На четвёртом этапе обследования после анализа всей информации, полученной на предыдущих этапах, производят инженерные поверочные расчеты (перерасчеты) конструкций на действительные нагрузки и воздействия, с учетом действительных их геометрических параметров, схем опирания и расчетных схем, фактической прочности стали.
Поверочные расчёты металлических конструкций
Расчёты выполняют с целью выявления:
- возможности дальнейшей эксплуатации конструкций без ограничений;
- возможности ограниченной эксплуатации конструкций до плановых ремонтно-восстановительных работ;
- необходимости немедленного прекращения эксплуатации для ликвидации аварийной ситуации.
Если выявленные при обследовании отклонения действительного состояния конструкций являются допустимыми, то поверочный расчёт производится по СНиП 3.03.01-87 без каких-либо поправок.
Если отклонения являются недопустимыми, то поверочный расчёт производится также по СНиП 3.03.01-87, но с поправками, учитывающими вид отклонения.
При наличии дефектов и повреждений (вырез, прожог, истирание и др.), уменьшающих рабочую площадь сечения, вводимые в расчёт геометрические характеристики определяют по ослабленному сечению.
Расчёт по прочности растянутых элементов с ослабленным сечением производят по формуле
N / ( A) * Rуc ,
где N — усилие в элементе;
Rу — расчётное сопротивление стали по пределу текучести;
c — коэффициент условий работы;
? = Аn / A — коэффициент ослабления (Аn — площадь сечения нетто в месте ослабления; А – площадь сечения брутто).
Коэффициент c при 0,75 < 0,85 принимают равным 1,18; при 0.85 расчёт производится без учёта ослабления, т.е. c = 1 / 2 .
Для сталей с Ru/ Rу < 1,39 , где Ru – расчётное сопротивление стали по временному сопротивлению, коэффициент c не должен превышать 0,845 Ru/ Rу .
При равномерном коррозионном повреждении элементов в пределах обследуемого участка здания или сооружения расчётную площадь поперечного сечения допускается определять по формуле
A e f = (1 – k s * ) A ,
где А – площадь поперечного сечения без учёта коррозионного повреждения;
ks – коэффициент слитности сечения, равный отношению периметра, контактирующего со средой, к площади поперечного сечения, 1/мм;
приближённо он равен: для уголков – 2 / t , для замкнутых профилей – 1 / t , для швеллеров и двутавров – 4( t + d ) , здесь t и d — толщины полки и стенки;
* — величина проникновения коррозии, принимаемая равной: — при односторонней коррозии для замкнутых профилей; /2 — при двусторонней коррозии открытых профилей – двутавров, швеллеров, уголков и т.п., здесь — утоньшение элемента, равное разнице между начальной и фактической толщинами элемента.
Расчётный момент сопротивления при проверке прочности изгибаемых элементов допускается определять по формуле
W ef = (1 — * k ) W ,
где W — момент сопротивления сечения без коррозионного повреждения;
k — табличный коэффициент, характеризующий изменение момента сопротивления вследствие коррозионного износа; диапазон значений x , например, у швеллеров – от 0,185 у № 36 до 0,287 у № 12, y — от 0,169 до 0,274 , соответственно.
Разработаны методики расчёта несущей способности и устойчивости сплошностенчатых и сквозных сжатых стержней с учётом влияние искривлений в плоскости симметрии и пространственных искривлений, а также дефектов и повреждений.
Поверочные расчёты железобетонных конструкций
Поверочные расчёты, как правило, проводятся по предельным состояниям обеих групп. Но если новые нагрузки превышают действующие при эксплуатации не более чем на 15 %, деформации конструкций и ширина раскрытия трещин по результатам обследования меньше предельно допустимых, то расчёт по предельным состояниям второй группы можно не производить.
При реконструкции зданий и сооружений часто оценивается состояние конструкций, запроектированных по ранее действующим нормам и техническим условиям. Несмотря на это, поверочные расчёты должны производиться по СНиП 52-01-2003, СП 52-101-2003 и СП 52-102-2004.
При расчёте должны быть проверены сечения конструкций с дефектами и повреждениями, а также сечения, в которых при обследовании выявлены зоны бетона, прочность которых меньше средней на 20 % и более.
Расчётные характеристики бетона принимают по СП 52-101-2003 или СП 52-102-2004 в зависимости от условного класса бетона по прочности на сжатие.
Если расчёт проводится на основании проектных данных конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормативным документам, то класс бетона B (в МПа) определяют по формуле
B = 0.08R ,
где R — марка бетона на сжатие (в кгс/см2);
— поправочный (масштабный) коэффициент, равный 1,0 для конструкций, запроектированных по СНиП II-21-75 и 1,05 для конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормам, так как по СНиП II-21-75 прочность на сжатие определялась на кубах с ребром 15 см (как и по СНиП 2.03.01-84* и ныне действующим нормам), а по ранее действовавшим – на кубах с ребром 20см.
