896

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Д.А. Байков

ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным, практическим занятиям и выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений» для обучающихся по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений

повышенной ответственности

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 624.014 (075.8)

Байков Д.А. Обследование и испытание зданий и сооружений. [Электронный ресурс]: учеб.- метод. пос. / Д.А. Байков; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 11 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-RW)

Приведены рекомендации практического усвоения части курса лекций по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений», изложены основные вопросы Обследование и испытание металлических конструкций зданий и сооружений.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным, практическим занятиям и выполнению лабораторных работ по дисциплине «Обследование и испытание зданий и сооружений» по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализация Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности.

3

Введение.

Целями освоения учебной дисциплины Б.1.46. Обследование и испытание зданий и сооружений являются:

ознакомить студентов с вопросами обследования зданий и сооружений; мониторингом в процессе строительства и эксплуатации; основными причинами аварийных состояний; контроль в процессе эксплуатации за возможными неравномерными деформациями; этапами и методами обследования и усиления оснований и фундаментов.

Темы лекционных занятий:

Тема 1 Общие правила проведения планового обследования стальных конструкций зданий и сооружений

По результатам обследований стальных конструкций зданий и сооружений их техническое состояние оценивают по следующим категориям [4]:

–нормативное, при котором количественное и качественное значение параметров по всем критериям для стальных конструкций соответствует требованиям нормативных документов;

–исправное, при котором отсутствуют дефекты и повреждения, влияющие на снижение несущей способности и эксплуатационной пригодности стальных 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);

–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 стальных 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 стальных 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.

4

Если по результатам планового обследования стальных 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.

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 изысканий;

–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 повреждений;

–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) конструкций;

–определение перемещений от нормативных нагрузок каждого загружения и от их сочетаний с применением не менее двух сертифицированных программ для ЭВМ;

–определение усилий от расчетных нагрузок каждого загружения и от их сочетаний с применением не менее двух сертифицированных программ для ЭВМ;

–составление итогового документа с выводами по результатам обследования;

–составление (или уточнение существующего) паспорта на здание (сооружение).

Примечания:

1) Особенности анализа качества стали.

Если, при очередном плановом обследовании стальных конструкций здания (сооружения) установлено техническое состояние на уровне ограниченно работоспособного или ниже, то следует определять качество стали, из которой изготовлены конструкции с целью возможного выявления резервов технических характеристик.

5

При этом по мере необходимости нужны следующие технические характеристики стали по механическим свойствам, по химическому составу и марка стали:

–прочность: по пределу текучести и временному сопротивлению на разрыв образцов;

–пластичность: по относительному удлинению и относительному сужению при испытании стандартного образца на растяжение (разрыв);

–склонность к хрупкому разрушению: по величине ударной вязкости при температуре эксплуатации;

–химический состав и свариваемость (для выполнения усилений с применением свар-

ки);

–марка стали (на основании сопоставления вышеперечисленных технических характеристик и химического состава с нормами действующих стандартов).

2)По результатам прочностных испытаний образцов ( σТ , σв ) устанавливают

фициент надежности по материалу принимается в зависимости от периода выплавки стали: для конструкций, изготовленных до 1932 г., а также для сталей

с σТ < 215 МПа − γm = 1,2 ; для конструкций 1932…1982 гг изготовления с σТ < 380 МПа γ m = 1,1; с σТ > 380 МПа − γ m = 1,15 ; для конструкций,

изготовленных после 1982 г. − γ m следует принимать по [5] или по [13] с учетом срока действия этих норм.

3)Для элементов конструкций, имеющих коррозионный износ с потерей более 25% площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину

≤ 5мм, расчетные сопротивления следует умножать на коэффициент

γ α = 0,95 - для слабоагрессивных, = 0,9 – для среднеагрессивных, = 0,85 – для сильноагрессивных сред [4].

4)Для выявления состояния сварных швов их очищают от окалины и пыли и специальными шаблонами замеряют катеты. Поверхность швов тщательно обследуется с применением лупы в местах возможного появления трещин. В сомнительных случаях поверхность шва протравливается растворами, а после просушки смачивается керосином, что позволяет установить вероятное наличие трещин [4].

