Обследование зданий и сооружений в сейсмических районах

на предмет необходимости сейсмоусиления

Специалисты ООО «ЭПБ-Проект» осуществляют работы по обследованию зданий с учетом сейсмики на предмет необходимости сейсмоусиления и определения категории технического состояния.

Сейсмическая зона – это зона земного шара, подверженная сильным и частым землетрясениям. А если зона подвержена слабым и редким землетрясениям, то это сейсмоопасная зона? Ответ: нет, сейсмологи могут зарегистрировать с помощью приборов небольшие колебания земной коры, но они настолько незначительные, что в зданиях не проявятся динамические эффекты, которые приведут к увеличению внутренних усилий и напряжений в строительных конструкциях. Эти небольшие толчки даже люди с трудом могут почувствовать, поэтому в таких районах при проектировании зданий и сооружений воздействие от возможного землетрясения не учитывается. Но нас интересуют именно районы с сильными землетрясениями и особенностями их комплексного (визуально-инструментального) обследования. Ведь одно из последних разрушительных землетрясений произошло в Непале в 2015 году, где по некоторым оценкам погибло около 8 тысяч человек и ранено 14 тысяч, а также разрушено несколько десятков тысяч домов и повреждено более полумиллиона строений.

Как известно на данный момент, 20% территории России относится к сейсмоактивным районам (в том числе 5% территории подвержено наиболее сильным землетрясениям). А какие именно районы России сейсмоопасные? Это Камчатка, Курилы и Сахалин, Крым, Северный Кавказ и побережье Черного моря, Байкал, Алтай и Тыва, Якутия и Урал. И это пятая часть территории нашей страны! Для наглядности, ниже представлена карта сейсмического районирования типа А.

Рис.1. Слева-направо: карта сейсмического районирования типа А, последствия землетрясения в Непале в 2015 году.

Для того, чтобы адекватно справиться с этой нелёгкой задачей, а именно – выполнить техническое обследование объекта капитального строительства с учетом сейсмики нужно следовать алгоритму:

1. Определить какие строительные нормы действовали в период проектирования и строительства здания. Эволюция строительных норм для сейсмичных районов России шла параллельно развития теории сейсмостойкости сооружений, как отдельной дисциплины в инженерном деле. Если в начале двадцатого века, например, сейсмические нагрузки от землетрясения определяли просто как произведение массы здания на максимальное ускорение грунта во время землетрясения (то, что мы помним со школьной скамьи как второй закон Ньютона). И на то время, на общем фоне разрушенных зданий от прошлых землетрясений и отсутствия какой-либо другой теории, это давало превосходный результат. В дальнейшем, когда теория сейсмостойких сооружений набирала обороты в своём развитии, то начал учитываться именно динамический характер сейсмической нагрузки. То есть, подытоживая сказанное выше, здание можно почти сразу признать непригодным для эксплуатации или аварийным только узнав год постройки и выполнив поверочный расчёт. Подобные обследования проводят с целью определения необходимости сейсомусиления существующих зданий. Строительные нормы и правила прошли небольшую эволюцию в нашем государстве, приведу ниже основные нормы:

  • Положение по строительству в сейсмических районах (ПСП 101-51), 1951 г.;

  • Нормы и правила строительства в сейсмических районах (СН 8-57), 1957 г.;

  • СНиП II-А.12-62. Строительные нормы и правила. 1962 г.;

  • СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах. 1981 г.;

  • СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах. 2011 г.;

  • СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах. 2014 г.

Рис.2. Последствия землетрясений.

2. Удостовериться в наличии местных региональных норм. Часто в сейсмичных районах существуют собственные региональные нормы, которые существуют в дополнение к основным государственным. Например, в Камчатском крае есть собственные нормы:

  • «Методика по обследованию зданий типовой застройки с целью определения их сейсмостойкости и необходимости сейсмоусиления». №31/2008. ГУП «Камчатгражданпроект», П-К., 2009 г.

  • «Обоснование методики по обследованию зданий типовой застройки с целью определения их сейсмостойкости и необходимости усиления». ГУП «Камчатгражданпроект», П-К., 2009 г.

При прохождении государственной строительной экспертизы необходимо удостовериться, проходит ли здания по прочности по настоящим нормам, это в первую очередь. А затем проверить здания по региональным специальным нормам, что я описал выше. Этот пункт является обязательным для прохождения государственной или негосударственной экспертизы, так как эти региональные нормы наиболее точно учитывают особенности зданий, спроектированных именно в данном районе с учетом сейсмики. Указанные нормы содержат указания по техническому обследованию мелкоблочных, крупноблочных и каркасно-панельных зданий с определением их сейсмостойкости и прогнозирования поведения при землетрясении. Так как региональные нормы имеют собственный накопленный опыт оценки деформаций строительных конструкций при обследовании зданий, то это позволяет намного быстрее и точнее увидеть «слабые» места конструкции и выявить его категорию технического состояния, так как разработаны они на основании актуальных нормативных документов по сейсмостойкому строительству и правилам обследования конструкций, а именно:

  • «СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах»;

  • ГОСТ 31937– 2011 «Правила обследования и мониторинга технического состояния»;

  • СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений»).

