Факторы, вызывающие износ конструкций.

К наиболее активным средам, вызывающих ускоренный износ конструкций, относятся:

· солнечная радиация. Радиация, падающая на конструкцию, частично поглощается материалом, повышая его температуру, частично отражается. Бетонные, каменные, силикатные конструкции состоят из веществ, имеющих неодинаковую кристаллическую структуру и обладающих анизотропностью физических свойств в разных направлениях при наложении энергетического поля. Поэтому действие солнечной радиации вызывает значительные напряжения в теле конструкций, связанные с радиационной амплитудой;

· атмосферная среда — наличие в воздухе различных примесей, смена положительных и отрицательных температур, ветер, осадки в виде дождя и снега, ультрафиолетовые лучи, озон. К природным загрязнителям атмосферы относятся: пыль от эрозии почвы и горных пород; пыль растительного, вулканического и космического происхождения; капельно-жидкая вода (туман) и частицы морской соли; вулканические газы; газы от пожаров; продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Естественные процессы гниения, брожения и разложения органических веществ сопровождаются образованием угольной кислоты, сернистых соединений, метана, органических кислот, аммиака, сероводорода, взаимодействующих со строительными конструкциями;

· капиллярная влага. Чистая вода влияет на износ конструкций как поверхностно-активное вещество или как растворитель. В капиллярах твердого тела жидкость имеет различную плотность из-за растворения материала конструкции. В этом случае наблюдается явление осмоса: переход жидкости из области меньшей плотности в область большей плотности через перегородки капилляров. В теле материала возникает давление, которое тем больше, чем выше температура жидкости в порах и чем меньше объем раствора, создающего давление. Возникновение осмотического давления приводит к напряжениям, которые, в свою очередь, ведут к разрушению материала.

При всем многообразии гидроизоляционных материалов их можно разделить на две группы: традиционные (приклеиваемые рулоны; обмазочные, окрасочные, сварные) и проникающего действия (на основе минерального сырья).

· грунтовая среда. Наибольшее влияние на износ подземных строительных конструкций оказывают находящиеся в грунте метан, тяжелые углеводороды, радон.

Существуют три вида скопления избыточной влаги: вода затворения из кладочного раствора; атмосферные осадки при косом дожде или нарушении кровельной изоляции; капиллярный подсос грунтовых вод вследствие неправильной гидроизоляции.

Одним из способов зашиты строительных материалов от накопления солей вследствие капиллярного всасывания грунтовых вод является объемная гидрофобизация порового пространства материала кремнийорганическими составами.

· биологическая среда. Материалы разрушаются под действием среды, создаваемой грибками. В то же время объектами повреждений могут быть материалы, конструкции, технические устройства, транспортные средства, технологический фактор. Более 40% общего объема биоповреждений связано с деятельностью почти всех групп микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли). Интенсивность взаимодействия материалов и экологических факторов зависит не только от их природы, но и от условий контакта, скорости движения и напора жидких и газообразных сред, температуры, силовых нагрузок и др.

Домовый гриб является самым опасным врагом деревянных конструкций. Процесс полного разрушения древесины этими видами грибов может произойти в течение 1—1,5 лет.

Для многих строительных конструкций опасен особый вид грибков — плесень, которая в процессе жизнедеятельности использует для питания наиболее доступные вещества: лакокрасочные материалы, скопление органической пыли на поверхности конструкции и др.

· искусственные технологические процессы. Техногенные загрязнители атмосферы (сжигание топлива в ТЭЦ, выбросы от автотранспорта и промышленных предприятий) в значительной степени влияют на износ строительных конструкций.

Дефекты зданий. Основные понятия, классификация дефектов зданий.

Износ зданий ускоряется при проявлении дефектов, допущенных в ходе изыскания и выбора участков для строительства, при проектировании и возведении зданий, а также из-за нарушения правил эксплуатации.

Дефекты зданий в нормальных условиях являются следствием либо недостаточной квалификации изыскателей, проектировщиков, строителей и работников, принимающих здания в эксплуатацию, либо небрежности этих лиц. Дефекты могут возникнуть также в процессе проектирования и строительства зданий при осуществлении а них производства работ по новой технологии, возведении в малоизученных в строительном отношении районах и а других сложных условиях.

Скрытые и явные дефекты встречаются в основаниях, фундаментах, стенах, покрытиях, отделке. Они бывают опасными и могут привести к разрушению отдельного элемента или всего сооружения; некоторые из них можно устранить во время ремонта.

Дефект - несоответствие конструкции определенным параметрам, нормативным требованиям или проекту (первопричина повреждения). Так, если завышена толщина швов кладки - это дефект, а обрушение ее — это повреждение вследствие дефекта швов. Или другой пример: провалы отмостки считают дефектом, в то время как это типичное повреждение, вызванное дефектами при ее устройстве.

