Обследование металлических конструкций виды дефектов и повреждений

Обновлено: 18.05.2024

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УЧЕТУ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННУЮ ПРИГОДНОСТЬ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Директор института В.В.Кузнецов

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных организаций, вузов, НИИ и содержат указания по расчету и оценке эксплуатационной пригодности стальных конструкций производственных зданий с учетом влияния дефектов и повреждений.

Рекомендации разработаны в Липецком комплексном отделе ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова совместно с Липецким политехническим институтом под руководством канд. техн. наук Горева В.В., инженерами Порядиным И.В., Бабкиным В.И., Дмитриевым О.Н., Огневым В.Г. при участии инж. Зверева В.В. и кандидатов техн. наук Косых С.Н., Скляднева А.И. Раздел 5 составлен канд. техн. наук Баско Е.М. (ЦНИИПСК) с участием кандидатов техн. наук Беляева Б.Ф., Васютина А.Н., Демыгина H.Е., Филиппова В.В. (ЯГУ).

При составлении Рекомендаций использовались результаты исследований Ленинградского ИСИ, Шахтинского филиала Новочеркасского ПИ, Днепропетровского ИСИ, МИСИ им. Куйбышева (научные руководители: канд. техн. наук, доц. Белый Г.И., докт. техн. наук, проф. Евстратов А.А., докт. техн. наук, проф. Сильвестров А.В., канд. техн. наук Коряков А.С.), ОСДП и ЛНМ ЦНИИПСК им. Мельникова, а также материалы ЦНИИСК им. Кучеренко, Челябинского ПИ, Новосибирского ИСИ и Казахского отделения ЦНИИПСК им. Мельникова.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для расчета эксплуатируемых стальных конструкций, имеющих несовершенства (дефекты или повреждения). Расчет выполняется с целью оценки:

- возможности дальнейшей эксплуатации конструкций без каких-либо ограничений;

- возможности ограниченной эксплуатации конструкций до плановых ремонтно-восстановительных работ;

- необходимости немедленного прекращения эксплуатации для ликвидации аварийной ситуации.

Под несовершенством понимается какое-либо неблагоприятное отклонение конструктивной формы, свойств материала, геометрических размеров и т.д. от требований проектной или нормативной документации, появившееся на стадии производства (проектирование, изготовление, транспортировка и монтаж) или эксплуатации. Если замеренная величина отклонения не превышает нормированной величины допуска на изготовление, монтаж или эксплуатацию, расчет конструкции производится по действующим нормам проектирования, без учета требований настоящих Рекомендаций.

1.2. При оценке технического состояния на основе расчета конструкций с дефектами или повреждениями необходимо учитывать резерва несущей способности за счет уточнения расчетной схемы, свойств материала, нагрузок и т.п. Исходным материалом для выполнения поверочных расчетов конструкций с дефектами или повреждениями и составления заключения о возможности (невозможности) их дальнейшей эксплуатации без специальных технических мероприятий являются результаты натурных обследований, выполненных в соответствии с "Рекомендациями по проведению обследований стальных конструкций промышленных зданий", разработанных институтами ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П.Мельникова и МИСИ им. В.В.Куйбышева.

1.3. При выполнении поверочных расчетов конструкций с дефектами или повреждениями коэффициенты надежности по назначению и коэффициенты условий работы принимаются в соответствии с действующими нормативными документами на проектирование конструкций для нового строительства (кроме специально оговоренных случаев).

В Рекомендациях сохранены без изменения условные буквенные обозначения основных физических величин, принятые в главе СНиП II-23-81.

2. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ДЕФЕКТАМИ ИЛИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ

2.1. Расчет на прочность элементов стальных конструкций, имеющих дефекты или повреждения, уменьшающие рабочую площадь сечения (вырез, прожог, истирание и др.), кроме указанных в п.2.2, следует выполнять по рекомендациям СНиП II-23-81, при этом геометрические характеристики должны определяться по ослабленному сечению. Если расчетное сопротивление по пределу текучести меньше отношения

2.2. Расчет на прочность растянутых элементов стальных конструкций, ослабленных отверстиями, следует производить по формуле

где - коэффициент условий работы;

- усилие в элементе.

Коэффициент условий работы при 0,750,85 следует принимать равным 1,18. При 0,85 расчет производится без учета ослабления, т.е.

Для сталей с .

2.3. Учет влияния коррозионных повреждений следует производить уменьшением расчетной площади поперечного сечения (с учетом требований пп.2.4 и 5.3).

При равномерном коррозионном повреждении элементов в пределах обследуемого участка (цеха) расчетную площадь поперечного сечения допускается определять по формуле

где - площадь поперечного сечения элемента без учета коррозионных повреждений;

- коэффициент слитности сечения, равный отношению периметра, контактирующего со средой, к площади поперечного сечения, 1/мм; приближенно величину коэффициента можно принимать равной: для уголков - 2/, для замкнутых профилей 1/, для швеллеров и двутавров -

Расчетный момент сопротивления для проверки прочности изгибаемых элементов допускается определять по формуле:

где - момент сопротивления сечения без учета коррозионных повреждений;

- коэффициент, характеризующий изменение момента сопротивления вследствие коррозионного износа.

Значения коэффициентов для некоторых типоразмеров прокатных профилей приведены в табл.П.1.

Величина проникновения коррозии в формулах (2), (3) принимается

где - утонение элемента, равное разнице между начальной и фактической толщинами элемента.