Ниже, в качестве примера, можно увидеть фрагмент паспорта сейсмостойкости, который необходимо заполнять согласно региональным нормам Камчатского края:

Показать больше

Сейсмостойкость

Конструктивный элемент

По проекту

или серии

По поведению

при землетрясении 1971 года

По СНиП II-7-81*

По внешним повреждениям

По

расчету

Оценка технического состояния по

СП 13-102-2003

Сейсмичность площадки строительства

8

7,6

8

-

9,0

-

Фундаменты

8

7,6

8

7,8

-

Исправное состояние

Несущие стены

8

7,6

8

7,8

8,5

Исправное состояние

Ненесущие стены (в т.ч. самонесущие)

8

7,6

8

7,8

8

Исправное состояние

Перекрытия, покрытие

8

7,6

8

8

-

Исправное состояние

Узлы сопряжения стен или элементов каркаса

8

7,6

8

8

-

Исправное состояние

Здание в целом

8

7,6

8

7,9

8,3

Исправное состояние

Табл.1. Фрагмент паспорта сейсмостойкости

В рамках обследования зданий на камчатке нашими специалистами был выполнен анализ несущих конструкций, деталей, узлов на соответствие требованиям СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах», актуализированная редакция СНИП II-781*, расчет на сейсмостойкость (сейсмику) в соответствии с «Методикой по обследованию зданий типовой застройки с целью определения их сейсмостойкости и необходимости сейсмоусиления. Технический регламент Камчатки ТРК 01- 2009», обобщение результатов и выдача заключения на предмет сейсмоусиления здания. Подробнее

3. Удостовериться в наличии карт сейсмического микрорайонирования (СМР).

Карты СМР – это комплекс специально разработанных карт по определению и прогнозированию влияния особенностей строения разреза, свойств и состояния пород, рельефа на параметры колебаний грунта конкретной строительной площадки. Они наиболее точно описывают прошлый опыт и статистику землетрясений для конкретного локального места строительства (в нашем случае – объекта обследования), в отличии от карт общего сейсмического районирования (ОСР – см. рис. 1), где представлена информация о возможных землетрясениях для целого региона. Такие карты помогут наиболее точно произвести поверочный расчёт при обследовании конструкций и выявить подлинную категорию технического состояния здания.

Теперь рассмотрим основные дефекты, на которые нужно обращать внимание при обследовании объектов в регионах с возможными сильными землетрясениями (обследование с учетом сейсмики на предмет необходимости сейсмоусиления):

1. Устройство антисейсмического шва. Во время землетрясения колебания земной коры совпадают с собственными колебания сооружения и происходит резонанс. Это явление характеризуется резким увеличением амплитуды «раскачиваемого» здания. Например, при высоте здания около 20-ти метров, перемещения верха здания может достигать и до полутора метров! Опасность заключается в том, что если здание стоит рядом с другим, то просто-напросто может произойти их соударение, которые причинит разрушение обоим сооружениям. Чтобы предотвратить такое явление, при проектировании учитывают зазор между зданиями, который и называется антисейсмическим швом. Антисейсмические швы следует выполнять путем возведения парных стен или рам, либо рам стен. Ширину антисейсмического шва следует назначать по результатам поверочных расчетов на сейсмику или оценки НДС здания, при этом ширина шва должна быть не менее суммы амплитуд колебаний смежных отсеков здания. Также антисейсмический шов назначается конструктивно согласно нормативной документации, в актуальном СП на сегодняшний момент (СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах) есть такая формулировка: «При высоте здания или сооружения до 5 м ширина такого шва должна быть не менее 30 мм. Ширину антисейсмического шва здания или сооружения большей высоты следует увеличивать на 20 мм на каждые 5 м высоты.» Ниже приведён пример устройства антисейсмического шва:

Рис.3. Устройство антисейсмического шва

А на фотографии ниже виден типичный дефект для зданий в сейсмических районах, антисейсмический шов почти не выполнен. В данном случае при наиболее вероятном землетрясении произойдёт почти 100% соударение двух зданий.

