Билет 1

Задачи и взаимосвязь науки и строительства, проектирования, возведения и эксплуатации зданий и сооружений.

Каждое здание или сооружение представляет собой сложный дорогостоящий объект, состоящий из многих конструктивных элементов, систем инженерного оборудования, выполняющих вполне определенные функции и обладающих установленными эксплуатационными качествами. Строительство в нашей стране характеризуется не только высокими количественными показателями, но и изменяется и качественно, структурно: улучшается планировка квартир, совершенствуются строительные конструкции, системы инженерного оборудования, повышается комфортность жилищного фонда. Достаточно сказать, что на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение городов расходуется 1/6 всех видов топливно-энергетических ресурсов. Практика эксплуатации зданий показывает, что автоматические методы регулирования расходования тепла позволяют довести экономию до 10%. Следует также учитывать, что здания, строящиеся в настоящее время, будут служить в ХХ1 веке, когда уровень комфорта станет еще выше.

Наиболее уязвимые места и дефекты конструкций.

Обобщение и анализ опыта эксплуатации зданий и сооружений позволили выявить в них те места, в которых чаще всего допускаются дефекты и возникают повреждения.

Наиболее уязвимыми местами в конструкциях наземных, обсыпных и котлованных сооружений являются:

- места сопряжений и переломов конструкций: стыки панелей, сопряжения стен зданий разной этажности, сопряжения кровли с трубами, парапетами, стенами, ендовы на крышах и т.п.;

- места приложения сосредоточенных нагрузок: опорные части колонн, пилястр, простенки, перемычки и т.п.;

- места вероятного увлажнения конструкций: сопряжения стены с цоколем, цоколя с фундаментом и отмосткой, места пропуска водосточных труб через карнизы, места возможного скопления атмосферных вод и полтопления фундаментов;

- места пропуска коммуникаций через стены;

- места излома и сопряжения горизонтальной и вертикальной гидроизоляции;

- места наибольшего износа защитных покрытий.

Знание уязвимых мест и дефектов весьма важно для эксплуатационного персонала, так как позволяет ему сосредоточить на них внимание при плановых и внеочередных осмотрах при планировании ремонтов, при выполнении и приемке ремонтных работ.

Знание наиболее уязвимых мест важно также для проектировщиков и строителей, для работников, осуществляющих технический надзор за строительством с целью тщательной отработки новых проектов и технологии возведения упомянутых конструкций, усиления поэтапного контроля.

Причины, виды, механизм и последствия коррозии железобетонных конструкций.

Сущность коррозии бетонных, железобетонных и каменных конструкций. Основные конструкции зданий и сооружений выполняются из бетона, железобетона или кирпича. Поэтому защита этих конструкций от коррозии и разрушения с целью увеличения их долговечности и поддержания требуемых эксплуатационных качеств зданий и сооружений имеет важное практическое значение.

По своей структуре искусственные и естественные каменные материалы сходны с бетоном: в основе их вяжущее и заполнитель. Процессы их разрушения и методы защиты аналогичны и поэтому могут рассматриваться совместно, чаще применительно к бетону.

Каменные материалы по своей структуре и стойкости к агрессивным средам отличаются от металлов прежде всего высокой пористостью: бетоны – 10 - 15%, известняки – 15 - 30%, керамические изделия – 5 - 35%. Эта их особенность способствует фильтрации воды, подсосу или конденсации влаги, проникновению агрессивных растворов в конструкцию. Если при этом учесть и другую их особенность - сложный состав, а иногда и конгломератность (любой из каменных материалов состоит из нескольких минералов и его стойкость определяется наиболее слабым составляющим - вяжущим), то станет ясно, что обеспечение стойкости и долговечности каменных конструкций представляет специфическую и сложную задачу. Чем выше пористость материала и более разнороден его состав, тем ниже его стойкость в агрессивной среде. Именно поэтому такие пористые материалы, как ракушечник, шлакобетон и другие, не применяются в агрессивной среде, и защита бетонных конструкций от коррозии строится на повышении их плотности и водонепроницаемости, а также на изоляции от агрессивной среды.

Существует ошибочное мнение, будто прочность бетона в конструкциях всегда повышается благодаря гидратации зерен цемента. В действительности часто среда, окружающая здания, в той или иной степени агрессивна и в сочетании с другими факторами, в частности с отрицательной температурой, разрушающе действует на бетонные и железобетонные конструкции. Поэтому нарастание прочности бетона за счет гидратации цемента не всегда компенсирует разрушающее действие агрессивной среды, рисунок 11.1.

