины защитного слоя рекомендуется выполнить по всем балкам перекрытия на всех этажах.
и
Z м
О
Заключение
По результатам обследования технического состояния конструкций здания была произведена оценка их несущей способности, выявлены повреждения и дефекты, наличие которых относит степень эксплуатационной пригодности здания к аварийной категории по [14].
Для обеспечения безопасности, а также предупреждения внезапного обрушения строительных конструкций на аварийных участках, необходимо выполнить комплекс противоаварийных мероприятий, направленный на обеспечение механической безопасности конструкций зданий до момента ре- СО ализации работ по капитальному ремонту в соответствии с разработанным проектом. Доступ людей к местам расположения аварийных конструкций необходимо ограничить.
Библиографический список
1. Крахмальный Т. А. и Евтушенко С. И. Дефекты и повреждения железобетонных колонн производственных зданий // Строительные конструкции, здания и сооружения. 2020. С. 5 - 10. ш
ш
2. Евтушенко С. И. и Крахмальный Т. А. Дефекты и повреждения столбчатых фундаментов про- ш изводственных зданий // Строительство и архитектура. 2019. Том 7. Вып. 4. С. 36 - 40. <( .
3. Крахмальный Т. А. и Евтушенко С. И. Дефекты и повреждения грунтовых оснований про- < 'щ
мышленных зданий // Строительство и архитектура. 2019. Том 7. Вып. 3. С. 45 - 49.
4. Улыбин А. В., Зубков С. В., Федотов С. Д., Кукушкина Г. А. и Черненко Е. В. Техническое обследование строительных конструкций комплекса производственных зданий // Строительство уникальных ^ »5
О х
6. Парфенов А. А., Сивакова О. А., Гусарь О. А. и Балакирева В. В. Выбор оптимальных мето-
7. Алешин Д. Н., Котова Н. В. и Алешина Е. А. Комплекс методов неразрушающего контроля для
2 i
иг?
< -с
I5
tL н
ш га
зданий и сооружений. 2014. № 7 (22). С. 194 - 217.
5. Джураев У. У. Повышение технического состояния зданий и сооружений на основе поверочного расчета // Academy. 2020. №11 (62). С. 70 - 74. ш и
га ¡е i
дов определения прочности бетона при обследовании зданий и сооружений // Строительные мате- < щ
риалы. 2019. №1 - 2. С. 60 - 63. Оо
s
обследования фундаментов зданий // Вестник Сибирского государственного индустриального универ- -О I
ситета. 2014. №4 (10). С. 40 - 42. О й
О <и ■ ^
т £ ь: о
8. Самигуллин Г. Х. Оценка применимости методов неразрушающего контроля производств // Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ. 2014. №4. С. 123 - 127.
9. Кузина Е. С. и Неверов А. Н. Принципы инструментального обследованиястен многоквартирного дома при организации капитального ремонта // Недвижимость: экономика, управление. 2017. № 2. С. 37 - 40.
10. ГОСТ 17624-2012. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. Национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2012 г. № 1972-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 17624—2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2014 г.
11. ГОСТ 24332-88. Кирпич и камни силикатные. Ультразвуковой метод определения прочности при сжатии. Утвержден и введен в действие постановлением государственного строительного комитета СССР от 15.08.88 N 162.
12. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. Национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 16 декабря 2016 г. № 970/пр и введен в действие с 17 июня 2017 г.
13. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. Национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: Принят и рекомендован к применению в качестве нормативного документа в Системе нормативных документов в строительстве постановлением Госстроя России от 21 августа 2003 г. № 153.
14. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Buildings and constructions. Rules of inspection and monitoring of the technical condition. Национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: Принят Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (протокол № 39 от 8 декабря 2011 г.).
15. Теребов Д. Н., Лазарев Д. Н. и Зорин Д. В. Обследование зданий и сооружений// Инновационная наука. 2016. №4. С. 174 - 176.
BUILDING SURVEY AND EVALUATION OF THE RESIDUAL LOAD-BEARING CAPACITY OF STUDENT HOSTEL'S STRUCTURES
G. E. Okolnikova* ** M. E. Ershov* A. S. Malafeev *
* RUDN University, Moscow
** Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), Moscow
The Keywords
building survey, residual load-bearing capacity, building structures, strength, defects and damages, reinforcement of structures
Date of receipt in edition
04.03.2024
Date of acceptance for printing
06.03.2024
Abstract
During the operation of buildings and structures, defects and damages accumulate in the structures over time. To correctly resolve the issue of the possibility of further safe operation or reconstruction of buildings and structures, it is necessary to be able to assess the technical condition of structures based on the results of their examination, considering existing defects and damages, as well as verification calculations. The purpose of the study is: based on a specific object, to assess the residual load-bearing capacity of individual elements of the structural scheme of the building and make recommendations for their reinforcement (if necessary), as well as to give a general assessment of the load-bearing capacity of the building as a whole and to assess how cost-effective it will be to strengthen individual elements of the structural scheme. The objectives of the work are:
• Determine the category of the technical condition of the building and individual structural elements.
• Assess the technical condition of structures based on the identified defects.
• Develop a methodology for calculating the residual load-bearing capacity of individual structural elements, considering the influence of existing defects.
Results
Recommendations for further operation of the building have been developed, as well as the most critical defects and structural damage affecting the reduction of their load-bearing capacity have been identified and characterized.
ID Z
H Û -I H
D
CÛ
Conclusions
The significance of the results obtained for the construction industry lies in the fact that they allow for a more accurate and reliable assessment of the residual load-bearing capacity of the operated structures, considering the defects and damages accumulated during operation, and allows for recommendations for further operation of buildings and strengthening of individual structural elements. Сй
ш
- e
S i
Ссылка для цитирования: ^ 3
■ >,
Г. Э. Окольникова, М. Е. Ершов, А. С. Малафеев. Обследование и оценка остаточной несущей способно- W и
сти конструкций студенческого общежития. — Системные технологии. — 2024. — № 1 (50). — С. 129 - 137. ^ 1
0 I
I5
tL н
ш га
" §
2 S
1 5
0 g
1 *
.о х
^ 2 §8
Л 3
о <и
. ^
m £
|— о