Рис.4. Антисейсмический шов минимален

2. «Железный цветок». Недостаточное поперечное и продольное армирование колонн. Так, в большинстве обрушившихся в Армении каркасных зданий поперечная арматура была поставлена с шагом 200 мм и более. При этом происходили «выкол» сжатой зоны бетона и выпучивание сжатой арматуры. Поэтому такое разрушение и получило такое название, как «железный цветок», который образуется из выпученных стержней арматуры, потерявшей устойчивость. Этот дефект строительных конструкций сразу же говорит нам о том, что при проектировании недостаточно было заложено арматуры для несущей способности и при последующем землетрясении в этих колоннах произойдёт обрушение. Ниже приведены фотографии подобных «цветков» после сильных землетрясений. На фотографии справа (цветной) виден ещё не раскрывшийся «цветок» с отколовшимся защитным слоем арматуры. Данный дефект может свидетельствовать о том, что здание испытало сравнительно небольшое землетрясение.

Показать больше

Рис.5. «Железный цветок»

3. Узлы стыковки горизонтальных и вертикальных конструкций.  Наиболее важное место, на которое следует обратить внимание инженера-обследователя - это узлы конструкций. Так как сейсмическое воздействие – это, в первую очередь, знакопеременная нагрузка, то узлы конструкции находятся в сложном напряжённом состоянии.  На рисунке ниже виден характер трещин в узле железобетонного каркаса здания при динамическом нагружении:

Рис.6. Характерные трещины в узле железобетонного каркаса при динамическом нагружении

Вследствие вышеупомянутых причин, необходимо должным образом произвести конструирование конструкций на случай динамической нагрузки, а именно его стыковочных узлов. Внимание на это надо обратить по тому, что в случае не сейсмичных районов знакопеременных нагрузок нет и данные требования к узлам не предъявляются, в случае же статических нагрузок необходимо просто обеспечить жёсткость узла. Примеры должного армирования узлов ригель-колонна в железобетонном каркасе мы видим ниже:

Подытоживая этот подпункт, становится понятно, что при осмотре здания на наличие дефектов надо обращать внимание на данные узлы стыковки и если обнаружены дефекты, то можно сделать заключение о том, верно было выполнено конструирование при проектировании или нет, что послужит для дальнейшего определения категории технического состояния и сейсмостойкости здания.

Испытания строительных конструкций и вибродиагностика

Очень важным, а часто и необходимым, комплексом мероприятий при обследовании зданий, выполняемых в ходе инструментального обследования, являются натурные испытания конструкций пробной нагрузкой. При проведении пробных испытаний определяют максимально возможные нагрузки на конструкции сооружений (перекрытия, стен, колонн и т.д.). Передача нагрузки на строительные конструкции осуществляется с помощью домкратов, геотубов и вибромашин. Результатом проведения испытаний являются – момент трещиностойкости, максимально допустимый нормативный прогиб, расчетная разрушающая нагрузка или разрушающая динамическая нагрузка. Для зданий подверженных сейсмике наиболее интересна вибрационная нагрузка.

Для определения сейсмостойкости здания, то есть для определения динамических параметров уже существующих строений, существует диагностический комплекс «Струна». Его сущность заключается в том, чтобы задать динамический характер пробной нагрузки с помощью удара (отбойным молотком или мешков с песком и т.п.) и далее с помощью специальных чувствительных приборов измерить собственные частоты колебаний сооружения. Если в ходе диагностики обнаружено отклонение от определенной частоты здания в сторону преимущественно низких частот, то это свидетельствует о большой степени износа, наличия дефектов и (или) разрушений. И если здание колеблется как единое целое, то это говорить о его устойчивости, в том числе и сейсмической. Если части колеблются по-разному, то это свидетельствует о разрыве однородности и сплошности, т.е. у здания есть дефекты. Далее результаты измерений с помощью компьютера обрабатываются и показывают визуализацию колебаний здания и выносится вердикт относительно его фактической сейсмостойкости и возможности дальнейшей эксплуатации.

Заключение

В заключение хочется рассказать о чрезвычайной важности обследований с учетом сейсмики на предмет необходимости сейсмоусиления. Здесь задача намного сложнее, чем обследование в не сейсмических районах. Так как сейсмическое воздействие – это внезапное и разрушительное явление. И чаще всего только визуального обследования для заключения о аварийности недостаточно и необходимо прибегать к инструментальным методам контроля, в том числе и вибрационным, как было сказано выше.

После проведения комплекса работ по обследованию здания, Заказчик получает техническое заключение с выводами и рекомендациями по дальнейшей эксплуатации здания.

 

Специалистами нашей компании выполнено несколько сотен обследований зданий, 

как в Санкт-Петербурге, так и по всей России, подробнее с выполненными объектами Вы можете ознакомиться в разделе «Объекты».

Закажите обследование здания у нас +7 (812) 244-37-80

Статьи по теме:

Обследование здания
Мониторинг здания
Недострой
Аварийный дом
Показать больше