CC BY
178
УДК 692.4:725.742
В.А. Полимонов, A.B. Калугин, В.В. Коркодинов, Л.П. Абашева, Б.И. Десятов
АНАЛИЗ ПРИЧИН АВАРИИ ПОКРЫТИЯ БАССЕЙНА «ДЕЛЬФИН» В Г. ЧУСОВОМ
Дан анализ технических причин аварии покрытия бассейна «Дельфин» в г. Чусовом. Рассмотрены факторы, способствующие возникновению аварии, на всех стадиях жизненного цикла сооружения: проектирование, изготовление, монтаж и эксплуатация. Приведен вероятный сценарий развития событий, приведший к аварии.
В здании плавательного бассейна «Дельфин», расположенного по ул. Сивкова, 11 в г. Чусовом 4 декабря 2005 г. в 14 ч 30 мин местного времени произошло обрушение части покрытия помещения, в котором была размещена большая ванна, в осях А-Д и 1-3 (рис. 1). Обрушились две стальные
О
(5) ч^*',нпп"ш* Раскоса. Фаспнки и накладки
Рис. 1. Схема расположения ферм покрытия бассейна
фермы ФС1 и ФС2 пролетом 21 м с элементами вертикальных и горизонтальных связей, а также ребристые железобетонные плиты покрытия размерами 1,5*6 м с элементами совмещенной кровли, вытяжной шахты, конструкциями подвесного потолка и ходовых мостиков. Картина разрушения после аварии показана на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид бассейна после аварии
Сохранили проектное положение оставшиеся две стальные фермы ФС3 и ФС4 пролетом 21 м, а также ребристые железобетонные плиты покрытия размерами 1,5*6 м с элементами совмещенной рулонной кровлей, конструкциями подвесного потолка и ходовых мостиков в осях Д-И и 1-3 данного помещения.
Обрушение конструкций покрытия плавательного бассейна произошло в результате разрыва горизонтальной стыковой накладки и фасонки в монтажном узле нижнего пояса фермы ФС2 по оси Г (рис. 3). Разрыв горизонтальной стыковой накладки произошел из-за потери ее несущей способности. Разрушение элементов монтажного узла наступило в момент, когда усилие в нижнем поясе фермы (1400 кН) превысило несущую способность узла (1400 кН).
Главным фактором, вызвавшим разрыв горизонтальной стыковой накладки и фасонки, стало уменьшение площади рабочего сечения накладки и фасонки (более 50 %) вследствие коррозии металла.
Далее ферма ФС2 переломилась в середине пролета, и началось ее перемещение в пространстве: произошел срыв с опорных подушек кирпичных стен по осям 1 и 3. Одновременно ферма ФС1 по оси Б, увлекаемая падаю-
щей фермой ФС2, сорвалась вместе с опорной подушкой со стены по оси 3, при этом срезалась часть кирпичной кладки, выдавила опорным узлом участок противоположной стены по оси 1, и произошло массовое обрушение покрытия в осях А-Д и 1-3 (рис. 4).
Рис. 3. Схема разрушения монтажного стыка нижнего пояса фермы ФС2 по оси Г
Основной причиной сильной локальной коррозии горизонтальной стыковой накладки и фасонки в монтажном узле нижнего пояса фермы ФС2 по оси Г стало систематическое замачивание этого узла атмосферными осадками из-за нарушений герметичности гидроизоляционного ковра в месте примыкания его
к вытяжной шахте (см. сечение 1-1 на рис. 1). Развитию коррозии металла ферм способствовала также влага, конденсирующаяся на поверхностях конструкций из-за вероятных нарушений температурно-влажностного режима в межфермен-ном пространстве (конструкция вытяжной шахты была выполнена с отступлениями от проекта и не обеспечивала надлежащего воздухообмена).