2.4. Для элементов с начальной или остаточной после коррозии толщиной 5 мм и менее, или, если относительный коррозионный износ превышает 25%, дополнительно к учету изменения площади поперечного сечения следует снижать расчетное сопротивление стали, умножая его на коэффициент , принимаемый в соответствии с табл.1.

Коэффициенты для элементов, имеющих коррозионные повреждения

3. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СПЛОШНОСТЕНЧАТЫХ СТЕРЖНЕЙ С ДЕФЕКТАМИ ИЛИ ПОВРЕЖДЕНИЯМИ

3.1. Сжатые сплошностенчатые элементы металлических конструкций в случае их общего искривления следует рассчитывать как внецентренно-сжатые. Отличие работы искривленных стержней от внецентренно-сжатых рекомендуется учитывать умножением приведенного относительного эксцентриситета (вычисленного в предположении равенства эксцентриситета величине максимальной стрелки искривления в ненагруженном состоянии) на поправочный коэффициент перехода от максимальной стрелки искривления к эквивалентному эксцентриситету, определяемый по табл.П.2 или вычисляемый по формуле

где - условная гибкость стержня в плоскости искривления.

Значение абсолютной стрелки искривления в ненагруженном состоянии определяется в соответствии с требованиями п.3.2.

3.2. Стрелка искривления стержня в ненагруженном состоянии определяется по формуле

где - полная стрелка искривления, замеренная под нагрузкой;

- поправочный коэффициент (0), определяемый по табл.П.3 приложения или вычисляемый по формуле

- расчетное сопротивление стали.

Если нагрузку на стержень в момент замера стрелки определить невозможно, следует принимать 1.

3.3. Расчет на устойчивость сжатых стержней из двух спаренных уголков, имеющих искривление в двух плоскостях, следует выполнять по формуле

где - коэффициент условий работы, принимаемый с учетом требований п.6.3;

- коэффициент снижения несущей способности, определяемый по табл.П.4-П.6 приложения в зависимости от условной гибкости в плоскости симметрии сечения

и условных относительных стрелок искривления в двух плоскостях

. (9)

При определении стрелок искривления в ненагруженном состоянии и следует руководствоваться указаниями п.3.2.

Не допускается принимать значения коэффициентов больше коэффициентов для центрально-сжатых стержней, приведенных в СНиП II-23-81.

3.4. Проверку устойчивости сжатых стержневых элементов, ослабленных местными дефектами или повреждениями типа вырезов, при сохранении симметрии оставшегося сечения (нетто) относительно оси, лежащей в плоскости изгиба, следует выполнять по формуле

Обследование стальных конструкций

Программа обследования стальных конструкций включает:

осмотр и регистрацию повреждений и дефектов по их характерным признакам;
натурные обмерные работы по измерению геометрических характеристик конструкций, величин внешних признаков дефектов и повреждений;
обследование сварных, болтовых и заклепочных соединений в стыках элементов стальных конструкций;
установление степени коррозионного повреждения стальных конструкций;
определение физико-механических характеристик материала стальных конструкций;
исследование химического состава стали;
уточнение расчетных схем, нагрузок и воздействий;
поверочные расчеты несущей способности и устойчивости;
испытание пробной нагрузкой при необходимости.

При визуальном обследовании стальных конструкций фиксируют:

наличие разрывов элементов конструкций по сечению и длине;
местные механические повреждения или дефекты (вмятины, искривления, трещины, надрывы, пробоины);
наличие участков конструкции или их элементов, поврежденных коррозией;
состояние сварных, болтовых и заклепочных соединений в стыках.

При инструментальном обследовании стальных конструкций фиксируют:

отклонения отметок опорных узлов ферм, колонн, балок, ригелей, крановых путей;
отклонения от проектных размеров расстояний между осями ферм по верхним и нижним поясам, между прогонами, а также осями подкрановых блок и подкрановых рельсов;
отклонения осей колонн от вертикали;
прогибы прогонов, балок, поясов ферм;
выпучивание стенок сплошных балок;
величины коррозии сварных швов, болтовых и заклепочных соединений, стенок и полок элементов стальных конструкций.

Сварные швы обследуют после предварительной очистки их металлическими щетками от грязи и ржавчины. Внешние дефекты (подрезы, кратеры, неравномерность шва по длине) определяют визуально. Катеты сварных швов измеряют с помощью универсальных шаблонов. Мелкие дефекты выявляют с помощью лупы, промазкой керосином и мелом и вакуум-рамками, скрытые дефекты - ультразвуковыми, магнитографическими и изотопными методами.

При обследовании коррозионного поражения конструкций предварительно изучают состояние антикоррозионной защиты после очистки поверхности от загрязнений.
Толщину поврежденных коррозией элементов устанавливают штангенциркулями, микрометрами, толщиномерами, измерительными скобами и другими инструментами с точностью измерений не менее 0,1 мм в наиболее пораженных ржавчиной местах. Перед измерением поверхность очищается от антикоррозионного покрытия и пластовой ржавчины.
При язвенном характере коррозии ржавчину удаляют травлением 10%-ым раствором соляной кислоты с добавлением 1%-го уротропина с последующей промывкой раствором нитрата и натрия. Глубину язв и каверн измеряют с помощью микроскопов и игольчатых индикаторов.

