ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С МОДЕЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА

Научная статья УДК 69.059

ГРНТИ: 67 Строительство и архитектура; 30.19 Механика деформируемого твердого тела ВАК: 2.1.1. Строительные конструкции, здания и сооружения; 2.1.9. Строительная механика; 1.1.8. Механика деформируемого твёрдого тела doi:10.51608/26867818_2023_2_89

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ С МОДЕЛИРОВАНИЕМ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

© Авторы 2023 SPIN: 9629-5322 AuthorlD: 420903 ORCID 0000-0003-0209-7726

РИМШИН Владимир Иванович

член-корреспондент РААСН, Заслуженный строитель РФ, доктор технических наук, профессор

Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (НИИСФ РААСН);

Национальный исследовательский Московский государственный

строительный университет

(Россия, Москва, e-mail: v.rimshin@niisf.ru)

SPIN: 8080-8833 ТРУНТОВ Павел Сергеевич

AuthorlD: 1044399 аспирант

ORCID 0000-0002-7286-4073 Национальный исследовательский Московский государственный

строительный университет (Россия, Москва, e-mail: pavel_truntov@mail.ru)

Аннот ация. Статья посвящена анализу результатов технического обследования административного здания и выполнению инженерных расчетов с учетом выполненных работ по техническому обследованию. Рассматриваемые конструкции располагаются в административном 2-х этажном здании. Конструктивная схема здания - металлический каркас. Установлено фактическое состояние несущих конструкций здания. Для определения несущей способности фундаментной плиты и главной стальной балки были выполнены поверочные расчеты. Поверочные расчеты выполнялись с применением программных комплексов «ЛИРА-САПР 2017PR0» и SCAD Office с учетом действующих нормативно-технических документов. По результатам расчета фундаментной плиты установлено требуемое фоновое армирование, требуемое армирование в нижней зоне в местах установки несущих вертикальных конструкций, определен прогиб. В результате расчета главной стальной балки установлены прочность при действии поперечной силы, прочность при действии изгибающего момента, устойчивость плоской формы изгиба при действии момента, прочность по приведенным напряжениям при одновременном действии изгибающего момента и поперечной силы. По результатам выполненных расчетов с учетом действующих нагрузок и фактическим армированием фундаментной плиты, а также фактическом техническом состоянии, определенном по результатам технического обследования, сделаны выводы о работоспособности конструкций.

Ключевые слова:техническое обследование; расчеты строительных конструкций; строительные конструкции; поверочные расчеты; строительная механика; безопасность объектов строительства

Для цитирования: Римшин В.И., Трунтов П.С. Техническое обследование несущих конструкций с моделированием напряженно-деформированного состояния конструкций // Эксперт: теория и практика. 2023. № 2 (21). С. 89-94. doi:10.51608/26867818_2023_2_89.

Original article

TECHNICAL INSPECTION OF LOAD-BEARING STRUCTURES WITH MODELING OF THE STRESS-STRAIN STATE OF STRUCTURES

© The Author(s) 2023 RIMSHIN Vladimir Ivanovich

Corresponding Member of RAACS, Honored Builder of the Russian Federation, Dr. of Technical, Prof.

Research Institute of Building Physics of the Russian Academy of Architecture and Building Sciences;

National Research Moscow State University of Civil Engineering (Russia, Moscow, e-mail: v.rimshin@niisf.ru)

TRUNTOV Pavel Sergeevich

PhD Candidate

National Research Moscow State University of Civil Engineering (Russia, Moscow, e-mail: pavel_truntov@mail.ru)

Abstract. The article is devoted to the analysis of the technical survey results of the administrative building and the implementation of engineering calculations considering the work performed on the technical survey. The structures in question are located in an administrative 2-storey building. The structural scheme of the building is a metal frame. The actual condition of the building's load-bearing structures has been established. To determine the bearing capacity of the foundation plate and the main steel beam, verification calculations were performed. The verification calculations were performed using the software complexes "LIRA-CAD 2017PRO" and SCAD Office, taking into account the current regulatory and technical documents. Based on the results of the calculation of the foundation plate, the required background reinforcement was established, the required reinforcement in the lower zone in the places of installation of load-bearing vertical structures, the deflection was determined. As a result of the calculation of the main steel beam, the strength under the action of the transverse force, the strength under the action of the bending moment, the stability of the flat bending shape under the action of the moment, the strength under the reduced stresses under the simultaneous action of the bending moment and the transverse force were established. Based on the results of the calculations performed, taking into account the operating loads and the actual reinforcement of the foundation plate, as well as the actual technical condition determined by the results of the technical inspection, conclusions are made about the operability of the structures.

