1. Постановка проблемы.

На протяжении всего времени создания и эксплуатации жилых зданий перед проектировщиками, а потом и перед эксплуатирующей организацией, стоят задачи по обеспечению работоспособности отдельных конструктивных элементов и здания в целом при минимальных эксплуатационных затратах. Решение этих задач связано с проблемами идентификациями причин возникновения дефектов, механизмов их воздействия. С одной стороны, сказывается отсутствие достаточного количества информации, предоставляемой проектировщикам эксплуатирующими организациями. С другой – отсутствие конкретных технических указаний о мероприятиях по предотвращению определенных видов и признаков дефектов, особенно вызываемых физическим старением материалов.

2. Анализ основных исследований и публикаций.

Чаще всего в работах исследователей последних десятилетий рассматриваются технические этапы жилых зданий, находящихся в предаварийном или аварийном состоянии [1…3]. Значительная часть этих исследований посвящена конструкциям, получившим деформации из-за различных ненормируемых осадок (просадок, выгибов, кренов и т.п.) оснований фундаментов [3, 4]. Такие ситуации вызывают отрицательный общественный резонанс и реакцию местных органов власти, которые и привлекают исследовательские и проектные организации для выработки технических предложений по устранению возникающих проблем. Исследование конструктивных элементов здания, в большинстве случаев, осуществляется на воздействие идеализированных нагрузок без физической связи их с другими конструктивными элементами. Все это учитывается расчетными схемами, принимаемыми проектировщиками на основании нормативных документов в которых, в свою очередь, заложены исследования, с применением все тех же идеализированных нагрузок.

Факторы физического старения материалов, эксплуатируемых жилых зданий, исследованы недостаточно. А результаты приведенных исследований в практику проектирования внедрены слабо, так как она не систематизирована, не сгруппированы по механизму их воздействия. Группа эксплуатационных воздействий на жилое здание в целом, исследуется и учитывается проектировщиками не в полном объеме. В последнее время происходят внезапные осадки зданий из-за изменения гидрогеологических исследований, вызванных техногенными воздействиями. Происходят взрывы газа в отдельных квартирах. На жилое здание так же воздействуют и другие факторы, ухудшающие его работоспособность. В исследовании последних лет в основном предлагаются решения по устранению возникающих дефектов. Практически отсутствуют предложения по их недопущению путем применения отдельных конструктивно-технологических решений, и проведения эксплуатационных мероприятий.

3. Результаты проведенных исследований.

На протяжении всего жизненного цикла жилого здания происходит изменение его работоспособности, как в целом, так и отдельных конструктивных элементов. Совокупность факторов, вызывающих изменения, с точки зрения механизма их воздействия, можно условно разделить на три группы:

1-я группа – причины внутреннего характера; 2-я группа – причины внешнего характера; 3-я группа – причины эксплуатационного характера.

К первой группе относятся физико-химические процессы, протекающих в материалах, из которых изготовлены конструктивные элементы, конструктивные факторы, качество строительно-монтажных работ.

Ко второй группе относятся внешние климатические воздействия (влажность, температура, солнечная радиация), факторы окружающей среды (ветер, пыль и песок, наличие в атмосфере агрессивных соединений, биологические факторы).

К третьей группе относятся процессы и нагрузки, возникающие при эксплуатации жилого здания (недостаточное качество обслуживания и ремонта, различные перепланировки квартир, устройства дополнительных проемов в несущих стенах, изменение конструкции кровель, надстройки дополнительных этажей, балконов, углубление подвалов, пожары в отдельных квартирах, взрывы газовых устройств и т.п.)

Какие же факторы влияют на изменение технического состояния жилых зданий после сдачи их в эксплуатацию?

Основными и наиболее существенными являются факторы конструктивного характера, проявляющиеся из-за несовершенства конструктивных решений, принятых проектировщиками. Именно эти факторы заведомо предопределяют большие эксплуатационные расходы на содержание жилого дома, обеспечение его надежности и нормальных условий эксплуатации. Выбор рациональных конструктивных решений обеспечивает требуемую работоспособность всех элементов жилого здания в течение установленной продолжительности его эксплуатации (не менее 100 лет) при минимальных эксплуатационных расходах. И напротив, нерациональные и ошибочные конструктивные решения могут являться причиной значительных затрат по предотвращению быстрой утраты (потери) работоспособности или разрушения отдельных конструктивных элементов или здания в целом.

