Оцінювання технічного стану конструкції, будівлі, споруди

Технічний стан будівлі (споруди) — це сукупність якісних і кількісних показників, що характеризують експлуатаційну придатність будівлі та її частин порівняно з їх гранично допустимими значеннями.

Стан окремих конструкцій будівель i споруд визначається ступенем їх пошкодження та зносу. Оцінювання технічного стану конструкцій проводиться з метою встановлення небезпеки їх руйнування, тобто ступеня її критичного стану, а також можливості подальшого використання конструкції (з підсиленням або без нього). Це оцінювання проводиться на основі натурного огляду, інструментальних досліджень, а також перевірних розрахунків або випробувань.

За несучою здатністю та експлуатаційними властивостями конструкції належать до одного із таких станів:

- стан конструкцій Ι – нормальний. Фактичні зусилля в елементах і перерізах не перевищують допустимих за розрахунком. Відсутні дефекти й пошкодження, які перешкоджають нормальній експлуатації або знижують несучу здатність чи довговічність;

- стан конструкції ΙΙ – задовільний. За несучою здатністю й умовами експлуатації конструкції відповідають стану Ι. Мають місце дефекти та пошкодження, які можуть знизити довговічність конструкції. Необхідні заходи щодо захисту конструкцій;

- стан конструкцій ΙΙΙ – непридатний для нормальної експлуатації. Конструкція перевантажена, або мають місце дефекти та пошкодження, які свідчать про зниження її несучої здатності. Але на основі перевірних розрахунків і аналізу пошкоджень можна зробити висновок, що цілісність її на час підсилення буде забезпечена;

- стан конструкцій ΙV – аварійний. Те саме, що і за станом конструкцій ІІІ. Але на основі перевірних розрахунків й аналізу дефектів та пошкоджень неможливо гарантувати цілісність конструкцій на період підсилення, особливо якщо можливий “крихкий” характер їх руйнування. Необхідно вивести людей із зони можливого обвалення, виконати негайне розвантаження, вжити інших заходів для безпеки.

Будівлі (споруди) в цілому залежно від стану несучих та огороджуючих конструкцій належать до одного із наступних станів:

- стан будівлі (споруди) І – нормальний. У будівлі (споруді) відсутні несучі й огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій ІІ (задовільний), ІІІ (непридатний до нормальної експлуатації) і ІV (аварійний);

- стан будівлі (споруди) ΙІ – задовільний. У будівлі (споруді) відсутні несучі та огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій ІІІ (непридатний до нормальної експлуатації) і ІV (аварійний);

- стан будівлі (споруди) ΙΙІ – непридатний до нормальної експлуатації. У будівлі (споруді) відсутні несучі й огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій ІІІ (непридатний до нормальної експлуатації) і ІV (аварійний);

- стан будівлі (споруди) ІV – аварійний. У будівлі (споруді) є несучі та огороджуючі конструкції, які відповідають стану конструкцій ІV (аварійний).

Під час оцінювання технічного стану залізобетонних конструкцій, головним чином, керуються наявністю таких дефектів і пошкоджень:

- тріщини й підвищені деформації від силових впливів (статичних і динамічних);

- корозійні пошкодження бетону, арматури, з’єднувальних закладних деталей;

- пошкодження від поперемінного заморожування — відтавання у зволоженому стані;

- температурні деформації при невідповідності відстаней між температурно-осадовими швами умовам експлуатації;

- тріщини в елементах каркаса та огороджувальних конструкціях від нерівномірного осідання фундаментів (у тому числі на підроблюваних територіях);

Основними характеристиками, які підлягають визначенню при обстеженні, є:

- геометричні характеристики конструкцій і вузлів їх з’єднання;

- ширина й довжина розкриття тріщин, їх місцеположення та характер;

- діаметр, кількість і розташування арматури;

- клас арматури, марка сталі, її міцність та деформативні характеристики;

- ступінь пошкодження арматури і закладних деталей корозією.

Номенклатура контрольованих характеристик й ознак підлягає уточненню залежно від виду конструкцій, їх стану, причин та завдань обстежень.

Класифікаційні ознаки технічного стану (категорій) основних типів несучих залізобетонних конструкцій наведені в таблиці 1.4.