Наиболее опасны дефекты б основаниях и фундаментах, в стенах, т.е. в основных конструкциях, так как их проявление ведет к деформациям и разрушению всего здания. Менее опасны дефекты в перегородках и других ненесущих конструкциях, однако они существенно снижают эксплуатационные качества помещений или зданий в целом.

Классификация дефектов зданий. Дефекты здания можно классифицировать по следующим признакам: по месту, причине и времени, характеру и значимости.

Примерами дефектов по месту могут служить: неправильная ориентация здания на местности, неудачная «посадка» здания на участке, в застройке и т.п., вследствие чего здание плохо инсолируется, подтопляется водой и т.п.

Дефектами изысканий и проектирования являются такие, которые допущены при выборе участка строительства и оценке грунтов, а также при выборе материалов, конструкций, сечений и т. п.

Дефектами строительства являются нарушения технических условий производства работ, небрежность в отборе материалов, неоправданная замена их в ходе строительства.

По характеру дефекты подразделяются на скрытые, невидимые при внешнем осмотре, и явные.

По значимости делятся на 3 группы:

· Дефекты, которые могут привести к аварии. При обнаружении таких дефектов их надо немедленно устранять.

· Дефекты, не угрожающие целостности зданий, но ослабляющие конструкции или снижающие эксплуатационные качества зданий. К этой группе относятся дефекты стыков деревянных щитовых и крупнопанельных зданий, промерзание стен и т.п.

· Дефекты, которые не приводят к разрушению зданий, но снижают их эксплуатационные качества и требуют дополнительных затрат на эксплуатацию.

Изучение и классификация дефектов зданий дают возможность обоснованно прогнозировать их возможную опасность, своевременно принимать меры по локализации или устранению, а также способствуют предотвращению повторных ошибок при проектировании и строительстве.

Определения свойств оснований под фундаменты.

Для определения допустимых давлений на основание, возмож­ные сдвиги, просадки краны применяютполевые методы испы­тания грунтов.

Штамп представляет собой жесткую не деформированную плиту размером 50 х 50, 71 х 71 или 100 х 100 см. Давление создается гидравлическим домкратом, расположенным на штампе. Давление на штамп передается от домкрата противогрузом, установленным на специальные стеллажи.

При испытании грунтов на сдвиг на дно шурфа вдавливают кольцо диаметром около 400 мм. Грунт с внешней стороны колmwа убирают и устанавливают домкраты, один из которых создает вертикальную нагрузку, а другой — сдвигающие усилия.

Наряду с физико-механическими характеристиками грунтов важное значение имеютгидрогеологические исследования: глубина залегания и мощность водоносных пластов, коэффициент филь­трации грунтов, химический состав грунтовых вод. Наблюдение за колебаниями уровня грунтовых вод ведут в скважинах, рас­положенных в определенном порядке вокруг обследуемых зданий. Для определения скорости потока грунтовых подземных вод устраивают не менее двух скважин, расположенных по на­правлению движения потока.

Коррозия арматуры в бетоне.

Под коррозией металлов понимается процесс их разрушения, вызванный химическим или электрохимическим воздействием среды.

Защитный слой бетона затрудняет доступ к арматуре влаги, кислорода, воздуха или кислотообразующих газов, однако с уве­личением пористости бетона и разрушений в нем, происходя­щих под действием агрессивных сред, его защитные свойства резко снижаются.

Коррозия арматуры в бетоне является электрохимическим процессом. Для понимания сущности электрохимического про­цесса разрушения арматуры ниже кратко изложена электрохи­мическая теория коррозии металлов, разработанная С.Н. Алек­сеевым. Коррозия арматуры в бетоне может возникнуть: а) при умень­шении щелочности окружающего арматуры электролита до рН, равного или меньше 12 при карбонизации или коррозии бето­на; б) при активирующем действии хлорид- и сульфат-ионов, которые могут проникнуть к арматуре через трещины в бетоне.

Для большинства конструкций, соприкасающихся с воздухом, карбонизация является характерным процессом, который ослаб­ляет защитные свойства бетона.

Способ защиты стальной арматуры в бетоне основан на так называемом пассивирующем (защитном) действии щелочных сред. В щелочных растворах коррозия уменьшается вследствие обра­зования защитной пленки из гидрата окиси железа. При гидра­тации портландцемента образуется в значительном количестве гидрат окиси кальция, растворенный во влаге, содержащейся в порах цементного камня, что обеспечивает полную пассивацию поверхности стали.