5)Состояние болтов и заклепок в расчетных соединениях контролируется молотком. При ударе ослабленные заклепки и незатянутые болты подают глухой, дребезжащий звук. Контроль натяжения болтов в сдвигоустойчивых соедине-

ниях проверяют тарировочным ключом [9].

Расчетные сопротивления сварных швов, болтов и заклепок в соединениях, подлежащих усилению, учитывают по проекту, а при отсутствии достаточных сведений по [5, п. 18.2].

Тема 2 Выявление дефектов и повреждений стальных конструкций Дефекты – несовершенства конструкции, полученные на стадиях проектирования, из-

готовления, транспортирования и монтажа; характеризуют начальное состояние конструкции в проектном положении. Дефектов в конструкциях строительного объекта на период его сдачи в эксплуатацию в нормальных условиях не должно быть. Если же они выявлены, то являются следствием либо недостаточной квалификации проектировщиков, изготовителей конструкций и строителей и должны быть устранены по требованию государственной комиссии, принимающей объект в эксплуатацию, до подписания соответст-

6

вующего акта. Подробная классификация дефектов несущих и ограждающих конструкций строительных объектов приведена в [10, с. 175…188].

Повреждения – несовершенства конструкции, полученные в процессе эксплуатации (первопричиной повреждения может быть не выявленный или не устраненный дефект). Как правило, повреждения возникают и развиваются во времени, зависят от срока эксплуатации, интенсивности нагрузок и воздействий и делятся на:

–силовые (механические) в виде разрывов, трещин, местных и общих погибей, расстройств соединений и т.п.;

–температурные в форме коробления, разрушения от высокой температуры, хрупких трещин от низкой температуры;

–химические и электрохимические в виде разрушений защитных покрытий и коррозии стали.

Перечень вероятных повреждений в стальных конструкциях каркасов одноэтажных промзданий подробно приведен в [11].

Назовем наиболее значимые причины их появления:

–ошибки проектирования от неверного определения нагрузок;

–упрощения при переходе от конструктивной схемы каркаса к его расчетной схеме (модели);

–пониженные прочностные показатели основного и наплавленного металла по сравнению с проектными;

–несогласованное с проектировщиками изменение сечений элементов, размеров сварных швов, количества и качества болтов;

–дополнительные, неучтенные при проектировании, усилия в конструкциях от нарушений при монтаже (эксцентриситеты на опорах, в монтажных стыках и т.п.);

–использование конструкций для подвески технологических грузов при ремонтах;

–удаление связей для пропуска коммуникаций;

–дополнительные усилия в элементах конструкций, не учтенные при проектировании от влияния высоких и низких температур;

–несвоевременное восстановление защитных покрытий на конструкциях в агрессивных средах эксплуатации.

В связи с проблемами разделения дефектов и повреждений, выявляемых при проведении обследований, в литературных источниках их указывают вместе.

В [11, с. 7…22] приведена подробная классификация дефектов и повреждений с разделением их на группы по видам конструкций производственных зданий, с разъяснениями вероятных причин их появления. Интересные обобщенные сведения о характерных дефектах и повреждениях строительных конструкций инженерных сооружений приведены в [12] в форме атласа схем и чертежей с указанием вероятных причин их появления и мероприятий по их устранению по результатам многолетней работы авторов по обследованию зданий и сооружений. На рис. 1…4 приведена выборка из [12] характерных дефектов и повреждений стальных конструкций. Ряд характерных дефектов и повреждений в стальных конструкциях производственных зданий приведен в [9, с. 278…282], [11, с. 5…22].

Темы практических занятий Тема 1 Основные причины аварий зданий и сооружений

7

Обобщая опыт аварий эксплуатируемых зданий (сооружений), в [6] отмечается, что при авариях имеет место стечение целого ряда неблагоприятных факторов. Иногда бывает трудно правильно установить причину аварии и отделить ее от следствия. Таким образом, недостатки, допущенные при проектировании, взаимодействуют с ошибками при монтаже

истановятся первопричинами при неправильной эксплуатации:

-временная перегрузка снегом кровли производственных зданий вдоль фонарей (пример больших прогибов прогонов на крыше промздания одного из заводов в г. Чебоксары);