Категорія технічного стану	Дефекти і пошкодження	Можливі причини виникнення	Можливі наслідки
Ι ΙΙΙ ΙΙ-ΙΙΙ (встанов-люється розра- хунком)	Волосяні тріщини із заплавними берегами, що не мають чіткої орієнтації, переважно на верхній (при виготовленні) поверхні Пошкодження арматури та закладних деталей (надрізи, виривання і т.п.), часто поєднані з попередніми дефектами Сколювання бетону	Усадка внаслідок порушення режиму термовологісної обробки бетонної суміші, властивостей цементу та інші Механічні діяння Механічні діяння	На несучу здатність не впливають. Можуть знизити довговічність Зниження несучої здатності пропорційне зменшенню площі перерізу При розташу-ванні в стиснутій зоні зниження несучої здатності за рахунок зменшення
		Продовження таблиці 1.4
ΙΙΙ-ΙV ΙΙΙ	Тріщини вздовж арматурних стержнів до 3 мм. Явні сліди корозії арматури Нормальні тріщини в конструкціях, що згинаються, та розтягнутих елементах конструкцій шириною розкриття для сталі: А-Ι – більше 0,5 мм; А-ΙΙ,	Розвиваються внаслідок корозії арматури. Товщина шару корозії до 3 мм Перевантаження конструкцій. Зміщення положення розтягненої арматури при виготовленні. Для попередньо напружених	площі перерізу Зниження несучої здатності залежно від зменшення площі перерізу арматури та розмірів виключеного з роботи бетону стиснутої зони. Зменшення несучої здатності нормальних перерізів унаслідок порушення зчеплення арматури з бетоном орієнтовно до 20%. Для попередньо напруженої арматури та при розташуванні на приопорних ділянках – стан аварійний. Ступінь небезпеки визначається залежно від наявності інших дефектів і причин, що викликали підвищене
		Продовження таблиці 1.4
ΙΙΙ-ΙV ІІІ-ІV (устано-влюється розра- хунком) ΙΙΙ-ΙV ΙV	А-ΙΙΙ, А-ΙΙΙв, А-ΙV – більше ніж 0,4 мм; в інших випадках – більше ніж 0,3 мм Відносні прогини, що перевищують: для попередньо напружених кроквяних ферм 1/800; попередньо напружених кроквяних балок та балок перекриттів 1/400; плит перекриттів і покриттів 1/200 Відшарування захисного шару бетону Зменшення ділянок спирання конструкцій порівняно з проектними Випирання стисненої арматури, поздовжні тріщини в стиснутій зоні, лущення бетону	конструкцій – недостатнє зусилля натягу арматури Перевантаження конструкцій, зменшення робочого перерізу бетону та арматури Корозія поздовжньої і поперечної арматури Помилки при виготовленні та монтажі Перевантаження конструкцій	розкриття тріщин Ступінь небезпеки визначається залежно від наявності інших дефектів. При поєднанні з попереднім дефектом – стан аварійний Зниження несучої здатності залежно від зменшення площі арматури внаслідок корозії та зменшення розмірів поперечного перерізу стиснутої зони Можливе зниження несучої здатності; при критичному зменшенні – аварійний стан Небезпека обвалу
		Закінчення таблиці 1.4
ΙV ΙV ΙV ΙV	стиснутої зони Те саме, що у попередньому випадку, але є тріщини з розгалуженими в стиснутій зоні кінцями Похилі тріщини 1,5 мм та більше зі зміщенням ділянок балки відносно одна одної та похилі тріщини, що перетинають арматуру Розриви або зміщення поперечної арматури у зоні похилих тріщин Відрив анкерів від пластин закладних деталей, руйнування стиків або їх елементів	Перевантаження конструкцій унаслідок зниження міцності бетону або порушення зчеплення арматури з бетоном Перевантаження конструкції. Порушення анкерування Перевантаження конструкцій Наявність діянь, не передбачених при проектуванні; відхилення від проекту при виконанні стиків	Небезпека обвалу Небезпека обвалу небезпека обвалу Небезпека обвалу

Оскільки норми проектування часто допускають наявність у залізобетонних конструкціях тріщин із шириною розкриття до 0,3...0,4 мм при дії повного навантаження, то їх поява в таких випадках не викликає побоювань за нормальну експлуатацію конструкцій. Наявність тріщин із шириною розкриття більше ніж 0,4 мм свідчить про перевантаження конструкції, в результаті чого проявились залишкові (пластичні) деформації в арматурі або має місце порушення зчеплення арматури із бетоном. Розкриття тріщин, що вимірюються десятками мiлiметрiв, спостерігається в конструкціях при розриві арматури або повній втраті зчеплення. Ці конструкції слід вважати такими, що знаходяться в аварійному станi (здатними до руйнування). До конструкцій в аварійному станi слід віднести залізобетонні елементи з поздовжніми тріщинами, відколами бетону та лещадками в зоні стиснення.

