ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ИХ ПОВРЕЖДЕНИЯМ

ЦНИИПРОМЗДАНИЙ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НАДЁЖНОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

Москва 2001 г.

Изложена методика - для быстрой оценки надежности стальных, железобетонных, каменных и деревянных конструкций на основе имеющихся в них повреждений и дефектов, а также оценка технического состояния зданий или сооружений по состоянию отдельных конструкций.

Дана методика по прогнозированию вероятности аварий зданий и сооружений по показателям проекта, строительства и эксплуатации.

Рекомендации предназначены для работников служб, занимающихся эксплуатацией зданий и сооружений, инженеров-проектировщиков, разрабатывающих новые проекты, проекты реконструкции или осуществляющих авторский надзор за строительством, а также могут быть использованы при обследовании зданий и сооружений.

Настоящие рекомендации разработаны к.т.н. Добромысловым А.Н. при участии инж. Фролова Ю.В., Кузиной О.Л., Третьяковой С.В. в развитие ранее выпущенной работы ЦНИИПромзданий в 1989 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие. 1 1. Общие положения. 2 2. Оценка надежности строительных конструкций по их повреждениям.. 2 3. Прогнозирование вероятности аварий. 4 4. Оценка технического состояния зданий после землетрясения по внешним признакам.. 5 5. Оценка технического состояния зданий после пожара по внешним признакам.. 5 6. Приложения. 5 6.1. Характерные повреждения строительных конструкций. 5 6.2. Таблицы для оценки технического состояния строительных конструкций по внешним признакам.. 21 6.3. Таблицы для оценки технического состояния зданий и сооружений по внешним признакам.. 23 6.4. Таблицы для экспертной оценки надежности зданий и сооружений. 34 6.5. Таблицы для оценки технического состояния зданий после землетрясений по внешним признакам.. 35 6.6. Таблицы для оценки технического состояния конструкций после пожара по внешним признакам.. 37 6.7. Приближенное определение прочности бетона, камня и раствора по внешним признакам.. 40 6.8. Примеры расчетов надежности строительных конструкций зданий и сооружений. 41 Литература. 44

ПРЕДИСЛОВИЕ

При эксплуатации зданий и сооружений, а также при их обследовании широко применяются для оценки технического состояния конструкций визуальные обследования. В связи с этим возникает необходимость в установлении надежности обследуемых конструкций по внешним признакам повреждений.

Как показали наблюдения, в процессе эксплуатации конструкций происходит циклическое изменение их надежности, что связывается с изменчивостью величин нагрузок и изменением несущей способности вследствие различных повреждений.

При достижении конструкцией определенного уровня надежности в ней будут наблюдаться необратимые повреждения: трещины, потеря устойчивости сжатых элементов, пластические деформации, коррозионные повреждения и т.п. Повреждения критического характера в конструкциях могут привести к обрушению конструкции и аварии здания или сооружения.

Учет влияния повреждений на надежность конструкции зданий и сооружений обобщен в настоящих рекомендациях.

Для удобства оценки надежности составлены подробные таблицы для различных видов конструкций. Своевременная оценка технического состояния конструкций и сооружений позволит вовремя провести их ремонт и усиление и тем самым обеспечить их надежность при эксплуатации.

Не менее важным вопросом является экспертиза здания или сооружения на предрасположенность к аварии. Выявление таких объектов по предлагаемой в рекомендациях методике позволит эксперту или автору проекта критически подойти к оценке их надежности и принять в случае необходимости дополнительные мероприятия по контролю качества, что в итоге будет способствовать повышению надежности.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации предназначены для приближенной оценки надежности эксплуатируемых отдельных строительных конструкций и надежности зданий и инженерных сооружений в целом. По результатам этих оценок устанавливается пригодность конструкций зданий и инженерных сооружений для эксплуатации, сроки ремонтов, а также необходимость применения более точных методов установления надежности конструкций.

1.2. Оценка надежности строительных конструкций при эксплуатации производится на основе имеющихся в них повреждений, устанавливаемых на основе визуальных обследований.

1.3. Оценка вероятностей аварий зданий и сооружений и их надежность осуществляется по методике экспертных оценок.