Рис. 4. Схема обрушения ферм
Основные дополнительные факторы, способствовавшие аварии:
1) отступления от типового проекта, в частности: замена низколегированной стали нижнего и верхнего поясов ферм на сталь марки ВСтЗсп, замена низколегированной стали горизонтальной стыковой накладки в монтажном узле нижнего пояса фермы на углеродистую кипящую сталь марки Ст1кп;
2) замена утеплителя на кровле - керамзитового гравия на фиброцементные плиты, использование в составе кровли гранулированного доменного шлака сложного химического состава (для создания уклона), изменение конструкции вытяжной шахты и конструкций опирания этой шахты на фермы покрытия;
3) увеличение фактической постоянной нагрузки на фермы от кровли вследствие увлажнения материалов «кровельного пирога» конденсатной влагой и атмосферными осадками из-за нарушений герметичности гидроизоляционного ковра, а также ремонта кровли с наложением нового покрытия на старое.
Отмеченные выше факторы стали возможными из-за многочисленных отступлений от требований действующих СНиП на всех этапах возведения здания: проектирования, изготовления конструкций, монтажа и эксплуатации конструкций покрытия бассейна. Рассмотрим кратко факторы, которые способствовали возникновению аварии.
На стадии проектирования. Типовой проект бассейна (шифр 294-3-24 «Бассейн со стенами из кирпича с крытыми ваннами 25х11 м и детской») привязан к местным условиям АПМ-1 института «Пермгражданпроект»
в 1989 г., рабочие чертежи - шифр 3262-91-1АС. Согласно требованиям СН 227-82 (раздел 6, п. 6.7), этот типовой проект привязывать не допускалось, так как он был исключен из списка действующих Письмом Г осграждан-строя № 4-220 от 14.04.1988 г.
В качестве несущих конструкций покрытия помещения большой ванны приняты металлические фермы марки ГФУ 21.1,8-5 IV под расчетную погонную нагрузку 5,1 т/м по серии 1.263.2-4 «Унифицированные конструкции стальных ферм для покрытий зальных помещений общественных зданий», разработанной ЦНИИЭП им. Б. С. Мезенцева в 1982 г.
Краткое описание ферм: фермы с параллельными поясами и треугольной решеткой пролетом 21 м, высотой 1,8 м по обушкам поясных уголков (1,715 м по осям поясов), с уклоном верхнего пояса 3 %. Шаг ферм 6 м. Фермы собираются на строительной площадке из двух отправочных марок с монтажными стыками по верхним и нижним поясам из листовых накладок. Фермы в уровне верхнего пояса шарнирно опираются на кирпичные стены. Все элементы ферм имеют тавровое сечение из парных равнополочных уголков. Система связей по покрытию состоит из горизонтальной связевой фермы г в плоскости верхних поясов ферм в осях Г-Д, одной вертикальной связевой фермы б в осях Г-Д, распорок в в плоскости верхних поясов ферм и растяжек в в плоскости нижних поясов ферм в осях Б-Г и Д-Ж (см. рис. 1).
Анализ постоянных нагрузок от покрытия на фермы, приведенный в пояснительной записке к проекту (шифр 3262-КР), показал, что при сборе нагрузок были допущены некоторые неточности, в частности: не учтен вес защитного слоя гравия на битумной мастике; нагрузки от веса пароизоляции (5 кг/м2) и от веса деревянных настилов подвесного потолка (5,85 кг/м2) приняты нормативными, без учета коэффициентов надежности по нагрузке, не учтен вес связей по покрытию, не учтена нагрузка от конструкции вытяжной шахты. С учетом этих замечаний расчетная нагрузка на ферму (без учета ее собственного веса) составила 5,19 т/м (погонный), т.е. фермы подобраны без запаса прочности. Однако увеличение расчетной нагрузки на фермы на 1,76 % против принятой в проекте не могло явиться причиной аварии ввиду достаточно высоких коэффициентов надежности по нагрузке, принятых при сборе нагрузок.