Визначення фактичної міцності бетону виконується одним з неруйнуючих методів випробувань матеріалів.

Розрахунковий опір арматури елементів, що підлягають реконструкції, визначають шляхом випробувань зразків, вирізаних із цих конструкцій. При відсутності проектних даних, а також неможливості відбору зразків розрахунковий опір арматури дозволяється призначати залежно від її профілю:

- для гладкої арматури R _s = 155 МПа (1600 кгс/см²);

· такого, що має виступи з однаковим заходом на обох сторонах профілю („гвинт“) R _s = 245 МПа (2500 кгс/см²);

· такого, що має виступи з однiєї сторони — правий, а з другої — лівий заходи („ялинка“) R _s = 295 МПа (3000 кгс/см²).

Перевірні розрахунки повинні виконуватись для поперечних перерізів конструкцій, що мають дефекти та пошкодження, а також перерізів, міцність бетону в яких (за даними натурних досліджень) менша від середньої на 20% i більше. Врахування дефектів і пошкоджень проводиться шляхом зменшення площі поперечного перетину арматури й бетону, що вводяться в розрахунки, а також урахуванням впливу дефекту або пошкодження на міцність та деформативність бетону, збільшення ексцентриситету поздовжньої сили тощо.

При відсутності в конструкціях дефектів і пошкоджень, що знижують їх несучу здатність, а також за відсутності недопустимих прогинів конструкцій та розкриття в них тріщин перевірні розрахунки дозволяється виконувати, виходячи з проектних геометричних розмірів поперечного перетину конструкцій, класу (марки) бетону за міцністю, класу арматурної сталі, армування й розрахункової схеми конструкції.

Під час оцінювання технічного стану сталевих конструкцій слід мати на увазі, що незначні вм’ятини й викривлення другорядних елементів не знижують їх несучу здатність.

Найбільш характерними і поширеними дефектами та пошкодженнями сталевих конструкцій є:

- наявність гнутих (непрямолінійних) елементів покриття, з’єднань, ригелів стінового огородження;

- наявність розірваних болтів або зварних швів у вузлах з’єднання елементів;

- наявність значних проміжків між фланцями з’єднуваних елементів та опорними поверхнями вузлових елементів;

- непроварювання швів кріплення фланців до поясних і стрижневих елементів покриття із ферм або просторових структур;

- наявність слідів корозії на стержневих і вузлових елементах;

- наявність тріщин, вирізів, виривання на фасонних елементах у вузлах з’єднання стрижневих ферм та опорних вузлів;

- наявність зміщення, перекосу або провисання опорних вузлів;

- деформування окремих елементів, місцеві прогини на поличках;

- перекіс фланців або опорних майданчиків по відношенню до прикріплених елементів;

- розбіжність між фактичною й прийнятою в проекті розрахунковою і (або) конструктивною схемою – наявність непередбачених проектом кріплень та з’єднань;

- пропущені й невстановлені зварні або болтові з’єднання при кріпленні з’єднань, розпірок та інших елементів;

- наявність вологи в трубчастих елементах ферм, структурних покриттів;

- зміна розрахункової схеми конструкції шляхом випадкового або навмисного обпирання конструкції на стіни, непроектні вузли підвісок, кран-балок і тельферів;

- корозійні пошкодження конструкцій через протікання покрівлі в малоуклонних покриттях.

Конструкції вважаються аварійними, якщо мають місце такі дефекти та пошкодження:

- суттєва розбіжність між проектною і дійсною розрахунково-конструктивною схемою здатна призвести до руйнування конструкції;

- тріщини, розриви в зварних або болтових з’єднаннях у вузлах, особливо опорних та зв’язуючих елементів;

- значне і сильне корозійне пошкодження несучих конструкцій та руйнування зв’язуючих елементів;

- значні залишкові деформації несучих елементів каркаса, що свідчать про втрату стійкості їх;

- пропущені й незакріплені зв’язуючі елементи колон і покриттів;

- горизонтальні або вертикальні зміщення опорних вузлів, перекоси або осідання;

Міцність матеріалів визначається за даними проекту та заводських сертифікатів. У разі відсутності цієї документації, а також при виявленні дефектів, що свідчать про зниження міцності металу, проводяться випробування зразків. Заготовки для зразків слід відбирати в місцях, де не проявились пластичні деформації, а також з урахуванням того, щоб після вилучення частини поперечного перетину була забезпечена міцність та стійкість елемента. Механічні характеристики сталі: межа плинності, тимчасовий опір і відносне подовження після розриву визначаються за ГОСТ 1497-84*. При необхідності визначається також ударна в’язкість, розподіл сірчаних включень, мікроструктура, виконується хімічний аналіз.