-непродуманная очистка кровли от снега с образованием большой массы снега на небольшом участке;

-постоянная дополнительная неучтенная проектом нагрузка от производственной пыли, часто увлажненной;

-подвеска к конструкциям временных грузов при ремонте оборудования, непредусмотренных проектом;

-вырезка связей для пропуска технологических трубопроводов;

-коррозия стали под слоями краски (пример – обрушение покрытия в плавательном бассейне пос. Чусовое Пермской области через полтора года после обследования в период эксплуатации);

-консервирование отопления производственных зданий в связи со спадом производства (пример с аварией покрытия механического цеха на ОАО «Сетка» Володарского района г. Дзержинска в 1998 году; как оказалось, первопричиной были недостатки в сборке монтажных узлов покрытия);

-опасные колебания фахверковых колонн в торце кузнечного цеха (ОАО «Завод химического оборудования «Заря») от влияния продольной силы на крановые упоры подкрановых путей.

В [6, 7, 8] приведены различные виды аварийного состояния производственных зданий и сооружений, вызванные ошибками проектирования и монтажа, но проявившиеся в период эксплуатации (см. табл. 1) [6, с. 16…17]

Тема 2 Характерные дефекты и повреждения стальных конструкций зданий и сооружений Рассматриваются и приводятся примеры дефектов и повреждений стальных балок, ферм колонн, и листовых конструкций

Тема лабораторных работ:

Знакомства студентов с приборной базой ННГАСУ. Изучение приборов диагностики и испытания стальных конструкций:

1. Малогабаритная установка измерительная ультразвуковая серии «Сканер» –

модель «СКАРУЧ» (УИУ «СКАРУЧ») предназначена для оперативного обнаружения и определения характеристик дефектов в сварных соединениях и основном металле трубопроводов, сосудов и металлоконструкций с толщиной стенки 4 … 60 мм и проведения толщинометрии изделий толщиной до 100 мм. Установка используется для ручного и механизированного ультразвукового контроля качества сварных соединений и основного металла со скоростью продольного сканирования 0,5 … 1,0 м/мин вдоль сварного шва или участка основного металла.

8

УИУ «СКАРУЧ» работает в режиме автоматической фиксации и расшифровки результатов контроля (АФ и РРК) при ручном сканировании системой преобразователей, а также в режиме ручного дефектоскопа (толщиномера) общего назначения. Контроль может производиться как в цеховых, так и в монтажных условиях. Аппаратура прошла государственные испытания и имеет хорошие отзывы от предприятий различных отраслей. УИУ «СКАРУЧ» сертифицирована Госстандартом РФ, зарегистрирована в государственном реестре средств измерений (№ 15723-02) и допущена к применению в Российской Федерации. Имеются сертификаты стран СНГ. Методика применения УИУ «СКАРУЧ» согласована с Ростехнадзором РФ и разрешена для применения на подконтрольных объектах.

Функциональные особенности

осуществляет 16 различных схем прозвучивания на каждом миллиметре контроля; обнаруживает внутренние дефекты (поры, шлаковые включения, непровары, трещины

и др.); идентифицирует дефекты по характеру (объемные, объемноплоскостные, плоскост-

ные); оценивает параметры дефектов(длину и развитие по глубине);

проводит толщинометрию основного металла по сканируемой поверхности с шириной участка 65мм;

автоматически отслеживает уровень акустического контакта с изделием; автоматически устанавливает и корректирует параметры УЗК с поправкой на шерохо-

ватость; осуществляет самоконтроль работоспособности электроники и акустической системы;

автоматически фиксирует, запоминает и расшифровывает результаты дефектоскопии; производит передачу результатов контроля в память подключаемого компьюте-

ра(RS232);

распечатывает результаты контроля с помощью подключаемого принтера; имеет автономное питание.

2. Толщиномеры Константа-Булат относятся к ультразвуковым контактным толщиномерам общего назначения по ГОСТ25863. При измерении толщины изделий акустический контакт обеспечивается прижимом контактной поверхности преобразователя к поверхности контролируемого объекта. Толщиномеры Булат могут применяться при измерении толщины стенок емкостей, труб, трубопроводов, а также толщины транспортных и корпусных изделий, в том числе, с корродированными поверхностями в процессе эксплуатации или после изготовления.