Качество металла оценивают по заводским сертификатам или по результатам лабораторных испытаний, если в технической документации эти данные отсутствуют.
Пробы для химического анализа и образцы для механических испытаний отбирают из элементов конструкций отдельно для каждого профиля (партии металла) из ненагруженных или малонагруженных элементов конструкций. При выполнении данных работ необходимо руководствоваться следующими нормативными документами:

при отборе проб и образцов следует руководствоваться требованиям ГОСТ 7564-73;
пробы для определения химического состава металла отбирают с соблюдением требований ГОСТ 7565-81;
пробы для выявления распределения сернистых включений отбирают в соответствии с ГОСТ 10243-75;
испытания на растяжение проводят по ГОСТ 1497-84, а на ударную вязкость - по ГОСТ 9454-78.

Допускается определять механические свойства стали неразрушающими методами с корректировкой данных на основе контрольных лабораторных испытаний не менее трех образцов для каждого вида профиля.

При обследовании строительных конструкций ответственным этапом является изучение трещин, выявление причин их возникновения и динамики развития. По степени опасности для несущих и ограждающих конструкций трещины делят на три группы:

Повышенное влагосодержание характерно для многих конструкций, контактирующих с водой в процессе изготовления и эксплуатации, при этом различается пять видов увлажнения:

Описаны методы методы оценки технического состояния конструкций и определения прочности материалов строительных конструкций: акустический, радиометрический, магнитометрический, вибрационный.

Описан выбор рабочей схемы при испытании строительных конструкций статической нагрузкой, описана методика размещение приборов, методика проведения работ и обработка результатов при испытании конструкций.

Дефекты и повреждения металлоконструкций

Металлоконструкции, созданные на сварных и/или резьбовых соединениях, широко применяются в строительстве. Их использование позволяет упростить и ускорить сооружение несущих каркасов зданий, устройство кровель и фасадов, возведение мостов, создание малых архитектурных форм.

Металлоконструкции разделяют на стальные, предназначенные для восприятия серьезных нагрузок, и легкие из алюминиевых сплавов, применяемые в ограждающих элементах и при проведении отделочных работ. Качество создания и монтажа стальных несущих металлоконструкций регламентируют ГОСТы, ОСТы, СНиПы, СП.

Дефекты и повреждения стальных конструкций

Несоблюдение норм проектирования, нарушение правил создания и монтажа металлоконструкций приводят к отклонениям от проектных геометрических характеристик и нормативных параметров качества. Такие несовершенства, определяющие начальное состояние конструкции, называют дефектами.

В процессе эксплуатации металлоконструкции могут получить повреждения. Причины их появления: дефекты создания и монтажа, нарушение стандартных правил эксплуатации или оба этих фактора одновременно. Повреждения развиваются постепенно. Интенсивность этого процесса зависит от начального состояния конструкции, длительности эксплуатации, характера и силы внешних воздействий.

Выявить дефекты и повреждения металлических конструкций позволяет экспертиза, правила проведения которой регламентирует СП 13-102-2003.

Виды дефектов и повреждений

Дефекты и повреждения металлических конструкций по виду условно разделяют на следующие группы:

Отсутствие части поперечного сечения, предусмотренного проектной документацией, или ослабление последнего из-за его замены при создании, установке, использовании конструкции. Поперечное сечение также ослабляют абразивный износ и коррозионные процессы. Характеристикой ослабления поперечного сечения является отношение фактической площади сечения к проектной.
Прогиб элемента по длине. Одна из характеристик этого несовершенства – отношение прогиба к длине элемента.
Трещины в теле металлических конструктивных элементов, сварных швах и околошовныхучастках. Продольные трещины характеризуются длиной, поперечные – отношением ослабленной площади к предусмотренной проектом или отношением длины трещины к ширине пораженного конструктивного элемента.
Некачественные сварные швы. В перечень этих дефектов входят отсутствующие или неполномерные швы, а также изготовленные с нарушением технологических правил.
Локальное искривление или вмятина. В этом случае измеряются длина или площадь искривленного участка.
Отсутствие или ослабление крепежных деталей – резьбовых или заклепок. Дефект характеризуется отношением ослабленного или отсутствующего крепежа к его общему количеству.
Смещение металлоконструкции относительно проектного положения. Характеризуется величиной смещения.
Смещение элементов конструкции друг относительно друга. Измеряется значением взаимного смещения.
Не предусмотренные в проекте зазоры в местах сопряжения элементов. Дефект характеризуется величиной зазора.
Дефекты и повреждения лакокрасочного защитного покрытия металлоконструкций. Характеризуются площадью поврежденного антикоррозионного покрытия.
Коррозионное разрушение тела элементов металлоконструкций и наплавленного металла. Измеряется толщиной слоя, поврежденного коррозией.

Разновидности основных дефектов и повреждений металлических конструкций по характеру и причинам возникновения

По характеру и причинам появления дефекты и повреждения металлоконструкций, находящихся в эксплуатации, разделяют на несколько групп.

Конструктивные

Эти дефекты возникают из-за ошибок в проектировании в случаях, если не были учтены все вероятные нагрузки, возможность изменения их величины, характера и/или направления во время эксплуатационного периода, вероятность колебаний температурного режима и влияния агрессивных сред. На эксплуатационные характеристики металлоконструкций негативно влияют недолговечные конструктивные и защитные материалы, заложенные в смете.