Міцність зварних швів можна визначити за маркою сталі, а остання встановлюється експрес-методом за допомогою переносних портативних стилоскопів СЛП 1-М, СЛП-4 або за даними випробувань.

- для кутових швів — R _wum= R _un; γ_wn =1,25; β_f=0,7; β_z = 1,0; γ_s = 0,8;

- для розтягнутих стикових швів конструкцій, виготовлених до 1972 р., R _wy = 0,55 R _y0, а виготовлених після 1972 р., R _wy =0,85 R _y0.

Перевірні розрахунки конструкцій слід виконувати за недеформованою схемою без урахування непружних деформацій сталі. Під час виконання розрахунків необхідно враховувати просторову роботу конструкцій, їх взаємодію, а також ослаблення поперечних перетинів через наявність дефектів i деформацій. Перевірні розрахунки слід виконувати вiдповiдно до СНиП 11-23-81* „Стальные конструкции“ та „Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*)“ / Укрниипроектстальконструкция.—М.:Стройиздат, 1989.-159 с.

Під час оцінювання технічного стану кам’яних і армокам’яних конструкцій фактичну міцність складових матеріалів визначають, як правило, шляхом випробування відібраних зразків у лабораторних умовах. Зразки відбираються в недонапружених місцях якомога ближче до ослабленого перетину. Оптимальним є відбір зразка безпосередньо із дефектної ділянки, однак при цьому необхідно передбачити тимчасове посилення конструкції.

Перевірні розрахунки виконуються вiдповiдно до вимог СНиП 11-22-81 „Каменные и армокаменные конструкции“ з урахуванням фактичної міцності матеріалів. Дефекти конструкцій ураховуються шляхом уведення знижуючих коефiцiєнтiв до несучої здатності.

Пошкоджені кам’яні й армокам’яні конструкції підлягають тимчасовому негайному підсиленню, якщо їх несуча здатність нижча від діючих фактичних навантажень

де F – фактичне навантаження на конструкцію, що розглядається на момент обстеження; γ_f – коефіцієнт надійності за навантаженням (1,7 для неармованої кладки і 1,5 — для армованої); N – несуча здатність конструкції, визначена за фактичними значеннями площі перерізу, гнучкості та міцності матеріалів кладки; γ_t —коефіцієнт зниження несучої здатності за наявності пошкоджень (таблиці 1.5 і 1.6).

Дефекти виготовлення також ураховуються шляхом множення несучої здатності на коефіцієнт зниження міцності γ_t, який приймають рівним:

Коефіцієнт зниження несучої здатності при утворенні конструкційних тріщин

№ з/п	Характер походження	Коефіцієнт γ_к
неармовані конструкції	армовані конструкції
	Тріщини в окремих цеглинах, що не перетинають швів розчину Волосяні тріщини, що перетинають не більше від двох рядів кладки (довжиною 15…18 см) Те саме при перетині не більше від чотирьох рядів кладки (довжиною до 30…35 см) при кількості тріщин не більше від чотирьох на 1 м ширини (товщини) стіни, стовпа або простінка Тріщини з розкриттям до 2 мм, що перетинають не більше від восьми рядів кладки (довжиною до 60…65 см) при кількості тріщин не більше чотирьох на 1 м ширини (товщини) стіни, стовпа або простінка Те саме при перетині більше від восьми рядів (довжиною більше від 65 см)	1,00 0,90 0,75 0,50 0,00	1,00 1,00 0,90 0,70 0,50

Коефіцієнт зниження несучої здатності при пошкодженні кладки опор балок, ферм та перемичок

