Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Здания и сооружения представляют собой сложные строительные системы, состоящие из ряда конструктивных элементов, объединенных с помощью различных стыковых соединений. Особенностью таких систем является то обстоятельство, что их эксплуатационные качества и в первую очередь долговечность разнородны и зависят от таких же качеств составляющих их элементов, а также связей между ними. В результате неадекватности воздействия внешней среды, внутренних технологических и эксплуатационных процессов в различных конструктивных элементах возникают напряжения и деформации, способствующие процессам разрушения.

Разрушение нагруженных конструкций проходит три стадии: стадию зарождения трещин в местах концентрации напряжений и образования различных дефектов, стадию медленного их развития и стадию лавинообразного разрушения при достижении критических напряжений и деформаций.

Начало разрушения обусловливается неблагоприятным сочетанием ряда факторов внешнего и внутреннего воздействий. Возникновение одних дефектов носит случайный характер, других - обусловлено организационными и технологическими причинами. Выявлением дефектов и воздействиями на них, возможно, существенно повысить качество зданий, эксплуатационную надежность, продлить их долговечность.

Воздействие внутренних факторов включает природные и искусственные. К природным факторам следует отнести атмосферные, климатические, грунтовые, биологические и сейсмические воздействия. Из группы факторов следует выделить атмосферные, биологические и грунтовые условия, влияние которых в последние десятилетия заметно активизировалось.

В частности, наличие выбросов и загрязнений химическими соединениями атмосферы городов приводит к непрогнозируемым воздействиям, разрушающим ограждающие конструкции, кровли и другие конструктивные элементы. Широкая гамма химических соединений вступает в реакцию с материалом конструкций и способствует возникновению новообразований, нарушающих структурно-механические свойства и существенно снижающих долговечность конструктивных элементов. Особой опасности при этом подвержены композиционные строительные материалы с наличием полимерных материалов и соединений.

1. Классификация повреждений конструктивных элементов зданий

Опыт эксплуатации городских территорий показал, что ликвидация естественных насыпей, выемок и активное вмешательство в изменение естественного ландшафта приводят к изменениям геологического характера: повышению уровня грунтовых вод, карстовых образований, нарушениям физико-механических характеристик оснований зданий и другим негативным явлениям.

Воздействие технологических факторов проявляется в результате повышения агрессивности сред, технологических загрязнений и механических воздействий. При этом агрессивными могут быть как атмосферные, так и грунтовые среды. Особое значение приобретают загрязнения грунтового основания и распространение их в результате миграции атмосферных и грунтовых вод. Так, при утечке технологических загрязнений промышленного комплекса последние попадают в грунтовые воды и распространяются на значительные площади, включая и зону жилых зданий. В результате этого, казалось бы, в удаленном от источников загрязнений районе наблюдаются разрушения фундаментов жилых зданий.

Повышение интенсивности транспортных артерий, увеличение грузоподъемности машин и подвижного состава рельсового транспорта приводят к возрастанию воздействий вибрационного и ударного характера. В сочетании с изменившейся структурой грунтов эти воздействия могут принимать весьма опасные размеры. Так, повышение влажности оснований приводит к увеличению скорости распространения колебаний, снижению демпфирующих свойств грунта и в конечном итоге дополнительным динамическим воздействиям на жилые дома. В ряде районов РФ из-за высокой активности техногенных процессов повысился уровень сейсмичности, что требует не только пересмотра норм на новое строительство, но и незамедлительного принятия мер по усилению существующих зданий с целью повышения уровня надежности.

Проявление дефектов при проектировании и технологии производства работ приводит к снижению долговечности и несущей способности зданий. Наиболее часто возникновение дефектов связано с нарушениями технологических регламентов производства работ на стадиях возведения нулевого цикла, надземной части, устройства кровли, производства отделочных работ и т.п. Вероятность возникновения значительных дефектов повышается при производстве работ при отрицательных температурах, стесненных условиях, отсутствии инструментального контроля со стороны заказчика и инвесторов.

В качестве иллюстрации можно привести случай, происшедший в г. Пушкине, когда двухэтажное кирпичное здание с подвалом из-за промерзания грунта под фундаментами средних продольных стен раскололось вдоль на две части. Ширина трещин на верху торцевых стен достигла 10 см. Это бы не произошло, если бы строители своевременно закрыли окна подвала и утеплили бы фундаменты под средними стенами, глубина заложения, подошвы которых от пола подвала составляла всего 50 см (фундаменты под наружными стенами оказались утепленными керамзитным гравием, ссыпанным в подвал).

