Виды деформаций зданий и сооружений 1 page

Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.

Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.

При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.

При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.

Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях, не обладающих большей жесткостью.

В случае развития прогиба (рис. 7.1,а) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.

Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения

Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка (рис. 7.2) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):

7.1.

где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.

Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения

Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.

Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними (рис. 7.3), и определяется по формуле

(7.2)

где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.

Рис. 7.3. Крен сооружения

Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).

Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 7.5).
Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 7.6). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.

Рис. 7.4. Перекос сооружения

Рис. 7.5. Кручение сооружения

Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)

4. Реконструкция городской застройки с учетом доступности инвалидов и других маломобильных групп населения

Реконструкция городской застройки с учетом доступности инвалидов и других маломобильных групп населения ведется с учетом СП 35-105-2002.

Проектные решения по реконструкции сложившейся застройки должны учитывать физические возможности всех категорий населения, включая инвалидов, и должны быть направлены на повышение качества городской среды по критериям доступности, безопасности, комфортности и информативности в соответствии с требованиями Градостроительного кодекса РФ.

Основным принципом формирования безопасной и удобной для инвалидов городской среды является создание условий для обеспечения беспрепятственной доступности объектов обслуживания в зонах застройки различного функционального назначения, зонах рекреации, а также в местах пользования транспортными коммуникациями, сооружениями, устройствами, пешеходными путями. Следует учитывать не только физическую и пространственную, но и информационную доступность объектов.

Необходимо обеспечивать: возможность беспрепятственного передвижения с помощью трости, костылей, кресла-коляски, собаки-проводника, а также при использовании транспортных средств (индивидуальных, специализированных или общественных);создание внешней информации: визуальной, тактильной (осязательной) и звуковой.

В центральных районах городов в условиях выборочной реконструкции необходимо поэтапное формирование доступной (безбарьерной) среды, предусматривая:

- обеспечение удобных и безопасных пересечений транспортных и пешеходных путей, в том числе в разных уровнях;

- развитие сферы услуг, предоставляемых учреждениями торговли, общественного питания и досуга, ориентированных на удовлетворение потребностей различных групп населения, в том числе инвалидов и других маломобильных групп;

- многообразие жилищного фонда и возможности его приспособления для нужд инвалидов: отремонтированные дома исторической застройки небольшой этажности, расселяемые и ремонтируемые коммунальные квартиры в доходных домах, новые корпуса в комплексе с сохраняемыми постройками.

В производственных зонах, места труда инвалидов рекомендуется размещать, по возможности, компактно, обеспечивая:

- безопасность передвижения по территории;

- отсутствие элементов, создающих препятствия на путях передвижения;

- минимальную протяженность пешеходных путей передвижения.

Адаптация рекреационной среды в районных и городских парках с учетом их планировочной организации, рельефа и других ландшафтных особенностей должна сводиться к:

- обеспечению доступности входов в парк и подходов к основным объектам и сооружениям;

- организации прогулочных маршрутов (кольцевых, линейных и т.п.) на озелененной территории парка.

Прогулочные маршруты целесообразно ориентировать на входы в парк, увязывать с объектами посещения основных функциональных зон парка. При этом рекомендуется учитывать три основных типа парковой среды: общего пользования, специализированный и отдыха и общения с природой, адаптация которых к нуждам инвалидам имеет свою специфику.

В условиях реконструкции отдельных объектов или функциональных территорий города необходимо предусматривать планировочную и техническую организацию всего процесса пешеходно-транспортного передвижения людей, включая:

- подходы к зданиям и комплексам различного назначения, остановочным пунктам, станциям, вокзалам; передвижения в комплексных объектах и др.;

- пользование транспортными средствами;

- возможность осуществления пересадки с одной линии на другую или с одного вида транспорта на другой.

5. Наиболее уязвимые места в зданиях и сооружениях.[4]

При обследовании зданий целесообразно обратить внимание на наиболее уязвимые места в конструкциях, в которых чаще всего имеются дефекты (рис. 7.5.1).

В фундаментах и стенах подвала - в зонах увлажнения и промерзания грунтов, сопряжения стен с отмосткой, вертикальной и горизонтальной гидроизоляции, в местах ввода коммуникаций и проемов.

