Обследование колонн, стен, перекрытия и покрытия здания котельной

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•  

Обследование колонн, стен, перекрытия и покрытия здания котельной (литера В) по адресу: Свердловская область, г.Екатеринбург, ул.Испытателей, 20.
Заказчик - ООО "Свердловский машиностроительный завод".
Краткое описание обследуемого объекта:
Обследуемое здание представляет собой комплекс пристроенных друг к другу строений с общей площадью 2805.4м2 (согласно предоставленному техническому паспорту), в том числе: основное здание (литера В) – 1 345,1м2 и теплые пристрои к основному зданию: литер В1 – 787,4м2, литер В2 – 353,9м2, литер В3 – 215,3м2, литер В4 – 103.7м2.
На момент проведения строительной экспертизы (апрель 2019 года) здание не эксплуатировалось, в основном здании (лит.В) производились демонтажные работы.
Заказчиком планируется размещение нового технологического оборудования и грузоподъемных кранов на участке основного здания.
Обследуемый участок основного здания представляет собой двухэтажное строение, построенное в 1957 году (согласно предоставленному техническому паспорту), без подвала и чердака, прямоугольной формы в плане.
По конструктивной схеме здание выполнено по неполной каркасной схеме с несущими стенами и внутренними поперечными рамами, состоящими из колонн и ферм покрытия, по верху которых устроены железобетонные плиты покрытия. Перекрытие над первым этажом выполнено монолитным железобетонным ребристым, опирающимся на поперечные и продольные стены, а также на консоли колонн.
Согласно предоставленному техническому паспорту, на этажах участка основного здания располагались помещения котельной и дымососов (1 этаж), а также залы котлов (2 этаж). На момент проведения обследования на первом этаже здания были устроены опоры под технологическое котельное оборудование в виде железобетонных колонн (в осях А-Б/2-4) и кирпичных стен (в осях А-Б/6-8), само оборудование было демонтировано.
При проведении обследования были выявлены признаки неравномерных осадок и деформаций грунтового основания (наличие вертикальной сквозной осадочной трещины в средней части стены по оси 5/А-Б на всю высоту здания с раскрытием кверху, свидетельствующей о неравномерных осадках грунтового основания под подошвой ленточного фундамента стены, вызванные дополнительным влиянием в крайних ее частях (в осях 5/А и 5/Б) столбчатых фундаментов колонн основного каркаса здания.
Для определения параметров армирования железобетонных колонн было выполнено вскрытие защитного слоя бетона, по результатам которого, а также по результатам выполненных геометрических замеров можно выделить 5 основных типов колонн.
К1 — К3 – сборные железобетонные одноветьевые консольные колонны основного каркаса здания, выполненные сечением 400х600мм и армированные 6 продольными стержнями диаметром 20мм класса A-II (защитный слой арматуры – 60мм);
К4 – монолитная железобетонная одноветьевая бесконсольная колонна, расположенная на первом этаже в осях А-Б/6-8, выполнена сечением 400х400мм и армирована 4 продольными стержнями диаметром 20мм класса A-II (защитный слой арматуры 40мм);
К5 – монолитная железобетонная одноветьевая консольная колонна, расположенная на первом этаже в осях А-Б/2-4, выполнена сечением 600х700мм и армирована 9 продольными стержнями диаметром 18мм класса A-II (защитный слой арматуры – 40мм).
Колонны основного каркаса здания установлены с шагом 6м. При проведении обследования было установлено, что прочность бетона сборных и монолитных колонн на участке обследования соответствует классу не менее В15.
Существуют следующие дефекты и повреждения колонн:

• наличие следов обильного намокания поверхностей в результате протечек кровли, а также инженерных коммуникаций котельного оборудования;
• коррозия арматурных стержней с уменьшением площади рабочей арматуры до 10% в результате карбонизации защитного слоя бетона;
• расслоение и откалывание защитного слоя бетона;
• наличие сколов бетона в результате механического воздействия;
• наличие наклонных трещин в консольной части железобетонных колонн К5, в результате перегрузки конструкций;
• отсутствие обетонки узлов стыковки ярусов колонн К1 по оси А/1-5, в результате чего закладные детали и арматурные стержни покрылись следами поверхностной коррозии.