Малогабаритные ультразвуковые толщиномеры серии Булат представлены шестью модификациями – Булат-1М, Булат-1S, Булат-1S (авиационный), 1S (подводный), 2 (многорежимный) и 5УП. Толщиномеры Булат сделаны в России, внесены в госреестр РФ и имеют положительные отзывы отечественных специалистов.

Толщиномеры Булат с преобразователями серии П112 предназначены для измерения толщины изделий из конструкционных металлических сплавов, а также стекла, полиэтилена и любых других изотропных материалов, допускающих использование метода ультразвукового контроля, при одностороннем доступе.

Ультразвуковые преобразователи раздельно-совмещенного типа П112 обеспечивают измерение толщины в диапазоне от 0,5 до 300 мм. В качестве материала линий задержки используется полиимид, композитные материалы, оргстекло, кварцевое стекло, что обеспечивает повышенную износоустойчивость преобразователей и возможность работы на

9

изделиях с шероховатостью поверхности до 320 мкм. Излучающая поверхность преобразователя плоская, круглой формы.

Рекомендуемая литература

1.ГОСТ 27751-2014. Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения [Электронный ресурс]. – Введ.

11.12.14.– Режим доступа : КонсультантПлюс. Технические нормы и правила. Строительство.

2.ГОСТ Р53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. – Введ. 25.03.2010. – Москва : Стандартинформ, 2010. – 61 с.

3.СП 53-102-2004. Свод правил по проектированию и строительству. – Введ. 01.01.2005. – Москва : ЦПП, 2005. – 131 с.

4.СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. – Введ. 21.08.2003. – Москва : Госстрой России, 2003. – 25 с.

5.СП 16.13330 – 2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81* : утв. 27.12.10 : введ. в д. 20.05.2011 / Минрегион России. –

Изд. офиц., актуализир. ред. – Москва : ЦПП, 2011. – 172 с. : ил.

6.Лащенко, М. Н. Аварии металлических конструкций зданий и сооружений / М. Н. Лащенко. – Ленинград : Изд-во лит по стр-ву, 1969. – 184 с. : ил.

7.Сахновский, М. М. Уроки аварий стальных конструкций / М. М. Сахновский, А. М. Титов. – Киев : Будивельник, 1969. – 200 с. : ил.

8.Беляев, Б. И. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения / Б. И. Беляев, В. С. Корниенко. – Москва : Стройиздат, 1968. – 206 с. : ил.

9.Проектирование металлических конструкций. Спец. курс : учеб. пособие для вузов / В. В. Бирюлев, И. И. Кошин, И. И. Крылов, А. В. Сильверстов. – Ленинград : Стройиздат, 1990. – 432 с. : ил.

10.Бойко, М. Д. Диагностика повреждений и методы восстановления эксплуата-

ционных качеств зданий / М. Д. Бойко. – Ленинград : Стройиздат, 1975. – 336 с.

: ил.

11.Валь, В. Н. Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции / В. Н. Валь, Е. В. Горохов, Б. Ю. Уваров. – Москва : Стройиздат, 1987. – 220 с. : ил.

12.Плевков, В. С. Оценка технического состояния, восстановление и усиление строительных конструкций инженерных сооружений: учеб. пособие / В. С. Плевков, А. И. Малыганов, И. В. Балдин. – 2- е изд. перераб. и доп. – Москва :

АСВ, 2014. – 328 с.

13.СНиП II -23-81*. Стальные конструкции / Госстрой СССР. – Москва : ЦИТП Гсстроя СССО, 1990. – 96 с.

14.Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Конструкции зданий : учеб. для строит. вузов / под ред. В. В. Горева. – Москва : Высш. шк., 1999. – 528 с. : ил.

15.Бельский, М. Р. Усиление металлических конструкций под нагрузкой / М. Р. Бельский. – Киев : Будивельник, 1975. – 120 с.

16.Бадьин, Г. М. Усиление строительных конструкций при реконструкции и капитальном ремонте зданий : учеб. пособие / Г. М. Бадьин, Н. В. Таничева. – Моск-

ва : АСВ, 2013. – 112 с.