Производственно-строительные

Изготовление металлоконструкций осуществляется в заводских условиях или непосредственно на строительной площадке. В первом случае качество подготовительных, сварочных работ и мероприятий по нанесению антикоррозионных покрытий значительно выше.

Причинами дефектов и поврежденийна стадиях производства и монтажа металлоконструкций могут стать использование низкокачественных материалов, отклонение от допустимых проектных значений в ходе монтажа, проведение сварочных работ с нарушением технологических правил.

Производственно-строительные несовершенства металлоконструкций могут быть связаны снизким качеством антикоррозионного покрытия, частые дефекты лакокрасочного слоя:

Кратеры – маленькие отверстия в окрашенном слое. Возникают из-за плохой подготовки поверхности, несоответствия типов растворителя и краски, слишком толстого окрашивающего слоя, присутствия в ЛКМ частиц или масел.
Распространенный вид брака, при котором поверхность напоминает апельсиновую кору. Причина этого дефекта – нарушение технологических правил покраски металлоконструкций.
Возникает из-за плохой подготовки поверхности и лакокрасочного материала, загрязнения сжатого воздуха при пневмораспылении.
Появляется из-за неправильно подобранных вязкости ЛКМ и растворителя, нарушения технологических режимов нанесения и отверждения покрытия.
Возникают на вертикальных и наклонных участках из-за некачественной подготовки поверхности, слишком высокой или низкой вязкости ЛКМ, неправильно выбранного давления воздуха при пневмораспылении, слишком маленького расстояния между краскораспылителем и поверхностью.

Эксплуатационные

Эксплуатационные повреждения возникают из-за ряда факторов, к которым относятся:

Изменения во время эксплуатации условий окружающей среды. На целостность и долговечность конструкции отрицательно влияет длительное или периодическое воздействие высокотемпературных сред (воды, пара), агрессивных кислых или щелочных сред.
Активное протекание коррозионных процессов из-за отсутствия своевременных антикоррозионных мероприятий.
Приложение нагрузок, не предусмотренных проектом и приводящих к деформациям и утрате устойчивости металлоконструкций.

Разновидности повреждений в зависимости от вызывающих их воздействий

Воздействия, вызывающие появление повреждений, разделяют на следующие группы:

Механические (силовые)

Повреждения от силовых воздействий возникают в случаях, если на стадии проектирования были неправильно рассчитаны вероятные внешние нагрузки и внутренние усилия и, как следствие, неправильно подобраны сечения элементов. Еще одна возможная ошибка – неграмотное решение конструктивных узлов. Характерные признаки дефектов металлоконструкций, возникших из-за таких просчетов: трещины в теле элементов и сварных швах, ослабление резьбовых и клепочных соединений, искривления, локальные прогибы, абразивный износ и, как следствие, утрата устойчивости металлоконструкции.

Механические повреждения могут возникнуть из-за изменения по сравнению с проектными: сечений элементов, размерных характеристик сварных швов, количества и/или типа крепежных элементов. Причинами их появления также являются нагрузки при эксплуатации, превышающие проектные величины, нарушение при монтаже взаимного расположения металлоконструкций, резкие и сильные удары. Механические повреждения вызывают: вырезка отверстий, не предусмотренных в проектной документации, и удаление проектных связующих элементов.

Конструкции, на которые воздействуют динамические нагрузки (подкрановые балки, балки рабочих площадок), подвергаются усталостным повреждениям. Для них характерно появление трещин в основном металле, сварных швах и на околошовных участках, ослабление или полное разрушение заклепочных и резьбовых соединений.

Температурные

Высокотемпературное воздействие приводит к короблению элементов, повреждению антикоррозионных покрытий, отрицательные температуры – к появлению хрупких трещин.

Повреждения от высоких температур чаще всего возникают в металлоконструкциях, эксплуатируемых в горячих цехах. В таких конструкциях обычно предусматривают подвижные связи, способные свободно перемещаться при изменениях температурного режима. Если такие подвижные связи отсутствуют, то в конструкциях появляются дополнительные напряжения циклического характера. Они приводят к образованию трещин и искривлению отдельных элементов. При температурах +100°C разрушаются антикоррозионные покрытия, а при +300…+400°Cпроисходит коробление элементов малой и средней толщины.

Повреждения, вызванные отрицательными температурами, обычно возникают в стальных конструкциях, эксплуатируемых на открытом пространстве или в неотапливаемых помещениях. Особенно опасно резкое охлаждение. Часто хрупкие трещины при низких температурах появляются в металлоконструкциях, изготовленных из кипящих сталей.

Химические и электрохимические

В результате химических и электрохимических воздействий происходит коррозионное разрушение стали, повреждение антикоррозионных покрытий. Для стальных конструкций, используемых на объектах производственного назначения, характерна электрохимическая коррозия.

Коррозионные повреждения разделяют на следующие группы:

Общие равномерные и неравномерные. Располагаются по всей поверхности конструкции. Уменьшают толщину элементов и повышают внутренние напряжения.
Имеют вид язв, питтингов, сквозных отверстий. Значительно повышают внутренние концентрации напряжения, приводящие к хрупкому разрушению металлоконструкций при резких механических воздействиях и отрицательных температурах.

Решением проблемы появления и развития повреждений металлоконструкций является их усиление путем увеличения площади сечения элементов, использования дополнительных связей или изменением конструктивных схем.