Причины повреждений колонн.
Вода от протечки замачивает колонны, бетон которых, будучи пористым материалом, хорошо впитывает влагу вместе с углекислым газом. Известь, образующаяся при гидратации цемента (в процессе схватывания и твердения), создает в бетоне щелочную среду с высоким показателем pH (около 12). При проникновении углекислого газа в защитный слой бетона известь нейтрализуется путем образования карбоната кальция (который снижает показатель pH), что приводит к коррозии стальной арматуры. Такой поврежденный бетон еще называется карбонизированным, то есть не способным защитить стальную рабочую арматуру от кислой среды. Ржавчина, формирующаяся при окислении арматуры, увеличивает ее объем, повышает внутреннее напряжение и приводит к разломам бетона и оголению корродирующей арматуры. Оголенная арматура при разрушенном защитном слое корродирует еще стремительнее, что приводит к уменьшению площади рабочей арматуры и быстрому изнашиванию железобетонной конструкции.

Стены выполнены из кирпичной кладки на цементно-песчаном растворе толщинами 380мм (в осях 5/А-Б, 9/А-Б, Б/1-5) и 510мм (в осях 1/А-Б, А/1-9, Б/5-9) без учета толщины облицовочных слоев, выполняют ограждающую функцию, воспринимают вертикальные нагрузки от перекрытия и покрытия, участвуют в обеспечении пространственной жесткости здания. Для устойчивости несущей стены по оси 5/А-Б на всю высоту здания устроены 2 пилястры из кирпичной кладки сечением 510х510мм на цементно-песчаном растворе.
Существуют следующие дефекты и повреждения стен:

• Наличие следов обильного намокания кирпичной кладки в результате протечек кровли, а также инженерных коммуникаций котельного оборудования ;
• Отслоение штукатурных слоев в результате обильного намокания и утяжеления ;
• Выпадение и выкрашивание цементно-песчаного раствора из вертикальных и горизонтальных швов кирпичной кладки.
• Разрушение и выпадение отдельных кирпичей из кладки кирпичных стен с образованием полостей;
• В несущей стене по оси 5/А-Б имеются проемы, выполненные без должного усиления ;

Наличие вертикальной сквозной осадочной трещины в средней части стены по оси 5/А-Б на всю высоту здания с раскрытием кверху, свидетельствующей о неравномерных осадках грунтового основания под подошвой ленточного фундамента стены, вызванные дополнительным влиянием в крайних ее частях (в осях 5/А и 5/Б) столбчатых фундаментов колонн основного каркаса здания.
Причины повреждений стен здания.
Повреждения в виде выпадения и выкрашивания цементно-песчаного раствора из вертикальных и горизонтальных швов возникло в результате обильного намокания кирпичной кладки. Влага проникает в поры кирпича и после определенного количества циклов замораживания и оттаивания приводит к его разрушению изнутри.  Выпадение и выкрашивание цементно-песчаного раствора из горизонтальных и вертикальных швов кирпичной кладки, а также выпадение кирпичной кладки являются повреждениями, уменьшающими площадь рабочего поперечного сечения стены и, соответственно, снижающими её несущую способность. Неусиленные проемы в стене по оси 5/А-Б могут привести к обрушению вышерасположенных рядов кладки и плит перекрытия и покрытия.
Средняя прочность кирпича, который применён в кладке стен, равна 5.9МПа, что соответствует марке камня по прочности на сжатие не ниже М50. Марка раствора, примененного в кладке, составляет не ниже М10. Следовательно, в соответствии с таблицей 2 СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции», расчётное сопротивление сжатию кладки стен равно 7,0 кгс/см2.