Только неагрессивная и непроточная вода при влажности бетона 70-90% и температуре 10-30 ⁰С способствует дальнейшему упрочнению бетона при гидратации цемента.

Процесс разрушения каменных материалов очень сложен, так как он зависит от многих факторов, имеющих переменный характер.

Разрушение бетонных конструкций происходит вследствие физико-химических и механических процессов, таблица 11.1.

Физико-химические процессы, при которых разрушаются бетон и железобетон в условиях агрессивной среды, представляют собой коррозию. В бетонных конструкциях в зависимости от ведущих признаков разрушения коррозия подразделяется на три вида:

I вид - выщелачивание извести из цемента;

II вид - кислотное разрушение;

III вид - сульфатная коррозия, или кристаллизационное разрушение.

В железобетонных конструкциях коррозия может протекать как в бетоне, так и в арматуре - IV вид.

Таким образом, для бетона различают три вида коррозии, а для железобетона - четыре.

Билет 2.

Конструктивные схемы зданий и сооружений.

Эффективная эксплуатация зданий, т.е. постоянный квалифицированный уход за ними, периодическая оценка их технического состояния (диагностика повреждений) и предупреждение начала развития повреждений, своевременное проведение профилактического и восстановительного ремонтов возможны только при знании конструкций сооружения, особенностей его устройства и работы, эксплуатационных требований и степени их фактического удовлетворения, умении выявить уязвимые места, с которых возможно начало развития повреждений.

Несмотря на большие отличия зданий различного назначения, обусловленные происходящими в них процессами, все они состоят из ограниченного числа конструктивных элементов, выполняющих в любых сооружениях одни и те же функции. Это основания, фундаменты, стены или каркас, крыша или покрытие, перекрытия, перегородки, лестницы, а также наружные элементы – входные площадки, балконы, световые галереи или приямки у окон подвалов и др. Конструктивные схемы зданий различного назначения также являются общими: одно-, двух-, трех- и многопролетные.

Сочетание основных несущих элементов фундаментов, стен, опор, ригелей, перекрытий и покрытий можно свести в четыре основных конструктивных схемы:

- с продольными несущими стенами;

- с поперечными несущими стенами или смешанная – с продольными и поперечными стенами;

- с полным каркасом – каркасная;

- с неполным каркасом.

В конструктивной схеме с продольными несущими стенами нагрузки от крыши и перекрытий на фундаменты и основания передают продольные стены. Они являются определяющими конструктивными элементами в обеспечении устойчивости здания, которая дополняется жесткостью и надежной связью с их перекрытиями, при заанкеривании перекрытий в стены, а также связью продольных стен с лестничными клетками, с внутренними связевыми стенами. Число продольных стен может быть от двух до четырех и более в зависимости от назначения и планировки здания. Стены могут быть кирпичными, блочными, крупнопанельными, причем высота зданий с таким остовом не должна превышать девяти этажей.

При конструктивной схеме здания с поперечными несущими стенами пространственную жесткость и нагрузки от вышележащих частей на фундамент и основание передают поперечные внутренние стены, усиленные в случае необходимости увеличения жесткости и устойчивости перекрытиями, лестничными клетками, наружными продольными стенами. Главное преимущество такой схемы в том, что внутренние несущие стены, в отличие от наружных, не должны обладать теплозащитными качествами и поэтому могут быть возведены из высокопрочного материала, например железобетона, при малом его расходе. При этом продольные наружные стены как ненесущие могут быть выполнены только для обеспечения теплозащиты, т.е. из малопрочного теплоизоляционного материала, что также весьма целесообразно. При такой схеме лишь торцевые стены выполняют несущие и ограждающие функции. Схема с поперечными несущими стенами принимается при проектировании как малоэтажных, так и зданий повышенной этажности. Чем больше этажность, тем меньше должен быть шаг поперечных стен, придающих устойчивость, всему зданию.

На практике часто осуществляется смешанная конструктивная схема, в которой несущими являются как продольные, так и поперечные стены.