1.4. Под надежностью строительных конструкций понимается сохранение во времени, установленного нормами их качества: необходимой несущей способности, долговечности, деформативности.

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ ПОСЛЕ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

4.1. Оценка технического состояния зданий и сооружений производится согласно пп. 2.4 и 2.5 на основе имеющихся повреждений отдельных конструкций. При этом оценка надежности конструкций должна проводиться по максимальному повреждению.

4.2. При проведении экспресс-обследований общая оценка технического состояния зданий и сооружений производится по таблицам 19, 20.

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ ПОСЛЕ ПОЖАРА ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

Оценка технического состояния зданий и сооружений производится согласно пп. 2.4 и 2.5 на основе характерных повреждений при пожарах, приведенных в таблицах 22, 23.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ТАБЛИЦЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

Таблица 2

Категория состояния конструкции	Признаки силовых воздействий на конструкцию	Признаки воздействия внешней среды на конструкцию
	Нет	Нет
	Нет	Местами разрушено антикоррозионное покрытие. На отдельных участках коррозия отдельными пятнами с поражением до 5 % сечения. Местные погнутости от ударов транспортных средств и другие повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 5 %.
	Прогибы изгибаемых элементов превышают 1/150 пролета.	Пластинчатая ржавчина с уменьшением площади сечения несущих элементов до 15 %. Местные погнутости от ударов транспортных средств и другие механические повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 15 %. Погнутость узловых фасонок ферм.
	Прогибы изгибаемых элементов более 1/75 пролета. Потеря местной устойчивости конструкций (выпучивание стенок и поясов балок и колонн). Срез отдельных болтов или заклепок в многоболтовых соединениях. Наличие трещин во второстепенных элементах.	Коррозия с уменьшением расчетного сечения несущих элементов до 25 %. Трещины в сварных швах или околошовной зоне. Механические повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 25 %. Отклонения ферм от вертикальной плоскости более 15 мм. Расстройство узловых соединений от проворачивания болтов или заклепок.
	Прогибы изгибаемых элементов более 1/50 пролета. Потеря общей устойчивости балок или сжатых элементов. Разрыв растянутых элементов ферм. Наличие трещин в основном материале элементов.	Коррозия с уменьшением расчетного сечения несущих элементов более 25 %. Расстройство стыков со взаимным смещением опор.

ТАБЛИЦЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

ТАБЛИЦЫ ДЛЯ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Примечание.

1. Условная надежность вычисляется по формуле .

2.Оценка в баллах условий надежности соответствует: 1 - неприемлемо, 2 - неудовлетворительно, 3 - удовлетворительно, 4 - хорошо, 5 - отлично.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ НАДЕЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Пример 1

Требуется определить техническое состояние строительных конструкций промышленного одноэтажного здания.

Здание имеет следующие характеристики:

фундаменты под колонны столбчатые железобетонные, стены кирпичные, опираются на фундаментные блоки, колонны железобетонные, покрытие в виде стальных ферм с железобетонными сборными плитами, подкрановые балки стальные.

На основании визуального обследования здания установлены следующие величины повреждений различных несущих конструкций:

- железобетонные фундаменты (на основании вскрытия фундаментов в шурфах) - следы коррозии распределительной арматуры, категория состояния 2 (табл. 3), поврежденность e₁ = 0, 05 (табл. 1);

- кирпичные стены - вертикальные трещины в пилястрах по концам опор ферм, пересекающие до 3-х рядов кладки, категория состояния 4 (табл. 4), e₂ = 0, 25;

- железобетонные колонны - продольные трещины в бетоне вдоль рабочей арматуры с коррозией арматуры до 10 % сечения, категория состояния 3 (табл. 3), e₃ = 0, 15;

- стальные фермы покрытия - местами пластинчатая ржавчина на стержнях фермы с коррозией до 10 % сечения, категория состояния 3 (табл. 2), e₄ = 0, 15;

- железобетонные плиты покрытия - продольные трещины от коррозии вдоль рабочей арматуры, категория состояния 3 (табл. 3) и в отдельных плитах снижение прочности бетона до 30 %, категория состояния 4 (табл. 3), e₅ = 0, 25;

- стальные подкрановые балки - разрушение антикоррозионного покрытия, категория состояния 2 (табл. 2), e₆ = 0, 05.