При определении прочности бетона любым из методов, описанных в п. 1.10, для получения класса бетона на сжатие среднюю прочность бетона группы конструкций, конструкции или отдельной её зоны (в МПа) умножают на 0,8 (точнее – на 0,7786) и округляют в меньшую сторону до ближайшего класса по СНиП (градация: от В10 до В60 — через 5).
По полученному классу бетона из таблиц СНиП выбирают расчётные и нормативные сопротивления бетона и модуль упругости. Иногда описанное округление не делают, и для промежуточных значений условного класса бетона, отличающихся от значений параметрического ряда, характеристики бетона определяют по интерполяции.
Если расчёт проводится на основании проектных данных конструкций, запроектированных по ранее действовавшим нормативным документам, то нормативные значения сопротивления арматуры R sn определяют по СП 52-101-2003 или СП 52-102-2004.
При этом для проволочной арматуры классов В-I и Вр-I, которых в сортаментах с 2004 г. нет, нормативные сопротивления принимаются такими же, как для арматуры класса В500.
Расчётные значения сопротивления арматуры растяжению определяют по формуле
R s = R sn / s ,
где s – коэффициент надёжности по арматуре, принимаемый по предельным состояниям первой группы (1,1 — для арматуры классов А240, A300, A400; 1,15 – А500, А600, А800; 1,2 – В500, А1000, Вр1200-1500, К1400-К1500 (К-7), (К-19)).
При расчёте по предельным состояниям второй группы коэффициент s принимается равным 1.
Расчётные значения сопротивления арматуры сжатию R sc принимают численно равными
Rs , но не более 400 МПа при кратковременном действии нагрузки и 500 МПа – при длительном. Для арматуры классов В500 и А600 вводится коэффициент условий работы, равный 0,9: 415*0,9 = 360 МПа; 520*0,9 470 МПа).
Расчётные значения сопротивления растяжению поперечной арматуры Rsw равны , но принимаются не более 300 МПа.
Если проект отсутствует и класс арматуры определяется по виду её профиля, установленного при вскрытии, то расчётные сопротивления арматуры допускается назначать: для гладкой арматуры (класс А240) R s = 155 МПа (сравните со СНиП – 215 МПа), для арматуры периодического профиля при профиле «винтом» (класс А300) R s = 245 МПа (по СНиП – 270 МПа), а при профиле «ёлочкой» (более высокие классы) R s = 295 МПа (по СНиП – 355 МПа для арматуры класса A400 и ещё большие значения для арматуры более высоких классов).
Принятие заниженных значений сопротивлений по сравнению с нормируемыми идёт в запас прочности.
Если возможен отбор из конструкции образцов арматуры, то нормативные сопротивления её принимают равными средним значениям предела текучести (или условного предела текучести), полученного при испытании, делённым на коэффициент: 1,1 для классов А240, A300, A400; 1,15 для А500, А600, А800; 1,2 – для других классов.
При поверочных расчётах дефекты и повреждения в виде каверн, раковин, повреждений вследствие механических и химических воздействий на бетон и т.п. учитывают путём уменьшения вводимой в расчёт площади сечения бетона или арматуры, а также учёта влияния дефекта или повреждения на прочностные и деформативные характеристики бетона, эксцентриситет продольной силы, на сцепление арматуры с бетоном и т.п.
Например, нарушение сцепления арматуры с бетоном вследствие коррозии, температурных воздействий и др. факторов может по-разному снизить несущую способность конструкции в зависимости от степени нарушения сцепления, вида арматуры, характера работы конструкции под нагрузкой и пр. Так, при толщине слоя коррозии не более 0,5 мм и отсутствии продольных трещин несущая способность может быть снижена на 5 %, при толщине слоя коррозии до 3 мм и продольных трещинах с раскрытием до 2 мм – до 15 % и при толщине слоя коррозии более 3 мм – на 30 %.
Иногда обнаруживается несоответствие результатов расчётов фактическому состоянию конструкций. Большая несущая способность конструкций объясняется тем, что при расчётах учитывают раздельную их работу, тогда как в здании или сооружении они взаимосвязаны (сказывается пространственная жёсткость, жёсткость заделок, шпоночный эффект, слитность с конструкцией пола и т.п.).
Поверочные расчёты каменных конструкций
Поверочные расчёты проводятся по предельным состояниям обеих групп.
Фактическую несущую способность армированных и неармированных каменных конструкций Ф определяют по формуле
Ф = N КТС ,
где N – расчётная несущая способность конструкций, определённая по СНиП II-22-81 без учёта понижающих факторов с подстановкой в соответствующие расчётные формулы фактических значений прочности (марок) камня и раствора, площади сечения кладки и арматуры;
КТС — коэффициент технического состояния конструкций, учитывающий снижение несущей способности конструкций при наличии дефектов, повреждений, при увлажнении материалов и т.п.