Keywords: technical inspection, calculations of building structures, building structures, verification calculations, construction mechanics

For citation: Rimshin V.I., Truntov P.S. Technical inspection of load-bearing structures with modeling of the stress-strain state of structures // Expert: theory and practice. 2023. № 2 (21). Pp. 89-94. (InRuss.). doi:10.51608/26867818_2023_2_89.

Введение

Целью настоящей работы является поверочный расчет ответственных строительных конструкций, а именно фундаментной плиты и главной стальной балки перекрытия, выполняемые после технического обследования здания. Рассматриваемые конструкции располагаются в административном 2-х этажном здании. Конструктивная схема здания - металлический каркас. Шаг несущих колонн 1-го этажа 7,2 м, на 2-м этаже 7,2 м. в продольном направлении и 21,6 м. в поперечном. Здание односекционное с размерами в плане 128x76 м, высота от уровня земли 12 м. Высоты этажей - 4,2-4,4 м, общая площадь здания - 9781,4 м2 [1-7].

Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой жестких дисков перекрытий, вертикальными несущими элементами (стальные колонны, связи, стены лестничной

клетки), стальными фермами кровли (связями по поясам ферм, прогонами).

По результатам технического обследования установлено, что фундамент здания - монолитная железобетонная плита толщиной 450 мм, выполняемая на естественном основании. Фоновое армирование плиты в верхней и нижней зонах выполнено стержнями 016 А500С. Проектный класс бетона В25. Под каждую колонну выполнена банкетка толщиной 100мм. Армирование банкетки выполнено арматурой 016 А500С. Дополнительно в зонах колонн выполнено дополнительное армирование в нижней зоне стержнями 022 А500С. Под фундаментной плитой предусмотрена бетонная подготовка толщиной 100 мм, проектный класс бетона В7,5. Внутри подготовки - гидроизоляция из 2-х слоев "Техноэласта". Сопряжение несущих железобетонных стен с фундаментной плитой запроектированы жёстким моно-

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 2 (21)

литном узлом. Для этого в фундаментной плите были предусмотрены соответствующие арматурные выпуски из арматуры 012 А500С. Дефектов и повреждений фундаментов (в т.ч. по косвенным признакам) не зафиксировано.

Несущие колонны здания выполнены из стального прокатного двутаврового профиля 35К1 по СТО АСЧМ 20-93. База колонны выполнена шарнирной и передает усилия на фундаментную плиту через основание базы. Закрепление колонны с фундаментом выполнено через фундаментные болты. Колонны первого этажа высотой 4,4 м, по верху колонн проходят главные балки перекрытия 1-го этажа. Колонны второго этажа высотой 4,7 м, выполнены по главным балкам перекрытия 1-го этажа. Узел сопряжения колонн 1-го и 2-го этажа является жёстким. Для установки стальных ферм покрытия, по верху колонн 2-го этажа выполнены надколонники. Надко-лонники выполнены из стального прокатного двутаврового профиля 35К1 по СТО АСЧМ 20-93. Сопряжение колонн 2-го этажа и надколонника происходит через шарнирное соединение. При визуальном освидетельствовании вертикальных несущих конструкций коррозии, плесени, грибков, повреждений и других дефектов не зафиксировано. Колонны окрашены, нарушения окрашенного слоя не зафиксировано. Согласно данных проектной документации расчетное сопротивление стали конструкции соответствует стали С345 №=320 Н/мм2).