Нарушение режима эксплуатации зданий является одной из главных причин преждевременного возникновения дефектов в конструктивных элементах зданий. Наличие протечек кровли приводит к замыканию и размораживанию элементов стенового ограждения, перекрытий, балконных плит, козырьков и других выступающих элементов. Протечки, связанные с авариями системы водоснабжения или канализации, приводят к переувлажнению основания, размыву подошвы фундаментов, что нередко приводит к потере устойчивости здания, вызванной неравномерными осадками.

Нарушение температурно-влажностного режима эксплуатации зданий является причиной снижения эксплуатационной надежности ограждающих конструкций и изменения физико-механических характеристик материала конструкций.

Это далеко не полный перечень факторов и причин, вызывающих повреждения, которые приводят к возникновению дефектов трех категорий. I категория - приводящая к аварийному состоянию здания; II - возникновению повреждений, снижающих несущую способность и эксплуатационную надежность зданий; III - повреждения, не снижающие несущую способность конструкций и легко ликвидируемые при ремонте.

Механические, динамические, температурно-влажностные воздействия, а также дефекты, обусловленные неравномерностью осадок основания. Последние, как правило, приводят к наиболее значительным дефектам.

Например: В 70-х в г. Пушкине был построен жилой дом с кирпичными стенами. Средняя часть дома была девятиэтажной, боковые пристройки - пятиэтажные. Дом был полностью построен, когда обнаружилось, что средняя девятиэтажная часть начала отрываться от пятиэтажных пристроек и погружаться в грунт. Средняя часть здания просела относительно боковых пристроек на 0,7…1 м. Причиной таких больших деформаций оказалась линза пылеватого песка, насыщенного водой, расположенная под девятиэтажной частью дома и не выявленная при инженерно-геологических изысканиях, из-за очень редкой сети разведочных скважин.

В зависимости от характера изменения осадки фундаментов вследствие технической эксплуатации зданий и других техногенных процессов возможно развитие растягивающих напряжений в кладке, приводящих к образованию трещин.

Вторая группа воздействий, приводящая к трещинообразованию кирпичной кладки, относится к конструктивным деформациям и включает три стадии напряженно-деформированного состояния.

1-я стадия - эта стадия включает появление трещин, распространяемых на высоту 2-3 рядов кладки, совпадающих с вертикальными швами кладки. Появление трещин свидетельствует о превышении нагрузки несущей способности кладки;

2-я стадия - при возникновении значительных напряжений в кладке. Она характеризуется появлением вертикальных трещин в нескольких рядах кладки;

3-я стадия трещинообразования соответствует аварийному состоянию.

Причиной образования трещин в простенках могут служить: применение материалов, не отвечающих проектным требованиям; некачественная перевязка швов в кладке; неправильное выполнение температурных и деформационных швов; нарушение технологии производства работ в зимнее время; перегрузки при надстройке здания и др.

Одни и те же дефекты могут создавать условия непригодности как по несущей способности, так и по потере эксплуатационных качеств. Например, прогибы, превышающие допустимые значения, исключают нормальную эксплуатацию конструкций. В то же время снижение несущей способности приводит к аварийному состоянию.

Следует различать трещины, появление которых вызвано напряжениями, возникающими в конструктивных элементах в процессе их изготовления, транспортирования и монтажа, а также обусловленные эксплуатационными нагрузками и воздействием окружающей среды. Объем дефектов такого происхождения достаточно велик и составляет около 60%.

Наиболее опасными являются дефекты, полученные при возведении монолитных конструкций и производстве работ при отрицательных температурах. В этом случае из-за неравномерностей температурных полей возникают дополнительные напряжения, приводящие не только к образованию трещин, но и к нарушениям структуры бетона, снижению физико-механических характеристик, адгезии арматуры с бетоном. Трудноисправимые дефекты возникают при ранней распалубке монолитных конструкций. Так, при распалубке перекрытий, не достигших прочности, наблюдаются высокие деформации (прогибы), восстановление которых представляет достаточно большие трудности. Разрушение бетона сжатой зоны свидетельствует о потере несущей способности конструкции.

2. Дефекты крупнопанельных зданий

Крупнопанельные здания первых серий практически являлись экспериментальным полигоном по отработке как конструктивных, так и технологических регламентов будущих массовых серий полносборного строительства жилья. В этой связи неизбежны конструктивные, архитектурно-планировочные и технологические недостатки, которые со временем эксплуатации способствовали возникновению дефектов в зданиях.

