10615
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.И. Колесов, И.А. Ямбаев
ДИАГНОСТИКА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным, практическим занятиям и выполнению курсового проекта
по дисциплине «Диагностика строительных конструкций» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование
зданий и сооружений (заочная форма обучения, академическая магистратура)
Нижний Новгород
2016
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.И. Колесов, И.А. Ямбаев
ДИАГНОСТИКА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным, практическим занятиям и выполнению курсового проекта
по дисциплине «Диагностика строительных конструкций» для обучающихся по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование
зданий и сооружений (заочная форма обучения, академическая магистратура)
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
УДК 624.014 (075)
А.И. Колесов, И.А. Ямбаев Диагностика строительных конструкций. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / А.И. Колесов, И.А. Ямбаев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 73 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)
Приведены основные положения по вопросам эксплуатации, обследования и проектирования реконструкции конструкций зданий и сооружений.
Рассмотрены условия плановой оценки технического состояния эксплуатируемых строительных объектов со стальным каркасом путем обследований и, при необходимости, мониторинга.
Изложены особенности анализа качества стали в эксплуатируемых конструкциях. Обозначены цели и задачи, а также структура и особенности проведения монито-
ринга технического состояния конструкций зданий и сооружений по результатам обследований.
Выделены особенности проведения мониторинга эксплуатируемых зданий (сооружений) в зонах влияния нового строительства, а также мониторинга технического состояния уникальных зданий и сооружений.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным, практическим занятиям и выполнению курсового проекта по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений (заочная форма обучения, академическая магистратура).
© |
А.И. Колесов, И.А. Ямбаев, 2016 |
© |
ННГАСУ, 2016. |
3
Введение.
Всвоей практической деятельности студент направления направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений может встречаться с диагностикой строительных конструкций или с их эксплуатацией. Во всех этих случаях ему необходимо четко представлять работу конструкций под нагрузкой.
Впредставленном учебно-методическом пособии:
Приведены основные положения по вопросам эксплуатации, обследования и проектирования реконструкции конструкций зданий и сооружений.
Рассмотрены условия плановой оценки технического состояния эксплуатируемых строительных объектов со стальным каркасом путем обследований и, при необходимости, мониторинга.
Изложены особенности анализа качества стали в эксплуатируемых конструкци-
ях.
Обозначены цели и задачи, а также структура и особенности проведения мониторинга технического состояния конструкций зданий и сооружений по результатам обследований.
Выделены особенности проведения мониторинга эксплуатируемых зданий (сооружений0 в зонах влияния нового строительства, а также мониторинга технического состояния уникальных зданий и сооружений.
Рассмотрена классификация аварий зданий и сооружений и рекомендации по их предупреждению.
Затрагиваются вопросы диагностики и расчета уникальных высотных и большепролетных зданий и сооружений.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к занятиям по учебной дисциплине Б1.В.ОД.6 Диагностика строительных конструкций по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теория и проектирование зданий и сооружений Отдел магистратуры Управления подготовки научных и научно-педагогических кадров, Гидротехническое строительство Отдел магистратуры Управления подготовки научных и научно-педагогических кадров
4
РАЗДЕЛ 1. ВОПРОСЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ОБСЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
1.1. Основные требования к конструкциям зданий и сооружений на стадии эксплуатации
Вопросы к конструкциям зданий и сооружений, выявляемые в процессе их эксплуатации, имеют важное значение как для обеспечения нормативной работы эксплуатируемых конструкций, так и для вероятного учета выявленных дефектов и повреждений при новом проектировании и строительстве.
В настоящее время обновлено и опубликовано ряд нормативных документов, регламентирующих вопросы эксплуатации зданий и сооружений в современных условиях [1. 2. 3. 4. 5. 20]. Указанные нормативные документы являются основой для контроля степени конструктивной безопасности зданий и сооружений при их эксплуатации и, следовательно, при проектировании и расчетах.
Важнейшие показатели, обеспечивающие безопасную эксплуатацию зданий и сооружений с каркасами из любого материала – это:
–техническое состояние оснований под ними;
–техническое состояние строительных конструкций;
–способность несущих конструкций противостоять угрозам криминального и террористического характера.
При комплексном обеспечении безопасной эксплуатации здания или сооружения оценку показателей получают путем проведения плановых обследований в соответствии с требованиями соответствующих документов.
По результатам таких обследований, как правило, разрабатывают соответствующие Мероприятия по дальнейшей эксплуатации (плановый ремонт, местные усиления и т.д.).