Каркасная схема представляет собой систему, состоящую из фундаментов, колонн, горизонтальных элементов – ригелей, балок, перекрытий и связей жесткости. Пространственная жесткость здания с такой схемой определяется либо жесткой связью вертикальных и горизонтальных элементов, либо установкой специальных элементов связи, воспринимающих горизонтальные нагрузки, действующие на здание.

Главное преимущество каркасной схемы состоит в том, что каркас воспринимает все виды нагрузок, а стены выполняют лишь функции ограждения, что позволяет рационально использовать для них наиболее эффективные строительные материалы: для каркаса – металл или железобетон, для стен – материалы с высокими теплозащитными качествами, например легкий бетон, слоистые конструкции.

Каркасная схема широко применяется в производственных зданиях с большими пролетами и значительными крановыми нагрузками. Здания повышенной этажности жилого и служебного назначения также возводятся каркасными; их конструктивные элементы могут быть полностью унифицированы, что обеспечивает высокую индустриальность их возведения. В зданиях с каркасной схемой можно менять внутреннюю планировку путем перестановки перегородок, что намного продлевает моральную долговечность таких зданий.

Широко применяется также схема с неполным или внутренним каркасом, который представляет собой систему, состоящую из фундаментов, продольных наружных стен, одного или нескольких продольных рядов внутренних колонн, связанных ригелями, перекрытиями и покрытием. Пространственная жесткость и устойчивость такой схемы обеспечивается жесткой связью колонн с фундаментами, поперечными стенами связи, лестничными клетками, перекрытиями и покрытием.

В зданиях с неполным или внутренним каркасом планировка в значительной мере может быть достигнута посредством легких перегородок, которые могут быть переставлены соответственно новому назначению здания (т.е. модернизация происходит с меньшими затратами).

Сущность и задачи технической диагностики.

Техническая диагностика – это научная дисциплина, изучающая технические системы, в том числе здания и сооружения, их элементы, выявляющая причины возникновения отказов и повреждений, разрабатывающая методы их поиска и оценки; в итоге она дает информацию о состоянии эксплуатируемых объектов. Главная задача диагностики состоит в разработке методов и средств получения информации о состоянии технических объектов. Конечной целью диагностики зданий является обоснованное заключение о техническом состоянии отдельных конструкций и зданий в целом, их эксплуатационной пригодности, информация о том, где и какие имеются отклонения от норм.

Различают визуальный и визуально-инструментальный способы диагностики повреждения сооружений.

При визуальном обследовании обнаруживаются видимые дефекты и повреждения, делаются обмеры, зарисовки, фотографии, используются простейшие приборы, выявляются места, которые необходимо обследовать более подробно с помощью диагностической техники – инструментов, приборов.

Визуально-инструментальное обследование может быть разруша-ющим, когда в сооружении отбираются образцы материалов для испытания в лабораториях. Так как такое обследование сложно, трудоемко и приводит к ослаблению конструкций, более приемлемым является неразрушающий метод контроля состояния конструкций.

Неразрушающие методы контроля ПЭК зданий и сооружений:

- тепловые методы определения теплофизических свойств конструкций: метод термощупов, метод тепломеров;

- ультразвуковые методы определения однородности и прочности конструкций: ультразвуковой, резонансный, поверхностной волны;

- радиационные методы контроля плотности бетона и сварных швов: нейтронные, гамма-излучения;

- электрический метод контроля влажности древесины и др. материалов: метод электропроводности;

- электромагнитные методы определения положения арматуры и закладных деталей: поглощения СВЧ волн, метод электромагнитной индукции;

- тензометрические методы контроля местных деформаций;

- цветовые методы определения теплофизических своств конструкций: жидких кристаллов, хлорида кобальта;

- световой метод определения освещенности рабочих мест и помещений;

- химические методы контроля загазованности помещений;

- геодезические методы контроля общих деформаций здания;

- методы контроля герметичности дверей: свечи, дымовых шашек, мелового отпечатка, шелковых нитей;

- метод падения давления при оценке герметичности помещений.

Каждое сооружение имеет основные и второстепенные параметры эксплуатационных качеств. Наиболее общие параметры, существенно влияющие на эксплуатацию:

- прочность и устойчивость конструкций, здания в целом;

- теплозащитные свойства;

- герметичность (в частности крупнопанельных зданий);

- звукоизоляцию;

- состояние воздушной среды;

- освещенность;

- влажность материалов конструкций.