Опыт эксплуатации показал, что повреждения начинаются в наиболее уязвимых местах конструкций. Такими являются места сопряжения различных материалов и конструкций; узлы опирания внутренних, наружных стен и плит перекрытия; места ввода коммуникаций; стыки отвода атмосферных вод, наружных стеновых панелей, выступающие элементы балконов, козырьков и парапетов.

Дефекты панельного строительства можно представить в виде трех блоков, представляющих собой: дефекты, возникающие на стадиях изготовления конструктивных элементов, монтажа конструкций и технической эксплуатации зданий.

Наиболее характерные дефекты и причины их возникновения

Взаимосвязь строительных конструкций и функционирование здания как сложной строительной системы приводят в ряде случаев к компенсации дефектов, но в большинстве - к развитию их зоны, вовлечению в процесс старения и разрушения прилегающих участков и здания в целом. Анализ дефектов конструкций и аварий показывает, что они вызваны действием как одной, так и совокупностью комплекса причин. Ошибки проектных решений составляют 4% дефектов; низкое качество изготовления деталей и конструкций - 17,6%; низкое качество монтажа - 41,6%; неудовлетворительная эксплуатация зданий - 8%; совокупность различных причин - 17,6%. По времени проявления недостатки распределяются следующим образом: на период строительства - 48%, на окончание строительства (период сдачи объекта) - 20%; на процесс эксплуатации - 22%, на период после капитального ремонта - 3%.

В качестве примера прогрессирующего разрушения можно привести аварию жилого пятнадцатиэтажного крупнопанельного дома серии ЛГ-600 в г. Ленинграде в 1983 г. Обрушение всего дома произошло из-за грубых нарушений технологии изготовления и монтажа элементов дома при полном отсутствии связей, препятствующих прогрессирующему разрушению здания.

3. Качество материалов, влияющих на надежность здания

дефект крупнопанельный надежность здание

Приготовление бетонной смеси является одним из важных технологических переделов, существенно влияющих на однородность материала и в конечном итоге на физико-механические характеристики. Весьма важными являются точность дозирования составляющих, учет влажности, однородность перемешивания.

В период начала массового крупнопанельного строительства отсутствовали эффективные средства управления технологическими свойствами бетонных смесей. Основным приемом улучшения удобоукладываемости являлось повышение фактора В/Ц. Это приводило к снижению плотности материала и, соответственно, морозостойкости. Избыточная вода, не вступая в химические реакции с цементом, остается в бетоне в виде пор или капилляров, испаряется, оставляя воздушные поры. В результате этого бетон ослабляется, и чем выше В/Ц, тем ниже прочность бетона.

При снижении фактора В/Ц технологические свойства бетона ухудшаются. Жесткий бетон для его уплотнения требует мощного воздействия вибрационными или виброударными режимами. При этом достаточно трудно получить высокую однородность и степень уплотнения. Известно, что недоуплотнение бетона на 1% приводит к потере прочности на 5-8%.

Снижение однородности бетона наблюдается при использовании как подвижных смесей за счет частичного расслоения, так и жестких смесей в результате недоуплотнения определенных зон.

Усадка бетона. Большое влияние на долговечность конструкций, соприкасающихся с атмосферой, является усадка бетона, которая проявляется в образовании усадочных трещин. Усадка бетона зависит от его состава и свойств используемых для его приготовления материалов. Увеличение усадочных явлений наблюдается при повышении содержания цемента и воды, использовании мелкозернистых и пористых заполнителей. Как правило, наличие усадочных трещин является источником интенсивных разрушений поверхностного слоя бетона при воздействии атмосферных осадков и отрицательных температур. Интенсивность процессов существенно возрастает при наличии в атмосфере химически активных элементов.

Деструктивные процессы, протекающие в твердеющем бетоне, как правило, связаны с тепловлажностными условиями его обработки. Максимальное воздействие при этом наблюдается в ранние сроки набора прочности бетоном.

Деформации твердеющего бетона, как правило, вызывают деструктивные процессы как при тепловой обработке в заводских условиях, так и при производстве бетонных работ в построечных условиях. Они проявляются в образовании микротрещин, расширении капилляров, снижении адгезии крупного заполнителя и сцепления арматуры с бетоном.

На долговечность бетонов и, соответственно, железобетонных конструкций влияют такие свойства, как плотность, проницаемость и морозостойкость.

Фактором, существенно влияющим на долговечность бетонных и железобетонных конструкций, является коррозия от агрессивных сред.

