Бюллетень № 3 (стр. 5 )

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ Φ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

[НЕОБХОДИМЫЕ ПРОЦЕДУРЫ]

1 2 3 4 5 6 7 8

Оценка площади поперечного сечения бетона
Оценка прочности бетона	Оценка площади поперечного сечения арматуры
Расчет несущей способности конструкции на действие изгибающего момента
Оценка прочности арматуры	Оценка расположения арматуры в теле бетона	Расчет несущей способности конструкции на действие продольных сил
Расчет несущей способности конструкции на действие перерезывающих сил

 

6.1 6.2 7.1 7.2 8.1 8.2

ОЦЕНКА ДЕЙСТВУЮЩИХ НАГРУЗОК N НА КОНСТРУКЦИЮ (НЕОБХОДИМЫЕ ЭТАПЫ РАСЧЕТА ЗДАНИЯ ВЫШЕ 16 ЭТАЖЕЙ

В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ)

9 10 11 12 13 14 15 16 17

Расчет здания на действие особых (сейсмических) нагрузок		Расчет здания с учетом физической нелинейности материала конструкций и грунтов основания		Расчет здания с учетом конструктивной нелинейности и повреждений несущих конструкций

 

Расчет здания с учетом деформаций грунтового основания

Рис 10. Схема процедуры оценки технического состояния несущих конструкций реконструируемых зданий

ВНИМАНИЮ ПРОЕКТИРОВЩИКОВ-КОНСТРУКТОРОВ!

Многолетний опыт работы «Милбор» по реконструкции зданий и сооружений показывает, что в подавляющем числе случаев технические отчеты по обследованию строительных конструкций выполняются по прямым договорам между заказчиками и организациями, которые подают себя как имеющих опыт подобной работы, обладающих необходимым оборудованием и имеющих квалифицированный персонал. Однако при анализе таких отчетов выясняется, что из 17 установленных нормативом этапов оценки технического состояния конструкций выполняются только 1-я, 2-я, 5-я и, в лучшем случае, 3-я операции (рис. 10). Отчеты перегружены второстепенной информацией, при этом толщина и пухлость этих отчетов создают видимость основательности работы. Но когда конструктор начинает анализировать эту «полумакулатуру», то выясняется, что:

- оценка прочности бетона проведена с грубыми нарушениями требований ГОСТ и ТУ, зачастую нарушена сама технология определения прочностных характеристик;

- выборки прочностных характеристик статистически не выдержаны, примененные статистические методы обработки результатов испытаний выхолощены и не могут быть использованы в таком виде;

- использованные для оценки прочности бетона приборы не поверены;

- выводы о прочности бетона и разбросе показателей необоснованны;

- заключения о техническом состоянии конструкций несостоятельны, т. к. сделаны только по оценке прочности бетона, но без соответствующих расчетов несущей способности конструкций и действующих нагрузок;

- определение прочности бетона и геометрических характеристик сечений конструкций явилось самоцелью технического отчета, а не средством получения исходных данных для ответа на главный вопрос: каков остаточный ресурс обследованной строительной конструкции и соответствует ли он требованиям федерального закона РФ от 30 декабря 2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

В качестве примера возникновения комплекса новых проблем при проектировании реконструкции зданий старой постройки в сейсмических районах рассмотрим реконструкцию главного корпуса санатория «Приморье» ГУП «Медицинский центр» Правительства Москвы в г. Сочи, в котором «Милбор» разрабатывало конструктивный раздел.

12-этажное здание с подвалом было запроектировано и построено в начале 70-х гг. ХХ века сейсмичность площадки строительства была принята равной 7 баллам. Нижние 5 этажей несущих конструкций здания – стальной каркас с повышенной высотой этажа (до 7,2 м), верхние 7 этажей (2 верхних этажа неполные) – сборно-монолитный железобетонный каркас с жестко соединенными с ним диафрагмами жесткости и наружными панелями. Фактически верхние этажи представляли собой жесткую сборно-монолитную железобетонную сотовую конструкцию (см. рис.11).

Сейсмичность площадки по итогам инженерных изысканий инженерных изысканий 2011 г. составила 9 баллов.

Техническое обследование здания показало, что за 40 лет его эксплуатации физический износ его несущих конструкций составил до 40%.

Анализ конструктивной схемы здания выявил его несимметричность по высоте и несовпадение центра жесткости с центром масс в пределах каждого этажа, в результате чего в здании при сейсмическом воздействии возбуждаются поэтажные крутящие моменты. Эти моменты в пределах 2-12 этажей имеют одинаковый знак, что способствовало наращиванию суммарного крутящего момента в здании сверху вниз. Т. к. жесткость железобетонных этажей многократно превышала жесткость стальных этажей, 1-5-й этажи составили критическую зону (см. рис.12).