Для оценки несущей способности ферм кафедрой строительных конструкций (СК) Пермского государственного технического университета выполнен проверочный расчет ферм при различных вариантах исходных данных (табл. 1). При сборе нагрузок уточнены значения некоторых нагрузок, усилия в элементах ферм рассчитаны по программе SCAD, результаты расчетов сведены в табл. 2.
Дискуссионным остается вопрос правомочности применения в покрытии бассейнов ферм с элементами таврового сечения из-за опасности щелевой коррозии. В табл. 3 сделана попытка оценить степень агрессивного воз-
действия эксплуатационной среды бассейнов на металлические конструкции. То, что в бассейнах имеет место щелевая коррозия элементов из парных уголков, подтверждается материалами обследования других бассейнов и фотографиями с места аварии. Очевидно, что применение металлических конструкций из элементов составного таврового сечения в покрытии бассейнов без соответствующей защиты современными антикоррозионными составами недопустимо. Конкретных указаний о специальной антикоррозионной защите металлоконструкций в проекте нет, предусматривалась только огрунтовка на за-воде-изготовителе и окраска конструкций после монтажа масляной краской за два раза, что явно недостаточно для среднеагрессивной среды эксплуатации.
Таблица 1
Исходные данные для вариантов расчетов несущей способности ферм покрытия бассейна «Дельфин»
№ п/п Характеристика исходных данных Вариант № 1 Проект; шифр 3262 (1991 г.) Вариант № 2 Чертежи КМД ЧМЗ (1991 г.); шифр 49-01-3118 Вариант № 3 По факту изготовления на ЧМЗ (1991 г.) Вариант № 4 На момент обследования ООО «Урал-ПромЭкс-перт» (2004 г.) Вариант № 5 На момент обрушения (04.12.2005 г.)
1 Расчетные нагрузки на ферму, кН/м2: постоянная снеговая 5,31 2,8 4,23 2,8 4,23 2,8 7.0 4.0 7,0 0,3 (факт 05.12.2005 г.)
2 Сечения элементов ферм По серии 1.263.2-4 По чертежу 49-01-3118 По обмерам кафедрой СК 08.12.2005 г. без учета коррозии По обмерам ООО «УралПром-Эксперт», с учетом коррозии 7 % По обмерам кафедрой СК 08.12.2005 г. с учетом коррозии
3 Марки сталей По серии 1.263.2-4 По чертежу КМД 49-01-3118 По сертификатам ЧМЗ По сертификатам ЧМЗ По результатам испытаний стали 2005 г.
4 Расчетные сопротивления сталей По табл. 51* СНиП 11-23-81* с учетом п.20.1
Вызывает сомнение и целесообразность устройства подвесного потолка в помещениях с большими влаго- и тепловыделениями. Опыт обследования эксплуатируемых зданий с аналогичным режимом показал, что при наличии подвесного потолка технически трудно обеспечить нормальный температурно-влажностный режим в межферменном пространстве.
Чертежи марки КМД стропильных ферм покрытия большой ванны бассейна (шифр 49-01-3118) были разработаны проектно-конструкторским отделом Чусовского металлургического завода. В связи с заменой предусмотренных проектом сборных железобетонных плит покрытия размерами 3*6 м на плиты размерами 1,5*6 м в конструкцию ферм введены дополнительные вертикальные стойки крестового сечения из двух уголков 50*5. Кроме того, были внесены изменения в состав кровли (табл. 4), что привело к некоторому уменьшению расчетной постоянной нагрузки от кровли на фермы по сравнению с первоначальным проектом (шифр 3262-КР).
Таблица 2
Оценка несущей способности ферм покрытия бассейна «Дельфин» при различных вариантах исходных данных (см. табл. 1)
№ п/п Элементы ферм Вариант № 1 Проект, шифр 3262 (1991 г.) Вариант № 2 Чертежи КМД ЧМЗ, шифр 49-013118 (1991 г.) Вариант № 3 По факту изготовления на ЧМЗ (1991 г.) Вариант № 4 На момент обследования ООО «УралПром-Эксперт» (2004 г.) Вариант № 5 На момент обрушения (04.12.2005 г.)