Несущими конструкциями перекрытия являются горизонтальные стальные балки, выполненные по типу балочной «клетки». При визуальном освидетельствовании горизонтальных несущих конструкций коррозии, плесени, грибков, повреждений и других дефектов не зафиксировано. Балки окрашены, нарушения окрашенного слоя не зафиксировано. Также при визуальном освидетельствовании бетонных поверхностей горизонтальных несущих конструкций трещин, деформаций и других повреждений и дефектов не зафиксировано.

Методы

Поверочный расчет выполнялся на фактически действующие нагрузки с учетом планируемых нагрузок.

Конструкционные материалы, принятые в расчете, соответствуют проектной документации. Марка стали несущих конструкций - Сталь С345 №=320 МПа, Ru=460 МПа). Класс бетона монолитных железобетонных конструкций В25 №=17,0 МПа, Rм=1,05 МПа, Е,=30 000 МПа). Класс арматуры А500С №=435 МПа, Rsw=300 МПа) и А240 №=215 МПа, Rsw=170 МПа) [8-11].

Нагрузки на расчетную схему принимались согласно СП 20.13330.2016 «Свод правил. Нагрузки и воздействия», а также согласно исходным данным.

Нормативные и расчетные нагрузки представлены в таблице 1. При этом нагрузка от собственного веса конструкции вычисляются и учитываются при расчете в программном комплексе автоматически.

- Коэффициент надежности по ответственности 0,95;

- Степень огнестойкости нормальная;

- Район по ветровому давлению - 1 (23 кгс/м2) тип местности В;

- Снеговой район - III (180 кгс/м2).

Расчет основных несущих элементов каркаса здания выполнен на основе пространственной расчетной модели с использованием программных комплексов «ЛИРА-САПР 2017PRO» и SCAD Office [12-14].

Таблица 1. Нормативные и расчетные нагрузки

№ п/п Наименование нагрузки Нормативная нагрузка (кгс/м2) Коэффициент надежности по нагрузке Расчетная нагрузка (кгс/м2)

Нагрузки на 1 м2 перекрытия

1 Собственный вес профнастила Н-75-750-0,7 9,8 1,05 10,3

2 Собственный вес плиты перекрытия 1пприв.=150мм 375 1,1 412,5

3 Нагрузка от конструкции пола 90 1,3 117

4 Итого: 575 - 540

5 Полезная нагрузка 350 1,2 420

6 Всего: 925 - 960

Нагрузки на 1 м2 покрытия

1 Утеплитель «ROCKWOOL» РУФ БАТТС 1п=75мм 11,3 1,3 14,7

2 Собственный вес профнастила Н-75-750-0,7 9,8 1,05 10,3

3 Пароизоляция 1 1,3 1,3

4 Утеплитель «ROCKWOOL» РУФ БАТТС 1п=150мм 24 1,3 31,2

5 Утеплитель «ROCKWOOL» РУФ БАТТС 1п=30мм 4,8 1,3 6,3

6 Плиты АЦЭИД 1п=24мм 48 1,3 62,4

7 Гидростеклоизол ЭПП 4 1,3 5,2

8 Гидростеклоизол ЭКП 4 1,3 5,2

9 Итого: 107 - 137

10 Кратковременная снеговая нагрузка 128 1,4 180

11 Всего: 235 - 317

в) г)

Рис. 1. Результаты расчета фундаментной плиты

а) Требуемое фоновое армирование по осям Х и Y,, б) Требуемое нижнее армирование по оси Х; в) Требуемое нижнее армирование по оси Y; г) Перемещения по оси 1

Результаты и анализ

Расчет фундаментной плиты. По результатам расчета установлено, что требуемое фоновое армирование на 1 п.м. фундаментной плиты, с учетом дополнительных нагрузок составляет 2,52 см2. Требуемое армирование в нижней зоне в местах установки несущих вертикальных колонн составляет 20,5 см2. Прогиб фундаментной плиты - 5,41 мм. Результаты расчета приведены на рисунке 1.

Расчет главной стальной балки перекрытия. Поверочный расчет выполнялся с использованием программного комплекса SCAD Office. Главные балки выполнены из стального прокатного двутаврового профиля 45Б1 по СТО АСЧМ 20-93 (рис. 2). Главные балки уложены по стальным колоннам 1-го этажа вдоль цифровых осей. Главная балка работает по схеме неразрезной балки. Коэффициент надеж-

ности по ответственности и коэффициент условий работы принимались равными 1.