Для конкретизации требований по эксплуатации зданий и сооружений в [1] уточнены следующие термины:
–нормальная эксплуатация – эксплуатация строительного объекта в соответствии с условиями, предусмотренными в строительных нормах или в задании на проектирование, включая техническое обслуживание, капитальный ремонт и реконструкцию;
–расчетный срок службы – установленный в нормах или в задании на проектирование период использования строительного объекта по назначению до капитального ремонта или реконструкции;
–долговечность – способность строительного объекта сохранять физические свойства, установленные при проектировании и полученные при сдаче объекта в экс-
5
плуатацию и обеспечивающие его нормальную эксплуатацию в течение расчетного срока службы;
–агрессивная среда – среда эксплуатации объекта, вызывающая уменьшение сечений или деградацию свойств материалов конструкций во времени;
–надежность строительного объекта – способность строительного объекта выполнять требуемые функции в течение расчетного срока эксплуатации;
–жизненный цикл – общий период времени существования здания или сооружения от начала эксплуатации до его ликвидации.
1.2. Показатели надежности и долговечности конструкций зданий и соору-
жений
Основным показателем надежности конструкций зданий или сооружений является невозможность превышения в них предельных состояний при действии наиболее неблагоприятных сочетаний нагрузок в течение расчетного срока их эксплуатации.
Надежность конструкций зданий зависит от расчетных ситуаций при эксплуата-
ции:
–установившаяся – ситуация, имеющая небольшую продолжительность по сравнению со сроком службы (эксплуатация между капитальными ремонтами, между изменениями технологического процесса);
–переходная – ситуация, имеющая малую продолжительность (собственно сам капитальный ремонт или реконструкция строительного объекта);
–аварийная ситуация – при особых воздействиях, не предусмотренных проектом для стадии эксплуатации; в этом случае надежность конструкций следует обеспечивать за счет проведения специальных мероприятий:
а) принятие конструктивных мер, которые защищают эксплуатируемое здание (сооружение) от аварийного состояния или прогрессирующего разрушения;
б) выполнение технического обследования конструкций, попавших под особые воздействия, –
с обоснованием расчетами по нормативным документам.
Для обеспечения требуемой долговечности конструкций в период эксплуатации следует обеспечивать:
–их проектное назначение;
–контроль за влиянием окружающей среды;
–своевременную защиту от негативных воздействий материалов и конструкций
здания.
6
Необходимые меры по обеспечению долговечности конструкций определяются
взависимости от нормативных сроков службы зданий и сооружений:
–временные здания и сооружения – 10 лет;
–здания и сооружения, эксплуатируемые в условиях агрессивных сред – ≥ 25
лет;
–здания и сооружения массового назначения, эксплуатируемые в обычных ус-
ловиях (здания жилищного, гражданского и производственного назначений) – ≥ 50 лет;
– уникальные здания и сооружения: основные музеи, хранилища национальных ценностей, монументальные сооружения, стадионы, театры, здания высотой более 75 м или пролетами ≥ 42 м, с примерным сроком службы ≥ 100 лет.
1.3. Основные условия плановой оценки технического состояния эксплуатируемых строительных объектов со стальным каркасом путем обследования и
мониторинга
–Обследование технического состояния конструкций зданий и сооружений проводится специализированными организациями, оснащенными современной приборной базой, имеющими высококвалифицированных специалистов.
–Первое обследование технического состояния проводится через два года после ввода объектов в эксплуатацию.
–Последующие обследования технического состояния проводятся один раз в 10 лет (5 лет для зданий и сооружений, работающих:
–в агрессивных средах;
–при наличии вибрации;
–при повышенной влажности;
–при сейсмичности в 7 баллов и более по специальным предписаниям контролирующих органов).
–Для уникальных зданий и сооружений рекомендуется постоянный режим мониторинга.
–Внеплановые обследования технического состояния проводятся в следующих
случаях:
= при обнаружении в процессе эксплуатации значительных деформаций конструкций;
= после пожаров; = после аварий;
= после стихийных бедствий (ураганы, землетрясения и т.п.);
7
=при необходимости срочно изменить технологический процесс в производственном здании или функциональное назначение гражданского или общественного здания.
– Результаты обследований технического состояния конструкций зданий (сооружений) в каждом случае оформляется в виде Отчетов (Заключений) и содержат все необходимые сведения для принятий обоснованных решений по реализации рекомендованных мероприятий.
– Средства измерений и контроля, применяемые при обследовании технического состояния конструкций, должны быть поверены в установленном порядке и соответствовать нормативным документам по метрологическому обеспечению.