1 Верхний пояс -2,5 + 19 + 6 -56,6 3 -7 С" -7
2 Нижний пояс +1,9 + 17 + 15 -35 +3,8
3 Раскосы +0,1 ... +14 Для отдельных раскосов - 0,3... - 9 +5 ... +78 Для отдельных раскосов - 4 ... - 7 +22 ... +77 Для двух раскосов -14 +20 ... +63 Для большинства раскосов -20 ... -81 +16 . +73 Для двух раскосов -22
4 Стойки Конструктив- но +49 +36 - 12,5 +21
5 Горизонтальная стыковая накладка в нижнем монтажном узле фермы Требуемые по расчету размеры 330* *14 мм (марка стали 09Г2С) -10 -39 -118 (общий коррозионный износ по данным техотчета 7 %) -203 (коррозионный износ 50 % по факту)
Примечание. Несущая способность элементов: обеспечена (+ запас прочности); не обеспечена ( - перенапряжение), %.
В типовой серии 1.263.2-4 на листе КМ-25 дано указание о том, что толщина горизонтальной стыковой накладки в монтажном узле нижнего пояса ферм должна приниматься по расчету, но не менее толщины фасонок. Вероятно, при разработке чертежей марки КМД размеры горизонтальной стыковой накладки (330*10 мм) были приняты без расчета. Требуемая на стадии разработки чертежей марки КМД толщина горизонтальной стыковой накладки, по нашим расчетам, должна была быть не менее 14 мм. Таким образом, уже на стадии разработки чертежей марки КМД несущая способность ферм
была не обеспечена (перенапряжения от скорректированных проектных нагрузок в горизонтальной стыковой накладке составили 10 %). Однако с учетом предусмотренных в наших нормах запасах прочности конструкций этот фактор также не мог явиться одной из причин аварии фермы.
Таблица 3
Степень агрессивного воздействия эксплуатационной среды бассейнов по отношению к металлическим конструкциям
. ОІ С ^ "с Показатели эксплуатационной среды помещения Значение показателя Нормативный документ
і Температура воды в ванне 24-26 °С Табл. 2 СанПиН 2.1.2.568-96 [4]
26 °С П.4.10, табл. 12 Пособия [5]
2 Температура воздуха в зале ванны бассейна На 1-2 °С выше температуры воды в ванне Табл. 25 СНиП 2.08.02-89* [1]
Табл. 13 Пособия [5]
Табл. 2 СанПиН 2.1.2.568-96 [4]
3 Относительная влажность воздуха 50-60 % П. 3.38, СНиП 2.08.02-89* (с.28) [1]
Не более 60 % Табл. 2 СанПиН 2.1.2.568-96 [4]
50-65 % П. 5.3 пособия [5]
4 Влажностный режим помещения ванны Влажный Табл. 1 СНиП 23-02-2003 (с.2) [2]
5 Зона влажности территории (Пермский край) Нормальная Приложение В (обязательное) СНиП 23-02-2003 (с.18) [2]
6 Концентрация свободного хлора в воздухе (в зоне дыхания пловцов) Не более 0,1 мг/м3 П.3.10.4 СанПиН 2.1.2.568-96 [4]
7 Группа агрессивных газов (хлор) А Приложение 1 (обязательное) СНиП 2.03.11-85 (с. 27) [3]
8 Степень агрессивного воздействия среды на металлические конструкции Средне- агрессивная П. 5.2, СНиП 2.03.11-85 (с. 19) [3]: «Для конструкций с влажным или мокрым режимом помещений степень агрессивного воздействия среды следует устанавливать как для неотапливаемых зданий, проектируемых для влажной зоны»; по табл. 24 СНиП 2.03.11-85 [3]
9 Возможность применения металлоконструкций таврового сечения из уголков Не допускается П. 5.5, СНиП 2.03.11-85 (с. 20) [3]: «Применение металлических конструкций с тавровым сечением из двух уголков ... в зданиях и сооружениях со среднеагрессивными и сильноагрессивными средами не допускается»
Примечания. Список нормативных документов:
1. СНиП 2.08.02-89*. Общественные здания и сооружения.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
3. СНиП 2.03.11-85. Защита строительных конструкций от коррозии.
