Учет влияния факторов, вызывающих критические дефекты, аварии и прогрессирующее обрушение

Сведения, содержащиеся в данной главе, могут оказаться полезными для авторов проектов, в том числе и при осуществлении авторского надзора.

Современные многоэтажные каркасные здания являются конструк­тивными системами, состоящими из большого количества элементов и уз­лов их сопряжений, на которые может воздействовать множество внешних и внутренних факторов.

Анализу аварий и предшествующих им критическим дефектам посвя­щено значительное количество публикаций.

Многолетний опыт изучения аварий показывает, что, как правило, причиной является несколько дефектов или нарушений, каждое из которых в отдельности в большинстве случаев не вызвало бы аварии, поэтому при анализе приходится выявлять наиболее грубые нарушения и серьезные де­фекты.

Большинство аварий происходит в зимне-весенний период, и неблаго­приятные погодные условия часто являются непосредственной причиной аварии.

От 40 до 50% аварий происходит на производственных зданиях, пре­имущественно одноэтажных.

Аварии на многоэтажных зданиях с железобетонным каркасом состав­ляют от 10 до 20% общего количества аварий.

Характерно, что причиной аварий, происходящих при различных кон­структивных решениях, являются одни и те же факторы. Причем большин­ство их происходит на стадии монтажа либо по причинам, возникшим в стадии монтажа. Это лишний раз подтверждает, что в период проектирова­ния недостаточно учитываются расчетные схемы конструктивных систем, характеристики материалов, нагрузки и возможные перегрузки, а также другие факторы, возникающие в доэксплуатационной стадии работы конст­рукций.

Значительное количество аварий вызвано отсутствием рекомендаций или грубыми нарушениями правил эксплуатации, особенно для зданий с возможным массовым скоплением людей.

В качестве примеров в табл. ниже приведено несколько зафиксирован­ных аварий, а на рис. ниже - часто встречающиеся разрушения сопряжений.

В сборных железобетонных каркасных зданиях наибольшее количест­во обрушений на стадии монтажа связано с плохим качеством монтажа, несоблюдением требований СНиП, Сводов правил, проекта организации работ и рабочих чертежей зданий.

Эти факторы являются причиной приблизительно 60% аварий.

Примеры аварий

№ п/п	Характеристика объ­екта, описание аварии	Основные причины ава­рий и ошибки при мон­таже	Примечания
1	2	3	4
1	Здание со сборным ж/б каркасом, жесткие узлы в двух направлениях. Сетка колонн 9x9 м. Разрезка одноэтажная. Стык платформенный. Был смонтирован каркас четырех этажей. Обру­шились перекрытия 1 -го и 2-го этажей - 2 ригеля и 9 плит. Был разрушен узел опирания ригеля перекрытия 2-го этажа на колонну. Бетон ко­лонны был смят и сре­зан, ригель соскользнул с колонны вместе с пли­тами и обрушил пере­крытие над 1-м этажом	Недостаточная площадь опирания ригеля (принятая в проекте по проекту - 100 мм, фактически - 60 мм). Отсутствовала одна сетка в торце колонны. Была занижена толщина пла­стин в торце колонны. Отклонение колонн по вертикали на монтаже превышало допустимое. Не были при проектирова­нии учтены температур­ные деформации (темпера­тура резко понизилась)	Целесообразно уточ­нить метод учета дополнительных напряжений в узлах каркаса от темпера­турных деформаций
2	Корпус завода - 2- этажное здание, каркас по серии 1.020, сетка колонн 6x6 м. Ригель покрытия плохо прикрепленный к колон­не, после укладки на него плит повернулся, плиты упали и обрушили пере­крытие над 1-м этажом	Недостаточное закрепле­ние ригеля	При односторонней нагрузке в стадии монтажа ригель мо­жет испытывать уси­лия кручения, превы­шающие кручение в стадии эксплуатации. Этот вопрос нуждает­ся в дополнительной проработке
3	4-этажная часть со сбор­ным ж/б каркасом по серии ИИС-60, сетка колонн 6x6 м. Часть ригелей монолитная. Скорость ветра достига­ла 23 м/сек. При силь­ном порыве из-за раска­чивания каркаса была сорвана с полки ригеля плита, что вызвало при падении разрушение каркаса в осях 3-5	Плиты перекрытия были или совсем не приварены, или только прихвачены к ригелям. Не были выполнены мо­нолитные участки пере­крытия, а временные связи не поставлены	Следует допол­нительно изучить прочность ж/б конст­рукций и конструк­тивных систем при ударных воз­действиях
4	4-этажный сборный железобетонный каркас с сеткой колонн 6x6 м по серии 1.020. Обрушился ригель 3-го этажа и опиравшиеся на него плиты, что вызвало обрушение перекрытий 2-го и 1-го этажей.	Смещение ригеля было вызвано случайно заце­пившимся крюком крана. Ригель не был приварен к консолям колонн	Целесообразно уточ­нить минимално необходимый обяза­тельный объем свар­ки при монтаже
5	6-этажный корпус со сборным ж/б каркасом по серии 1.020. Падение кирпичной перегородки на 5-м этаже вызвало динами­ческий удар, разрушив­ший стык колонн 2-го этажа и разрушение на площади 18x12 м	Арматурные выпуски стыков колонн вместо ванной сварки были со­единены накладками, в которых из-за несоосности возникли напряжения, превышающие допусти­мые	Следует пересмот­реть требования к несоосности и учесть в проекте возмож­ность отклонения стержней до 0,5 d

Следующей по количеству аварий причиной являются недоработки и ошибки проектировщиков - 20%, к которым могут быть отнесены как де­фекты в конструкциях узлов сопряжений, так и в проектах зданий и органи­зации работ.