В плотном бетоне арматура может находиться в полной со­хранности на протяжении длительного срока эксплуатации кон­струкций. Следовательно, процесс коррозии арматуры зависит от состо­яния бетона и активизируется с увеличением пористости бето­на и степени его разрушения.

Технологические мероприятия по защите арматуры и железобетона от коррозии заключаются в обеспечении высокой плотности, однородности и, как следствие, непроницаемости бетона. Эти же цели преследуют при создании защитного слоя у арматуры бетона достаточной толщины.

Методика проведения осмотров и технической диагностики зданий. Предварительное обследование.

Предварительное обследование здания. Основной задачей пред­варительного обследования здания являются определение общего состояния строительных конструкций и производственной сре­ды, определение состава намечаемых работ и сбора исходных данных, необходимых для составления технического задания на детальное инструментальное обследование для подсчета стоимости намечаемых работ и заключения договора с заказчиком.

Состав работ по предварительному заключению включает: общий осмотр объекта; сбор информации об особенности региона строительства; климатические и природно-геологические условия, сейсмичность региона и др.; общие сведения о здании, время строительства, сроки эксплуатации; общие характеристики объемно-планировочного и конструктивного решений и инженерного оборудования т.п.

На стадии предварительного визуального обследования дол­жны быть установлены по внешним признакам категории тех­нического состояния конструкций в зависимости от имеющих­ся дефектов и повреждений.

Основные параметры, определяющие безопасность и комфортные условия среды обитания.

Безопасность обитания обеспечивается в первую очередь надежностью конструкций здания, принятым для конкретных условий эксплуатации конструктивным решением, а также надежностью инженерного оборудования (электроснабжения, тепловых сетей, котельных лифтов, кранового оборудования и т.п.). В строительных нормах строго регламентированы основные параметры работы конструкций, элементов и оборудования здания, обеспечивающих его безопасность, приведены правила выполнения профилактических действий, обеспечивающих безопасность при эксплуатации объектов (осмотры, наладка, контрольные испытания и т.п.). В них содержатся состав мероприятий, периодичность проведения и необходимый объем. Предусмотрен многоступенчатый контроль за выполнением нормативных требований безопасности, включающий:

• непрерывный, возлагаемый на службы, занимающиеся эксплуатацией объектов;

• периодический, осуществляемый специальными государственными службами надзора.

Современное здание представляет собой сложную систему взаимосвязанных в работе конструкций и инженерных систем. Например, тепловой режим помещений зависит от теплотехнических свойств ограждающих конструкций и одновременно от работы систем отопления и вентиляции здания. К отдельным элементам, формирующим тепловой режим, нормами установлены теплотехнические требования. Ограждающие конструкции должны иметь сопротивление теплопередаче не менее требуемого, системы отопления — обеспечивать заданный расход и температуру теплоносителя и т.д. Тепловой режим является итоговым результатом обобщенных свойств помещения с учетом многих факторов. Нормами определяются не только параметры отдельных элементов здания, но и результат их совместного функционирования. Определяющим показателем состояния внутренней среды помещений является температурная обстановка. Она характеризуется средней температурой воздуха в обслуживаемой зоне и средней температурой поверхностей, обращенных в помещение (так называемая радиационная температура).

Требования к параметрам отдельных элементов и требования к результирующему эффекту их совместной работы нормируются для большинства факторов, определяющих качество среды обитания.

Понятие «качество среды обитания» имеет субъективный характер, зависит от индивидуального восприятия и ощущений конкретного человека. Одинаковые условия для одних людей могут восприниматься как комфортные, а для других — как не вполне приемлемые. Поэтому нормируются усредненные показатели комфортности, удовлетворяющие большинство потребителей. Гигиенические требования к микроклимату таких помещений заключаются в обеспечении тепловых условий, способствующих сохранению теплового баланса организма человека без выраженного напряжения механизма терморегуляции, и поддержании необходимой чистоты внутреннего воздуха за счет организации притока в помещение свежего воздуха в объеме не менее нормативного.

Характерные для жилых помещений подвижность (до 0,2 м/с) и относительная влажность (30—65%) внутреннего воздуха не оказывают существенного влияния на теплообмен человека. Установлено, что температура жилого помещения в диапазоне 20—22°С оценивается большинством людей (не менее 95%) как комфортная. Снижение температуры помещений до 17,5°С воспринимается людьми как «немного прохладно» и требует утеплённости домашней одежды. При температуре 15°С 30% людей выражают недовольство тепловыми условиями. Однако, если снижение температуры в указанном диапазоне краткосрочно или происходит редко, то число людей, неудовлетворенных тепловыми условиями, сокращается. Различие в восприятии людей комфортных условий и временные факторы возможных отклонений условий требуют совершенствования нормативной базы. Наряду с усредненными показателями необходимо нормировать нижний уровень качества среды обитания. Последний должен определять максимально возможные значения, за которые параметры среды не должны выходить в течение заданного времени, и учитывать величину и продолжительность отклонения этих параметров.