4. СанПиН 2.1.2.568-96. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды плавательных бассейнов.
5. Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89*. Проектирование бассейнов.
Состав покрытия бассейна «Дельфин»
. ОІ ^ с Показатели Состав покрытия
по проекту, шифр 3262-91-1-АС.1 по чертежу 49-01-3439 по результатам фактического вскрытия 2005 г.
1 Защитный слой Защитный гравий - -
2 Кровля 4 слоя рубероида 4 слоя рубероида 2 слоя наплавляемого материала + стяжка 15 мм + 6 слоев рубероида
3 Стяжка Цементная стяжка 25 мм Цементная стяжка 20 мм Цементная стяжка 20 мм
4 Утеплитель Керамзитовый гравий, толщиной 300-400 мм, У = 600 кг/м3 Фиброцементные плиты толщиной 240 мм, У = 500 кг/м3 Фиброцементные плиты толщиной 240 мм
5 Создание уклона Керамзитовый гравий Гранулированный доменный шлак толщиной 50 мм, У = 700 кг/м3 Гранулированный доменный шлак толщиной 200 мм
6 Пароизоляция 1 слой рубероида 1 слой рубероида 1 слой рубероида
7 Вес 1 м2 покрытия, кг 369 (расчет) 231 (расчет) 426-507(факт*)
8 Железобетонные плиты 3x6 м 1,5x6 м 1,5x6 м
9 Вес 1 м2 покрытия с учетом плит, кг 531 423 700
* Фактический вес кровли определен путем взвешивания образцов по результатам вскрытия кровли после аварии 5.12.2005 г.
На стадии изготовления конструкций. Стальные фермы покрытия были изготовлены на Чусовском металлургическом заводе, для которого эта продукция не является основной. Ранее производство стальных строительных конструкций допускалось только на специализированных заводах. Фермы были изготовлены в феврале 1991 г., а смонтированы только в декабре 1993 г. Условия хранения ферм и соединительных накладок в период между изготовлением и монтажом не известны. При изготовлении ферм, без согласования с проектной организацией (документов о согласовании не сохранилось), были заменены марки сталей в поясах, фасонках и накладках согласно представленным заводом сертификатам на металл (табл. 5) и изменены сечения элементов по сравнению с чертежами марки КМД (табл. 6).
Марки стали элементов ферм покрытия бассейна «Дельфин»
Наимено- вание элементов ферм Марки стали
№ п/п по серии 1.263.2-4 по чертежам КМД, шифр 49-01-3118 по сертификатам ЧМЗ, при изготовлении ферм по результатам испытаний образцов стали после аварии (2005 г.)