 

Рис. 11. Утрированная схема главного корпуса гостиницы «Приморье» Правительства Москвы

 

Рис. 12. Схема крутильной жесткости («а») и крутящих моментов (поэтажных-«б» и суммарных «в») реконструируемого здания санатория «Приморье»:

1 – поэтажные крутильные жесткости и крутящие моменты;

2 – накопительная эпюра крутящих моментов

Увеличенная в 4 раза сейсмическая нагрузка (коэффициент К1 в формуле (1) СНиП II-7-81* для 9 баллов равен 0,4, а для 7 баллов – 0,1) на фоне 40%-го снижения прочностных характеристик материалов дало фактически 4:0,6=6,67-кратную перегрузку конструкций здания (см. рис.13).

 

Рис.13 вставить

При 7-балльной сейсмике опорный момент в верхней зоне узла сопряжения ригеля с колонной с запасом воспринимался 5ø22 А-III, а в нижней - 2ø22 А-III, что хорошо видно на эпюре материалов, построенной на огибающей эпюре моментов (рис.13,а). Однако при 9-балльной сейсмике существующая эпюра материалов уже не покрывает новую эпюру изгибающих моментов, в которой появились зоны дефицита несущей способности 1 (рис.13,б). Т. к. это явление было обнаружено во всех узлах железобетонного каркаса верхней 7-этажной части здания, наращивание несущей способности этих узлов привело бы к необходимости предварительного разрушения бетона в узлах и примыкающих ригелях и колоннах с последующим наращиванием армирования слабых мест с соблюдением всех конструктивных и технологических требований.

Т. к. стоимость реализации этого варианта реконструкции здания получилась запредельной, начал разрабатываться второй вариант, основанный на введении в несущий остов здания дополнительных новых стальных элементов – связей, диафрагм, балок и т. п. Постепенно, шаг за шагом, удалось поднять несущую способность остова здания почти в 2 раза, но и этого оказалось недостаточно для обеспечения безопасности конструкций. Таким образом, принцип «терапии» исчерпал себя полностью, «мужской» метод прямого наращивания «мускул» проблему не решил.

Тогда было принято решение использовать «женский» метод, основанный на снижении жесткости ряда элементов, увеличении податливости и уменьшении тем самым сейсмической силы. «Терапия» была заменена на «хирургию»: лифтовые шахты, являющиеся ядрами жесткости и размещенные в одной половине этажа, ближе к торцовой стене, были поэтажно разрезы с передачей нагрузки от них поярусно на перекрытия. Это, во-первых, сразу резко уменьшило эксцентриситет между центрами жесткости и центрами масс, что снизило перегрузку вертикальных, особенно контурных, несущих элементов здания. Во-вторых, исключение из работы самих вертикальных ядер жесткости понизило общую изгибную жесткость вертикальных несущих элементов, увеличив их горизонтальное смещение (которое, тем не менее, не превысило предельно допустимых значений), но снизив при этом саму величину сейсмической силы. Только таким комплексным методом удалось решить сложную техническую проблему, появившуюся при реконструкции старого здания.

2.1.7. Мониторинг технического состояния зданий в сейсмических районах

Внесенные за последнее десятилетие дополнения в Градостроительный кодекс РФ и в соответствующие нормативные акты повысили требования к обеспечению безопасной эксплуатации зданий и сооружений, а ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» регламентируют этот процесс в законодательном порядке. ГОСТ Р 22.1.02-95 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование» пунктом 3.3.1 предусматривает создание системы регулярных наблюдений и контроля за развитием опасных природных процессов и явлений в окружающей природной среде, выполняемых с целью своевременной разработки и проведения мероприятий, снижающих ущерб от сейсмического воздействия.

[Полезная статья: и др. «Мониторинг технического состояния большепролетного покрытия физкультурно-спортивного комплекса в ходе строительных работ».-Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений.-№ 2, 2013 г.]

 

Оценить адекватность использованных при проектировании моделей зданий или сооружений позволяет инженерно-сейсмологический мониторинг зданий и сооружений, контролирующий изменение во времени интегральных параметров:

- жесткостей (частот/периодов собственных колебаний);

- диссипации энергии (затухания собственных колебаний).

[Для справки: На рис. 14 показано принципиальное различие собственных незатухающих и затухающих колебаний здания. При затухающих колебаниях частота колебаний уменьшается, а период увеличивается. Степень затухания (рассеяния энергии, ее диссипации) оценивается логарифмическим декрементом затухания

d = ln (An / An+1)]

Согласно требованиям п. 4.2 ГОСТ Р 53778-2010 (цитата:) «Первое обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не позднее чем через два года после их ввода в эксплуатацию. В дальнейшем обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не реже … одного раза в пять лет для зданий и сооружений или их элементов, работающих в неблагоприятных условиях (… сейсмичность района 7 баллов и более …) …»]

В приложении М этого ГОСТ сказано, что замерам подлежат предыдущие и текущие значения периода и логарифмического декремента основного тона собственных колебаний

вдоль большой, малой и вертикальной осей. Такие замеры имеет право проводить уполномоченная организация, имеющая необходимое оборудование, методики и обученный персонал. Заключения о проведенных замерах, заверенные подписями и печатями, являются документами, на основании которых вносятся соответствующие записи в технический паспорт здания. По динамике изменения этих контрольных параметров делается вывод о характере процесса повреждений и старения здания, о его сейсмобезопасности и о необходимых мероприятиях для обеспечения требований действующих норм по вопросам механической безопасности.