Рис. 2. Профиль главной двутавровой балки 45Б1 по СТО АСЧМ 20-93

Эпюры моментов и поперечных сил от действия нагрузок представлены на рисунке 3.

14.707 Т

15.546 Гм

Рис. 3. Эпюры моментов и поперечных сил от действующих нагрузок

fl

ЭКСПЕРТ:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

2023. № 2 (21)

По результатам расчета установлено, прочность при действии поперечной силы, прочность при действии изгибающего момента, устойчивость плоской формы изгиба при действии момента, прочность по приведенным напряжениям при одновременном действии изгибающего момента и поперечной силы, а также прогиб балки не превышают предельно допустимые значения [15-16]. Результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты расчета главной стальной балки

перекрытия

Проверка Коэффициент использования

Прочность при действии поперечной силы 0,327

Прочность при действии изгибающего момента 0,443

Устойчивость плоской формы изгиба при действии момента 0,443

Прочность по приведенным напряжениям при одновременном действии изгибаю-щегомомента и поперечной силы 0,427

Максимальный прогиб 10 мм 0,35

Заключение

По результатам технического обследования и выполненных поверочных расчетов сделаны следующие выводы:

Требуемое фоновое армирование на 1 п.м фундаментной плиты составляет 2,52 см2. Фактическое фоновое армирование фундаментной плиты составляет 10,05 см2 на 1 п.м, что соответствует арматуре 016 А500С с шагом 200 мм. Коэффициент использования по армированию составляет К=0,25.

Требуемое армирование на 1п.м фундаментной плиты в нижней зоне в местах установки несущих вертикальных колонн составляет 20,5 см2. Фактическое выполненное армирование в зоне установке колонн составляет 29,5 см2 на 1 п.м, что соответствует арматуре 016 А500С с шагом 200 мм. и арматуре 022 А500С с шагом 200 мм. Коэффициент использования по армированию составляет К=0,69.

Прогиб фундаментной плиты (5,4мм) здания не превышает предельно допустимого значения (1_/250=7200/250=28,8 м), в соответствии с СП 20.13330.2016. Коэффициент использования составляет К=0,19.

Несущая способность главных стальных балок обеспечена.

По результатам выполненных расчетов с учетом действующих нагрузок и фактическим армированием фундаментной плиты можно сделать вывод, что конструкции находятся в работоспособном состоянии и выдержат предполагаемую нагрузку с сохранением всех эксплуатационных характеристик рассматриваемого здания.

Библиографический список

1. Патент № 2563858 C1 Российская Федерация, МПК E04B 2/84. Способ возведения монолитных стен в несъёмной опалубке : № 2014121030/03 : заявл. 23.05.2014 : опубл. 20.09.2015 / С. М. Анпилов, М. С. Анпилов, Н. Г. Барцева [и др.]. - EDN ZFKOUX.

2. Развитие теории деградации бетонного композита / В. И. Римшин, А. А. Варламов, В. Л. Курбатов, С. М. Анпилов // Строительные материалы. - 2019. - № 6.

- С. 12-17. - DOI 10.31659/0585-430X-2019-771-6-12-17. -EDN AWEKIX.

3. Патент на полезную модель № 147740 U1 Российская Федерация, МПК E04G 9/00. Несъёмная стеновая опалубка : № 2014128124/03 : заявл. 08.07.2014 : опубл. 20.11.2014 / С. М. Анпилов, В. А. Ерышев, М. М. Гайнуллин [и др.]. - EDN VHRRBD.

4. Патент на полезную модель № 147452 U1 Российская Федерация, МПК E04C 1/00. Сборный строительный элемент: № 2014127996/03 : заявл. 08.07.2014: опубл. 10.11.2014 / С. М. Анпилов, В. А. Ерышев, М. М. Гайнуллин [и др.]. - EDN FVXNNX.