1 Нижний и верхний пояса Низколегированная сталь ГОСТ 19281(2), Лу>3150 кгс/см2 Низколегированная сталь ГОСТ 19281(2), Лу>3150 кгс/см2 ВСт3сп сталь обыкновенного качества, ГОСТ 380-71*, Яу= 2333 кгс/см2 Ст3сп, Ст3сп, ГОСТ 380-94, Лу=2333 кгс/см2
2 Опорный раскос Сталь ВСт3пс6 ГОСТ 380-71* с гарантией свариваемости, Лу>2400 кгс/см2 Сталь Ст3 пс по ГОСТ 380-80*, Лу=2333 кгс/см2 ВСт3пс, ГОСТ 380-71*, Яу = 2333 кгс/см2 9Г2С ГОСТ 19282, Лу=3286 кгс/см2
3 Остальные раскосы Сталь ВСт3пс6, ГОСТ 380-71* с гарантией свариваемости, Лу>2400 кгс/см2 Сталь Ст3 пс по ГОСТ 380-80*, Лу>3150 кгс/см2 ВСт3пс, ГОСТ 380-71*, Яу = 2333 кгс/см2 Ст3сп, ГОСТ 380-94, Лу=2333 кгс/см2
4 Фасонки Низколегированная сталь ГОСТ 19281(2), Лу>3150 кгс/см2 Низколегированная сталь ГОСТ 19281(2), Лу>3150 кгс/см2 Ст3сп5, ГОСТ 380-71*, Яу = 2333 кгс/см2 10Г2, ГОСТ 4543; Ст2кп ГОСТ 380-94, Лу=2333 кгс/см2
5 Г оризон-тальная стыковая накладка Низколегированная сталь ГОСТ 19281(2), Лу>3150 кгс/см2 Низколегированная сталь ГОСТ 19281(2) Лу>3150 кгс/см2 Ст3сп5 ГОСТ 380-71*, Яу = 2333 кгс/см2с Ст1 кп, Ст0кп, ГОСТ 380-94, Лу=2333 кгс/см2
Примечание. Обозначения марок сталей приводится в редакции соответствующих документов (серии 1.263.2-4; чертежей КМД, шифр 49-01-3118; сертификатов на металл; протоколов испытаний стали).
Замена низколегированной стали повышенной прочности и повышенной стойкости к агрессивным воздействиям на малоуглеродистую сталь обыкновенного качества при некотором увеличении сечений элементов привели к тому, что напряжения в наиболее нагруженных раскосах от скорректированных проектных нагрузок превысили расчетное сопротивление стали на 14 %, в стыковой накладке - на 39 %. Таким образом, фермы после изготовления не обладали необходимой несущей способностью, согласно действовавшим в те годы нормам.
Сечения элементов фермы ФС2 (по оси Г) покрытия бассейна
«Дельфин»
Наименование элементов ферм Сечение элементов ферм
по чертежам КМД (шифр 49-01-3118) фактическое (по результатам замеров 8.12.2005 г. без учета коррозии)
Верхний пояс 2 уголка 160x10 2 уголка 160x12
Нижний пояс 2 уголка 140x10 2 уголка 160x12
Опорный раскос 2 уголка 100x7 2 уголка 110x8
Раскосы 2 уголка 100x7 2 уголка 110x8
Раскосы 2 уголка 75x6 2 уголка 80x8
Стойки 2 уголка 50x5 2 уголка 45x5
Сечение горизонтальной стыковой накладки 720x330x10 900x370x10
Фактически, по результатам испытаний образцов стали, отобранных из обрушившихся ферм (см. табл. 5), в горизонтальных стыковых накладках оказалась кипящая сталь Ст1кп, что не допускается нормами проектирования (табл. 50* СНиП 11-23-81*. Стальные конструкции).
На стадии производства строительно-монтажных работ. Сборка ферм из двух отправочных марок и монтаж металлоконструкций выполнялись ПМК-6 общестроительного треста № 15 в зимний период. В горизонтальных стыковых накладках и элементах нижних поясов ферм отсутствовали отверстия под монтажные болты, для точной выверки ферм при сборке.
При укрупнительной сборке ферм на строительной площадке, вероятно, использовались горизонтальные стыковые накладки незаводского изготовления (размеры накладок у всех ферм разные: длина от 770 до 900 мм, толщина от 10 до 12 мм) из кипящей стали (см. табл. 5), что, как отмечалось выше, категорически запрещено нормами проектирования стальных конструкций.
Изменен узел опирания ферм на опорные подушки. Опирание ферм по проекту предусматривалось на анкерных болтах через промежуточную опорную подкладку с овальными отверстиями 60*22 мм для компенсации температурных перемещений, с устройством графитовой смазки между подкладкой и закладной деталью опорной подушки. Фактически элементы опорных узлов ферм (опорное ребро или пластина) были частично приварены непосредственно к закладной детали опорных подушек. При этом опорные подушки имеют размеры меньше проектных (длина подушек 700 мм, по проекту должна быть 1020 мм). Отсутствует армирование кирпичной кладки под опорной подушкой, предусмотренное проектом.
При устройстве кровли утеплитель (керамзитовый гравий) заменен фиброцементными плитами и гранулированным доменным шлаком для создания уклона (см. табл. 4). Следует отметить, что фиброцементные плиты способны впитывать влагу. Толщина слоя гранулированного доменного шлака составила в среднем 200 мм, против 50 мм по скорректированному проектному решению. Фактический состав покрытия (рис. 5):
наплавляемый рулонный ковер по двум слоям рубероида на битумной мастике - 15 мм.
стяжка цементная - 15-20 мм (увлажнена).
шесть слоев рубероида на битумной мастике - 55 мм.
стяжка цементная - 20 мм (увлажнена).
шлак доменный гранулированный - 50 мм (увлажнен).
фиброцементная плита - 220-240 мм (увлажнена).
шлак доменный гранулированный - 150 мм (увлажнен).
битумная мастика по одному слою рубероида.
Рис. 5. Состав кровельного покрытия по результатам вскрытия кровли (2005 г.)
Фактическая нагрузка на фермы от покрытия в 1,65 раза превысила проектное значение (см. табл. 4).
Вытяжная шахта была выполнена со значительными отступлениями от проекта: отсутствовало утепление стен шахты; покрытие шахты сделано дощатым, вместо железобетонного; вентиляционная решетка установлена только в одном торце шахты у оси Г, вместо шести по проекту; не смонтирован поддон для сбора и отведения конденсата от вытяжной шахты и т.д. Моно-
литные железобетонные балки монолитного участка покрытия, в котором проектом предусматривался проем для вытяжной шахты, заменены металлическими балками из двутавров №40 и 20 (см. сечение 1-1 на рис. 1).
На стадии эксплуатации конструкций. Из-за возможных нарушений температурно-влажностного режима в межферменном пространстве при эксплуатации бассейна происходила конденсация влаги на поверхностях конструкций, что способствовало ускоренному развитию коррозионных процессов. Особенно интенсивно эти процессы шли в осях Г-Д, где была расположена непроектная вытяжная шахта. Восстановление антикоррозионной защиты металлоконструкций производилось без удаления продуктов коррозии.
Кроме поверхностной и щелевой коррозии металлоконструкций, разрушались продольные ребра сборных железобетонных плит покрытия. Обследование обрушившихся плит свидетельствует о потере защитных свойств бетона по отношению к рабочей арматуре, нарушении сцепления арматуры с бетоном и ее коррозионном повреждении на 5-10 % во многих плитах.
Вероятный сценарий развития событий. В процессе эксплуатации бассейна, несмотря на неоднократные ремонты кровли, в районе расположения вытяжной шахты происходило систематическое разрушение водоизоляционного ковра. Крайне неудачным оказалось решение по замене железобетонных балок монолитного участка на металлические балки для опирания вытяжной шахты. Главные балки опорной металлоконструкции высотой 400 мм, выступая за пределы утеплителя, вероятно, способствовали образованию «мостиков» холода и конденсата, что приводило к образованию наледи и разрывам водоизоляционного ковра в месте примыкания его к конструкции вытяжной шахты, особенно с торца шахты у оси Г, где была устроена только одна вентиляционная решетка (см. сечение 1-1 на рис. 1).
Далее атмосферная влага, возможно, смешиваясь с парами хлора из вытяжной шахты, просачивалась через кровельный «пирог», в составе которого был доменный шлак сложного химического состава. Влага, взаимодействуя с хлоридами и сульфатами доменного шлака, вероятно, превращалась в агрессивный раствор, который попадал на верхний пояс фермы по оси Г в районе монтажного стыка. Далее раствор попадал на центральную стойку и правый раскос и по ним стекал на самое слабое место фермы - монтажный стык нижнего пояса, вызывая сильную локальную коррозию фасонки и горизонтальной стыковой накладки. Линия коррозии (дорожка ржавчины) повторяет линию разрыва фасонки (рис. 6).
