Возникающие при проектировании, изготовлении

И возведении конструкций

Ошибки при проектировании, приводящие к возникновению дефектов и отказов конструкций сразу же после возведения объек­та явление крайне редкое. Современные научные знания, мето

ды расчетов и технологии производства как правило гарантиру­ют высокую надежность зданий и сооружений при сдаче их в эксплуатацию. Однако в процессе проектирования зданий и со­оружений крайне сложно учесть все возможные воздействия на их элементы, совместную работу и перераспределение усилий между отдельными конструкциями, истинные свойства матери­алов конструкций и условия их эксплуатации. Вследствие этого реальные усилия в отдельных конструкциях или сечениях могут существенно отличаться от расчетных значений.

Предпроектные изыскания, состоящие в получении сведений о гидрогеологических и инженерно-геологических условиях стро­ительной площадки, иногда содержат неточные или недостовер­ные данные, вследствие чего при проектировании могут возник­нуть ошибки в выборе расчетной схемы, использованы матери­алы без учета особых условий работы основания конструкции, применены неэффективные решения защиты конструкций от воздействия внешних факторов.

К основным проблемам, вызывающим ошибки при проекти­ровании конструкций зданий и сооружений, относятся услов­ность расчетных схем и расчетных характеристик строительных материалов, недоучет температурных и влажностных условий эксплуатации и мало предсказуемое изменение физико-механи­ческих свойств материалов и конструкций во времени.

Расчетную схему сооружения назначают исходя из конструк­тивной схемы, стремясь обеспечить возможно более полное со­впадение расчетных усилий с усилиями, которые будут возни­кать в реальных условиях. При этом часть второстепенных фак­торов обычно не учитывают, заменяя действительную работу конструкций упрощенной «идеализированной» расчетной схемой, например, при расчетах железобетонных рам с жесткими узла­ми на вертикальную нагрузку ригель рассчитывают как изгиба­емый элемент, а действием продольной силы и горизонтальным смещением узлов пренебрегают. При расчетах стальных ферм принимают, что соединение элементов решетки с поясами в плоскости фермы шарнирное. В действительности в местах креп­ления стержней к фасонкам образуются жесткие узлы и возни­кают изгибающие моменты, вызывающие дополнительные напря­жения в фасонках, а также изгиб стержней вблизи узлов. В рас­чете жесткостью узлов пренебрегают. Принятое допущение снижает несущую способность ферм, поэтому недостаток расчет-

103

ной схемы восполняют конструктивными приемами. При опи-рании однопролетной балки на кирпичную стену эпюру напря­жений в опорной части принимают прямоугольной или треуголь­ной, хотя в действительности она имеет более сложное очерта­ние. В результате этих допущений изменяется расчетная длина пролета.

Различные допущения неизбежны при любых расчетных схе­мах. Важно правильно оценить их влияние на расчетные усилия снижают ли они надежность конструкции и в какой мере.

Расчеты строительных конструкций выполняют по норма­тивным и расчетным характеристикам. При определении расчет­ных нагрузок нормативные нагрузки умножают на коэффици­енты надежности, определяющие пределы возможных отклоне­ний с учетом климатических условий, назначения и формы объекта. Нормативные величины сопротивления материалов кор­ректируют коэффициентами надежности по материалам с уче­том коэффициентов условий работы. Считается, что конструк­ция находится в предельном состоянии при достижении этих ус­ловных характеристик (напряжений, деформаций и т.д.), тогда как оценку состояний конструкции в натуре производят по дей­ствительным нагрузкам, прочности и деформациям.

При расчетах абсолютизируют свойства материалов, считая их однородными по структуре и плотности, тогда как в действи­тельности конструкции выполняются из реальных материалов, свойства которых отличаются от идеализируемых. В материалах всегда имеются поверхностные и внутренние трещины, поры, неоднородности и другие дефекты. Из-за наличия дефектов проч­ность материалов может оказаться меньше проектной. Особен­но опасны поверхностные дефекты с острыми углами, на краях которых при действии на тело внешних сил возникает концент­рация напряжений и образуется вторичное поле напряжений.

Разрушение начинается, когда напряжения в пиках концен­трации напряжений приближаются к физической (теоретичес­кой или идеальной) прочности материала.

Наличие дефектов в реальных условиях работы конструкций приводит к снижению прочности до технического уровня, ко­торой пользуются в практике. Например, прочность бетона на растяжение не превышает R < 0.00015Е₅, т.е. меньше теорети­ческой, по крайней мере, в 600 раз. Нарушение технологии про­изводства работ, например, неправильный уход за бетоном, мо­жет привести к увеличению и еще большему снижению прочности.