В стенах - в местах прохождения водосточных труб и воронок, карнизов, выступов, балконов, подоконников, в стыках панелей, простенках нижних этажей.

В перекрытиях - в зонах прохождения трубопроводов, швах, узлах опирания, зонах с максимальными усилиями.

В крышах - в местах прохождения водостоков, ендовах, местах сопряжения с трубами и другими надстройками, в узлах заделки деревянных и металлических конструкций в стены, у парапетных стенок и др.

В колоннах - в узлах опирания балок и настила, крепления к фундаментам, в средней части.

В подкрановых балках - в опорных частях, узлах крепления к колоннам, соединения полок со стенками и крепления рельса.

Рис. 7.5.1. Наиболее уязвимые места в конструкциях:

1-е фундаментах и стенах подвала; 2-е стенах;

3-е перекрытиях; 4 - в крыше

6. Причины образования трещин в стенах здания

Основные причины образования трещин в стенах дома:

усадка здания после строительства в течение 1...1,5 лет;

деформация фундаментов вследствие замерзания и неравномерного оттаивания грунтовых вод;

недостаточная глубина заложения фундаментов;

неодинаковая несущая способность грунта в пределах дома и, следовательно, неравномерная осадка различных его частей;

деформация балочного перекрытия;

различная нагрузка на грунт частей дома, например, пристройка к дому без деформационного шва;

чрезмерная нагрузка от перекрытия.

Причины образования трещин в кирпичных стенах

Рис. 1. Недостаточная глубина заложения фундамента.

Рис. 2. Оседание грунта неодинаковой несущей способности:

1 - грунт меньшей несущей способности; 2 - грунт большей несущей способности.

Рис. 3. Образование трещин в стенах из-за прогиба балочного перекрытия.

Рис. 4. Образование трещин в кирпичных стенах из-за отсутствия деформационного шва между основным зданием и пристройкой.

Рис. 5. Образование трещин в стенах из-за воздействия на конструкцию перекрытия повышенных нагрузок. Трещины, расширенные сверху, обычно образуются от оседания фундаментов со стороны трещины, расширенные снизу - от оседания средней части дома.

Рис. 6. Анализ трещин в каменных стенах с помощью фиксаций бумажными лентами:

1, 2 - повреждение ленты соответственно с большим и небольшим смещением; 3 - ленты без смещения; 4 - трещина.

Частая причина образования трещин — усадка дома. Для определения причин и фиксации процесса образования и увеличения трещин на них наклеивают бумажные или гипсовые ленты с указанием даты крепления. Если лента не разорвется в течение месяца и более, то усадка закончилась и можно заделать трещины, если же продолжает рваться, то надо искать другие причины образования трещин.

7. Восстановление эксплуатационных свойств стен зданий

Стены зданий являются несущей и ограждающей конструкцией одновременно. Они должны обладать необходимой несущей спо­собностью и обеспечивать комфортные условия эксплуатации: тем­пературный режим здания, нормируемый уровень паро-, воздухо-, звукопроницаемости и т.п.

Конструктивные мероприятия по устранению несоответствия стен эксплуатационным требованиям приведены в табл.:

Рис. 4.23. Заделка трещин в кирпичных стенах: а — инъецированием цементным раствором трещин с раскрытием до 10 мм; б - вставкой кирпичных «замков»; в — вставкой кирпичных «замков» с «яко­рями»; 1 — усиливаемый участок стены; 2 — трещина; 3 — отверстия диамет­ром 30 мм и глубиной 100 мм для установки инъекторов; 4 — кирпичный «за­мок» в 1/2 кирпича, устанавливаемый с обеих сторон; 5 — «якорь» из прокат­ного профиля; 6 — стяжные болты

Рис. 4.24. Укрепление стен здания: а — схема повышения устойчивости стен здания с помощью накладок и тяжей, расположенных в уровне перекрытия и в плоскости поперечных стен; б — схе­ма повышения пространственной жесткости здания с помощью стальных по­ясов, расположенных в уровне перекрытий; 1 — накладка из стального швелле­ра; 2 — стальные тяжи диаметром 25...40 мм; 3 — талрепы (стяжные муфты) с левой и правой резьбой; 4 — вертикальные накладки из стального уголка, рас­пределяющие усилия смятия

8. Примыкания новых фундаментов к фундаментам существующих зданий (схемы, детали)

В примыканиях новых зданий к существующим, независимо от типа фундаментов, назначаются осадочные швы

Устройство осадочных швов в перекрытиях путем свободногоопирания их элементов на стены существующих зданий запрещается. Осадочные швы в стенах и зазор между существующими и ограждающими стенами нового здания должны обеспечивать свободное перемещение их при возможных кренах нового и существующего зданий. Заполнение зазоров в плоскостях наружных стен примыкающих зданий надлежит выполнять тонкими декоративными элементами, способными деформироваться при замыкании шва и не передавать усилия на основные конструкции зданий (рис. 1.4). Величина зазора между стеной существующего здания и несущими или ограждающими конструкциями нового не должна быть менее 300 мм

1 - существующее здание; 2 - ограждающая стена нового здания; 3 - декоративная стенка; 4 - панель наружной стены

Наименьшее расстояние между существующим зданием и элементами декоративного закрытия - 50 мм.

С целью уменьшения абсолютных осадок существующих фундаментов конструкции примыкающих зданий и сооружений следует назначать возможно легкими. В зонах примыкания применение легких конструкций обязательно.

Облегчение конструкций в зоне примыкания может быть выполнено за счет применения каркаса вместо несущих кирпичных стен, применения эффективных теплоизоляционных материалов, назначения больших проемов в стенах и ниш.

При проектировании каркасных зданий с фундаментами на естественном основании рекомендуется консольное примыкание. С целью уменьшения влияния осадок нового здания на осадки существующего первый ряд колонн рекомендуется располагать на возможно большем расстоянии от стены существующего.

Существуют примеры, где вмешательство нового не так радикально. Так, приведенное на рис. 7.16 решение объединяет вставкой существующие два здания. Включение в застройку новых объемов является дополнением, увеличивающим полезную площадь квартир и тем самым — их комфортность.

Пристройки конструктивно решают как дома нового строительства. Однако в наиболее ответственных местах — узлах примыкания к существующим стенам — предусматривают специальные мероприятия. Это связано с потенциальной возможностью появления деформаций в местах стыков.

Такое явление объясняется тем, что в основаниях старых зданий, простоявших много лет, грунт уплотнился. В результате осадки стабилизировались. Основание же под новыми фундаментами будет обжиматься по мере его подгрузки во время строительства. Процесс завершится только через несколько лет эксплуатации, поэтому примыкания новой и старой кладки делают скользящими, предусматривают осадочные швы. В последнее время стали применять новые технологии устройства фундаментов. Например, свайные устраивают в грунте, не нарушая его структуры, без вибрационных нагрузок, связанных с ударными волнами, наносящими вред соседним зданиям.

Рис. 8.14. Примыкание фундаментов пристроек к существующим:

а —с заложением подошвы на уровне существующего фундамента; б—то же, с заглублением; в—то же, но фундамент отодвинут от старого, стены примыкания опираются на консольную конструкцию; 1 — новые фундаменты; 2—то же, старый; 3 — консольная железобетонная плита; 4 — шпунтовый ряд; 5—консольная балка; 6 — балка обвязки; 7—консольная конструкция по контуру стен

Русские ученые разработали конструкцию свай, ввинчиваемых в грунт без каких-либо колебательных движений. Такие сваи можно располагать на расстоянии 0,3 м от старых фундаментов и не опасаться просадки последних, особенно если это сваи-стойки, опирающиеся на скальные грунты.

Другие, уже зарубежные разработки, описанные в § 8.4, также позволяют избежать просадок примыкающим к пристройкам и встройкам строений. Это различные методы водовоздушного упрочнения грунта.

Таким образом, новые технологии позволяют эффективно решать примыкания к старым зданиям. Как видно, в ближайшем будущем можно будет упростить решения стыков и отказаться от консольных конструкций, рассмотренных в настоящем параграфе.

9. Градостроительные основы реконструкции жилой застройки. Требования к застройке города.

Городская застройка и ее окружение созданы для жизнедеятельности людей (работы, сна, отдыха) Поэтому при проектировании реконструктивных мероприятий обязательно должны учитываться все современные градостроительные, архитектурные, санитарно-гигиенические требования.

Отечественный и зарубежный опыт реконструкции в крупных городах свидетельствует о многообразии технических решений по обновлению застройки. Можно выделить несколько технических подходов в решении данной проблемы:

I - полный снос ветхих, морально и физически устаревших жилых домов и волновое переселение жильцов во вновь построенные;

II - передвижка зданий, имеющих архитектурно-историческую ценность, с последующей реставрацией;

III - сохранение зданий с надстройкой 2-4 этажами и частичным сносом отдельных строений, строительством точечных многоэтажных домов и освоением подземного пространства путем возведения заглубленных строений;

IV - сохранение жилого фонда с устройством многоэтажных вставок в сочетании с надстройкой и обстройкой жилых домов;

V - надстройка одно- и двухуровневыми мансардными этажами с производством работ без отселения жильцов;

VI - реконструкция жилых домов известными методами с уплотнением застройки и с освоением подземного пространства под спортивными площадками, дворовыми территориями, внутриквартальными дорогами и др.

Снос морально устаревших с критическим износом конструктивных элементов зданий позволяет полностью обновить квартальную застройку, многократно увеличить площади жилых зданий, создать инфраструктуру, отвечающую нормативным требованиям.

Одними из архитектурно-строительных приемов реконструкции являются кроме надстройки зданий устройство многоэтажных вставок между существующими корпусами, создание блочной системы разноэтажных зданий с учетом положения объектов в квартальной системе. Такое решение позволяет принять технологию малоэтажной надстройки существующего жилого фонда как менее затратную и социально эффективную.

Школы и детские сады подлежат реконструкции с учетом демографического состава населения и увеличения его численности.

С целью повышения плотности застройки и уровня ее благоустройства должны возводиться гаражи для личного автотранспорта в подземных и цокольных этажах проектируемых жилых домов, под спортивными площадками и внутриквартальными дорогами.

Реконструкция квартальной застройки должна осуществляться несколькими специализированными долгосрочными потоками. К их числу следует отнести специализированные потоки по возведению и усилению фундаментов; демонтажу строительных конструкций; расширению корпусов и надстройке; возведению новых жилых и общественных зданий; освоению подземного пространства. Особое место при этом отводится прокладке и восстановлению инженерных сетей и коммуникаций, созданию дополнительных индивидуальных источников теплоснабжения.

Требования к планировке и застройке городов

При реконструкции городских и сельских поселений должны соблюдаться требования в области охраны окружающей среды, обеспечивающие благоприятное состояние окружающей среды для жизнедеятельности человека, а также для обитания растений, животных и других организмов, устойчивого функционирования естественных экологических систем. Здания, строения, сооружения и иные объекты должны размещаться с учетом требований в области охраны окружающей среды, санитарно-гигиенических норм и градостроительных требований.

При планировании и застройке городских и сельских поселений должны соблюдаться требования в области охраны окружающей среды, приниматься меры по санитарной очистке, обезвреживанию и безопасному размещению отходов производства и потребления, соблюдению нормативов допустимых выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов, а также по восстановлению природной среды, рекультивации земель, благоустройству территорий и иные меры по обеспечению охраны окружающей среды и экологической безопасности всоответствии с законодательством.

В целях охраны окружающей среды городских и сельских поселений создаются защитные и охранные зоны, в том числе санитарно-защитные зоны, озелененные территории, зеленые зоны, включающие в себя лесопарковые зоны и иные изъятые из интенсивного хозяйственного использования защитные и охранные зоны с ограниченным режимом природопользования.

Разработка градостроительной документации, строительство и реконструкция городских и сельских поселений, зданий, строений и сооружений должны осуществляться, с учетом состояния территорий городских и сельских поселений и ограничений в области экологической безопасности, установленных территориальными комплексными схемами охраны природы и природопользования, а также с учетом последствий вредного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую природную среду и здоровье человека.

При разработке градостроительной документации следует предусматривать мероприятия по охране окружающей природной среды, определенные заданием на разработку градостроительной документации.

В градостроительную документацию всех видов в соответствии с заданием на ее разработку включаются разделы об охране недр, окружающей природной среды, о рациональном использовании природных ресурсов и землеустройстве. Для зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия, территориально-производственных комплексов, городов – крупных промышленных центров и отдельных промышленных комплексов разрабатываются территориальные комплексные схемы охраны природы и природопользования.