Перекрытие над первым этажом выполнено монолитным железобетонным ребристым, опирающимся на несущие продольные и поперечные кирпичные стены и консоли железобетонных колонн.
Для определения параметров армирования железобетонных балок было выполнено вскрытие защитного слоя бетона, по результатам которого, а также по результатам выполненных геометрических замеров можно выделить 10 основных типов железобетонных балок:

• Б1 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 400х500(h)мм, армированная в нижней растянутой зоне 4 продольными стержнями диаметром 25мм класса A-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б2 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 300х300(h)мм, армированная в нижней растянутой зоне 3 продольными стержнями диаметром 22мм класса A-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б3 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 600х600(h)мм, армированная в нижней растянутой зоне 8 продольными стержнями диаметром 22мм класса A-II, уложенными в 2 ряда (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б4 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 300х500мм, армированная в нижней растянутой зоне 3 продольными арматурными стержнями диаметром 22мм класса A-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б7 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 350х600мм, армированная в нижней растянутой зоне 3 продольными арматурными стержнями диаметром 20мм класса A-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б8 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 300х450мм, армированная в нижней растянутой зоне 5 продольными арматурными стержнями диаметром 20мм класса А-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б9 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 300х400мм, армированная в нижней растянутой зоне 4 продольными арматурными стержнями диаметром 20мм класса А-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б10 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 300х350мм, армированная в нижней растянутой зоне 6 продольными арматурными стержнями диаметром 20мм класса А-II (защитный слой арматуры – 25мм);
• Б11 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 400х700мм, армированная в нижней растянутой зоне 4 продольными арматурными стержнями диаметром 22мм класса А-II (защитный слой арматуры – 30мм);
• Б12 – монолитная железобетонная балка перекрытия сечением 600х450мм, армированная в нижней растянутой зоне 6 продольными арматурными стержнями диаметром 18мм класса А-II (защитный слой арматуры – 25мм).

Плитная часть перекрытия выполнена толщиной 100мм, армирована в поперечном направлении в нижней растянутой зоне стержнями диаметром 28мм класса A-II, устроенными с шагом 500мм. По данным стержням устроена сетка из арматурных стержней диаметром 5мм класса Вр-I с шагом ячеек 200х200мм. Опирание плитной части на стену осуществляется через арматурные стержни диаметром 28мм класса A-II без заведения бетона на опору. Низ плитной части перекрытия расположен на отм.+3,650м.
Монолитная железобетонная ребристая плита в настоящее время воспринимает постоянные нагрузки от собственного веса, веса стяжки из цементно-песчаного раствора толщиной 100мм и мозаичного пола из мраморной крошки толщиной 50мм, а также временную полезную нагрузку.
При проведении обследования было установлено, что прочность бетона монолитного ребристого перекрытия на участке обследования соответствует классу не менее В15.
В качестве стальных главных Б5 и второстепенных Б6 балок перекрытия над первым этажом, воспринимающих нагрузку от веса технологического котельного оборудования и передающих далее на железобетонные колонны, применены стальные двутавры №36 и №24 по ГОСТ 8239-89 соответственно.
Существуют следующие дефекты и повреждения перекрытия:

• наличие следов обильного намокания железобетонного перекрытия и стальных балок в результате протечек кровли, а также инженерных коммуникаций котельного оборудования;
• расслоение и откалывание защитного слоя бетона железобетонного перекрытия;
• коррозия арматурных стержней в результате карбонизации защитного слоя бетона;
• наличие сколов бетона, повреждений арматурных стержней в результате механического воздействия;
• полное разрушение участков плитной части перекрытия в результате механического воздействия.

Фермы покрытия выполнены пролетом 18м, смонтированы на оголовки и консоли железобетонных колонн К1, К2 и К3 с шарнирным узлом опирания.
В ходе выполнения обследования были выявлены 2 типа ферм:

• ферма покрытия Ф1 – стальная стропильная, с решеткой треугольной формы со шпренгелями, односкатная с углом наклона 9% в сторону оси А. Высота фермы по обушкам составляет от 1.78м до 3.24м. Низ стропильной фермы расположен на отм.+11.700м. Фермы расположены в осях А-Б/2-4.
• ферма покрытия Ф2 – комбинированная с верхним поясом из железобетонных балок, предварительно-напряженных стальными шпренгельными затяжками, двускатная с углом наклона 9% в сторону осей А и Б. Высота фермы по обушкам составляет от 0.6м (на опоре) до 2.89м (на коньке). Низ фермы расположен на отм.+9.400м.
• Фермы покрытия в настоящее время воспринимают нагрузку от собственного веса, а также от веса плит покрытия и кровли и передают их далее на железобетонные колонны основного каркаса здания.