Определим техническое состояние здания в целом с учетом значимости отдельных конструкций. Коэффициенты значимости примем согласно п. 2.5 для: фундаментов a₁ = 3, стен a₂ = 3, колонн a₃ = 8, ферм a₄ = 7, плит a₅ = 2, балок a₆ = 4.

Общая поврежденность здания

По табл. 1 техническое состояние здания может быть отнесено к 3 категории.

Для продолжения эксплуатации здания требуется провести ремонт по устранению поврежденных конструкций: стен, колонн, ферм, плит покрытия.

Пример 2

Требуется определить техническое состояние многоэтажного железобетонного каркасного промышленного здания по данным визуального экспресс-обследования.

На основании обследования выявлены следующие повреждения конструкций:

выветривание раствора кирпичной кладки стен, разрушение кирпичной кладки несущих стен в местах карнизов и водосточных труб на глубину до 12 см (пол кирпича), что при толщине стены 52 см составляет 12/51· 100 % = 23 %, в отдельных плитах перекрытий нормальные трещины с шириной раскрытия в растянутой зоне до 0, 3 мм.

Определяем по табл. 7 категорию состояния конструкций:

- выветривание кладки стен соответствует 2 категории состояния. Однако для отдельных участков стен в местах карнизов и водосточных труб с разрушением кладки 23 % толщины стены категория состояния соответствует 4 категории;

- железобетонные плиты, имеющие трещины шириной 0, 3 мм, имеют 2 категорию состояния.

По максимальному повреждению на основании табл. 7 техническое состояние здания по надежности относится к 4 категории (неудовлетворительное). Для продолжения эксплуатации здания требуется провести ремонт по устранению разрушенной кладки стен.

Пример 3

Требуется определить техническое состояние крупнопанельного жилого дома по данным визуального обследования.

В ходе обследования были выявлены следующие повреждения:

в отдельных местах отслоение облицовки цоколя и фактурного слоя панелей стен, выветривание раствора швов панелей стен, трещины в перегородках до 10 мм в местах сопряжения с потолками и стенами, трещины в швах до 1 мм между плитами перекрытий.

На основании табл. 6 категория технического состояния поврежденных конструкций составляет:

- для цоколя и панелей стен - 2 категория;

- для стыков панелей - 2 категория;

- для перегородок с трещинами - 3 категория;

- для плит перекрытий - 2 категория.

Здание относится к 3-й категории технического состояния (не совсем удовлетворительное).

Для продолжения нормальной эксплуатации здания следует выполнить ремонт перегородок с трещинами.

Пример 4

Требуется определить техническое состояние железобетонной эстакады под технологические трубопроводы.

Эстакада выполнена из типовых железобетонных конструкций: пролетное строение пролетом 12 м, опоры с шагом 12 м, траверсы с шагом 4 м.

По данным визуального обследования характерного участка эстакады различные ее несущие конструкции имели следующие величины повреждений:

- максимальная величина повреждения траверс e₁ = 0, 25;

- максимальная величина повреждения пролетного строения e₂ = 0, 15;

- максимальная величина повреждения опор e₃ = 0, 15.

Определим техническое состояние всей эстакады с учетом значимости отдельных конструкций.

Коэффициенты значимости были приняты по соображениям последствий разрушения конструкций. Так, например, для эстакады с пролетом 12 м и шагом траверс 4 м (3 траверсы в пролете) разрушение пролетного строения приводит к обрушению всех траверс, а обрушение опоры приводит к обрушению двух пролетных строений с 6-ю траверсами. С учетом сказанного выше для рассмотренного примера необходимо ввести коэффициенты значимости a₁ = 1 для траверс, a₂ = 3 для пролетных строений, a₃ = 6 для опор.

По формуле (2.1) находим величину поврежденности сооружения

По табл. 1 техническое состояние эстакады может быть отнесено к 3 категории.