№ з/п	Характер походження кладки опор	Коефіцієнт γ_t
неармовані конструк-ції	армовані конструк-ції
	Місцеве (крайове) пошкодження кладки на глибину до 2 см (дрібні тріщини, відшарування у вигляді лещадок і утворення вертикальних тріщин по кінцях опор (або опорних подушок), балок, ферм чи перемичок, що перетинають не більше від двох рядів кладки (довжиною до 15…18 см)	0,75	0,90
Продовження таблиці 1.6
	Те саме при перетині тріщинами не більше від чотирьох рядів кладки (довжиною до 30…35 см) Крайове пошкодження кладки на глибину більше ніж 2 см й утворення вертикальних і косих тріщин по кінцях та під опорами (опорними подушками) балок і ферм, що перетинають більше від чотирьох рядів кладки (довжиною більше ніж 30 см)	0,50 0,00	0,75 0,50

- при відсутності перев’язки рядів кладки (тичкових рядів, арматурних сіток):

- при відсутності заповнення розчином вертикальних швів 0,9;

- при товщині горизонтальних швів більше ніж 2 см (3...4 шва на

Оцінювання технічного стану дерев’яних конструкцій ведеться на базі проведеного натурного огляду та результатів лабораторних досліджень фiзико-механiчних характеристик відібраних проб деревини.

Найбільш характерними й поширеними видами дефектів й пошкоджень дерев’яних конструкцій є:

- вологий стан (або періодичне зволоження) деревини, що перевищує допустиме значення за СНиП ΙΙ-25-80;

- недопустимі деформації конструкцій і їх елементів;

- ураження деревини біошкідниками: домовими грибами (справжнім, плівковим, білим) та жуками-деревоточцями (вусатим чорним, меблевим точильником тощо), морськими біошкідниками (корабельним черв’яком);

- тріщини й розшарування клеєних дерев’яних конструкцій;

- руйнування від дії хімічних агресивних середовищ (зростання кристалів солі у середині деревини, через дії кислот і лугів, що утворюються внаслідок дії вологи та солі.

Перевірні розрахунки ведуться вiдповiдно до вимог СНиП ΙΙ-В.4-71* „Деревянные конструкции. Нормы проектирования“ з урахуванням фактичних послаблень, вад, дефектів і пошкоджень.

Необхідно відмітити, що, хоча існуючий метод розрахунку конструкцій за граничними станами базується на ймовірних передумовах, кінцевий результат є детермінованим. Ця ситуація може бути змінена при переході до ймовірного методу розрахунку. В ході перерахунку доцільно визначити надійність системи (конструкції, будівлі, споруди i т.д.) на момент обстеження. Методика такого перерахунку може бути побудована на принципах статистичного моделювання. В цьому випадку перерахунок виконується в такій послідовності:

1) за результатами статистичного обробки даних інструментального обстеження визначається момент к -го порядку емпіричних розподілень випадкових величин фактичним параметрам;

2) проводяться статистичні випробування для визначення можливої реалізації критерію граничного стану, що розглядається, наприклад, несучої здатності. Кожне із таких випробувань являє собою розрахунок несучого елемента за детермінованою формулою відповідного нормативного документа. Методом статистичного моделювання в розрахунок закладаються величини фактичних параметрів (як реалізація випадкових величин з відомими із досліду законами розподілу);

3) у результаті статистичних випробувань отримують щільність розподілу вiрогiдностi несучої здатності, яка може бути апроксимована розподілом Грамма-Шарльє або одною із кривих Пiрсона;

4) за результатами обстежень будуються гістограми внутрішніх зусиль від зовнішніх навантажень, наприклад, визначається розподіл сумарного згинального моменту в небезпечному перетині від постійного навантаження, нерівномірної осадки опор, тимчасового навантаження з урахуванням випадкового характеру цих чинників;

5) проводяться статистичні випробування, метою яких є одержання кінцевої густини розподілу внутрішніх зусиль;

6) визначається ймовірність відмови P _i як сума умовних імовірностей подій, якi полягають у тому, що несуча здатність буде знаходитись у заданому інтервалі, а зусилля не перевищуватимуть несучої здатності в цьому інтервалі. Поставлена задача, як правило, вирішується на ЕОМ;

7) визначається надійність F _i несучого елемента на момент обстеження за небезпечним перетином

8) надійність споруди F _n за несучою здатністю визначається залежно від прийнятих вимог, як наприклад, iмовiрнiсть безвідмовної роботи всіх n несучих елементів (при їх послідовному з’єднанні)

Цей метод базується на тій передумові, що відома початкова нормативна надійність. Цей показник повинен призначатися на базі узагальнених даних обстежень однотипових будівель (споруд). Таким чином, з одного боку, практичне використання рекомендованого підходу затрудняється недостатнім обсягом інформації, а з другого — є єдиною об’єктивною оцінкою стану конструкцій та їх систем у цілому.