Развитию коррозии способствовало изготовление горизонтальной стыковой накладки из кипящей стали. Для кипящей стали характерна неоднородность химического состава, микроструктуры и механических свойств. Кроме того, кипящая сталь обладает малым сопротивлением хрупкому разрушению, склонностью к образованию крупнозернистой структуры, свароч-
ных и коррозионных трещин. Как отмечалось выше, применение кипящей стали для стыковых накладок, не допускается нормами проектирования стальных конструкций.
б
Рис. 6. Монтажный стык нижнего пояса фермы по оси Г: а - узел из технического отчета ООО «УралПромЭксперт», 2004 г.; б - узел после аварии, 2005 г.
«Последней каплей» для аварийной фермы стали снегопады, прошедшие накануне (высота снежного покрова на крыше бассейна в момент аварии составила по нашим замерам 150 мм).
Можно ли было предотвратить аварию? Такой шанс был у работников технических служб эксплуатирующей организации, проводивших регулярные осмотры здания бассейна перед запуском в эксплуатацию (бассейн в летний период не работал), а также у специализированной организации -ООО «УралПромЭксперт» (г. Пермь), которую руководство Чусовского металлургического завода пригласило для технического обследования здания бассейна «Дельфин».
Основным нормативным документом, в соответствии с которым проводятся обследования конструкций, является СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений». К сожалению, рассмотренный технический отчет фирмы «УралПромЭксперт» (2004 г.) выполнен с отступлениями от требований действующих нормативных документов, в частности СП 13-102-2003, и не в полном объеме. В частности, проверочные расчеты стальных ферм покрытия выполнены с грубыми ошибками:
1) не учтены фактические нагрузки от кровли, которые составили по результатам вскрытия в среднем 458 кг/м2, т.е. почти вдвое превысили скорректированные проектные постоянные нагрузки от кровли (231 кг/м2);
2) неправильно принята снеговая нагрузка на фермы на момент обследования - 320 кг/м2, вместо 400 кг/м2, требуемых по СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» для VI снегового района (г. Чусовой). Необходимо еще раз обратить внимание проектировщиков на изменения, внесенные в СНиП 2.01.07-85* с 01.07.2003 г., которые изменили районирование территории Пермской области по величине снеговой нагрузки. Расчетная снеговая нагрузка для г. Чусового увеличилась в 1,43 раза по сравнению с нагрузкой на момент проектирования бассейна;
3) ошибочно принято расчетное сопротивление для стали марки ВСт3сп - 36 МПа вместо 24 МПа;
4) не проверена несущая способность горизонтальной стыковой накладки в монтажном узле нижнего пояса фермы с учетом коррозии от фактических нагрузок.
Указанные выше ошибки в расчетах привели к неправильному выводу о том, что несущая способность ферм при существующих нагрузках обеспечена. В техническом отчете ООО «УралПромЭксперт» (шифр ТО-0083-2004) сделан вывод о работоспособном техническом состоянии стальных ферм. Техническое состояние ферм покрытия следовало оценить как аварийное.
Несмотря на произошедшие в последние годы аварии, никаких серьезных решений и мер системного характера для предотвращения подобных аварий на уровне государства до сих пор не принято. Система надзора за строительством и эксплуатацией зданий и сооружений с массовым пребыванием людей не отлажена.
Уроки этой аварии еще раз убедительно показали, что залог нормальной эксплуатации зданий и сооружений - строгое соблюдение всеми участниками строительного процесса строительных норм и правил, систематический контроль работниками технических служб собственников за состоянием строительных конструкций, выполнение правил проведения планово-предупредительных и капитальных ремонтов зданий и сооружений.
Получено 30.08.2010