Известно, что действие факторов окружающей среды и климатических факторов на работоспособность элементов и конструкций жилых зданий проявляется или непосредственно или путем воздействия на интенсивность протекания физико-химических процессов, являющихся причиной изменения работоспособности конструктивных элементов (стыки наружных панелей, узел соединения конструкций соприкасающихся с внешней средой, узлы примыкания кровли и т.п.). Зная эти дефекты, можно соответствующими конструктивными решениями значительно снизить их отрицательное воздействие или вовсе их исключить, а в разделе проекта «Эксплуатационные мероприятия» указать строгий регламент ухода за конструктивными элементами жилого здания.

Значительные коррективы в характеристике работоспособности конструктивных элементов вносят факторы строительно-монтажного процесса. Условия эксплуатации жилых зданий и их конструкций (режимы эксплуатации, квалификация обслуживающего персонала, качество выполняемых мероприятий обслуживания) оказывают большое влияние на интенсивность изменения характеристик конструктивных элементов, определяющих работоспособность в целом при определенных режимах и условиях их эксплуатации. Недостаточное знание физической природы протекающих в них процессов и вызывающих их физической старение часто является причиной утраты конструктивными элементами работоспособности. Случайный и неопределенный характер воздействующих на конструктивные элементы климатических и техногенных факторов, как правило, не позволяет аналитическими методами получить зависимости, описывающие работоспособность большинства из них.

Сложность исследования надежности всех конструкций и систем жилых зданий состоит в многочисленности факторов, определяющих надежность. Главные из них: вид строительных материалов и их физико-механические и прочностные характеристики; вид конструктивных схем; качество изготовленных изделий и выполнения строительно-монтажных работ; величина запусков; гидрогеологические условия оснований; наличие техногенных воздействий; своевременность и качество мероприятий по содержанию конструкций и т.д. Особое внимание следует уделять физико-химическим характеристикам стройматериалов, в составе которых содержится множество полимерных добавок (добавки для бетонов и растворов, или гидроизолирующие мастики и т.д. и т.п.), имеющие относительно короткие сроки физического старения. Анализ аварий жилых зданий показывает, что одной из главных причин их возникновения являются ошибки проектировщиков. Если выделить четыре периода из жизненного цикла жилого здания, а именно: период строительства, период ввода в эксплуатацию, период эксплуатации, период капитального ремонта, то распределение появления дефектов (отказов) несущие конструкции в течение времени эксплуатации будет выглядеть в среднем следующим образом:

• 45% дефектов обнаруживается в течение строительства;

• 20% дефектов возникает в период, когда жилой дом построен, но не сдан в эксплуатацию;

• 12% дефектов проявляются в течение 1-го года эксплуатации;

• 10% дефектов проявляются в течение от 1-го до 15 лет эксплуатации;

• 10% дефектов возникает после 15 лет эксплуатации;

• 3% дефектов возникает после капитального ремонта.

По видам конструкций, дефекты распределяют следующим образом:

• 30% в сочетаниях различных конструкций;

• 25% в железобетонных конструкциях;

• 20% в кирпичных конструкциях;

• 10% в конструкциях теплофизики и акустики;

• 9% в деревянных конструкциях;

• 6% в стальных конструкциях.

Анализ процентального распределения проявления (обнаружения) дефектов показывает, что более половины их приходится на период с начала строительства жилого дома и до сдачи его в эксплуатацию. Это ошибки в проетно-изыскательских работах (особенно в определении гидрогеологических условий оснований под фундаменты), ошибки проектировщиков, нарушение правил производства строительно-монтажных работ, низкий технологический уровень подрядчика, выполняющего строительство (например, большие значения коэффициента вариации прочности приготовленного им бетона и т.п.). Чаще всего в жилых домах, как строящихся, так и эксплуатирующихся, повторяются следующие конструктивные деформации:

• Трещины в местах примыкания стен к смежным конструкциям;

• Прогибы перекрытий сверх допустимых значений;

• Трещины в несущих конструкциях;

• Отслоение облицовки фасадов от штукатурки.