– При обнаружении во время проведения обследований повреждений конструкций, которые могут привести:
=к резкому снижению их несущей способности;
=к нарушению нормальной работы оборудования;
=к кренам, которые могут привести к потере устойчивости отдельных конструкций, – необходимо немедленно проинформировать об этом письменно эксплуатирующую организацию.
1.4. Общие правила проведения планового обследования конструкций зда-
ний и сооружений
По результатам обследований конструкций зданий и сооружений их техническое состояние оценивают по следующим категориям [4]:
–нормативное, при котором количественное и качественное значение параметров по всем критериям для конструкций соответствует требованиям нормативных документов;
–исправное, при котором отсутствуют дефекты и повреждения, влияющие на снижение несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкций;
–работоспособное, при котором некоторые из контролируемых параметров численно не отвечают требованиям проекта, норм и стандартов, но не приводят к нарушению работоспособности, а несущая способность с учетом обнаруженных дефектов и повреждений обеспечивается;
–ограниченно работоспособное, при котором обнаруженные дефекты и повреждения дают некоторое снижение несущей способности, но функционирование конструкций еще возможно при контроле за их состоянием и обеспечении надлежащих условий эксплуатации (уменьшение, например, нагрузок);
8
–недопустимое, при котором из-за обнаруженных дефектов и повреждений снижение несущей способности и эксплуатационных характеристик не обеспечивает безопасного пребывания людей и сохранности оборудования; необходимо проведение страховочных мероприятий и усиление конструкций;
–аварийное, при котором выявленные повреждения свидетельствуют об исчерпании несущей способности, опасности обрушения; требуется принятие срочных противоаварийных мероприятий.
Плановое обследование конструкций проводится в двух видах:
–комплексное;
–выборочное.
Комплексное обследование технического состояния проводят в случае, если необходимо получить количественную оценку фактических показателей состояния конструкций для выполнения капитального ремонта или реконструкции. При этом получаемая информация в результате обследования должна быть достаточной для рассмотрения вариантов капитального ремонта или проектирования реконструкции.
Выборочное (некомплексное) обследование проводится в плановом порядке для определения нормативного или работоспособного технического состояния конструкций. Если при этом будут выявлены повреждения, характерные для ограниченно работоспособного состояния конструкций, то информация о них должна быть достаточной для вариантного усиления таких конструкций.
Для конструкций зданий и сооружений, находящихся по результатам плановых обследований в нормативном и работоспособном состояниях, эксплуатация разрешается без ограничений. Для таких конструкций устанавливают даты периодических обследований в процессе эксплуатации.
Если по результатам планового обследования конструкций здания (сооружения) установлено их ограниченно работоспособное состояние, то разрабатывают мероприятия по усилению таких конструкций и назначают дополнительные даты их периодических обследований в процессе последующей эксплуатации.
При обнаружении аварийного состояния конструкций эксплуатация здания (сооружения) не допускается.
Обследование технического состояния зданий и сооружений проводят в 3 этапа:
–подготовка к проведению обследования;
–предварительное (визуальное) обследование;
–детальное (инструментальное) обследование.
9
При сокращении Заказчиком объемов обследования, снижающем достоверность заключения о техническом состоянии объекта, Заказчик сам несет ответственность за низкую достоверность результатов.
На основе выполнения подготовительных работ устанавливают [4]:
–автора проекта;
–год разработки проекта;
–конструктивную схему здания;
–время возведения здания или сооружения;
–геометрические размеры конструкций;
–расчетную схему с проектными нагрузками;
–сертификаты и паспорта на примененные изделия и материалы;
–характеристики грунтового основания;
–программу обследований.
На основе предварительного (визуального) обследования:
–готовят ведомости дефектов и повреждений с фотофиксацией и с указанием вероятных причин появления;
–рассматривают необходимость проведения инженерно-геологических изыска-
ний;
–уточняют конструктивную схему;
–определяют предварительную оценку технического состояния.
Детальное обследование технического состояния включает в себя следующие работы:
–измерение (инструментальное) геометрических параметров;
–инженерно-геологические изыскания (при необходимости на основе предварительного обследования);
–инструментальное определение параметров выявленных дефектов и поврежде-
ний;
–уточнение фактических характеристик материалов конструкций;
–измерение (или анализ представленных данных лабораторий) параметров эксплуатационной среды;
–определение реальных эксплуатационных нагрузок;
–разработка реальной расчетной схемы (конечно-элементной модели) конст-
рукций;
–определение перемещений от нормативных нагрузок каждого загружения и от их сочетаний с применением не менее двух сертифицированных программ для ЭВМ;