Коэффициент КТС принимается:
при наличии дефектов производства работ (отсутствие перевязки в неармированной кладке, пустошовка, большая толщина растворных швов) – по таблице
Отсутствие перевязки рядов кладки (тычковых рядов, арматурных сеток, каркасов):
в 5-6 рядах (40…45 см) — 1,0
в 8-9 рядах (60…65 см) — 0,9
в 10-11 рядах (75…80 см) — 0,75
Отсутствие заполнения раствором вертикальных швов (пустошовка) — 0,9
При толщине горизонтальных швов более 2 см (3-4 шва на 1 м высоты кладки):
при марке раствора шва 75 и более — 1,0
25…50 — 0,9
менее 25 — 0,8
для стен, столбов, простенков при наличии вертикальных трещин, возникающих вследствие перегрузки конструкций постоянными, временными и особыми (случайными) нагрузками, исключая трещины, вызванные действием горизонтальных сил (температурами, усадкой, осадкой фундаментов и т.п.) – по таблице
Характер повреждения Неармированная Армированная
кладка кладка
Трещины в отдельных камнях 1,0 1,0
Волосные трещины, пересекающие не более двух рядов кладки, 0,9 1,0
длиной 15…18 см
То же, при пересечении не более четырёх рядов кладки длиной 0,75 0,9
до 30…35 см при числе трещин не более 3 на 1 м ширины (тол-
щины) стены, столба или простенка
То же, при пересечении не более восьми рядов кладки длиной 0,5 0,7
до 60…65 см при числе трещин не более 4 на 1 м ширины (тол-
щины) стены, столба или простенка
То же, при пересечении более восьми рядов кладки длиной бо- 0 0,5
лее 60…65 см (расслоение кладки) при числе трещин более 4
на 1 м ширины (толщины) стены, столба или простенка
для кладки опор ферм, балок, перемычек, плит при наличии местных повреждений (трещин, сколов, раздробления), возникающих под действием вертикальных и горизонтальных сил, — по таблице
Характер повреждения Неармированная Армированная
кладка кладка
Местное (краевое) повреждение кладки на глубину до 2 см 0,75 0,9
(трещины, сколы, раздробление) или образование вертикаль-
ных трещин по концам балок, ферм и перемычек или их по-
душек длиной до 15…18 см
То же, при длине трещин до 30…35 см 0,5 0,75
Краевое повреждение кладки на глубину более 2 см при обра- 0 0,5
зовании по концам балок, ферм и перемычек вертикальных
и косых трещин длиной более 35 см
для стен, столбов, простенков из красного или силикатного кирпича при огневом воздействии при пожаре – по таблице
Глубина поврежденной кладки Толщина кладки 38 см при нагреве Для столбов при сечении 38 см
(без учёта штукатурки), см одностороннем двустороннем и более
До 0,5 1,0 0,95 0,9
До 2 0,95 0,9 0,85
До 5…6 0,9 0,8 0,7
для увлажнённой и насыщенной водой кладки из красного и силикатного кирпича и камней КТС = 0,85;
для кладки из природных камней правильной формы из известняка и песчаника КТС = 0,8.
При определении несущей способности стен и простенков с вертикальными трещинами, возникшими в результате действия горизонтальных растягивающий сил (температурных, осадочных, усадке и т.п.), коэффициент КТС принимается равным 1. При этом следует учитывать ослабление трещинами расчётного сечения простенков и увеличение продольного изгиба отдельных элементов, выделенных вертикальными трещинами.
При наличии трещин в местах пересечения стен или при разрыве поперечных связей между стенами, колоннами и перекрытиями несущую способность и устойчивость стен, столбов, колонн и пилонов при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок определяют с учётом фактической свободной высоты стен и столбов между сохранившимися точками закрепления (связями) стен или столбов по вертикали.
При смещении на опорах прогонов, балок, плит перекрытий и покрытий проверяют несущую способность стен, столбов и пилястр на местное смятие и внецентренное сжатие по фактической величине эксцентриситета и площади опирания на кладку.
При местных просадках фундаментов или разрушении одного или нескольких несущих простенков нижнего этажа оставшаяся часть стены может работать по схеме свода. В этом случае несущую способность сохранившихся простенков или участков стены определяют с учётом их перегрузки от веса вышележащих над сводом стен и перекрытий, а также возникающего при этом горизонтального распора.
Расчётную площадь сечения конструкций, наружные поверхности которых повреждены или разрушены в результате размораживания, коррозии или механического или огневого воздействия, определяют после расчистки и удаления ручным инструментом повреждённых слоёв.
Для целых, неповреждённых трещинами сечений, конструкции здания подлежат обязательному усилению, если Ф, вычисленная по формуле с коэффициентом допустимой перегрузки nПГ , недостаточна для восприятия фактической или предполагаемой проектом реконструкции нагрузки F , т.е. при условии
F ? Ф nПГ ,
где nПГ — коэффициент допустимой перегрузки, равный 1,5.
Для конструкций, повреждённых трещинами, применять коэффициент nПГ не допускается.