Многолетний опыт исследований показывает, что наибольшая вероятность дефектов (отказов) наблюдается в узлах примыкания и соединения конструкций. Одним из главных факторов их появления является недостаточная детальная разработка узлов конструкции в проектной документации. Практика проектирования жилых зданий с упрощенным составом рабочей проектной документации (без разработки всех узлов сопряжения конструкций), которая начала применяться с 80-х гг. прошлого столетия, является грубейшей ошибкой. Это приводит к многочисленным переделкам, усилениям конструкций, в конечном итоге к увеличению затрат на строительство и эксплуатацию жилого фонда. Заказчикам строительства жилья необходимо предусматривать в заданиях на проектирование, а проектировщикам включать в состав проектов разработку всех узлов сопряжения конструкций. Данные о повторяемости дефектов приведены в таблице 2.1 [1,5].

Таблица 2.1 Процент повторяемости дефектов

Дефекты в конструкциях	По Ройтману А.С.	По Рибицки Р.
Конструктивные трещины в стенах и узлах сопряжения конструкций	68,0	58,4
Прогибы перекрытий сверх допустимых	12,6	33,3
Трещины в железобетонных несущих конструкциях	15,4	21,5
Горизонтальные трещины в колоннах	8,0	18,0

Указанные в таблице 2.1 дефекты можно распределить по степени опасности, вызываемым ими последствиями, следующим образом, %.

- дефекты, влияющие на комфортность проживания---------78;

- дефекты, влияющие на внешний вид здания------------------13;

- дефекты, влияющие не безопасность---------------------------9.

Приведенные параметры являются субъективными результатами для какой-то группы жилых домов, так как в реальных условиях причинами дефектов чаще бывает совокупность разных факторов, прямо их вызывающие или же усиливающие воздействие других факторов.

4. Выводы

При проектировании жилого дома есть возможность, зная результаты исследований дефектов конструкций, предусмотреть недопущенное или значительное снижение возможных дефектов, как при проектировании, так и во время его строительства и эксплуатации. Необходимо в обязательном порядке, в составе рабочего проекта, разрабатывать все узлы сопряжения конструкций. Рекомендовать заказчикам в задание на проектирование указывать требование по их разработке.

Для дальнейшего изучения особый интерес представляет второе прогнозирование возможных дефектов и соответственно разработка таких новых конструктивных узлов и применения строительных материалов, которые способствовали бы поддержанию расчетных эксплуатационных характеристик конструкций на протяжении расчетного срока эксплуатации жилого здания.

Литература

1. Рибицки Р. Повреждения и дефекты строительных конструкций /- М.:Строийиздат, 1982.-432с.

2. Гроздев В.Т. Дефекты строительных конструкций и их последствия /- С.-Петербург, 2007.-136с.

3. Альбрехт Р. Дефекты и повреждения строительных конструкций; перевод с немецкого /- М.Стройиздат, 1979.-208с.

4. Алексеев В.К. Дефекты несущих конструкций зданий и сооружений, способы их устранения /Алексеев В.К., Гроздев В.Т., Тарасов В.А. – М.1982.-177с.

5. Ройтман А.Г. Предупреждений аварий жилых зданий /- М.:Стройиздат, 1990.-240с.

Лекция №6. НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ ДОМОВ СЕРИИ 89 ВОЗВОДИМЫХ НА НЕОДНОРОДНО ДЕФОРМИРУЕМОМ ОСНОВАНИИ

Возведение и эксплуатация зданий и сооружений на основаниях, образованных толщей особых структурно-неустойчивых грунтов, представляют собой весьма значительные трудности, и если при проектировании фундаментов не учитывать изменение свойств грунтов под влиянием внешних воздействий. То неизбежно будут возникать значительные неравномерные осадки и провалы грунта. Особым видом стрктурно-неустойчивых грунтов, просадочных при замачивании под нагрузкой, являются лессовые грунты, которыми покрыто Оршанско-Мстиславское плато, некоторая часть Центрально Белорусского массива и Припятской впадины (1). В выше указанных регионах мощность лессовидных отложений составляет 5…7 м., в отдельных местах она достигает 15м. Также неравномерные деформации основания являются следствие подработки калийных и рудных месторождений, карстовых и тектонических явлений (2).