В результате выполненных замеров установлено, что элементы стропильной фермы Ф1 имеют следующие сечения:

• верхний (ВП) и нижний (НП) пояса, а также опорный раскос (Р1) выполнены из спаренных в тавр двух равнополочных уголков сечением 140х10мм по ГОСТ 8509-93;
• раскос (Р2) и стойка (С2) выполнены из спаренных в тавр двух равнополочных уголков сечением 63х5мм по ГОСТ 8509-93;
• опорная стойка (С1) выполнена из спаренных в тавр двух равнополочных уголков сечением 80х5.5мм по ГОСТ 8509-93;
• шпренгельный раскос (Р3) выполнена из равнополочного уголка сечением 50х4мм по ГОСТ 8509-93;
• шпренгельная стойка (С3) выполнена из спаренных в тавр двух равнополочных уголков сечением 50х4мм по ГОСТ 8509-93.

Элементы фермы Ф2 имеют следующие сечения:

• верхний пояс выполнен из сборной железобетонной балки таврового сечения общей высотой 600мм, размерами полки 300х100(h)мм, размерами стенки 150х500мм;
• шпренгельный нижний пояс (Ш1) выполнен из спаренных в тавр двух равнополочных уголков сечением 75х8мм по ГОСТ 8509-93 с расстоянием по обушкам уголков 170мм;
• шпренгельный раскос (Ш2) выполнен из спаренных в тавр двух равнополочных уголков сечением 75х8мм по ГОСТ 8509-93 с расстоянием по обушкам уголков 325мм.

По нижним и верхним поясам ферм Ф1, а также по нижним поясам ферм Ф2 устроены горизонтальные распорки из одиночного и спаренного в крест равнополочных уголков сечением 75х8мм, устроенных с шагом 6м (по фермам Ф1) и 10.7м (по фермам Ф2). В осях А-Б/2-3 здания по нижним и верхним поясам ферм Ф1 устроены горизонтальные связи, а также вертикальные – по осям А и Б в рядах 2 и 3, образуя конструктивно геометрически неизменяемый связевой блок. В осях А-Б/6-7 по фермам Ф2 устроены только горизонтальные связи по нижним поясам ферм.
По верхним поясам ферм Ф1 и Ф2 устроены сборные железобетонные ребристые плиты покрытия, однако, в ходе проведения обследования установлено, что закладные детали плит покрытия не закреплены сваркой к верхним поясам ферм, что может привести к потере устойчивости и обрушению ферм покрытия.
Существуют следующие дефекты и повреждения ферм покрытия:

• повреждение антикоррозийного покрытия стальных элементов стропильных ферм и связей по ним, в результате чего поверхности и узлы их сопряжения покрыты следами поверхностной коррозии;
• наличие следов обильных протечек кровли на поверхностях железобетонного элемента фермы Ф2, что свидетельствует о повреждении гидроизолирующего слоя кровельного покрытия;
• искривления по всей длине всех элементов горизонтальных и вертикальных связей и распорок по нижним и верхним поясам ферм в результате механического воздействия или в результате недостаточной несущей способности;
• снижение общей устойчивости ферм Ф2 в результате отсутствия горизонтальных распорок по верхним поясам и закрепления закладных деталей плит покрытия по верхним поясам ферм.