Обследование металлических конструкций виды дефектов и повреждений

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРАВИЛА ОБСЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием - Конструкторско-технологическое бюро бетона и железобетона (ФГУП "КТБ ЖБ"), Государственным унитарным предприятием - Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (ГУП "НИИЖБ"), 26-м Центральным научно-исследовательским институтом Минобороны России при участии Государственного унитарного предприятия - Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им.В.А.Кучеренко (ГУП "ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко"), Государственного унитарного предприятия г.Москвы - Научно-исследовательский институт московского строительства (ГУП "НИИ Мосстроя")

2 ПРИНЯТ И РЕКОМЕНДОВАН К ПРИМЕНЕНИЮ в качестве нормативного документа в Системе нормативных документов в строительстве постановлением Госстроя России от 21 августа 2003 г. N 153

3 ВНЕСЕН Федеральным государственным унитарным предприятием - Конструкторско-технологическое бюро бетона и железобетона (ФГУП "КТБ ЖБ")

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем Своде правил приведены основные положения, регламентирующие общий порядок подготовки, проведения и оформления результатов обследований несущих строительных конструкций зданий и сооружений и оценки их технического состояния.

Вопросы проведения инженерно-геологических исследований грунтовых оснований в настоящем документе не рассматриваются.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1 Настоящие Правила предназначены для применения при обследовании строительных конструкций зданий и сооружений жилищного, общественного, административно-бытового и производственного назначения с целью определения их технического состояния, а также могут быть использованы при решении вопросов о пригодности жилых домов для проживания в них.

Правила регламентируют процедуру проведения обследования строительных конструкций, определяют принципиальную схему и состав работ, позволяющих объективно оценить техническое состояние, фактическую несущую способность конструкций и, в случае необходимости, принять обоснованные технические решения по ремонтно-восстановительным мероприятиям или способам усилений.

1.2 Правила разработаны в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

Перечень нормативных документов, на которые даны ссылки в настоящих Правилах, приведен в приложении А.

При исключении из числа действующих нормативных документов, на которые дается ссылка в настоящих Правилах, следует руководствоваться нормами, введенными взамен исключенных.

3 ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Диагностика - установление и изучение признаков, характеризующих состояние строительных конструкций зданий и сооружений для определения возможных отклонений и предотвращения нарушений нормального режима их эксплуатации.

Обследование - комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров, характеризующих эксплуатационное состояние, пригодность и работоспособность объектов обследования и определяющих возможность их дальнейшей эксплуатации или необходимость восстановления и усиления.

Дефект - отдельное несоответствие конструкций какому-либо параметру, установленному проектом или нормативным документом (СНиП, ГОСТ, ТУ, СН и т.д.).

Повреждение - неисправность, полученная конструкцией при изготовлении, транспортировании, монтаже или эксплуатации.

Поверочный расчет - расчет существующей конструкции по действующим нормам проектирования с введением в расчет полученных в результате обследования или по проектной и исполнительной документации геометрических параметров конструкции, фактической прочности строительных материалов, действующих нагрузок, уточненной расчетной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений.

Критерии оценки - установленное проектом или нормативным документом количественное или качественное значение параметра, характеризующего прочность, деформативность и другие нормируемые характеристики строительной конструкции.

Категория технического состояния - степень эксплуатационной пригодности строительной конструкции или здания и сооружения в целом, установленная в зависимости от доли снижения несущей способности и эксплуатационных характеристик конструкций.

Оценка технического состояния - установление степени повреждения и категории технического состояния строительных конструкций или зданий и сооружений в целом на основе сопоставления фактических значений количественно оцениваемых признаков со значениями этих же признаков, установленных проектом или нормативным документом.

Нормативный уровень технического состояния - категория технического состояния, при котором количественное и качественное значения параметров всех критериев оценки технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений соответствуют требованиям нормативных документов (СНиП, ТСН, ГОСТ, ТУ и т.д.).

Исправное состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся отсутствием дефектов и повреждений, влияющих на снижение несущей способности и эксплуатационной пригодности.

Работоспособное состояние - категория технического состояния, при которой некоторые из численно оцениваемых контролируемых параметров не отвечают требованиям проекта, норм и стандартов, но имеющиеся нарушения требований, например, по деформативности, а в железобетоне и по трещиностойкости, в данных конкретных условиях эксплуатации не приводят к нарушению работоспособности, и несущая способность конструкций, с учетом влияния имеющихся дефектов и повреждений, обеспечивается.

Ограниченно работоспособное состояние - категория технического состояния конструкций, при которой имеются дефекты и повреждения, приведшие к некоторому снижению несущей способности, но отсутствует опасность внезапного разрушения и функционирование конструкции возможно при контроле ее состояния, продолжительности и условий эксплуатации.

Недопустимое состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся снижением несущей способности и эксплуатационных характеристик, при котором существует опасность для пребывания людей и сохранности оборудования (необходимо проведение страховочных мероприятий и усиление конструкций).

Аварийное состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании несущей способности и опасности обрушения (необходимо проведение срочных противоаварийных мероприятий).

Степень повреждения - установленная в процентном отношении доля потери проектной несущей способности строительной конструкцией.

Несущие конструкции - строительные конструкции, воспринимающие эксплуатационные нагрузки и воздействия и обеспечивающие пространственную устойчивость здания.