Для ее надежной эксплуатации требуется проведение ремонта.

Пример 5

Требуется определить техническое состояние железобетонного аэротенка по данным визуального обследования.

На основании обследования выявлены следующие повреждения конструкций: в наружных и внутренних стенах следы коррозии распределительной арматуры, в большинстве конструкций ходовых мостиков аэротенка отмечается снижение прочности бетона до 30 % от размораживания.

Определяем по таблице 7 техническое состояние сооружения, которое может быть отнесено к 3-й категории (e = 0, 15), что говорит о необходимости проведения ремонта.

Пример 6

Требуется определить время капитального ремонта основных строительных конструкций эстакады под технологические трубопроводы.

На основании натурных обследований по внешним признакам повреждений установлена величина поврежденности железобетонных опор e₀ = 0, 12, стальных пролетных строений e_n = 0, 14.

Относительная надежность конструкций опор и пролетных строений определяем по формуле (2.2)

Y₀ = 1 - e₀ = 1 - 0, 12 = 0, 88, Y_n = 1 - e_n = 1 - 0, 14 = 0, 86.

Определяем по формуле (2.3) постоянные износа опор и пролетных строений при сроке эксплуатации на момент обследования t_ф = 10 лет

По формуле (2.4) определяем сроки капитального ремонта конструкций опор и пролетных строений с начала эксплуатации

лет,

что говорит о необходимости проведения капитального ремонта в ближайшее к моменту обследования время.

Пример 7

Требуется оценить надежность и вероятность аварии железобетонного силоса для цемента по исходным данным, описанным в книге Шкинева А.Н. «Аварии на строительных объектах, их причины и способы предупреждения», Стройиздат, 1976, с. 11.

Силосный корпус, состоящий из цилиндрических силосов, был построен по типовому проекту, разработанному в 1950 г. Высота силоса 26, 7 м, внутренний диаметр 9, 5 м, толщина стенки 18 см, бетон марки 140. Разгрузку силосов производили пневматическим способом.

На основании сведений, полученных экспертом на предприятии, было установлено следующее:

- качество материалов при строительстве силоса проверялось нерегулярно;

- строительная организация не имела опыта строительства силосов в скользящей опалубке;

- должностной контроль за качеством строительства не осуществлялся;

- строительство велось неквалифицированными кадрами, руководство строительством не имело высшего технического образования;

- в процессе производства работ допускались длительные перерывы при бетонировании стенок силосов в подвижной опалубке, укладку арматуры производили не по шаблону.

При эксплуатации силосов имелась вероятность завышения нагрузок от избыточного давления воздуха при разгрузке силосов, так как это давление никак не контролировалось.

Приемка силосов в эксплуатацию была проведена с нарушением правил без загрузки всех силосов для выравнивания осадок; производилась эксплуатация силосов с трещинами в нарушение предписания об остановке их эксплуатации.

На основании опыта обследований, эксплуатации и аварий аналогичных сооружений экспертом в таблице 25 проведена оценка условной надежности силоса.

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 3.06.07-87. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний. ЦИТП, 1988.

2. Руководство по обеспечению долговечности железобетонных конструкций предприятий черной металлургии при их реконструкции и восстановлении. Стройиздат, 1982.

3. Руководство по наблюдению и оценке состояния элеваторных сооружений. ЦНИИпромзернопроект, 1979.

4. Правила оценки физического износа жилых зданий. ВСН 53-86 (Р). Стройиздат, 1988.

5. Добромыслов А.Н. Оценка эксплуатационной надежности строительных конструкций по внешним признакам.

Проектирование и расчет строительных конструкций. Общество Знание РСФСР. Ленинградский дом научно-технической пропаганды. Л., 1989.

6. Добромыслов А.Н. Прогнозирование вероятности аварий инженерных сооружений. Проектирование и инженерные изыскания. № 2, 1988.

7. Виноградский Д.Ю. и др. Эксплуатация и долговечность мостов. Будiвельник, 1985.

8. Добромыслов А.Н. Расчет конструкций технологических эстакад с учетом времени эксплуатации. Инженерные сооружения промышленных предприятий. Сборник научных трудов. ЦНИИпромзданий, 1987.