Жесткий диск покрытия обеспечивает пространственную жесткость и геометрическую неизменяемость каркаса здания в горизонтальной плоскости путем передачи и распределения усилий от ветровых и иных горизонтальных нагрузок. При неправильном устройстве жестких дисков общая устойчивость отдельных элементов и всего здания в целом значительно снижается, образуя местные деформации конструкций и, как следствие, может привести к их обрушению.
Обследуемые конструкции, согласно техническому паспорту, возводились в конце 50-х годов – в то время, когда в строительстве широко применялась малоуглеродистая сталь обычного качества марки Ст.3 по ГОСТ 380-50.  Кипящая сталь, из которой в основном изготовлены стальные элементы ферм покрытия Ф1 и Ф2, склонна к образованию хрупких трещин в результате ее малой ударной вязкости, приводящих к внезапному разрушению элементов конструкций часто без предварительных признаков и низком уровне напряжений от действующих нагрузок. В настоящее время действующими нормами СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» и ГОСТ 27772-2015 «Прокат для строительных стальных конструкций» запрещено применение кипящей стали в элементах, работающих в особо тяжелых условиях (фасонки стропильных ферм Ф1), и в фермах Ф1 и Ф2 и их элементах, работающих при статической нагрузке при наличии растягивающих усилий.
Обследование плит.
Плиты покрытия – сборные железобетонные ребристые, опираются на верхние пояса ферма покрытия Ф1 и Ф2.
В ходе проведения обследования были выявлены 2 типа плит покрытия:

• плиты П1 – ребристые сборные железобетонные высотой 250мм, шириной 1.5м и длиной 6м;
• плиты П2 – мелкоразмерные сборные железобетонные шириной 0.5м и длиной 1.5м.

Плиты покрытия в настоящее время воспринимают постоянную нагрузку от собственного веса, а также от веса состава кровли (песок мелкой фракции с деревянными опилками – 250мм, цементно-песчаная стяжка – 50мм, гидроизоляционная мембрана) и временную (снеговую) нагрузку.
Для определения параметров армирования плит покрытия производилось вскрытие защитного слоя бетона, в результате которого было установлено, что продольные ребра плиты П1 армированы в растянутой зоне двумя стержнями диаметрами 20мм класса А-I, толщина защитного слоя составляет 25мм.
Обследуемые плиты покрытия П1 опираются по двум сторонам на верхние пояса ферма покрытия Ф1 и Ф2, плиты покрытия П2 - с одной стороны на верхние пояса ферм Ф1 и Ф2, а с другой – на несущие кирпичные стены по рядам 1,5 и 9.
При проведении обследования было установлено, что прочность бетона плит покрытия на участке обследования соответствует классу не менее В20.
Существуют следующие дефекты и повреждения плит покрытия:

• наличие следов обильной протечки кровли на нижних поверхностях плит, что свидетельствует о повреждении гидроизолирующего слоя кровельного покрытия;
• расслоение и откалывание защитного слоя бетона;
• коррозия арматурных стержней с снижением площади рабочей арматуры до 30% в результате карбонизации защитного слоя;
• наличие сколов бетона, повреждений арматурных стержней в результате механического воздействия;
• нарушение жесткого диска покрытия из-за отсутствия крепления закладных деталей плит покрытия к верхним поясам ферм покрытия.

Кровля – многослойная, совмещенная с покрытием, водоотвод – наружный, неорганизованный. Уклон кровли обеспечивается за счет уклона несущих конструкций (ферм) покрытия.
Существуют следующие составы кровли здания (сверху-вниз):

• гидроизоляционная мембрана;
• цементно-песчаная стяжка толщиной 50мм;
• песок мелкой фракции с деревянными опилками толщиной 250мм;

Кровля здания в осях А-Б/5-9 имеет следующий состав:

• профилированный настил С21-1000-0.7;
• деревянная обрешетка толщиной 25мм;
• гидроизоляционная мембрана;
• цементно-песчаная стяжка толщиной 50мм;
• песок мелкой фракции с деревянными опилками толщиной 250мм.

Существуют следующие дефекты и повреждения кровли:

• повреждение гидроизоляции кровельного покрытия, о чем свидетельствуют множественные следы обильной протечки на поверхностях конструкций внутри здания, а также разрушение отделочных материалов;
• отсутствие гидроизоляции в местах проведения инженерных коммуникаций через покрытие;
• наличие множественных трещин и пробоин в гидроизоляционном слое покрытия;
• разрушение гидроизоляционного слоя в узлах примыкания кровли к стенам;

в течении многих лет эксплуатации применяемый утеплитель, находясь во влагонасыщенном состоянии, испытывал многократные циклы попеременного замораживания и оттаивания, в результате чего, его структура разрушилась и потеряла заданные теплоизоляционные свойства.