104

Значительное влияние на прочность материала оказывает его анизотропность. Например, в древесине прочность вдоль и по­перек волокон разная, и это учитывается в расчетах. Разница проч­ности бетона вдоль и поперек направления уплотнения при виб­рировании, или в металле вдоль и поперек проката в расчетах не учитывают. Условность расчетных характеристик также вы­зывается неоднородностью работы составных сечений. В таких элементах всегда имеются несоответствия, возникающие в резуль­тате неточности изготовления деталей, дефектов в местах сопря­жений, разнородности применяемых материалов, недостаточных связей между элементами и т.д., которые приводят к внутрен­ним сдвигам, искажающим схематическую картину распределе­ния усилий. В этих случаях теоретические расчеты оказываются малоэффективными, и для оценки отклонений от расчетных характеристик производят испытания в натурных условиях.

При производстве строительно-монтажных работ особое вни­мание уделяется контролю качества, которое определяется проч­ностными показателями возводимых сооружений, соответстви­ем реальных размеров проектным, тщательностью отделки. Ра­боты, выполненные с нарушениями действующих требований, подлежат переделке. Качество строительно-монтажных работ определяется по результатам производственного контроля и оце­нивается в соответствии со специальной инструкцией по оцен­ке качества работ.

При производстве работ предусмотрены три стадии контро­ля: входной, операционный, приемочный.

Входному контролю подвергаются все материалы и конструк­ции, поступающие на строительную площадку. Проверяется соот­ветствие их качества требованиям нормативной документации, а также наличие необходимых сертификатов на металлические конструкции и паспортов на железобетонные конструкции. Про­верка необходима для выявления дефектов при изготовлении и перевозке. Так, при приеме стальных и железобетонных конст­рукций проверяются их основные размеры, расположение за­кладных деталей и монтажных отверстий, наличие комплек­тующих деталей, выявляются внешние повреждения — погнуто­сти, сколы бетона, офактуренных поверхностей и огрунтовки.

Целью операционногоконтроля является своевременное вы­явление недостатков, возникающих при проведении строитель­но-монтажных работ, и устранение этих недостатков. Операци-

105

онный контроль включает в себя систематический контроль за ходом работ и промежуточный контроль при сдаче-приемке скры­тых работ.

Систематическийконтроль качества строительно-монтажных работ позволяет установить их соответствие проекту производ­ства работ, а также существующим правилам и инструкциям. Этот контроль охватывает весь цикл строительных работ: разгрузку конструкций и материалов, их хранение и непосредственное использование в процессе строительства. Внесение отдельных изменений в проект производства работ возможно, но должно быть согласовано с организацией, выполнившей проект произ­водства работ.

При проведении монтажных работ следят за соблюдением геометрических размеров сооружения, а также качеством офор­мления и закрепления монтажных стыков (сварка, замоноличи-вание, закрепление болтами и т.д.). Существенную роль при проверке размеров сооружения и положения конструкций играет геодезический контроль монтажных работ, который включает проверку положения конструкций в плане и по высоте сооружения в процессе монтажа и исполнительную съемку фактического положения постоянно закрепленных конструкций после монта­жа. В процессе монтажа проверке подлежат все несущие и ог­раждающие конструкции. Исполнительной съемке при помощи геодезических инструментов подлежат только те части зданий и сооружений, от точности положения которых зависит выполне­ние требований точности монтажа других конструкций на пос­ледующих этапах работ.

Для повышения качества монтажных работ разрабатываются комплексные системы управления качеством. Эти системы вклю­чают комплекс инструктивных материалов и руководств по воп­росу качества работ. Составной частью системы являются типо­вые схемы операционного контроля качества монтажа конструк­ций различных сооружений. В них содержится инструктивный материал, позволяющий оценить качество монтажных работ, выполненных бригадой, звеном, отдельным рабочим.

Промежуточная сдача-приемкаработ необходима для контроля качества скрытых работ, которые не могут быть проверены при последующих операциях. При монтаже конструкций зданий про­межуточной сдаче-приемке подлежат: основания до монтажа фундаментов; фундаменты до обратной засыпки котлованов;

106

установка и стыковка арматуры перед бетонированием; стыки до замоноличивания; опоры и места опирания конструкций; свар­ка выпусков арматуры и закладных деталей; защита металлических деталей от коррозии, заделка и герметизация стыков и швов; монтажные стыки металлических конструкций; поверхности стыковых элементов в узлах, соединяемых высокопрочными болтами.