5. Бондаренко, В. М. Усиление железобетонных конструкций при коррозионных повреждениях : учебное пособие / В. М. Бондаренко, В. И. Римшин ; В. М. Бондаренко, В. И. Римшин. - Москва : Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства, 2009. - 87 с. - ISBN 978-5-98523-083-3. -EDN TSRUZZ.

6. Варламов, А. А. Модели поведения бетона. Общая теория деградации: для студентов инженерно-строительных факультетов, получающих образование по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» / А. А. Варламов, В. И. Римшин. - Москва: Общество с ограниченной ответственностью «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 2019. - 436 с. - (Научная мысль). - ISBN 978-5-16-014615-7. - DOI 10.12737/monography_ 5c8a716e3c4460.52838016. - EDN JMPWEC.

7. Ларионов, Е. А. Энергетический метод оценки устойчивости сжатых железобетонных элементов / Е. А. Ларионов, В. И. Римшин, Н. Т. Василькова // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2012.

- № 2. - С. 77-81. - EDN OUWXYB.

8. Римшин, В. И. Научно-техническая экспертиза конструкций для переоборудования открытых террас в помещениях многофункционального комплекса / В. И. Римшин, П. С. Трунтов, Е. С. Кецко // Жилищное строительство. - 2021. - № 7. - С. 37-41. - DOI 10.31659/0044-4472-2021-7-37-41. - EDN PZGUGE.

9. Reinforced Concrete Vertical Structures Under a Gently Sloping Shell of Double Curvature Under the Influence of Progressive Collapse / M. Lukin, V. Martynov, V. Rimshin, I. Aleksiievets // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022. - Vol. 182. - P.577-587. - DOI 10.1007/978-3-030-85236-8_50. -EDN KHGIGK.

10. Calculating the Strengthening of Construction Structures Before the Reconstruction of the Building / A. N. Neverov, E. S. Ketsko, P. S. Truntov, V. I. Rimshin // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022. - Vol. 182. - P. 173-179. -DOI 10.1007/978-3-030-85236-8_14. - EDN GHCLDA.

11. Kuzina, E. The Reliability of Building Structures Against Power and Environmental Degradation Effects / E. Kuzina, V. Rimshin, V. Kurbatov // IOP Conference Series: Ma-

terials Science and Engineering: electronic edition, Vladivostok, 02-04 октября 2018 года. - Vladivostok: Institute of Physics Publishing, 2018. - P. 042009. - DOI 10.1088/1757-899X/463/4/042009. - EDN WUBLMV.

12. Римшин, В. И. Комплексный подход к выполнению акустических расчетов при техническом обследовании аварийного жилого фонда / В. И. Римшин, П. С. Трунтов, Е. С. Кецко // Строительные материалы. -2021. - № 6. - С. 21-24. - DOI 10.31659/0585-430X-2021-792-6-21-24. - EDN CWEQGY.

13. Engineering Calculations of Acidifier Retaining Walls During Water Treatment Facilities Designing / V. I. Rim-shin, P. S. Truntov, I. S. Kuzina [et al.] // Lecture Notes in Civil Engineering. - 2022. - Vol. 182. - P. 55-73. - DOI 10.1007/978-3-030-85236-8_5. - EDN YFEXGC.

14. Ларионов Е.А. Энергетический метод оценки устойчивости сжатых железобетонных элементов / Ларионов Е.А., Римшин В.И., Василькова Н.Т. // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2012. № 2. С. 77-81.

15. Telichenko V. Mathematical modeling of groundwaters pressure distribution in the underground structures by cylindrical form zone / Telichenko V., Rimshin V., Eremeev V., Kurbatov V. // В сборнике: MATEC Web of Conferences. -2018. - С. 02025.

16. Римшин, В. И. Теоретические основы расчета сцепления стеклобазальтопластиковой арматуры с бетоном / В. И. Римшин, Ю. О. Кустикова // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. - 2009. - № 2-22. -С. 29-33. - EDN KZJRHB.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 09.02.2023; одобрена после рецензирования 30.03.2023; принята к публикации 15.05.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 09.02.2023; approved after reviewing 30.03.2023; accepted for publication 15.05.2023.