В статье рассмотрены количественные результаты геодезических измерений (обследований) металлических конструкций зданий и сооружений в рамках надзора за строительными объектами города Москвы в течении 10-ти лет. Приведена статистика по количеству 1 424 работ по выявлению отдельных дефектов стальных металлических конструкций, среди которых выявлено 481 дефект. Из них, в свою очередь, 77,4% приходится на 5 различных дефектов: несоответствие вертикальности, высот оснований колонн и опорных узлов, несоблюдения расстояний между балками (фермами), несовмещение верхнего и нижнего поясов ферм. Кратко освещены подобные дефекты как основные примеры большего количества от всех геодезических обследований стальных металлоконструкций, проводимых в рамках строительного надзора.
Введение.
Развитие технологий и увеличение темпов возведения жилых и нежилых зданий привело к увеличению востребованности металлоконструкций в строительной индустрии. Повышение за последние годы популярности металлоконструкций обусловлено не только их высокими эксплуатационными качествами, но и широким применением их в строительстве. Металлоконструкции применяются в строительстве современных торговых комплексов, высокотехнологичных промышленных и производственных зданий, спортивных сооружений и складских помещений. В современности металлоконструкции – это оптимальное решение, когда необходимо создать надёжное сооружение большой площади. За счёт возможности изготовления различных металлоконструкций существенно сокращается срок и трудоёмкость возведения зданий и сооружений.
С архитектурной точки зрения металлоконструкции – это не только балки, фермы, связи, прогоны, колонны и арки, но ещё и ограждающие и второстепенные конструкции, архитектурные элементы каркасов и узлов быстровозводимых зданий.
Давно известные и хорошо разработанные дефектоскопические методы радиационного, ультразвукового, магнитного, капиллярного контроля широко применяются при обследовании строительных конструкций. В той или иной степени, но с достаточной достоверностью эти методы дают возможность выявлять внутренние дефекты элементов конструкции.
Для качественной оценки напряженно-деформированного состояния конструкции применяются различные методы компьютерного моделирования. Здесь главной проблемой представляется достижение максимальной достоверности модели, описывающей реальное состояние конструкций в эксплуатации, что, в первую очередь, связано с большими затратами времени. По совокупности измеряемых параметров технического контроля (а геодезист - по геометрическим параметрам) делают выводы о состоянии контролируемого объекта. Система диагностирования реализует некоторый алгоритм. Этот алгоритм состоит из определенной совокупности элементарных проверок объекта, а также правил, устанавливающих последовательность реализации элементарных проверок, и правил анализа результатов последних. В качестве единичных диагностических признаков для зданий и сооружений в общем случае должны проверяться:
- Соответствие (несоответствие) исполнительной схемы объекта диагностирования или конструкций, изделий, материалов и прочего проектным данным и требованиям нормативно-технической документации;
- Отклонения конструкций или их составных частей от проектного положения по горизонтали, в плане и по вертикали;
- Деформация конструкций;
- Ослабление сечений конструкций, изделий и деталей крепления болтовых или сварных соединений;
- Снижение прочности стали;
- Снижение прочности бетона;
- Влажность материалов ограждающих конструкций;
- Ослабление (разрушение) противокоррозийного и пароводоизоляционного покрытий.
Как видно из перечисления, одними из важнейших проверок являются проверки отклонения конструкций от проектного положения и их деформации (контроль геометрических параметров), которые определяются на основе геодезических измерений.
Геодезический контроль геометрических параметров, характеризующих техническое состояние объекта, является частью технического контроля технических состояний зданий и сооружений, должен базироваться на основных принципах и понятиях системы технического контроля.
Геометрические параметры – линейные, угловые и относительные величины, характеризующие деформационное состояние конструкций сооружений и их взаимное положение. К ним относятся осадки и горизонтальные смещения конструкций, отклонения от вертикали, прямолинейность, соосность, прогибы и т. д. Категории стандартов, определяющие выбор признаков и параметров контроля: группы стандартов, определяющие виды и величины монтажных допусков на положение и размещение строительных конструкций в зависимости от конструктивных особенностей зданий и сооружений; группы стандартов, устанавливающие виды и величины эксплуатационных допусков.
Основными требованиями к зданиям и сооружениям остаются надёжность и безопасность. В случае нарушений данных требований нередко происходят аварии.
Увеличение числа аварий связано не только с техническими причинами (некачественное проектирование, ошибки строительства, нарушения при эксплуатации), но и со снижением уровня контроля на всех стадиях строительства и эксплуатации, а также с разрушением системы планово-предупредительных ремонтов.
Проблема увеличения надёжности и продления срока службы конструкций является актуальной хозяйственной задачей, так как эффективность вытекающих из её решения мероприятий по предотвращению отказов и аварий не подлежит сомнению. Для надёжной эксплуатации зданий и сооружений большое значение имеют оценки их технического состояния, в которых большая роль отводится геодезическому контролю положения и деформации конструкций.
В данной статье будут рассмотрены данные геодезического контроля, осуществлявшегося ГБУ «ЦЭИИС» по выявлению дефектов в обследуемых стальных металлических конструкциях (несоответствий объекта требованиям, установленным документацией).
Виды геометрических дефектов.
Важнейшим геометрическим фактором, определяющим несущую способность вертикальных несущих металлических конструкций, является отклонение от вертикали. Данный фактор непосредственно влияет на несущую способность данных конструкций, примерно так же, как прочность материалов или нагрузка. Отклонение оси колонны от её проектного вертикального положения создаёт эксцентриситет в приложении сил, действующих на колонну. Выводы работ и статей по учёту влияния отклонений колонн от вертикали говорят о том, что дополнительные моменты, возникающие на каждом уровне приложения внешних сил к колонне, передаются, в конечном счёте, на фундамент (стаканы), а через его подошву – на грунтовое основание. Расчёты показывают, что даже при допускаемом отклонении оси колонны от вертикали, установленном в СП, дополнительный изгибающий момент вызывает напряжение под подошвой фундамента примерно в 20% от расчётного сопротивления средних грунтов.
В определённой мере сказанное выше о сечениях и отклонениях от вертикали относится и к несоблюдению проектных расстояний между балками и фермами, что также говорит о нарушении положения верхней части несущих элементов, несимметричности распределения нагрузок, возникновении изгибающих моментов и дополнительных напряжений, как и в результате с несовмещением нижних и верхних поясов металлических ферм, возникают усилия, на которые не рассчитаны конструкции (к примеру возникают усилия на сжатие для нижнего пояса фермы, рассчитанного на растяжение и прочее).
Несоблюдение высотных отметок опорных узлов, их податливость, имеет место при низкой технологической дисциплине и качестве производства, о чём свидетельствуют многочисленные примеры аварийности и разрушений металлических зданий. Отклонения высотных отметок оснований колонн также говорят, в первую очередь, о неравномерности распределения нагрузок на фундаменты и грунтовое основание.
В сентябре 2022 года исполнилось 10 лет с момента образования ГБУ «ЦЭИИС», за это время накопилась статистика выполненных работ по металлическим конструкциям: Всего выполнено 1424 элементарных обследований металлоконструкций, из них в 481 случае (33,8%) выявлены дефекты.
Статистика выявления дефектов в металлоконструкциях отделом геодезического контроля
Процент выявленных дефектов стальных металлических конструкций по различным видам обследований:
Исходя из статистики работы, проведённой отделом геодезического контроля ГБУ «ЦЭИИС» за 10 лет самым распространенным выявленным дефектом металлических конструкций является несоблюдение вертикальности колонн.
Предельные отклонения законченных металлических конструкций несущих стен здания приведены в таблицах 4.9 и 4.10 СП 70.13330.2012 Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87. Согласно п. 4.12.2 Предельные отклонения фактического положения смонтированных конструкций не должны превышать при приемке значений, приведенных в таблице 4.9.
Причины появления дефектов в металлоконструкциях и рекомендации по их предотвращению
Одним из главных достоинств металлических конструкций является близкое совпадение их действительной работы (распределение напряжений и деформаций) с расчетными предположениями. Материалы металлических конструкций обладают большой однородностью структуры и достаточно близко соответствуют расчетным предпосылкам об упругой или упругопластичной работе материала. Металлические конструкции в основной своей массе изготавливаются на заводах, оснащенных современным оборудованием, что обеспечивает высокую степень индустриальности изготовления. Монтаж металлических конструкций производится специализированными организациями при помощи высокопроизводительной техники. Все элементы, как правило, промаркированы и собираются в том же порядке в каком изготовлены. Геометрические дефекты могут появляться, в основном, на стадии монтажа, при ненадлежащем уровне строительного контроля.
Хорошо, что одним из достоинств металлических конструкций является их ремонтируемость. Усиление, реконструкция и техническое перевооружение стальных металлоконструкций производить достаточно просто. Возможно разобрать определенные элементы и собрать заново. Используя сварку, можно приварить новые технологические элементы к существующему каркасу, если это необходимо увеличить жесткость элементов конструкции и к тому же это очень легко и просто с технологической стороны. Таким образом, своевременное выявление геометрических дефектов при геодезических измерениях при правильном подходе ведёт к их устранению. Главная рекомендация – геодезический контроль, прекращение монтажа конструкций без надлежащего контроля и производства достоверных геодезических исполнительных съёмок.
Даже в процессе осуществления строительного контроля со стороны ГБУ «ЦЭИИС» нередко специалисты сталкиваются с тем, что заказчик начинает утверждать о том, что конструкции не закончены, не затянуты болты, не выполнено крепление, таким образом, выполнение контроля возможно только при наличии подписанных актов освидетельствования на монтаж интересующих конструкций.
Заключение
В данной статье рассмотрены геометрические дефекты, выявляемые в 77% от количества геодезических обследований металлических конструкций в рамках строительного надзора за объектами г.Москвы. Для статистики использовалась выборка из 1424 работ, выполненных Отделом геодезического контроля ГБУ «ЦЭЭИИС».
Основными рассмотренными конструкциями являются стальные металлические конструкции. Основными дефектами при обследованиях являются:
отклонения колонн от вертикали, несоблюдения расстояний между балками (фермами), несовмещение нижних и верхних поясов ферм, отклонение от проектного положения отметок оснований колонн и опорных узлов.
Список литературы
- Металлические конструкции: Общий курс: Учеб.для вузов/ Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др. Под ред. Г.С. Веденикова, 7-е издание перераб; и дом. - М.Стройиздат, 1998 760с; ISBN 5-274-01465-8.
- Беленя Е.И. 1986 г "Металлические конструкции".
- К.К. Мухов "Проектирование стальных конструкций" Москва 1956г.
- Гулиев А.А. Устойчивое развитие экономики через экспорторасширение и импортозамещение //Вестник науки и образования. - 2020.-№ 21-3(99).
- Аблаева У.Ш. Технологические методы улучшения долговечности бетонов в условиях сухого жаркого климата Узбекистана //Вестник науки и образования. -2020. -№21-3(99).
- Асатов Н.У. Роль современных технологий в строительстве зданий и сооружений //Academy. -2020.-№12 (63).
- Исламова Н.А. Понятие о строительстве. особенности проектирования зданий и сооружений //Academy. - 2020.-№12 (63).
- Испандиярова У.Э.К. Усиление мостовых железобетонных балок высокопрочными композиционными материалами //European science review. -2016. -№.9-10
- Способ определения физического критерия прочности материалов: пат. 2234692: МПК G01N/Беленький Д.М., Ханукаев М.Г., Вернези Н.Л. заявл. 23.07.03; опубл. 20.08.04.
- Беленький Д.М., Бескопыльный А.Н., Вернези Н.Л. Опыт диагностики металлических конструкций //Изв. вузов. Строительство. 2003. №1. С. 99-102.
- Мониторинг прочности элементов металлоконструкций социальных объектов Сочи / Бескопыльный А.Н. [и др.] // Изв.Ростов. гос. строит. ун-та. 2010 №15.
- СТО 02494680-0033.1-2004 Точность геометрических параметров металлических конструкций. Расчет и назначение точности в чертежах КМ.
- Обухова Т.Г., Кузнецов О.Ф. Оренбургский гос.у-тет Влияние отклонений осей колонн от вертикали на несущую способность фундаментов.
Статью подготовил:
Инженер-эксперт
Отдела геодезического контроля ГБУ «ЦЭИИС»
В.Н. Назаров.