По существующим правилам ряд сооружений перед сдачей должен быть подвергнут испытаниям. Например, днища резер­вуаров необходимо проверять на герметичность, корпуса — на прочность и плотность, объекты доменных цехов — на прочность и плотность, тросовые оттяжки для мачтовых сооружений — на прочность и т. д. Программа таких испытаний устанавливается согласно специальным нормативным документам и требовани­ям проекта. Результаты испытаний оформляются в виде актов аналогично промежуточной приемке скрытых работ. Сдача-при­емка объекта осуществляется после окончания строительно-мон­тажных работ. Исполнители еще раз проверяют качество всех выполненных работ и проводят геодезический контроль всего сооружения.

При приемкеработ по монтажу строительных конструкций размеры сдаваемых частей сооружения определяются в соответ­ствии с проектом производства работ. Для окончательной сдачи смонтированных строительных конструкций необходима следу­ющая документация: рабочие чертежи смонтированных конст­рукций с внесенными в них в процессе монтажа отклонениями от проекта, согласованными с проектными организациями; за­водские сертификаты для установленных стальных и паспорта для сборных железобетонных конструкций; документы, удо­стоверяющие качество примененных на монтаже материалов (метизы, электроды и т. д.); документы лабораторных анализов при сварке и при замоноличивании стыков; опись удостовере­ний о квалификации рабочих; материалы результатов геоде­зических замеров при проверке разбивочных осей и установке конструкций; акты на скрытые работы и на проведенные испы­тания конструкций (если такие испытания проводились); жур­налы монтажных и сварочных работ, а также работ по установ­ке высокопрочных болтов и замоноличиванию стыков; заводские сертификаты на сплавы для заливки втулок и на изоляторы; ведо-

мость замеренных предварительных (монтажных) напряжений оттяжек мачт, раскосов башен и т. д.

Около 50% аварий и нарушений условий нормальной эксп­луатации зданий и сооружений вызваны дефектами, допущен­ными при их возведении. Некоторая часть из них выявляется сразу же при производстве работ. В основном строительные дефекты проявляют себя позже, при воздействии эксплуатационных фак­торов. Ниже приведены характерные нарушения в технологии производства строительно-монтажных работ:

При возведении крупнопанельных зданий

• частичное заполнение или излишнее утолщение швов ра­створом;

• несовпадение опорных плоскостей и уменьшение площа­док опирания;

• перекос стеновых панелей в плоскости;

• отклонение стеновых панелей от вертикали;

• смещение стыковых швов в плоскости стены;

• несогласованная замена панелей;

• смещение стеновых панелей и перегородок по отношению друг к другу из плоскости;

• дефекты сварочных работ;

• разница в отметках нижней поверхности двух смежных эле­ментов перекрытия (более ± 4 мм);

• несвоевременная приварка закладных деталей, например, лестниц;

• недобор прочности бетона, например, недостаточная выдержка в пропарочных камерах;

• оледенение панелей при хранении;

• раннее замораживание раствора в швах;

• неравномерный монтаж по периметру здания;

• заделка отдельных участков бетоном или кирпичной кладкой с преждевременным замерзанием бетона или ра­створа;

• удар падающих конструкций или ящиков с раствором.
При возведении каркасных и каркасно-панельных зданий

• недопустимые отклонения конструкций от проектного по­ложения (смещение с проектных осей, отклонение от вер­тикали, несоответствие высотных отметок и др.);

• некачественное выполнение сварки (замена ванной свар­ки на дуговую, уменьшение длины и сечения швов и др.);

108

• нарушение последовательности монтажа;

• некачественное выполнение узлов сопряжений;

• применение для заделки стыков бетона низкого качества или его замораживание;

• нарушение последовательности сварки в узлах примыка­ния (например, ригеля к колонне), которое может привес­ти к разрушению от температурных деформаций;

• замена ригелей крайних поперечных рам, рассчитанных на кручение на рядовые;

• плиты перекрытий не всегда укладывают на слой раствора и не всегда приваривают к несущим конструкциям в трех точках;

• несвоевременная и некачественная установка связей;

• перегрузка отдельных конструкций материалом;

• укладка более тяжелых конструкций (например, плит пе­рекрытий);

• изменение расчетной схемы элемента (например, плита, рассчитанная как опертая по контуру, укладывается на две опоры);

• смещение подкрановых балок от проектного положения вдоль и поперек своих осей, по высоте;

• пробивка в конструкциях больших отверстий.
Предупреждение и своевременное выявление дефектов при

изготовлении и монтаже конструкций производится посредством контроля всех операций и проведения лабораторных исследова­ний. Существует методика оценки качества выполнения работ, обязательная для всех строительных организаций, предусматри­вающая порядок и способы проверки выполняемых операций. В таблице 2.2 приведены некоторые данные о контролируемых параметрах и средствах контроля при возведении несущих кон­струкций зданий.