CC BY
23
УДК 624.І5 05.23.02
ХО ЧАНТХА, аспирант, hochantha@mail. ru
ЗОТОВА ЕКАТЕРИНА ВАЛЕРЬЕВНА, аспирант, egitica@yandex. ru
АКОПЯН ВЛАДИМИР ФЕЛИКСОВИЧ, аспирант, akop@newmail. ru
ГУСАРЕНКО СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ, аспирант, ser-gusarenko@yandex. ru
Ростовский государственный строительный университет,
344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162
ЧИСЛЕННАЯ ОЦЕНКА НДС КОНСТРУКЦИЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗДАНИЯ
В статье рассматривается задача проведения мониторинга системы основание - сооружение для оценки текущего технического состояния конструкций. Показана актуальность вопроса и уровень его изученности в РФ. На примере 16-этажного монолитного железобетонного жилого дома показаны возможности разрабатываемой на кафедре ИГОФ РГСУ методики.
Ключевые слова: мониторинг строительных конструкций; техническое состояние конструкций; повышенный уровень ответственности; геодезические наблюдения, отклонение от проектного положения, эксплуатационная безопасность.
HO, CHANTHA, P.G., hochantha@mail. ru
ZOTOVA, EKATERINA VALERJEVNA, P.G., egitica@yandex. ru
AKOPYAN, VLADIMIR FELIKSOVICH, P.G., akop@newmail. ru
GUSARENKO, SERGEY PAVLOVICH, P.G.,
ser-gusarenko@yandex. ru
Rostov State University of Civil Engineering,
162 Sotsialisticheskaya st., Rostov-on-Don, 344022, Russia
ESTIMATION OF TENSE-DEFORMATION STATE OF CONSTRUCTION USING THE RESULTS OF GEODETIC OBSERVING DEFORMATIONS OF BUILDINGS
The article considers the problem of monitoring of the system «foundation of the building» for estimation of current technical state of structures. The urgency of the issue and its level of study in the Russian Federation are stressed. The possibility of techniques being worked out at the Department of IGOF RSSU has been shown on the example of a 16-storey monolithic reinforced concrete apartment building.
Keywords: monitoring of building structures; technical-state of structures; the increased level of responsibility; geodetic observation; deviation from the design; operational safety.
© Ч. Хо, Е.В. Зотова, В.Ф. Акопян, С.П. Гусаренко, 20І2
Произошедшие за последние годы аварии на современных объектах, повлекшие за собой многочисленные человеческие жертвы, привлекли к этой проблеме внимание профильных федеральных и региональных ведомств, например МЧС РФ. Анализ результатов работы комиссий, расследовавших причины аварий, как правило, свидетельствует о наложении многих факторов, каждый из которых в отдельности не мог стать причиной аварии. Эта особенность повлекла разработку на различных уровнях большого количества пересекающихся нормативных документов, посвященных техническому мониторингу зданий и сооружений. В нормативную литературу были введены новые понятия и требования. Например, выполнение расчетов с учетом истории возведения здания или расчет с учетом прогрессирующего разрушения. Однако качество выполнения большинства новых нормативных положений сегодня зависит от опыта и квалификации пользователя. Кроме того, все они ориентированы на мониторинг объектов повышенного уровня ответственности с феноменологическим подходом для каждого из них.
Контроль деформаций проблемного сооружения является предметом мониторинга его технического состояния, который традиционно осуществляется с помощью геодезической аппаратуры путем повторных измерений развития вертикальных осадок в уровне основания. Измерения пространственных перемещений, которые более полно могут отразить картину изменения напряженно-деформированного состояния объекта, сопряжены с техническими трудностями и ограниченными возможностями координатной съемки в условиях плотной городской застройки.