9. Добромыслов А.Н. Анализ причин повреждений строительных конструкций при землетрясениях. Промышленное строительство, № 1, 1991.

10. Добромыслов А.Н. Анализ аварий промышленных зданий и инженерных сооружений. Промышленное строительство, № 9, 1990.

11. Добромыслов А.Н. Исследование надежности конструктивных систем. Промышленное строительство, № 12, 1989.

12. Добромыслов А.Н. Натурные исследования долговечности эстакад под технологические трубопроводы. Промышленное строительство, № 1, 1989.

13. Рекомендации по обследованию и оценке технического состояния крупнопанельных и каменных зданий. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1988.

14. Рекомендации по обследованию зданий и сооружений, поврежденных пожаром. Стройиздат, 1987.

15. Рекомендации по определению технического состояния ограждающих конструкций при реконструкции промышленных зданий. Стройиздат, 1988.

16. Методические рекомендации по инженерному анализу последствий землетрясений. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, 1980.

ЦНИИПРОМЗДАНИЙ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ НАДЁЖНОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
ПО ВНЕШНИМ ПРИЗНАКАМ

Москва 2001 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учет влияния повреждений на надежность конструкции зданий и сооружений обобщен в настоящих рекомендациях.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ИХ ПОВРЕЖДЕНИЯМ

2.1. Повреждения в конструкции разделяются в зависимости от причин их возникновения на две группы: от силовых воздействий и от воздействия внешней среды. Последняя группа повреждений снижает не только прочность конструкции, но и уменьшает ее долговечность. Основные виды повреждений стальных, железобетонных, каменных и деревянных конструкций приведены на рис. 1... 31 приложения 6.1.

2.2. В зависимости от имеющейся поврежденности и надежности, техническое состояние конструкций разделяется на 5 категорий: нормальное, удовлетворительное, не совсем удовлетворительное, неудовлетворительное, аварийное.

2.3. Влияние повреждений на надежность конструкций оценивается посредством уменьшения общего нормируемого коэффициента надежности (запаса) g₀ = g_m·g_c·g_f·g_n конструкций в процессе эксплуатации, где g_m - коэффициент надежности по материалу, g_с - коэффициент условий работы, g_f - коэффициент надежности по нагрузке, g_n - коэффициент надежности по назначению.

Относительная надежность конструкции при эксплуатации у = g/g₀ и поврежденность конструкции e = 1 - у, где g - фактический коэффициент надежности конструкции с учетом имеющихся повреждений.

Значения у и e, а также приближенная стоимость С ремонта по восстановлению первоначального качества в процентах по отношению к первоначальной стоимости для различных категорий технического состояния конструкций приведены в табл. 1.

2.4. Оценка технического состояния стальных, железобетонных каменных и деревянных конструкций, на основе имеющихся в них повреждений, приведена в таблицах 2 - 5. При этом оценка надежности конструкций должна проводиться по максимальному повреждению на длине конструкции. Для оценки категории состояния конструкции необходимо наличие хотя бы одного признака, приведенного в графах 2, 3 таблиц.

2.5. Общая оценка поврежденности здания и сооружения производится по формуле

, (2.1)

где e₁, e₂, ... e_i - максимальная величина повреждений отдельных видов конструкций, a₁, a₂, ... a_i - коэффициенты значимости отдельных видов конструкций.

При оценке величин повреждений учитывают их максимальную величину, так как авария здания или сооружения обычно происходит из-за наличия критического дефекта в отдельно взятой конструкции.

Коэффициенты значимости конструкций устанавливаются на основании экспертных оценок, учитывающих социально-экономические последствия разрушения отдельных видов конструкций, характера разрушения (разрушение с предварительным оповещением посредством развития пластических деформаций или мгновенное хрупкое разрушение). При отсутствии данных коэффициенты значимости a_i принимаются: для плит и панелей перекрытия и покрытия a = 2, для балок a = 4, для ферм a = 7, для колонн a = 8, для несущих стен и фундаментов a = 3, для прочих строительных конструкций a = 2.

12 3 4 5 Следующая ⇒