Нормальная эксплуатация - эксплуатация конструкции или здания в целом, осуществляемая в соответствии с предусмотренными в нормах или проекте технологическими или бытовыми условиями.

Эксплуатационные показатели здания - совокупность технических, объемно-планировочных, санитарно-гигиенических, экономических и эстетических характеристик здания, обусловливающих его эксплуатационные качества.

Текущий ремонт здания - комплекс строительных и организационно-технических мероприятий с целью устранения неисправностей (восстановления работоспособности) элементов здания и поддержания нормального уровня эксплуатационных показателей.

Капитальный ремонт здания - комплекс строительных и организационно-технических мероприятий по устранению физического и морального износа, не предусматривающих изменение основных технико-экономических показателей здания или сооружения, включающих, в случае необходимости, замену отдельных конструктивных элементов и систем инженерного оборудования.

Реконструкция здания - комплекс строительных работ и организационно-технических мероприятий, связанных с изменением основных технико-экономических показателей (нагрузок, планировки помещений, строительного объема и общей площади здания, инженерной оснащенности) с целью изменения условий эксплуатации, максимального восполнения утраты от имевшего место физического и морального износа, достижения новых целей эксплуатации здания.

Модернизация здания - частный случай реконструкции, предусматривающий изменение и обновление объемно-планировочного и архитектурного решений существующего здания старой постройки и его морально устаревшего инженерного оборудования в соответствии с требованиями, предъявляемыми действующими нормами к эстетике условий проживания и эксплуатационным параметрам жилых домов и производственных зданий.

Моральный износ здания - постепенное (во времени) отклонение основных эксплуатационных показателей от современного уровня технических требований эксплуатации зданий и сооружений.

Физический износ здания - ухудшение технических и связанных с ними эксплуатационных показателей здания, вызванное объективными причинами.

Восстановление - комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств конструкций, пришедших в ограниченно работоспособное состояние, до уровня их первоначального состояния.

Усиление - комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение несущей способности и эксплуатационных свойств строительной конструкции или здания и сооружения в целом по сравнению с фактическим состоянием или проектными показателями.

4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 К проведению работ по обследованию несущих конструкций зданий и сооружений допускают организации, оснащенные необходимой приборной и инструментальной базой, имеющие в своем составе квалифицированных специалистов. Квалификация организации на право проведения обследования и оценки технического состояния несущих конструкций зданий и сооружений должна быть подтверждена соответствующей Государственной лицензией.

4.2 Необходимость в проведении обследовательских работ, их объем, состав и характер зависят от поставленных конкретных задач. Основанием для обследования могут быть следующие причины:

наличие дефектов и повреждений конструкций (например, вследствие силовых, коррозионных, температурных или иных воздействий, в том числе неравномерных просадок фундаментов), которые могут снизить прочностные, деформативные характеристики конструкций и ухудшить эксплуатационное состояние здания в целом;

увеличение эксплуатационных нагрузок и воздействий на конструкции при перепланировке, модернизации и увеличении этажности здания;

реконструкция зданий даже в случаях, не сопровождающихся увеличением нагрузок;

выявление отступлений от проекта, снижающих несущую способность и эксплуатационные качества конструкций;

отсутствие проектно-технической и исполнительной документации;

изменение функционального назначения зданий и сооружений;

возобновление прерванного строительства зданий и сооружений при отсутствии консервации или по истечении трех лет после прекращения строительства при выполнении консервации;

деформации грунтовых оснований;

необходимость контроля и оценки состояния конструкций зданий, расположенных вблизи от вновь строящихся сооружений;

необходимость оценки состояния строительных конструкций, подвергшихся воздействию пожара, стихийных бедствий природного характера или техногенных аварий;

необходимость определения пригодности производственных и общественных зданий для нормальной эксплуатации, а также жилых зданий для проживания в них.

4.3 При обследовании зданий объектами рассмотрения являются следующие основные несущие конструкции:

фундаменты, ростверки и фундаментные балки;

стены, колонны, столбы;

перекрытия и покрытия (в том числе: балки, арки, фермы стропильные и подстропильные, плиты, прогоны);

подкрановые балки и фермы;

связевые конструкции, элементы жесткости;

стыки, узлы, соединения и размеры площадок опирания.

4.4 При обследовании следует учитывать специфику материалов, из которых выполнены конструкции.

4.5 Оценку категорий технического состояния несущих конструкций производят на основании результатов обследования и поверочных расчетов. По этой оценке конструкции подразделяются на: находящиеся в исправном состоянии, работоспособном состоянии, ограниченно работоспособном состоянии, недопустимом состоянии и аварийном состоянии.

При исправном и работоспособном состоянии эксплуатация конструкций при фактических нагрузках и воздействиях возможна без ограничений. При этом, для конструкций, находящихся в работоспособном состоянии, может устанавливаться требование периодических обследований в процессе эксплуатации.

При ограниченно работоспособном состоянии конструкций необходимы контроль за их состоянием, выполнение защитных мероприятий, осуществление контроля за параметрами процесса эксплуатации (например, ограничение нагрузок, защиты конструкций от коррозии, восстановление или усиление конструкций). Если ограниченно работоспособные конструкции остаются неусиленными, то требуются обязательные повторные обследования, сроки которых устанавливаются на основании проведенного обследования.

При недопустимом состоянии конструкций необходимо проведение мероприятий по их восстановлению и усилению.

При аварийном состоянии конструкций их эксплуатация должна быть запрещена.