2. Основные требования к конструктивным элементам зданий и сооружений.

К любым зданиям и сооружениям предъявляются следующие требования:

- все здания и сооружения, а также их отдельные элементы должны быть прочны и устойчивы;

- перемещения элементов не должны выходить за пределы, обусловленные возможностью и удобством их эксплуатации;

- не должны возникать трещины и повреждения, нарушающие возможность нормальной эксплуатации или снижающие долговечность сооружений.

В то же время не должны допускаться излишние запасы как по классам и маркам применяемых материалов, так и в отношении сечений отдельных элементов, а также в конструктивной системе здания и сооружения в целом.

В обеспечении надежности строительных конструкций существенную роль играют методы расчета, заложенные в строительных нормах и правилах. Они определяют ожидаемый уровень надежности, который связан с расходом материалов и стоимостью конструкций. Требуемый уровень надежности не только обеспечивается расчетными требованиями норм проектирования, но и зависит также от метода расчета, принятой конструктивной схемы, вида соединений отдельных элементов, правил конструирования, контрольных испытаний и условий приемки при изготовлении и монтаже. Расчет строительных конструкций проводится по методу предельных состояний. Основные положения метода предельных состояний сформулированы в стандарте СЭВ 384-87. Определенное усовершенствование этот метод получил в международном стандарте «Общие принципы проверки надежности конструкций». Метод устанавливает следующие положения по расчету конструкций на силовые воздействия:

· Строительные конструкции должны быть запроектированы таким образом, чтобы они обладали достаточной надежностью при возведении и эксплуатации с учетом, при необходимости, особых воздействий (например, вследствие землетрясения, наводнения, пожара, взрыва). Основным свойством, определяющим надежность строительных конструкций, зданий и сооружений в целом, является безотказность их работы — способность сохранять заданные эксплуатационные качества в течение определенного срока службы;

· Рассчитывать строительные конструкции и основания следует по методу предельных состояний, основные положения которого направлены на обеспечение безотказной работы конструкций и оснований с учетом изменчивости свойств материалов, грунтов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условий их работы, а также степени ответственности и экономической значимости проектируемых объектов, определяемой материальным и социальным ущербом при нарушении их работоспособности.

Предельные состояния определяют как состояния, при которых конструкция (здание или сооружение в целом) перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям при производстве работ.

Предельные состояния подразделяются на две группы: к 1-ой относятся состояния, приводящие к полной непригодности эксплуатации конструкций, оснований (здания или сооружения в целом) или к полной (частичной) потере их несущей способности. Это можно определить как абсолютные предельные состояния; 2-ая группа включает состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкций или оснований или уменьшающие долговечность здания (сооружения) по сравнению с предусматриваемым сроком службы. Их можно определить как функциональные предельные состояния.

Предельно допустимые значения деформаций устанавливаются обычно из необходимости соблюдения архитектурных или технологических требований к деформациям сооружений.

Нормативные значения нагрузок и воздействий классифицированы в нормах нагрузок. Коэффициент надежности по нагрузке включает возможные неблагоприятные отклонения воздействия от нормативного (расчетного) значения вследствие изменчивости нагрузок или отступлений от условий нормальной эксплуатации.

Коэффициент точности учитывает возможные неблагоприятные отклонения геометрических размеров (размеры элементов конструкции, их взаимное расположение, начальные прогибы и т.п.) от нормативных значений.

Коэффициент условий работы отражает те факторы, которые в целях упрощения расчетной модели не учитываются прямым путем. Он может вводиться в расчеты для упрощения приближенного учета ползучести, пластических свойств материалов, влияния податливости опор и в других случаях упрощения статических и динамических расчетов. Кроме того, указанный коэффициент включает факторы, которые не имеют аналитического описания, такие как влияние коррозии, агрессивность окружающей среды и т.д. Таким образом, этот коэффициент отражает степень идеализации расчетной модели.

Конструкции должны иметь различную надежность в зависимости от ответственности проектируемого объекта. Установлены четыре класса ответственности объектов:

1. объекты, имеющие особо важное экономическое и (или) социальное значение, приносящие высокий доход, а также здания и сооружения, при достижении конструкциями которых предельных состояний одновременно подвергается опасности большое число людей;

2. здания и сооружения, имеющие важное экономическое и (или) социальное значение, имеющие значительную стоимость;

3. здания и сооружения, имеющие ограниченное экономическое и (или) социальное значение, т.е. от надежности которых зависит безопасность эпизодически появляющихся людей;

4. жилые здания и сооружения.