В предлагаемой методике сочетаются три основных аспекта мониторинга. Независимо друг от друга выполняются измерения осадки фундамента и кренов верхнего строения. Затем выполняется моделирование работы сооружения на актуальные воздействия, включая неравномерную осадку фундамента. Данные по осадке получены из геодезических наблюдений. Предметом анализа является совпадение наблюдаемых кренов сечений здания и расчетных. Отклонение фактических кренов от расчетных является индикатором того, что расчетная модель не соответствует реальным условиям работы сооружения. Например, ряд конструктивных элементов могут иметь скрытые повреждения и дефекты.
В настоящее время по данной технологии проводится мониторинг здания жилого 16-этажного монолитного дома по пр. Коммунистическому 30/1 в г. Ростове-на-Дону. Мониторинг за пространственной геометрией здания был организован и проводится на основе визуального освидетельствования технического состояния строительных конструкций и выполнения нивелирования перекрытия цоколя.
16-этажный монолитный железобетонный жилой дом с подвалом и техническим этажом, представленный на рис. 1, построен в 1981 г. По конструктивной схеме здание выполнено с продольными и поперечными несущими стенами.
Для определения фактических размеров конструкций здания проведены обмерные и геодезические работы. Геодезические измерения пространственной геометрии здания проводились работниками кафедры прикладной геоде-
зии РГСУ и сведены в отдельном отчете [3]. По данным отчета о геометрическом положении здания в пространстве, общий крен составляет около 600 мм, что превышает допустимый более чем в 2 раза [1, 2].
Рис. 1. Крены 16-этажного монолитного железобетонного жилого дома
Работниками ООО НПФ «СтройПЭН» проведены обмерные работы, в результате которых:
- определены размеры и положение основных несущих конструкций цокольно-подвальной части и 1-го этажа;
- восстановлен план подвала;
- получены данные для разработки графической и конструктивной части проекта.
Основными причинами возникновения сверхнормативных кренов явились:
- ошибки в выборе типа фундамента (здание было построено на просадоч-ных грунтах II типа по просадочности с применением плитного фундамента);
- нарушение условий эксплуатации (рис. 2).
Работы по определению деформационных геометрических параметров строительных конструкций здания были выполнены путем реализации технологии электронно-блочной тахеометрии с использованием электронного тахеометра 8й3030К, имеющего функцию измерения расстояний без отражателя.
б
Рис. 2. Нарушение условий эксплуатаций:
а - отсутствие отмостки; б - затопление подвала
С точек стояния прибора выполнено координирование исследуемых точек, расположенных на фасадах здания. При этом контролируемые точки располагали на четырех горизонтах здания. Выполнив обработку полевых результатов, получили горизонтальные крены здания.
По данным результатов геодезического мониторинга 16-этажного монолитного здания были зафиксированы осадки конструкции, представленные на рис. 3, где максимальное значение равно 422 мм, минимальное - 40 мм [4].
О -40 -45 -55
б
Рис. 3. Деформации здания:
а - относительные отметки цоколя и его деформационная поверхность; б - схема расположения контролируемых сечений
Общий крен здания в абсолютной мере составляет 602 мм, в относительной - 0,012 (допустимое значение относительного крена согласно СНиП равно 0,005), то есть крен здания превосходит допустимый в 2,4 раза.
Расчетная модель - пространственная пластинчато-стержневая система. Жесткость здания обеспечивается за счет совместной работы дисков перекры-
тий с монолитными железобетонными диафрагмами. Наружные ограждающие конструкции - самонесущие, с поэтажным опиранием на перекрытия со следующими параметрами: количество узлов - 71 263, количество элементов -86 544, размер сетки пластинчатых КЭ - около 0,5х0,5 м (рис. 4).
Рис. 4. Аксонометрический вид МКЭ-модели здания в программном комплексе «Лира»
Для определения текущего состояния конструкции была использована разработанная на стадии расчета конструкции математическая модель, в которую были введены фактические значения осадок фундамента.
На стадии проектирования здания крен был существенно мал. По данным расчета, перемещения составляют по оси X = -4,6 мм и по оси Y = 5,96 мм. На рис. 5. показаны значения перемещений несущих конструкций по горизонталям.