4.6 При обследовании зданий и сооружений, расположенных в сейсмически опасных регионах, оценка технического состояния конструкций должна производиться с учетом факторов сейсмических воздействий:

расчетной сейсмичности площадки строительства по картам ОСР-97;

повторяемости сейсмического воздействия;

спектрального состава сейсмического воздействия;

категории грунтов по сейсмическим свойствам.

5 ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЙ И СОСТАВ РАБОТ

5.1 Обследование строительных конструкций зданий и сооружений проводится, как правило, в три связанных между собой этапа:

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

При возведении и эксплуатации зданий и сооружений наблюдаются случаи, когда в несущих строительных конструкциях появляются недопустимые прогибы, трещины, повреждения. Эти отклонения от нормальной эксплуатации могут привести к необратимым деформациям и преждевременному разрушению конструкции. Причинами отклонений от нормальной эксплуатации могут быть отступления от требований проекта при подготовке и установлении конструкций, либо неправильная эксплуатация здания или сооружения в целом. Чтоб предотвратить нежелательные последствия необходимо оценить действительное состояние конструкций, найти причины повреждений, определить действительную прочность, жесткость, трещиностойкость (для металлических конструкций) чтобы принять решения о возможности дальнейшей эксплуатации или необходимости усиления конструкций.

Обследование производится с целью:

проверки соответствия конструкций проекту;

выявления дефектов и повреждений, являющихся следствием отступлений от требований строительных норм и правил (СНиП) при изготовлении, монтаже, транспортировании, хранении и неудовлетворительной эксплуатации конструкций;

выявления фактических условий и особенностей эксплуатации конструкций.

Рассмотрим подготовительные работы. До начала обследования необходимо произвести предварительный осмотр объекта для определения объема, специфики и направленности обследования, необходимых подготовительных работ (изготовление подмостей и лестниц для обеспечения непосредственного доступа к конструкциям, очистка поверхностей и т.д.), а также выявления необходимости проведения специальных исследований (измерение динамических характеристик, геодезическая съемка и т.д.).

В процессе предварительного осмотра прежде всего следует обращать внимание на конструкции, вызывающие опасение, и в случае необходимости ограничить нагрузки или полностью разгрузить конструкции. При аварийном состоянии следует немедленно назначить надежные страховочные крепления.

При обследовании металлических конструкций особое внимание необходимо обратить на:

колонны - состояние башмаков, анкерных болтов элементов соединительной решетки, стыковых соединений стенки и поясов, наличие механических повреждений, вертикальность колонн, степень поражения коррозией колонн в опорных узлах в основании и в уровнях отметок покрытия и перекрытий;

стропильные и подстропильные фермы - прямолинейность сжатого пояса и сжатых элементов (особенно составленных из мелких профилей), состояние соединений и опорных узлов, узлы с резкими концентраторами напряжений, дефекты сварных швов, состояние анкерных болтов и опорных плит при 16 ферм на железобетонные колонны и кирпичные пилястры;

вертикальные и горизонтальные связи - наличие искривлений и выгибов (в плоскости и из плоскости), состояние крепления к конструкциям, а также целостность самих элементов связей;

подкрановые пути (рельсы и их крепления) - износ рельсов, размер зазоров в стыках рельсов, состояние рельсовых креплений, положение рельса относительно оси подкрановых балок;

подкрановые балки - состояние металла и сварных соединений верхних и нижних поясов балок со стенками, состояние стыковых соединений, ребер жесткости, опорных частей, а также состояние креплений балок к колоннам;

тормозные площадки - состояние крепления тормозного листа к поясу подкрановой балки и колоннам, наличие в тормозном листе ослаблений вырезами, не предусмотренными проектом, состояние креплений элементов тормозной решетки и элементов связей.

В первую очередь при обследовании следует обращать внимание на дефекты, приводящие к снижению несущей способности конструкций или к ненадежности и несовершенству общей пространственной схемы обследуемого здания или сооружения.

Особое внимание при осмотре сварных швов и основного металла в околошовной зоне должно быть обращено на:

места непосредственного воздействия динамических нагрузок (например, на верхние поясные швы подкрановых балок);

концы угловых швов (например, в прикреплениях элементов решетчатых балок и ферм к фасонкам);

места пересечений и изменения направления сварных швов;

наличие прерывистых швов в сварных балках, колоннах и других несущих конструкциях;

трещины всех видов, направлений и размеров (признаками наличия трещин являются потеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, шелушение краски и т.д.).

Дефекты и повреждения сварных соединений выявляются следующими методами:

Внешние дефекты сварных соединений (поверхностные трещины, неполномерность швов, подрезы, прожоги и т.д.) - наружным осмотром. Перед осмотром сварной шов и прилегающий к нему металл очищаются от шлака и металлических брызг. Осмотр производится невооруженным глазом при хорошем освещении (в необходимых случаях применяется лупа). Обмер швов осуществляется с помощью специальных шаблонов и измерительных инструментов.

Внутренние дефекты сварных швов (непровары, пористость, неметаллические включения, трещины и т.д.) - путем засверливания швов и травления мест засверливания. В отдельных случаях качество швов может проверяться с помощью рентгеновских лучей, ультразвука или магнитографического метода.

Перед осмотром металлические конструкции должны быть очищены от грязи и пыли. Места возможного наличия трещин должны быть очищены от коррозии и зачищены до металлического блеска.