Безотказная работа здания или сооружения, обеспечивающая требуемые эксплуатационные качества и долговечность, достигаемая либо искусственным созданием надежного основания либо применением специальных конструкционных систем, приспособленных к повышенным неравномерным деформациям. К таким системам относится сборно-монолитный рамно-пространственный фундамент. На рисунке 1 представлена фундаментно-подвальная часть торцевой блок-секции 5-и этажного дома серии 89 в виде железобетонной сборно-монолитной рамно-пространственной системы, позволяющей воспринимать все реально-возможные виды деформаций основания-осадки; просадки; мульды оседания; локальные деформации. Цокольный (верхний) и фундаментный (нижний) пояса системы представляют плоские многоочковые контура. Выполнены из железобетона. Эти два контура связываются между собой при помощи вертикальных монолитных стоек, установленных в местах сопряжения ригелей, образуя пространственную систему. Объемы между смежными ригелями заполняются блоками стен подвала с перевязкой не менее 300мм. Узлы сопряжения ригелей и стоек фундамента – жесткие (рисунок 2). Нижний пояс – монолитный по фундаментным подушкам (плитам) в петли которых вставляется арматурный стержень каркаса рамы, соединяемый сваркой с петлями (рисунок 3). Петлевые выпуски в фундаментной плите целесообразно располагать на ее верхнем обрезе, при этом фундаментные плиты следует выполнять укороченной длинны с выпусками арматуры по всей ширине блока либо частично (рисунок 4) для устройства стыка между плитами с целью объединения отдельных плит в фундаментную ленту. После сварки выпусков арматуры стыки заделываются по месту бетоном класса В20. Цокольный пояс системы может быть выполнен в монолитном или сборно-монолитном варианте. Во втором случае верхний контур выполняется из сборных конструкций с выпусками арматуры по концам. Стыки элементов должны находиться над стойками с объединением арматуры сваркой и омоноличиванием узла сопряжения. В узлах сопряжения ригелей и стоек устанавливаются с шагом 200…300отдельные стержни диаметром 12А-III под углом наклона 45-60. Армирование вертикальных стоек, соединяющих горизонтальные контура, может выполняться сварным или вязанными каркасами.

Исследования показывают, что предлагаемая система наиболее полно отвечает требованиям безотказной эксплуатации здания, в ней в полной мере проявлена вся прелесть железобетона, позволяющая вследствие ползучести перераспределять усилия между элементами рамно-пространственного фундамента при различных условиях эксплуатации (3). Кроме этого, благодаря фундаментно-подвальной части 2,5м, полезные объемы здания увеличиваются до 20%, где можно разместить подсобные помещения жильцов, использовать эти объемы под мастерские, прачечные, игровые залы, кафе и т.п. Увеличение консолей стен по осям 2с-4с; Вс-Дс фундаментно-подвальной части здания под пилоны позволяет получить более устойчивую систему «основание-здание» при карстообразовании, при локальном замачивании и суффозии грунта, а также получить новый тип помещений надцокольных этажей.

Институт «Белгоспроект» является автором разработки домов серии 89, которая применялась и применяется в регионах Беларуси. За последние 10 лет изменились требования к жилищу со стороны заказчика, потребителя. Новым перспективным направлением является введение в состав помещений квартиры новых типов помещений. Это может быть что-то среднее между остекленной лоджией, верандой и летней комнатой. Такое помещение должно быть удобное для расстановки мебели, иметь площадь не менее 8м², за исключением тех, которые создаются на месте кухонных лоджий. Усовершенствование планировки начинается с того, что вход на ложию делается не из общей жилой комнаты, а из кухни. Лоджия заранее делается остекленной, она может использоваться в качестве веранды, комнаты для отдыха, летней столовой, помещения для сушки белья и т.п. В дальнейшем это помещение может быть остеклено тройными рамами , утеплено современными теплоизоляционными материалами, при этом вместо окна и балконной двери оставляется проем шириной 1,5м и высотой 2,2м. Таким образом кухня площадью 8м² превращается в кухню-столовую с общей площадью около 14м² (рисунок 6). Такой прием дает положительный результат, «работая» на фасад. Как правило, балконы и лоджии произвольно застекляются жильцами дома, при этом в квартирах секции могут быть различные типы оконных рам. Лоджия квартиры первого этажа может быть закрыта металлической решеткой, а на каком-то верхнем этаже может вообще не быть остекления. Все это наносит серьезный урон пластике фасадов жилых зданий. Поэтому организованное остекление помещений нового типа необходимо не только для удобства интерьера квартиры, но и для выразительного оформления фасада. В пятиэтажной блок-секции этой серии одно- и двухкомнатные квартиры обустроены балконами, выход на которые осуществляется из комнат. Более целесообразным будет решение с летним помещением нового типа, примыкающим к кухне со стороны фасада. Оно не ухудшает инсоляцию кухни, так как кухонное помещение не большое и имеет в плане форму близкую к квадрату. Кухонная вентиляция во всех квартирах рассматриваемой серии осуществляется через вентканалы в капитальной стене, что также немаловажно. При утеплении помещение нового типа может быть соединено с кухней, образуя кухню-столовую площадью около 12.5м². Это немаловажно в одно- и двухкомнатных квартирах, где кухня, как правило, играет роль дополнительной комнаты для занятий, хозяйственных нужд, а иногда и спального помещения. Кроме того в такой кухне-столовой появляется возможность поставить мягкую мебель, телевизор, радиотехнику и т.п.

На главном фасаде этот элемент будет иметь форму симметричного эркера, трапециевидного в плане, имеющего горизонтальное ленточное остекление, которое будет контрастным по отношению к вертикальным глухим пилонам. В торцевой трехкомнатной квартире пятиэтажной блок-секции серии 89 балкон расположен в торце с выходом его из спальни. Вместо данного балкона целесообразно устроить помещение нового типа, конструктивную основу которого будут составлять два пилона и две плиты ПК 60-12. Пилоны будут являть продолжением несущих стен – наружной и внутренней. Первый будет выступать на западную плоскость фасада на 2.4м., а второй, соответственно, на 1.2м. Далее выполняется ограждение и остекление помещения площадью 12.67м². Дополнительный выход в помещение устраивается из второй спальни, при этом окно спальни выносится на главный фасад. При желании заказчика помещение нового типа может быть разделено на два, утеплено и т.д. Каждая из спален при этом получает дополнительную площадь. Экономичность этого решения оправдывается тем, что не сразу, а постепенно 3^-х комнатная квартира может достигнуть площади 4^-х комнатной, преобразуясь за средства заказчика. На боковом фасаде, таким образом, появляется элемент, улучшающий пластику фасада (рисунок 5); при этом окно спальни может быть вынесено как на боковой так и на дворовой фасад в зависимости от привязки здания. При меридиальной ориентации торца на север окно выносится на дворовой фасад, при южной ориентации – на боковой фасад. При широтной ориентации расположение окна желательно только на боковом фасаде, что показано в представляемых рисунках.

Литература:

1. Бусел И.А. Прогнозирование строительных свойств грунтов. – МН. Наука и техника, 1989 – 246с.

2. Метелюк Н.С. и др. Проектирование и защита производственных зданий в особых условиях. – К. «Будiвельник», 1984 – 176с.

3. Семенюк С.Д. Исследование работы неоднородно деформируемого основания под рамно-пространственным фундаментом 6 кн. Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь, МН – 1999.

4. 5 – этажная торцевая блок-секция на 20 квартир. Типовой проект

89-051/1. Белгостпроект г. Минск.

28