Территории, загрязненные химическими и биологическими веществами, вредными микроорганизмами свыше предельно допустимых концентраций, радиоактивными веществами в количествах свыше предельно допустимых уровней, в случаях, если проживание населения и осуществление хозяйственной и иной деятельности на таких территориях создают угрозу здоровью человека, подлежат консервации и специальной обработке. В зависимости от степени загрязнения и способа оздоровления указанных территорий может быть введен особый режим их использования или установлено иное функциональное назначение.

10. Коррозия строительных конструкций зданий и сооружений (кирпич, железобетон, металл, дерево, полимерные материалы). Защита от коррозии конструкций при реконструктивных мероприятиях. [2]

Существует ряд причин коррозионного разрушения металлических и неметаллических конструкций. Они возникают от физических, химических,электромеханических и биологических воздействий. Процессы коррозии неметаллических материалов отличаются от процессов коррозии металлов, если для металлов коррозия происходит на границе металла и среды, то коррозия пористых неметаллов происходит на границе со средой и в глубине материала и агрессивности среды: концентрации вредных веществ, температуры и воздействия химических реагентов. Бетон и каменные материалы разрушаются от воздействия агрессивной среды при образовании в его порах новых соединений большого объема. Среды по степени воздействия на конструкции подразделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.

Особенно вредные воздействия оказывают:

- углекислый газ, щелочи, кислоты

- масла, нефть, растворители и т.д.

Защиту строительных конструкций следует осуществлять применением коррозионно-стойких для данной среды материалов и выполнением конструктивных требований (первичная защита), нанесением на поверхности конструкций металлических, оксидных, лакокрасочных, металлизационно-лакокрасочных и мастичных покрытий, смазок, пленочных, облицовочных и других материалов (вторичная защита), а также применением электрохимических способов.

По степени воздействия на строительные конструкции среды разделяются на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.

По физическому состоянию среды разделяются на газообразные, твердые и жидкие.

По характеру действия среды разделяются на химически и биологически активные.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивной среде, их коррозионную стойкость следует обеспечивать применением коррозионно-стойких материалов, добавок, повышающих коррозионную стойкость бетона и его защитную способность для стальной арматуры, снижением проницаемости бетона технологическими приемами, установлением требований к категории трещиностойкости, ширине расчетного раскрытия трещин, толщине защитного слоя бетона.

В случае недостаточной эффективности названных выше мер должна быть предусмотрена защита поверхности конструкции:

лакокрасочными покрытиями;

оклеечной изоляцией из листовых и пленочных материалов;

облицовкой, футеровкой или применением изделий из керамики, шлакоситалла, стекла, каменного литья, природного камня;

штукатурными покрытиями на основе цементных, полимерных вяжущих, жидкого стекла, битума;

уплотняющей пропиткой химически стойкими материалами.

Агрессивное воздействие на деревянные конструкции оказывают биологические агенты - дереворазрушающие грибы и др., вызывая биологическую коррозию древесины, а также химически агрессивные среды (газообразные, твердые, жидкие), вызывая химическую коррозию древесины.

Для деревянных конструкций, предназначенных к эксплуатации в химических средах средней и сильной степени агрессивного воздействия, необходимо предусматривать следующие дополнительные требования:

для изготовления конструкций следует применять древесину хвойных пород (сосна, ель и др.);

склеивание элементов конструкций должно осуществляться фенольными, резорциновыми и фенольно-резорциновыми клеями;

несущие конструкции следует проектировать из элементов сплошного сечения (клееных, брусчатых).

В качестве ограждающих конструкций следует применять клееные фанерные панели. Допускается применение дощатых кровельных настилов и обшивок стеновых панелей при условии обеспечения требуемой защиты их от коррозии.

Защита деревянных конструкций от коррозии, вызываемой воздействием биологических агентов, предусматривает антисептирование, консервирование, покрытие лакокрасочными материалами или поверхностную пропитку составами комплексного действия. При воздействии химически агрессивных сред следует предусматривать покрытие конструкций лакокрасочными материалами или поверхностную пропитку составами комплексного действия.