По результатам расчета, с учетом указанных факторов, крены здания i = 0,0001 не превышают предельно допустимых значений СНиП i = 0,005.
Анализ результатов геодезического мониторинга представлен на графике (рис. 6), где отражен сравнительный анализ по данным значениям геодезических наблюдений и полученных расчетных значений.
Результаты выполненных работ по определению и анализу пространственной геометрии здания позволяют констатировать следующее:
1. Общий крен здания в абсолютных величинах, определенных с помощью геодезического мониторинга, составляет 602 мм, а крен, определенный с помощью численного эксперимента, равен 590 мм.
2. Анализ формы деформационной поверхности, совпадающей с перекрытием цоколя, показывает, что уклон по диагонали от максимальной условной отметки (сечение 12) до минимальной (сечение 1) в относительном значении равен 0,012, что соответствует относительному общему крену как по величине, так и по направлению. Кроме того, неравномерность распределения уклонов по данному диагональному направлению, которое соответствует поверхности, совпадающей с перекрытием цоколя, имеет выпуклую форму. Перераспределение напряжений в конструкциях здания при осадках имеет общую тенденцию. Она заключается в том, что дополнительные напряжения возрастают в стенах от верхних этажей к нижним.
Рис. 5. Крены здания:
а - перемещение по оси X; б - перемещение по оси У
В целом проведенный анализ конструкций при данных осадках позволил:
- определить несущие элементы, находящиеся в опасном состоянии;
- сделать прогноз аварийности здания;
- определить усилия во всех несущих элементах здания для последующего проектирования с учетом развития осадки.
Учитывая незначительное (менее 10 %) расхождение расчетных и фактических перемещений по осям X, У, а также сходимость общей картины деформаций и наблюдаемой картины напряжений, можно говорить о возможности применения полученной расчетной модели системы основание - сооружение для дальнейшего мониторинга. Полученное значение НДС отражает текущее состояние элементов системы и может служить основой для разработки проекта усиления перенапряженных конструкций. Для подтверждения достоверности полученных данных необходимо продолжать наблюдения за системой и по мере накопления фактических материалов выполнять проверку получаемых выводов «от заднего числа».
Сечение 1 по оси Х
-600 -400 -200 0
Сечение 5 по оси У
-2 52 Ъ -262
-196 ’ 1 -19В
-1 60 № -156
-103 1 ► -101
58^-61 5 1 V
-400 -300 -200 -100
-400 -300 -200 -100
Рис. 6. Графики значений перемещений по осям Х и У; по горизонтали, мм, по вертикали, м, по данным геодезического мониторинга:
Изложенный выше подход стал основой разрабатываемой на кафедре ИГОФ методики оценки технического состояния конструкций и оснований зданий и сооружений нормального уровня ответственности. Моделирование численными методами текущего состояния с использованием данных геодезического мониторинга осадок позволяет определить НДС системы основание - сооружение, а сходимость фактических и расчетных кренов позволяет говорить о достоверности полученных данных.
Библиографический список
1. СП 50-101-2004. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. - Введ. 2004-03-09. -М. : Госстрой России, 2005. - 137 с.
2. СНиП 2.02.01-83*.Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений. - Введ. 1985-12-09. - М. : Стройиздат, 1995. - 62 с.
3. Отчет по договору № 22/08 от 22 ноября 2008 г. «Выполнение инженерно-геодезических обследований по определению пространственных геометрических параметров здания (расположенного по адресу: г. Ростов-на-Дону, пр. Коммунистический, 34/1)» / ООО НПФ «Инженерная геодезия», 2008.
4. Геодезический мониторинг и МКЭ-анализ напряженно-деформированного состояния зданий и сооружений в условиях плотной городской застройки [Электронный ресурс] / А.В. Коргин, М.А. Коргина, Д.А. Поляков [и др.] // Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений». - Условия доступа : http://www.pamag.ru