Поэтому своевременное проведение предупредительных ремонтов позволяет приостановить либо существенно снизить скорость разрушения.

Обеспечить долговечность арматуры в бетонах возможно повышением плотности самих бетонов, уменьшением их проницаемости, путем введения ингибирующих и уплотняющих добавок.

Статистическая оценка состояния железобетонных конструкций крупнопанельных зданий показывает, что наибольшей интенсивности разрушения подвержены конструктивные элементы, имеющие непосредственный контакт с атмосферными воздействиями: наружные стены; балконы, парапетные плиты, а также стыковые соединения, подверженные периодическому замачиванию. В реальных условиях эксплуатации зданий долговечность конструктивных элементов существенно ниже нормативных значений. Так, для многих конструкций при сроке эксплуатации 30 лет образовались дефекты, существенно снижающие их несущую способность и эксплуатационную надежность.

Дефекты на стадии монтажа конструкций.

Дефекты, связанные с монтажом элементов зданий, являются наиболее частыми и значимыми. При использовании преимущественно свободного метода монтажа происходит поэтажное накопление погрешностей, которые в совокупности существенно снижают эксплуатационные характеристики и надежность зданий.

Основными причинами погрешностей являются: отклонения геометрических размеров конструкций от проектных значений; отклонения в разбивке осей внутренних и наружных стен; колебания отметок монтажного горизонта, непостоянная толщина швов; невертикальность установки конструктивных элементов. Совокупность указанных причин приводит к накоплению погрешностей, значения которых могут оказывать определенное влияние на устойчивость здания и его эксплуатационные характеристики.

Заключение

Опыт обследования зданий и сооружений показывает, что большинство дефектов строительных конструкций вызывается недостаточностью надзора на всех этапах создания и эксплуатации их со стороны инженерно-технических работников всех уровней. Причиной появления дефектов является также незаинтересованность исполнителей в выпуске высококачественной продукции.

Невысокая квалификация инженерно-технического персонала и рабочих приводит к тому, что они не в состоянии предвидеть последствия допускаемых дефектов.

Уже в стадии проектирования нужно разработать такие проектные решения конструкций, которые исключат появление многих дефектов в процессе их изготовления, монтажа и эксплуатации.

В стадии изготовления конструкций особое внимание должно быть уделено качеству применяемых материалов, предусмотренных проектом. На предприятиях по изготовлению железобетонных конструкций должен быть строгий контроль за фиксацией арматуры и закладных деталей в проектном положении, технологией формирования, тепловой обработкой, распалубкой и складированием изделий.

При монтаже строительных конструкций главное внимание должно быть обращено на обеспечение проектного положения в пространстве конструктивных элементов (привязка к осям и высотным отметкам), выполнение стыковых сопряжений, устойчивость отдельных элементов и в целом всей конструкции на всех этапах монтажа.

При изготовлении монолитных железобетонных конструкций должны соблюдаться все требования к технологиям монолитного железобетона: приготовление и транспортирование бетонной смеси, укладка ее в опалубку, создание необходимого температурно-влажностного режима, сроки распалубки.

Необходим выпуск нормативной литературы по технологиям монолитного бетона.

При эксплуатации зданий и сооружений должен быть постоянный контроль за всеми параметрами технологического процесса в здании и сооружении. Нельзя допускать нарушений предусмотренного технологией температурно-влажностного режима, пролива агрессивных жидкостей на пол. Необходимо постоянно наблюдать за состоянием строительных конструкций и во время производить необходимые ремонты.

При подготовке и переподготовке специалистов всех уровней нужно уделять больше внимания изучению дефектов и влиянию их на эксплуатационные качества конструкций.

Список литературы

1. Гроздов В.Т. «Дефекты строительных конструкций и их последствия - Дефекты возведения фундаментов, приводящие к снижению прочности тела фундаментов мелкого заложения и ухудшению условия их работы».

2. Андреев С.А. Предупреждение аварий и повреждений зданий. М - Л.: Изд. Мин. коммунального хозяйства РСФСР, 1947. - 96 с.

3. Гроздов В.Т. Разрушение кирпичных стен от сезонного и суточного перепадов температуры наружного воздуха и воздействия солнечного облучения // Дефекты зданий и сооружений. Усиление строительных конструкций: Материалы II научно-методической конференции ВИТУ (25 ноября 1997). - СПб.: ВИТУ, 1997. - С. 10-12.

Размещено на Allbest.ru