Схемы разрушения при аварии сопряжений

Приблизительно 20% аварий вызваны заводскими дефектами, которые не были выявлены заводским контролем или входящим контролем на стройплощадке. Сюда же относятся дефекты, полученные или усиленные при транспортировке.

Проведенный анализ позволил выявить непосредственные причины рассмотренных аварий:

1. Неучет отличия расчетных схем конструктивных систем в стадии монтажа от принимаемых для стадии эксплуатации.

Кроме незамоноличенных узлов сопряжений (их обычно учитывают) отсутствует жесткий диск перекрытия, позволяющий перераспределять уси­лия. При порывах ветра происходят колебания отдельных конструкций, например, колонн и ригелей с плитами в начале нового монтажного яруса. Происходит также кручение ригелей с односторонним нагружением от плит, передающих кроме нагрузки от собственного веса еще монтажную нагрузку.

2. Частое нарушение требований о необходимости сразу после уста­новки закреплять сборные железобетонные элементы. Они могут упасть из-за случайного зацепления краном, удара другой конструкцией при монтаже и др. Следует в проектах давать четкие указания о способах кре­пления (постоянного или временного), которое должно быть способным воспринимать возникающие нагрузки. Предусмотренное проектом произ­водства работ временное или постоянное закрепление должно произво­диться немедленно.

3. Недостаточный учет при проектировании возможных отклонений при изготовлении и монтаже конструкций. Как минимум необходимо учи­тывать отклонения в пределах допусков, хотя фактические отклонения час­то превышают допустимые.

4. Значительные местные перегрузки конструкций временными на­грузками - поддоны с кирпичом, штабели досок, емкости с раствором или бетоном и др. В результате на отдельных участках поперечная сила может превысить несущую способность элемента по наклонному сечению, что особенно опасно для участков без поперечной арматуры, учитывая возмож­ность пониженной прочности бетона.

5. Образование наклонных трещин при транспортировке в местах, где их нет по расчету в эксплуатационной стадии.

6. Возможность возникновения ударных нагрузок при падении. Нельзя признать нормальной ситуацию, когда сорвавшийся с небольшой высоты ригель, плита или лестничный марш приводит к обрушению всего каркаса на участке падения. Конструкции узловых сопряжений и самих элементов должны выдерживать эту нагрузку.

Более сложным оказался процесс выявления и анализа повреждений.

В большинстве случаев не удается точно установить период появления повреждений. К тому же они могут развиваться под поочередным влиянием факторов, действующих в различные периоды.

Таким образом, только комплексный подход, учитывающий специфику работы конструкций при эксплуатации, изготовлении транспортировке и монтаже, а также суммарная оценка влияния дефектов позволяют повысить надежность работы конструкций и конструктивных систем и получить зна­чительный экономический эффект.

Для анализа дефектов был использован опыт проведения выборочных проверок качества выполнения строительно-монтажных работ Госстройин- спекцией и ведомствами.

Конструкции с выявленными дефектами подразделяются на четыре группы (СП 13-102-2003): работоспособные, дефекты в которых не влияют существен­но на эксплуатационные характеристики, а устранение их может быть экономи­чески нецелесообразным; ограниченно работоспособные, дефекты в которых несколько снижают несущую способность, но функционирование конструкций возможно при регулярном контроле; недопустимое состояние, дефекты в кото­ром делают опасным пребывание людей и не обеспечивается сохранность обо­рудования; аварийные, при наличии которых использование конструкций в ра­нее предусмотренном диапазоне невозможно или недопустимо.

По экспертной оценке, доля объектов с аварийными или недопусти­мыми дефектами и ограниченно работоспособными конструкциями состав­ляет соответственно приблизительно 20 и 80% от общего числа проверен­ных объектов соответствующего назначения.

Причем эти данные были получены на базе проверки около 2500 объектов.

Такое положение с качеством строительства сложилось в результате низкого уровня организации работы строительного комплекса на всех его стадиях, из-за недостаточного воздействия экономического и правового механизма влияния на уровень качества строительной продукции, а также из-за снижения профессионального уровня работников строительства.

Из-за отсутствия необходимой требовательности со стороны заказчи­ков и проектировщиков, непрекращающейся погони только за валовыми показателями изготовители и монтажники получили возможность работать без достаточного учета требований к качеству строительных конструкций и конструктивных систем.

Часто не соблюдаются требования проектов, не выполняются отдельные операции и даже целые технологические процессы, в частности входной, операционный и приемочный контроль качества применяемых конструкций, материалов изделий и выполняемых строительно-монтажных работ.

В период эксплуатации причинами аварий чаще всего являются выше­перечисленные факторы.

Они усугубляются крайне низкой организацией контроля состояния конструкций, кровли и особенно инженерных сетей.

После серьезных аварий, в том числе с человеческими жертвами, ряд регионов ввел обязательное составление на стадии проектирования инст­рукции по эксплуатации больших зданий и сооружений общественного значения: торговых центров, спортивных и зрелищных сооружений и т.п. Для эксплуатируемых зданий владельцы должны заказать специально ото­бранным организациям разработку аналогичных инструкций.