При проведении обследования заклепочных и болтовых соединений выявление внешних дефектов производится путем их наружного осмотра с использованием мерительных инструментов и шаблонов. Неплотная затяжка болтов, дрожание и подвижность заклепок, неплотное заполнение отверстий телом заклепки должны устанавливаться путем простукивания молотком массой 300 — 400 г с прикладыванием с противоположной стороны пальца, касающегося одновременно головки болта, гайки или головки заклепки и соединяемого элемента. Неплотности соединения элементов в пакете и неплотности прилегания головок к склепываемому пакету контролируются щупом толщиной 0,2 мм.

Наиболее опасные дефекты заклепочных соединений, подлежащих устранению:

неплотное прижатие головки заклепок к склепываемому пакету по всему контуру или на части его;

трещиноватость головки заклепки;

недостаточная или излишняя длина стержня заклепки;

несовпадение отверстий в элементах склепывания пакета;

неправильное центрирование головок заклепок при клепке;

Наиболее опасные дефекты болтовых соединений, подлежащих устранению:

наличие отверстий, не заполненных болтами;

отсутствие шайб под гайками и в необходимых случаях контргаек;

наличие недостаточно затянутых болтов;

смещение осей болтов от проектного положения.

При выявлении коррозионного износа и повреждений антикоррозионного покрытия металлоконструкций степень поражения металла коррозией определяется установлением вида коррозии: общая (равномерная) и местная (язвенная, питтинговая), щелевая, а также измерениями размеров коррозионных повреждений. При равномерной коррозии степень поражения металла определяется путем сравнения измерений поперечных сечений с сечением элемента, предусмотренным проектом.

При местной коррозии определяются диаметр и глубина язв или питтингов и их количество на единицу поверхности. Для определения размеров коррозионных повреждений элементы металлических конструкций необходимо предварительно тщательно очистить от загрязнений, старой краски и продуктов коррозии до металлического блеска. Толщина элемента, ослабленного коррозией, измеряется микрометром или штангенциркулем не менее чем в трех точках.
При невозможности измерения толщины с двух сторон применяются ультразвуковые толщиномеры (УГ-93П, Кравц 15) либо высверливается отверстие, через которое производится промер. Минимальная из измеренных толщин элемента принимается за расчетную. Повреждения антикоррозионных защитных покрытий должны устанавливаться визуальным осмотром. Оценка состояния (размер дефектов и степень повреждения) противокоррозионной защиты должна производиться в процессе обследования и устанавливаться в соответствии с требованиями нормативно-технических документов.

Оценивая качество металла, следует сказать о том, что качество стали является одним из главных факторов, определяющих способность элементов конструкции противостоять разрушению, и зависит от марки и технологии изготовления. Оценка качества металла производится в соответствии с действующими стандартами и СНиП, на основании сертификатов, дополнительных испытаний и анализов, определяющих свойства стали.

При определении фактических нагрузок, действующих на металлические конструкции для установления причин повреждений отдельных элементов металлоконструкций каркасов зданий и сооружений в некоторых случаях при обследовании требуется выявить фактические и прогнозируемые нагрузки, воздействия и условия эксплуатации.

При обследовании определяются:

нагрузки от собственной массы металлоконструкций (ферм, колонн, связей и т.д.), которые определяются по проектным данным или по натурным измерениям (при отсутствии проекта);

нагрузки от стационарного технологического оборудования, принимаемые в соответствии с технической документацией;

нагрузки от массы ограждающих конструкций стен и покрытия, опирающихся на каркас;

снеговые, ветровые и динамические нагрузки на конструкции, принимаемые по указаниям [3];

крановые нагрузки, принимаемые по заводским характеристикам крана, приведенным в паспортах;

нагрузки от массы людей, ремонтных материалов, пылевых отложений.

При обследовании учитываются:

неравномерные осадки фундаментов;

воздействия агрессивной среды;

Кроме того, при обследовании учитываются состояние антикоррозионной защиты и загрязненность металлоконструкций, следы использования металлоконструкций в несвойственных им функциях.

Причины возникновения отклонений от нормы можно систематизировать на следующие группы:

1. Повреждения от силовых воздействий (статических и динамических) - разрывы, потеря устойчивости, трещины, ослабление соединений и т.п.

2. Повреждения от механических воздействий - вмятины, прогибы, искривления, истирание и др.

3. Повреждения от температурных воздействий - коробление и разрушение при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах.

4. Повреждения (коррозия) от химической агрессии электрохимических и физико-химических воздействий.

Уровень технического состояния конструкции по внешним признакам производится на основе определения следующих факторов:

-геометрических размеров конструкций и их сечений; наличия разрывов элементов конструкций; наличия искривлений элементов;

- состояния антикоррозионных защитных покрытий; дефектов и механических повреждений;

- состояния сварных, болтовых и заклепочных соединений; степени и характера коррозии элементов и соединений;

- отклонения элементов от проектного положения (расстояния между осями ферм, прогонов, отметок опорных узлов и ригелей и т.п.);

- прогибов и деформаций.

Таким образом, обследование может проводиться как для всего здания в целом, так и для отдельных видов конструкций: кровля, стены, фундаменты. На основании этих работ делаются выводы о пригодности данного здания или конструкции к дальнейшей эксплуатации с учетом существующих или планируемых нагрузок.

Библиографический список

Читайте также: