Дефекты и повреждения металлических колонн
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСИЛЕНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ
СОСТАВЛЕНО Государственным институтом проектирования предприятий по производству запасных частей и ремонту энергетического оборудования ("Гипроэнергоремонт")
Составители В.А.Колесник, В.В.Буланов, В.Д.Кузнецов, Р.Р.Турбабина, Г.Б.Ярославцева, И.А.Стрепкова
УТВЕРЖДЕНО Главным инженером Союзтехэнерго Г.Г.Яковлевым 15 августа 1983 г.
Настоящие Рекомендации предназначены для проектных организаций, проектно-конструкторских бюро, а также персонала специализированных ремонтных предприятий и служб эксплуатации производственных зданий и сооружений районных энергетических управлений и производственных энергообъединений Минэнерго СССР, министерств и главных управлений энергетики и электрификации союзных республик, связанных с ремонтом производственных зданий и сооружений.
В настоящих Рекомендациях изложены предложения по усилению стальных строительных конструкций и их элементов, приведены основные способы и методы расчета усиления стальных конструкций, даются характеристики примененных ранее конструкционных сталей и прокатных профилей, классификация дефектов и повреждений стальных конструкций.
1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ
1.1. Необходимость усиления конструкций производственных зданий и сооружений возникает в процессе эксплуатации, во время проведения ремонтов и реконструкций как основного технологического оборудования, так и строительных элементов конструкций.
1.2. Заключение о необходимости усиления стальных конструкций (далее по тексту "конструкций") составляется специальной комиссией при их обследовании. В результате обследования должны быть получены следующие материалы:
- документация и данные натурных обмеров, необходимые для расчетов;
- данные о времени возведения металлоконструкций, их ремонта и реконструкции с начала эксплуатации;
- ведомость допущенных отступлений от проекта или соответствующих СНиП;
- ведомость дефектов несущих металлоконструкций;
- геодезические данные по несущим металлоконструкциям;
- данные о нагрузках (схема нагрузок);
- сертификаты или лабораторные данные химического анализа и механических испытаний сталей, из которых выполнены конструкции;
- данные о фактической несущей способности конструкции.
1.3. Обследования и усиления конструкций, выполненных из кипящей углеродистой стали, необходимо производить в соответствии с [5] и [6].
1.4. Вопросы усиления ранее деформированных, а затем выправленных элементов конструкций с учетом остаточных напряжений в тех частях сечений, которые были подвержены пластическим деформациям, в настоящих Рекомендациях не рассматриваются.
1.5. В связи с необходимостью ремонта производственных зданий и сооружений, построенных в более ранние годы, в приложениях 1-18 настоящих Рекомендаций приводятся характеристики применявшихся ранее конструкционных сталей и прокатных профилей.
1.6. Условные обозначения, принятые в настоящих Рекомендациях, приведены в приложении 19.
2. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ
НЕОБХОДИМОСТЬ УСИЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1. Усиление конструкций - одно из наиболее эффективных мероприятий по продлению их долговечности, восстановлению или увеличению их несущей способности и предотвращению аварий.
Причины, вызывающие необходимость усиления конструкций, следующие:
- реконструкция и модернизация основного и вспомогательного технологического оборудования, увеличение производительности оборудования, вызывающие увеличение нагрузок на конструкции;
- физический износ конструкций в результате интенсивной или длительной их эксплуатации;
- поражение конструкций коррозией;
- вредные температурные воздействия на конструкции;
- воздействия стихийного характера на конструкции;
- различные повреждения конструкций в результате нарушения правил их эксплуатации;
- повреждения (погнутости, вмятины и т.п.), полученные во время транспортировки и монтажа;
- ошибки при проектировании, изготовлении и производстве строительно-монтажных работ.
2.2. Основные виды дефектов и повреждений, характерных для конструкций покрытий и конструкций подкрановых путей производственных зданий, приведены в табл.1.
Характерные дефекты изготовления, монтажа и эксплуатации стальных конструкций технологических эстакад и конвейерных галерей
Основная деятельность ОАО «НОРЭ» – это проведение экспертизы промышленной безопасности на опасных производственных объектах, в том числе экспертизы промышленной безопасности зданий и сооружений на опасных производственных объектах.
Стальные конструкции наряду с железобетонными являются одними из самых распространенных видов строительных конструкций. В последнее время широкое распространение получило использование стальных конструкций при строительстве технологических эстакад и конвейерных галерей.
В данной статье мы остановимся на дефектах и повреждениях, выявленных специалистами нашей организации при проведении экспертизы промышленной безопасности и наиболее часто встречающихся при изготовлении, монтаже и эксплуатации строительных конструкций технологических эстакад и конвейерных галерей.
Дефекты устройства и эксплуатации фундаментов
Рис. 1. Фундаментные болты деформированы вследствие ошибок при разбивке стоек и установке фундаментных болтов
(на фундаментных болтах не затянуты гайки и отсутствуют контргайки;
не выполнена подливка под пятку стойки; отсутствует требуемый зазор между стыкуемыми элементами)
При устройстве монолитных железобетонных фундаментов чаще всего встречаются следующие дефекты (рис. 1–3):
- снижение прочности бетона по сравнению с проектной;
- несоответствие арматуры по диаметру, количеству и классам стали проектному решению;
- несоблюдение требований к толщине защитного слоя, смещение арматуры из проектного положения;
- неточная установка фундаментных болтов в тело фундамента;
- уменьшение проектных размеров фундаментов;
- смещение фундаментов в плане.
Снижение прочности монолитных фундаментов чаще всего происходит при их промораживании при отрицательных температурах и отсутствии ухода за бетоном в летнее время.
Рис. 2. Недостаточная длина фундаментных болтов, гайки не докручены на болты, установка контргаек невозможна
Уменьшение количества и прочности арматуры (класс стали, диаметр) снижает прочность плитной части на изгиб, а подколонной части – на сжатие.
Уменьшение толщины защитного слоя бетона приводит к коррозии арматуры и укорачивает срок службы фундаментов.
Уменьшение размеров подошвы фундаментов увеличивает давление на грунт и осадку фундаментов.
Рис. 3. Отсутствие гайки и контргайки
на фундаментном болте. База стойки опоры засыпана грунтом
и продуктом, пластовая и язвенная коррозия
на стойке опоры, разрушение антикоррозионной защиты опоры галереи
Неточная установка фундаментных болтов в тело фундамента приводит к деформации фундаментных болтов при монтаже металлических колонн и (или) невозможности монтажа металлических колонн при недостаточной длине фундаментных болтов.
Смещение фундаментов в плане делает невозможным нормальный монтаж надземной части эстакад и галерей.
Колонны в этом случае получают наклон, а пролетные строения (фермы, балки) – недостаточное опирание.
К повреждениям в фундаментах, возникающих при эксплуатации эстакад и галерей, относятся в основном разрушения фундаментов и антикоррозионной защиты наружных поверхностей фундаментов, происходящие в результате технологических и климатических воздействий (рис. 4).
Рис. 4. Разрушение бетона оголовка фундамента под стальную колонну эстакады.
Сквозная коррозия
в траверсе базы колонны
Дефекты изготовления, монтажа и эксплуатации стальных конструкций эстакад и галерей
Основными ошибками при изготовлении стальных конструкций эстакад и галерей, приводящими к образованию в них дефектов, являются:
- замена материалов при изготовлении элементов конструкций (замена марки стали, типа электродов, уменьшение площади сечений элементов);
- несоответствие размеров конструкции в целом и ее отдельных элементов проекту;
- смещение осей элементов от проектных геометрических центров узлов сопряжений нескольких элементов;
- отсутствие требуемых или наличие сверхнормативных зазоров между стыкуемыми элементами;
- отсутствие отдельных элементов в конструкциях;
- непрямолинейность примененных элементов (искривления, погнутости);
- уменьшение длины и катета сварных швов;
- подрезы металла несущих элементов при сварке;
- покрытие металла грунтовкой без очистки от ржавчины и загрязнений;
- отправка стальных изделий на строительную площадку без огрунтовки.
Стали различаются по многим признакам в зависимости от их изготовления, обработки и использования, и, если замена стального проката произведена без учета реальных условий изготовления и эксплуатации конструкций (например, в условиях воздействия низких отрицательных температур или динамического воздействия), то имеется риск разрушения элементов конструкций.
При замене прокатных профилей, предусмотренных проектом, могут быть нарушены проектные требования к значениям площади, момента сопротивления, момента инерции поперечного сечения, радиуса инерции и к марке стали. Стальной элемент и конструкция в целом в этом случае могут получить недостаточную несущую способность, повышенную деформируемость.
Изменение марки электрода приводит к нерасчетной работе сварного шва. При этом изменяется прочность самого сварного шва, а также контактной (околошовной) зоны основного металла и сварного шва.
Низкое качество стали и сварки элементов могут вызвать появление местных (в области сварного шва) и общих разрушений стальных конструкций.
Изменение проектных размеров конструкции ведет к изменению всей расчетной схемы и работы конструкции: изменяются расстояния между узлами, а заготовки элементов оказываются короче или длиннее необходимых.
В связи с этим могут стать недостаточными размеры фасонок, длина сварных швов соединений, уменьшенными или недопустимо увеличенными зазоры между стыкуемыми элементами. Если элементы фермы в сварных узлах приближаются друг к другу больше, чем это предусмотрено нормами, то из-за теплового воздействия сварки в фасонках возникает нерасчетное напряженное состояние вплоть до образования трещин. При слишком больших расстояниях между элементами фермы в сварном узле возможна потеря устойчивости фасонки у сжатого элемента.
Смещение осей элементов от центров узлов конструкции приводит к появлению дополнительных усилий в элементах и изгибающих моментов в узлах.
Отсутствие отдельных элементов в конструкциях приводит к появлению дополнительных усилий в конструкции и снижает прочность элементов.
Распространенным дефектом изготовления ферм с элементами из парных уголков является пропуск соединительных прокладок. При отсутствии прокладок или установке только одной каждый уголок работает раздельно, что при сжатии может привести к преждевременной потере устойчивости.
Установка в конструкциях погнутых элементов резко снижает прочность как самого элемента, так и конструкции в целом.
Неполномерные швы с уменьшенной по сравнению с проектом высотой катетов снижают несущую способность узлов. Подрезы, кратеры, неравномерная высота шва повышают концентрацию напряжений и особенно опасны при эксплуатации ферм при отрицательной температуре и при наличии динамических и вибрационных воздействий (например, у конвейеров и транспортеров).
Подрезы металла при сварке образуют концентраторы напряжений, что снижает несущую способность стальных конструкций.
Огрунтовка стальных конструкций без очистки от ржавчины и загрязнений может привести к ее отслаиванию вследствие недостаточной адгезии к металлу конструкций.
Стальное изделие, отправленное на строительство объекта без огрунтовки, будет ржаветь, а очистка его от ржавчины на строительной площадке порой трудно осуществима.
Дефекты в стальных конструкциях в виде местных и общих деформаций появляются в результате неправильной строповки и складирования.
К распространенным ошибкам при монтаже стальных конструкций эстакад и галерей, приводящих к образованию в них дефектов, можно отнести:
- неточную подгонку и неправильное соединение элементов в монтажных узлах;
- смещение конструкций с проектных отметок и осей;
- отклонения от вертикального (проектного) положения;
- повреждения элементов конструкций при монтаже.
- недостаточное стягивание сопрягаемых элементов при болтовых соединениях;
- слабая затяжка анкерных болтов, а также частичное отсутствие гаек на фундаментных болтах и повсеместное отсутствие контргаек при монтаже колонн;
- разрушение антикоррозионных защитных покрытий и коррозионные повреждения конструкций.
Неточная подгонка и неправильное соединение элементов в монтажных стыках выражаются в неполной постановке всех соединительных элементов, в недостаточных размерах (по длине и сечению) монтажных швов, в несовпадении осей стыкуемых элементов и других отступлениях от проекта. Неправильно выполненные стыки имеют недостаточную несущую способность и могут привести к аварии сооружения (рис. 5).
Рис. 5. Узел крепления горизонтальных связей к верхнему поясу фермы. Неточная подгонка элементов горизонтальной связи
Смещение конструкций с проектных осей и отклонения от вертикального (проектного) положения затрудняет или делает невозможной стыковку элементов друг с другом, вызывает появление дополнительных усилий в них. (рис. 6). Смещение опорных узлов ферм относительно колонны, не влияя на работу ферм, приводит к появлению в колоннах дополнительных моментов.
Рис. 6. Отклонение стойки эстакады от вертикальной оси
Отклонения от проектного положения колонн могут привести к повреждениям узлов сопряжения примыкающих конструкций, нарушению проектного положения пролетных строений и тем затрудняют нормальную эксплуатацию сооружения, а также изменяют расчетную схему колонн, вызывают дополнительные моменты вследствие эксцентричного приложения нагрузок от трубопроводов и конвейеров и могут привести к преждевременной потере устойчивости.
Стальные конструкции могут получать повреждения при монтаже в результате неправильной строповки, когда не учитывается возможность потери устойчивости отдельных сжатых элементов и их местного изгиба.
Недостаточное стягивание сопрягаемых элементов в соединениях на болтах с контролируемым натяжением ухудшает работу болтов и снижает силы трения между элементами, что уменьшает несущую способность соединения.
Слабая затяжка анкерных болтов, а тем более отсутствие гаек на фундаментных болтах и отсутствие контргаек может привести к потере устойчивости и к разрушению сооружения.
Рис. 7. Базы ветвей колонны и нижние горизонтальные элементы всех вертикальных связей по колоннам засыпаны грунтом, что удерживает влагу и способствует коррозии металла
Значительной местной коррозии подвергаются отдельные узлы и части колонн, особенно в случае соприкосновения их с грунтом. К таким узлам относятся базы колонн и узлы крепления вертикальных связей, расположенные ниже отметки существующей земли (рис. 7). Периодическое увлажнение и воздействие агрессивных жидкостей в короткие сроки может привести к сквозному коррозионному поражению конструкций.
Повреждения при эксплуатации стальных конструкций эстакад и галерей в зависимости от воздействий, вызывающих их, бывают следующими:
- от силовых (механических) воздействий – разрывы, трещины, потеря устойчивости, искривления и местные погибы, расстройство соединений, абразивный износ и т.п.;
- от температурных воздействий – коробление и разрушение элементов при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах, повреждения защитных покрытий при нагреве;
- от химических (электрохимических) воздействий – коррозия металла и разрушение защитных покрытий.
Наибольшее число повреждений стальных конструкций эстакад и галерей связано с нарушением правил технической эксплуатации. По виду дефекты и повреждения стальных конструкций могут быть разделены на следующие группы:
- ослабление поперечного сечения или отсутствие элемента;
- деформации отдельных элементов или конструкций в целом в виде погнутостей, прогибов, искривлений и т.п.;
- перегрузка и непроектное приложение нагрузок на элементы конструкций в процессе эксплуатации;
- разрушение антикоррозионных защитных покрытий и коррозионные повреждения металла и соединений.
Ослабление поперечного сечения (рис. 8) или отсутствие элемента происходит вследствие нарушений правил эксплуатации (проявляется в виде вырезов в колоннах, связях, элементах ферм).
Рис. 9. Раскос фермы
деформирован из плоскости фермы до 50 мм. Разрушение антикоррозионной защиты элементов фермы
Массовый характер носят повреждения горизонтальных связей по верхним и нижним поясам ферм. К наиболее характерным повреждениям связей относятся искривления и местные погибы (рис. 9), удаление связей для пропуска коммуникаций, разрушение связей, расстройство узлов крепления.
Основными видами повреждений ферм, возникающих при эксплуатации, являются искривления и местные погибы элементов. Как и при изготовлении чаще повреждаются средние гибкие элементы решетки. Большинство искривлений направлено из плоскости ферм.
Среди причин, вызывающих искривления и местные погибы элементов при эксплуатации, следует выделить следующие: начальные искривления и местные погибы, возникающие при изготовлении и монтаже; нарушение правил технической эксплуатации (удары транспортируемых грузов о конструкции, использование конструкций для подвески блоков и опирания домкратов для подъема и перемещения грузов при ремонтах без соответствующего расчета и необходимого усиления); перегрузка ферм.
Перегрузка ферм галерей возникает при увеличении собственной массы перекрытия или покрытия (применение более тяжелых, чем принято в проекте плит покрытия, увеличение толщины и утяжеление утеплителя и стяжки, наложение дополнительных слоев гидроизоляционного ковра и т.п.), подвеске дополнительных, не предусмотренных проектом коммуникаций и оборудования, больших снегоотложений, превышающих расчетное значение снеговых нагрузок и образование снеговых мешков. При увеличении нагрузок сжатые элементы, особенно, если они имели начальные искривления или погибы, теряют устойчивость, что может привести к обрушению ферм. В растянутых элементах при увеличении нагрузки могут развиться пластические деформации, в результате увеличивается прогиб фермы и перераспределяются усилия в элементах.
Повреждения от химических (электрохимических) воздействий проявляются в разрушении защитных покрытий, в различных видах коррозии стали и являются одним из существенных факторов изнашивания и снижения долговечности стальных конструкций (рис. 10, 11).
Рис. 10. Сквозная коррозия в нижнем поясе фермы
и горизонтальной связи по нижнему поясу ферм. Отсутствие антикоррозионной защиты элементов ферм
Для стальных конструкций эстакад и галерей наиболее характерна атмосферная коррозия (электрохимическая). При наличии в среде агрессивных примесей возможна комбинированная коррозия: электрохимическая и частично химическая. Общая поверхностная коррозия приводит к уменьшению площади поперечного сечения элемента. Возникающее вследствие этого перенапряжение может привести к преждевременному разрушению элементов.
Рис. 11. Сквозная коррозия в траверсе по верхнему поясу ферм. Отсутствие антикоррозионной защиты элементов эстакады
Общей целью обследования состояния строительных конструкций технологических эстакад и конвейерных галерей является выявление дефектов и повреждений, приводящих к снижению несущей способности конструкций, определение фактического состояния (работоспособности) конструкций и разработка мероприятий по обеспечению нормальной (безопасной) эксплуатации данных сооружений.
Стальные колонны промышленных предприятий. Экспертиза промышленной безопасности. С. Н. Шутов, С. Н. Сухонин, А. А. Муратов, В. П. Егорычев (№2, 2015)
Ведущий специалист ООО «Экспертный центр», эксперт в области промышленной безопасности Муратов Алексей Альбертович.
В.П. Егорычев,
Ведущий специалист ООО «Экспертный центр», эксперт в области промышленной безопасности
Steel columns in industry. Industrial safety expertise
S. N. Shutov,
S. N. Sukhonin
Heads of departments
A. A. Muratov,
V. P. Egorychev
All of them are the experts in industrial safety,
limited company “Expertise Center”
Что такое металлическая колонна
Основными элементами стального пространственного каркаса промышленных зданий являются металлические колонны, подкрановые балки различной конфигурации, фермы, связи и прогоны. Именно с колонн и следует начинать обследование таких конструкций.
Колонной называется вертикальный стержень, который работает на сжатие и передает давление на фундамент или на части сооружения расположенные ниже.
В колоннах различают следующие части:
оголовок, представляющий собой верхнюю часть колонны, воспринимает внешние нагрузки и передает их на стержень;
стержень, имеющий надкрановую и подкрановую часть, передаёт нагрузку с оголовка на базу;
база, представляющая собой нижнюю часть колонны, передаёт нагрузку на фундамент.
Можно классифицировать колонны по ряду признаков. По характеру работы: центрально-сжатые и внецентренно-сжатые. По конструктивной форме: постоянного сечения, переменного сечения, ступенчатые. По типу сечения: сплошные и сквозные. По месторасположению: для крайних и средних рядов.
Задаваясь вопросом классификации стальных колонн нельзя забывать о марках стали, из которой они изготовлены. Стальные каркасы многих действующих промышленных предприятий смонтированы из кипящих сталей, применение которых в настоящее время для ответственных несущих конструкций запрещено, так как кипящая сталь характеризуется пониженной прочностью и пониженным сопротивлением хрупкому разрушению.
К категории кипящих сталей относятся:
- зарубежные стали, поставляемые в Россию в период индустриализации 1924-1930 годах.
В 20-е годы единственным требованием было испытание стали на холодный загиб, выполняемое в полевых условиях. В этот период широко использовались немецкие, стали с повышенным содержанием фосфора. Длительная эксплуатация этих сталей в условиях циклического нагружения и старения металла приводит к существенному изменению его структуры и механических свойств. Как правило, металл конструкций тех лет это сталь Ст0 с расчетным сопротивлением 1700 кгс/см 2 ;
- стали, полученные по способу Сименс - Мартена и бессемерованием за период 1926-1940 годов. Нормами 1931г. регламентировались механические свойства стали, химический состав не нормировался и не контролировался;
- стали военного периода 1941-1945 годов для строительных конструкций гр. А, ГОСТ 380-41. В условиях войны требования к сталям для строительных конструкций были понижены. Из зоны военных действий на наши заводы было вывезено большое количество стального легированного проката. На этот металлопрокат отсутствовали заводские сертификаты, сталь получила условное название обезличенной, ей присваивалась марка Ст0 при удовлетворительных результатах испытаний на твердость и изгиб в холодном состоянии;
- стали и конструкции, поставленные Германией по репарации в период 1945-46 годов. В конце войны было завезено большое количество зарубежных сталей, из них велось восстановление промышленности. В 1946г. промышленность начала поставлять для строительных металлоконструкций низколегированную сталь повышенной прочности марки СХЛ2, а позднее 15ХСНД. При этом нормировались более высокое содержание легирующих компонентов и, соответственно, обеспечивалось более высокое качество;
- стали 50-х годов, марки Ст3, поставленные по ГОСТ 380-50. Эта сталь получила наименование Ст3 кипящая. Таким образом, металлоконструкции, смонтированные (изготовленные) до 1960 г., в основном, выполнены из кипящей стали;
- стали 60-х годов, марки ВСт3кп, поставленные по ГОСТ 380-60. Основной конструкционной сталью тех лет являлась углеродистая сталь, а низколегированная сталь применялась в необходимых случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании;
- стали для металлических конструкций покрытий производственных зданий, запроектированных до 1970 г. по СНиП II-В.3-62. В то время резко ограничили применение кипящих сталей в несущих конструкциях: сварных фермах и ригелях рам, главных балках перекрытий, подкрановых балках и других сварных конструкциях, подвергающихся непосредственному воздействию динамических нагрузок.
Сложность при эксплуатации конструкций из кипящих сталей заключается в том, что зимой при возникновении внутри цеха пониженных температур в результате остановок технологического процесса или отключения отопления, может произойти их обрушение без предварительных признаков и при низком уровне напряжений от действующих нагрузок.
Дефекты и повреждения стальных колонн
Качество изготовления, монтажа и правила технической эксплуатации стальных колонн регламентируются нормативно-техническими документами. Но в результате проектных недочетов, недостаточного контроля качества работ при изготовлении и монтаже конструкций, нарушений правил технической эксплуатации появляются отклонения от проектных размеров, неисправности и повреждения. Неисправность, возникшая в конструкции на стадии её изготовления, транспортировки и монтажа называется дефектом, а отклонение качества, формы и фактических размеров элементов и конструкций от требований нормативных документов или проекта, полученное в процессе эксплуатации называется повреждением.
Повреждения, в зависимости от причин их возникновения, можно разделить на механические (трещины, местные погибы, искривления, разрушения соединений), химические (коррозия) и температурные (коробление при высоких температурах, хрупкие трещины при низких температурах).
При обследовании стальных колонн необходимо обращать внимание на натяжение анкерных болтов, состояние необетонированной части базы, узлов крепления к колоннам подкрановых и тормозных балок, стропильных и подстропильных ферм, сохранности решетки колонн, узлов вертикальных связей между колоннами.
Связи, не будучи сильно нагруженными элементами, играют существенную роль в обеспечении надежной работы раскрепляемых ими колонн. Недопустимо самовольное удаление связей или использование их для крепления блоков и тросов при подъеме оборудования и проведении ремонтных работ.
В зонах проездов, складирования, работы кранов возможны механические повреждения нижних частей колонн (рис. 1, рис. 2, рис. 3). В местах, подвергающихся воздействию высоких температур возможны местные разрушения, коробления и погнутость ветвей и элементов решетки. В стенках колонн делают вырезы для прохода коммуникаций без усиления ослабленных сечений, используют в качестве якорей и упоров (рис. 4, рис. 5) при такелажных работах и ремонте оборудования, зачастую не согласовывая со службой надзора за зданиями и не делая ни каких расчетов.
Коррозии подвергаются части колонн соприкасающиеся с грунтом, мусором, вблизи ендов и внутренних водостоков с неисправной кровлей, в местах протечек технических жидкостей. К таким узлам относятся оголовки колонн, узлы опирания подкрановых балок, базы колонн и узлы крепления вертикальных связей, расположенные ниже отметки пола и необетонированные. Увлажнение и воздействие агрессивных сред за короткий промежуток времени может привести к сквозной коррозии даже толстостенных элементов конструкции. На рисунке 6 представлен яркий пример сквозной коррозии в базе стальной колонны, зафиксированный при обследовании цеха, работающего в условиях повышенного тепловыделения и агрессивных сред - повреждение химического характера. О том насколько серьёзна сложившаяся ситуация и необходимы экстренные меры, думаем говорить излишне.
Про повреждения в виде вырезов мы уже говорили выше. Они приводят к ослаблению поперечного сечения, родственные им дефекты и повреждения: вырез элемента или части сечения, отсутствие элемента, предусмотренного проектом, абразивный износ, уменьшение сечения по сравнению с проектом в результате замены при изготовлении, монтаже или эксплуатации.
Большая группа повреждений и дефектов, таящая в себе потенциальную опасность это трещины в основном металле и в сварных швах, как продольные, так и поперечные. Реагировать на их появление следует незамедлительно, так как с течением времени они развиваются все больше и больше. Приведем один из простых рецептов при появлении такой болезни. Просверливается сквозное отверстие диаметром 17 - 21 мм. на расстоянии 40 - 50 мм. от видимых концов трещины в направлении ее развития. В дальнейшем при заварке трещин просверленные отверстия нельзя заваривать ни в коем случае. После засверловки трещину необходимо визуализировать, для этого она обрамляется полосой несмываемой белой краски или специальным маркером по металлу. Около обрамления тем же несмываемым составом ставят дату просверливания отверстий. Специальным инструментом надо произвести разделку кромок трещины до конечных отверстий, после чего металл у концов трещин нагревают до температуры 150 - 200 °С для раскрытия зазора в разделке и заваривают электродами соответствующих марок. Поверхность сварных швов в конструкциях, подвергающихся динамическому воздействию подвижных или вибрационных нагрузок, зачищают заподлицо с поверхностью элемента. Разметочную полосу, которой мы визуализировали трещину, после окончания работ по заварке, обводят яркой цветной краской и той же краской наносят дату выполнения сварки. Эта метка позволит в дальнейшем без труда находить и контролировать состояние отремонтированного участка. Если трещина в элементе, дважды подвергалась заварке и возникла снова, необходимо организовывать работы, либо по его усилению, либо по его замене.
Обследование колонн на дефекты и повреждения
В ходе обследования колонн встречаются дефекты сварных швов (неполномерность заполнения швов, пороки сварки и даже отсутствие швов), общие и местные искривления элементов или вмятины (характеризуется величиной и длиной искривленного участка), ослабление или отсутствие болтов или заклепок, дефекты болтовых и заклепочных соединений (трещиноватость, неполномерность головок, перекос стержня), отклонение или смещение конструкций относительно проектного положения, расцентровка элементов, внеузловое опирание и т.д.
Мы не ставим себе цель подробно рассмотреть все дефекты и повреждения, выявляемые при проведении обследования стальных колонн, отметим только что все эти несоответствия связаны, в основном, с нарушениями правил технической эксплуатации строительных конструкций промышленных предприятий.
Конечно, дефекты и повреждения должны выявляться в процессе систематического надзор за техническим состоянием, содержанием и ремонтом зданий и сооружений который осуществляет персонал службы надзора за зданиями и сооружениями предприятия совместно с инженерно-техническими работниками, ответственными за сохранность зданий и сооружений. Кроме систематического надзора, все производственные здания и сооружения должны подвергаться периодическим техническим осмотрам. Осмотры бывают общими и частичными. При общем осмотре осматривают все конструкции здания или сооружения в целом, при частичном - осматривают отдельные элементы (кровля, фермы, покрытия, балки, перекрытия, стены, колонны, проемы, подкрановые конструкции).
Очередные общие осмотры необходимо проводить два раза в год - весной и осенью. Весенний осмотр имеет своей целью освидетельствование состояния здания или сооружения после таяния снега и дождей. В ходе этого осмотра уточняются объемы работы по текущему ремонту зданий и сооружений, выполняемому в летний период, и выявляются объемы работ по капитальному ремонту для включения их в план будущего года.
Осенний осмотр проводится с целью проверки подготовки зданий и сооружений к зиме. К этому времени должны быть закончены все летние работы по текущему ремонту.
Состав комиссии по проведению текущих осмотров конструкций здания определяется начальником цеха (управления, производства), эксплуатирующего соответствующее здание или группу зданий и сооружений. Результаты всех видов осмотров оформляются актами, в которых отмечаются обнаруженные дефекты, а также необходимые меры для их устранения с указанием сроков выполнения работ.
В случае обнаружения аварийного состояния строительных конструкций руководитель службы надзора за зданиями и сооружениями предприятия обязан:
ограничить или прекратить эксплуатацию аварийных участков и принять меры по предупреждению несчастных случаев;
немедленно доложить об этом руководству предприятия;
принять меры по немедленному устранению причины аварийного состояния и временному усилению поврежденных конструкций;
обеспечить регулярное наблюдение за деформациями поврежденных элементов;
принять меры по организации квалифицированного наблюдения аварийных конструкций и по результатам обследования обеспечить срочное восстановление аварийного объекта.
Печально, что повреждение такого масштаба, как сквозная коррозия стенки колонны, не было обнаружено в процессе периодических осмотров и систематического надзора за состоянием конструкций здания, но соответствующие службы на предприятиях малочисленны и, как следствие, перегружены. Поэтому экспертиза промышленной безопасности строительных конструкций зданий и сооружений опасных производственных объектов, проводимая специализированной организацией, была и остаётся последней линией обороны.
Литература:
1.СТО 22-01-02. Руководство по эксплуатации несущих стальных конструкций покрытий зданий, выполненных из кипящих сталей.
РАЗРАБОТЧИК: ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова», ФГУП ГПИ «Сибпроектстальконструкция», ООО «Экспертиза металлоконструкций», ООО «Тестдиагцентр».
М.: Научно-промышленный Консорциум РЕСУРС, 2002 – 14с.
2.СТО 22-02-02. Руководство по обследованию и определению остаточного ресурса несущих стальных конструкций покрытий зданий, выполненных из кипящих сталей.
М.: Научно-промышленный Консорциум РЕСУРС, 2002 – 13с.
3.РД 22-01-97. Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследование строительных конструкций специализированными организациями).
РАЗРАБОТЧИК: Экспертно-консультативный ЭКЦ-МЕТАЛЛУРГ
Директор Е.А. Щербаков 10 декабря 1997г.
М.: ЦНИИПСК им. Мельникова; ЦНИИПРОЕКТСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ, 1997 - 29с.
4.СП 13-102-2003. ПРАВИЛА ОБСЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ.
РАЗРАБОТЧИК: ФГУП «КТБ ЖБ», ГУП «НИИЖБ», ЦНИИ-26, ГУП «ЦНИИСК им. Кучеренко», ГУП «НИИ Мосстроя» 21 августа 2003г.
М.: ФГУП ЦПП, 2003 - 32с.
5.Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 14 ноября 2013г. N 538 г. Москва «Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила проведения экспертизы промышленной безопасности».
М.: Российская газета № 6272 от 31 декабря 2013 г.
6.«Положение о проведении планово-предупредительного ремонта производственных зданий и сооружений» утверждено Постановлением Госстроя СССР от 29 декабря 1973 г. N 279.
Дефекты строительных конструкций зданий с железобетонным каркасом
По своему функциональному назначению здания с железобетонным каркасом в большинстве случаев относятся к объектам производственного или общественного назначения, которые, в свою очередь, могут быть одноэтажными или многоэтажными.
Основные конструктивные схемы зданий с железобетонным каркасом:
- с несущими наружными кирпичными стенами и внутренним неполным каркасом;
- каркасные с самонесущими наружными стенами;
- каркасные с кирпичным заполнением в плоскости каркаса;
- каркасные с навесными стеновыми панелями (из обычного или легкого бетона) или облегченными панелями типа "сандвич".
Основные причины повреждений и дефектов зданий с железобетонным каркасом:
- изменение гидрогеологических условий в основании фундаментов;
- неравномерные осадки фундаментов;
- коррозия материалов несущих и ограждающих конструкций;
- неудовлетворительная эксплуатация;
- перегрузки;
- воздействие высоких температур;
- воздействие инерционных сил, превышающих расчетные, при землетрясениях и авариях техногенного характера;
- ошибки при проектировании;
- нарушение технологии изготовления и монтажа.
Здания с железобетонным каркасом могут иметь ряд характерных повреждений и дефектов, обусловленных особенностями конструктивных решений этих зданий. К числу этих особенностей следует отнести:
- сопряжение сборных элементов каркаса между собой и со стеновым ограждением или заполнением;
- сопряжение стен-диафрагм и перегородок с элементами каркаса;
- требования к качеству армирования и замоноличивания стыков;
- особенности конструктивных решений лестничных клеток и их сопряжений с основными несущими конструкциями, а также деформационных и антисейсмических швов.
Характерные дефекты железобетонного каркаса приведены ниже.
| № п/п | Вид повреждения и дефекта, место расположения и характерные признаки обнаружения | Вероятные причины возникновения и методы обнаружения | Возможные последствия и меры по предупреждению дальнейшего развития или по устранению |
| Здания с несущими и самонесущими стенами | |||
| 1 | Наклонные, вертикальные и горизонтальные трещины в кирпичных стенах | Неравномерные осадки фундаментов стен и каркаса здания, перегрузки в местах опирания балок; смещение каркаса от динамических и крановых нагрузок. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности стен и пространственной жесткости; снижение эксплуатационных характеристик за счет нарушения тепловлажностного режима, снижение долговечности. Устранение причин возникновения. Усиление по расчету с устройством тяжей или восстановлением анкеровки |
| 2 | Отрыв поперечных (торцевых) и продольных стен от каркаса | Нарушение анкеровки стен от неравномерных осадок фундаментов стен и каркаса; смещение каркаса от перегрузок и крановых нагрузок. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности стен, пространственной жесткости и эксплуатационных характеристик здания. Устранение причин возникновения. Усиление по расчету с устройством тяжей или восстановлением анкеровки. Заделка трещин |
| 3 | Трещины в плитах перекрытий и покрытий, сдвиги плит относительно стен и по швам | Неравномерные осадки фундаментов стен и каркаса; смещение каркаса от перегрузок и крановых нагрузок; перегрузка плит. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, пространственной жесткости и эксплуатационных характеристик здания. Устранение причин возникновения. Усиление по расчету с устройством тяжей или восстановлением анкеровки. Заделка трещин |
| 4 | Трещины и сколы бетона в основаниях колонн с оголением и выпучиванием арматуры | Смещение колонн от неравномерных осадок и перегрузок, от горизонтальных составляющих динамических крановых и сейсмических нагрузок. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, пространственной жесткости и эксплуатационных характеристик здания. Устранение причин возникновения. Усиление по расчету с устройством тяжей или восстановлением анкеровки. Заделка трещин |
| 5 | Трещины, сколы и разрушение бетона в консолях и оголовках колонн с оголением и выпучиванием арматуры. Смещение опорных частей балок и ферм относительно колонн | Смещение колонн от неравномерных осадок и перегрузок, от горизонтальных составляющих динамических крановых и сейсмических нагрузок. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, пространственной жесткости и эксплуатационных характеристик здания. Устранение причин возникновения. Усиление по расчету с устройством тяжей или восстановлением анкеровки. Заделка трещин |
| 6 | Трещины, сколы и разрушение бетона в опорных участках и пролетах балок с оголением и выпучиванием арматуры | Перегрузки, смещение и уменьшение площади опирания опорных участков; ошибки при монтаже; коррозия и разрушение деталей стыковочных узлов. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, пространственной жесткости и эксплуатационных характеристик здания. Устранение причин возникновения. Усиление по расчету с устройством тяжей или восстановлением анкеровки. Заделка трещин |
| 7 | Разрушение каменной кладки в местах опирания железобетонных элементов перекрытий и покрытий | Перегрузки, отсутствие опорных подушек, смещение опорных участков железобетонных элементов с подушек, замачивание кладки. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Разгрузка и восстановление кладки и опорных подушек. В необходимых случаях - усиление по расчету |
| 8 | Отрыв стен перегородок от каркаса, трещины и вывалы | Неравномерные осадки фундаментов, смещение каркаса, отсутствие или разрушение анкеровки с каркасом. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и эксплуатационных характеристик. Восстановление анкеровки и кладки. В необходимых случаях - усиление по расчету |
| 9 | Вырыв или разрывы закладных деталей, разрывы сварных швов и болтовых соединений | Неравномерные осадки фундаментов, смещение каркаса, перегрузки, коррозия металла и ошибки при монтаже. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и пространственной жесткости. Разгрузка и восстановление стыковочных узлов. В необходимых случаях - усиление по расчету |
| Здания с навесными панелями и кирпичными заполнением в плоскости каркаса | |||
| 10 | Разрушение и вывалы каменной кладки из плоскости каркаса | Неравномерные осадки фундаментов, смещение каркаса, перегрузки, коррозия и разрушение анкеровки. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение эксплуатационных характеристик. Устранение причин, восстановление кладки и анкеровки с каркасом |
| 11 | Трещины в элементах каркаса и стеновых панелях вблизи закладных деталей | Неравномерные осадки фундаментов, смещение элементов каркаса, перегрузки. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и пространственной жесткости. Устранение причин, усиление по расчету. Заделка трещин |
| 12 | Трещины по швам замоноличивания панелей. Трещины панелей, расхождение горизонтальных и вертикальных швов, выпадение герметика в стыках панелей | Неравномерные осадки фундаментов, смещение элементов каркаса, перегрузки. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение эксплуатационных характеристик. Устранение причин, заделка трещин, герметизация стыков |
| 13 | Трещины и сколы в стенах-диафрагмах жесткости в местах их стыковки с каркасом | Неравномерные осадки фундаментов, смещение элементов каркаса, перегрузки, коррозия металла стыковочных узлов, ошибки при строительстве. Метод выявления - визуально-инструментальный | Нарушение пространственной жесткости. Устранение причин, восстановление стыковочных узлов, заделка трещин. В необходимых случаях - замена или усиление по расчету |
| 14 | Вертикальные и наклонные трещины в зонах узловых сопряжений элементов каркаса, а также со стенами, перегородками и в местах опирания подкрановых балок и конструкций перекрытий и покрытий | Неравномерные осадки фундаментов, смещение элементов каркаса, перегрузки, коррозия металла стыковочных узлов, ошибки при строительстве. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и пространственной жесткости. Устранение причин, заделка трещин, усиление по расчету |
| Отдельные конструктивные элементы. Колонны | |||
| 15 | Продольные трещины по всему сечению | Перегрузки при центральном сжатии. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение прочности бетона и несущей способности. Усиление по расчету |
| 16 | Продольные трещины в сжатой зоне | Перегрузки при малых эксцентриситетах. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности из-за снижения прочности бетона и коррозии арматуры. Усиление по расчету |
| 17 | Нормальные трещины в растянутой зоне и продольные трещины в сжатой зоне | Перегрузки при больших эксцентриситетах. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности из-за снижения прочности бетона и коррозии арматуры. Усиление по расчету |
| 18 | Нормальные трещины по всему сечению | Деформации при складировании, перевозке и монтаже. Воздействие продольных нагрузок при большой гибкости из плоскости. Температурно-влажностные деформации бетона. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, возможно аварийное состояние. Усиление по расчету |
| 19 | Нормальные трещины в консолях | Перегрузки и увеличение эксцентриситета приложения нагрузки. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение прочности бетона и коррозия арматуры. Усиление консоли по расчету |
| 20 | Короткие трещины в местах опирания балок на колонны | Местное смятие бетона при перегрузках или отсутствие косвенного армирования. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение прочности бетона. Усиление по расчету |
| 21 | Обрыв закладных деталей и выпусков арматуры | Перегрузки и динамические воздействия от мостовых кранов. Перегрузки неразрезных ригелей. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, возможно аварийное состояние. Восстановление закладных деталей и выпусков арматуры |
| 22 | Трещины и разрушения бетона в стыках | Перегрузки, несоосность колонн, некачественная сварка выпусков, нарушение технологии обетонирования стыков. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и устойчивости, возможно аварийное состояние. Вскрытие стыков, усиление по расчету |
| 23 | Трещины и разрушения бетона в стыках с диафрагмами жесткости. Вырыв закладных деталей, разрыв накладок или сварных швов | Перегрузки от продольных усилий, дефекты при устройстве стыков. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и устойчивости. Вскрытие и усиление по расчету. Заделка трещин, защита от коррозии |
| Балки и ригели | |||
| 24 | Нормальные трещины в растянутой зоне балок и неразрезных ригелей | Действие изгибающих моментов при перегрузках. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и устойчивости. Усиление по расчету нормальных сечений. Заделка трещин, защита от коррозии |
| 25 | Наклонные трещины у опор | Действие моментов и поперечных сил при перегрузках. Недостаточная площадь поперечной арматуры. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и устойчивости. Усиление по расчету наклонных сечений. Заделка трещин, защита от коррозии |
| 26 | Приопорные трещины | Нарушение анкеровки рабочей арматуры и ее сцепления с бетоном. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и устойчивости. Усиление по расчету |
| 27 | Раскалывание опорных частей преднапряженных балок | Низкая прочность бетона, нарушение анкеровки арматуры. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности и устойчивости. Усиление по расчету |
| 28 | Продольные трещины в сжатой зоне | Перегрузки, низкая прочность бетона. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление сжатой зоны |
| 29 | Раздробление бетона между наклонными трещинами | Перегрузки, низкая прочность бетона. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, возможно аварийное состояние. Усиление балок |
| Плиты | |||
| 30 | Нормальные трещины в растянутой зоне и наклонные трещины у опор | Перегрузки, низкая прочность бетона, коррозия арматуры. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету, защита от коррозии, заделка трещин |
| 31 | Приопорные трещины преднапряженных плит | Нарушение анкеровки и проскальзывание арматуры. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление опорных участков |
| 32 | Трещины в полках плит | Перегрузки, низкая прочность бетона, коррозия арматуры. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету, защита от коррозии, заделка трещин |
| 33 | Трещины по контуру плит | Недостаточная анкеровка арматуры полок в ребрах плит. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление полок плит |
| 34 | Нормальные трезины в сжатой зоне | Неправильные перевозка и складирование. Большие усилия в преднапряженной арматуре. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету |
| 35 | Раздробление бетона между наклонными трещинами | Перегрузки, низкая прочность бетона. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, возможно аварийное состояние. Усиление по расчету |
| Фермы | |||
| 36 | Нормальные трещины в нижнем поясе | Перегрузки, недостаточное усилие преднапряжения арматуры. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, возможно аварийное состояние. Усиление по расчету, защита от коррозии, затирка трещин |
| 37 | Продольные трещины в нижнем поясе | Раскалывание от дополнительного обжатия при отпуске преднапряженной арматуры. Нарушение правил перевозки и складкирования. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету, защита от коррозии, затирка трещин |
| 38 | Наклонные трещины в опорных узлах | Перегрузки, низкая прочность бетона, нарушение анкеровки арматуры, недостаточное поперечное армирование. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности, возможно аварийное состояние. Защита от коррозии, затирка трещин |
| 39 | Продольные трещины в верхнем поясе | Перегрузки, низкая прочность бетона. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету. Защита от коррозии, затирка трещин |
| 40 | Нормальные трещины в верхнем поясе | Изломы из плоскости при нарушениях правил перевозки и складирования. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету. Защита от коррозии, затирка трещин |
| 41 | Трещины в местах примыкания растянутых раскосов к узлам | Нарушение анкеровки арматуры растянутых раскосов. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету. Защита от коррозии, затирка трещин |
| 42 | Трещины в узлах | Перегрузки, недостаточное армирование в узлах. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету. Защита от коррозии, затирка трещин |
| 43 | Нормальные трещины в нижней части верхнего и нижнего поясов | Внеузловое приложение нагрузки, смещение прогонов. Метод выявления - визуально-инструментальный | Снижение несущей способности. Усиление по расчету. Снятие внеузловых нагрузок. Заделка трещин и защита от коррозии |
Категория сложности здания при обследовании зданий и обмерных работах зависит от его этажности, функционального назначения и сложности конфигурации (формы здания в плане). Согласно требованиям "Справочника базовых цен на обмерные работы и обследования зданий и сооружений" различают три категории сложности зданий
Читайте также: