Обследование строительных конструкций сооружения для размещения оборудования по производству сухих строительных смесей

Обследование строительных конструкций сооружения для размещения оборудования по производству сухих строительных смесей по адресу: г.Екатеринбург, пос.Рудный.
Заказчик - ООО "Градиент".
Целью проведения обследования является определение технического состояния несущих конструкций сооружения, определение возможности выполнения запланированной Заказчиком реконструкции объекта, выявление необходимости усиления фундаментов или отдельных элементов металлического каркаса сооружения. Реконструкция объекта заключается в увеличении высоты (объема) существующих резервуаров хранения сыпучих материалов – силосов в количестве 8шт., установке новых силосов меньшего объема в количестве 3шт. и необходимого для рабочего процесса (целевого функционирования) технологического оборудования на строительные конструкции сооружения.
Сооружение возведено, предположительно, в 2004 году по специально разработанному индивидуальному проекту (не типовому) и предназначено для размещения оборудования (установок) по производству сухих строительных смесей.
Конструктивная схема сооружения – полнокаркасная с несущими металлическими стержневыми элементами: вертикальными колоннами и горизонтальными балками, объединенными жесткими горизонтальными дисками перекрытий и системой вертикальных связей. По характеру статической работы каркасная конструктивная система сооружения – рамно-связевая.
Сооружение выполнено многоуровневым с конструктивно-планировочной сеткой осей каркаса 6×6м, состоит из 3 и 6 уровней разной высоты от 2490мм до 8520мм, общие габаритные размеры (по осям А-В/1-3) 12×12м (ориентировочно в вертикальном разрезе имеет h-образную форму). Строительство сооружения велось с примыканием к существующему зданию цеха, на момент проведения обследования смежный цех был демонтирован (остались сборные железобетонные колонны). В настоящее время обследуемое сооружение представляет собой отдельностоящую постройку.В перспективе планируется возвести производственное здание на месте демонтированного цеха с примыканием к обследуемому сооружению в ходе массовой реконструкции объекта/комплекса.
Полный металлический каркас сооружения представлен двутавровыми колоннами, балочными межуровневыми перекрытиями с балками из двутавров и швеллеров с их взаимно перекрестным расположением, а также вертикальными связями из уголков. Фундаменты монолитные железобетонные ступенчатые стаканного типа нескольких типоразмеров.Ограждающие наружные стены сооружения выполнены утепленными панелями типа «сэндвич» (профлист / минераловатный утеплитель / профлист) по стеновым прогонам, закрепленным к колоннам каркаса. В наружных стенах предусмотрены дверные и оконные проемы. Конструкция плиты пола 1 уровня – монолитная железобетонная плита по грунту. Межуровневые перекрытия выполнены по балочной схеме по несущим основным и второстепенным металлическим балкам из прокатных профилей, пол представлен стальным рифленым листом с насечками. Кровля над 3 и 6 уровнями выполнена совмещенной с покрытием, утепленным минераловатными плитами. Кровельный материал представляет собой направляемый битумный рулонный материала (рубероид), смонтированный по бетонной стяжке покрытия. Для защиты утеплителя от влаги применена полиэтиленовая пленка. Водоотвод с кровли предусмотрен организованный внутренний. Внутренние перегородки и стены выполнены кирпичными на цементно-песчаном растворе. В стенах и перегородках предусмотрены дверные проемы для сопряжения помещений сооружения.На момент проведения обследования наружные стеновые панели и прогоны, кровельные покрытия и внутренние перегородки сооружения частично демонтированы с сохранением строительных элементов металлического каркаса, за исключением перекрытия и связей 5 и 6 уровня. Конструкции каркаса выше существующих силосов демонтированы для планируемой реконструкции, колонны сохранены. С наружной стороны сооружения расположены лестничные клетки из металлических профилей в количестве 3 шт. для доступа между уровнями. Во 2 уровне расположена внутренняя лестница на 3 уровень для сообщения через проем в перекрытии.За относительную отм.±0,000 принят уровень чистого пола 1 уровня в осях А-Б/1-3 сооружения.
Нагрузки (постоянные, временные эксплуатационные) воспринимаются балочными межуровневыми перекрытиями и передают их на колонны, далее через колонны на фундаменты и грунты основания. Таким образом, в полнокаркасном сооружении/здании все нагрузки передаются на каркас, т.е. на систему связанных между собой вертикальных колонн и горизонтальных балок.
Технология производства предполагает прием, транспортировку, хранение, сортировку, переработку, смешение, отгрузку и другие рабочие процессы, связанные преимущественно с сыпучими материалами. Хранение сырья предусмотрено в существующих силосах (емкость цилиндрической формы с коническим днищем) наружным диаметром 2,5м, толщиной стенки 7мм и высотой 8,0м (без учета нижней конусной части и верхней крышки) в количестве 8шт., расположенных в 2 ряда по 4шт. на 4 уровне (рис. 7 и 10 приложение 3). Заказчиком планируется увеличение объемов существующих силосов путем увеличения их высоты наращиванием вверх на величину 4,0м до образования общей высоты, соответственно, 12,0м, а также установка дополнительных новых силосов меньшим объемом диаметром 1,4м, высотой 9,0м с наружной стороны каркаса сооружения на 4 уровне.
Обследование фундаментов
В соответствии с предоставленными проектными данными, фундаменты под основные несущие колонны сооружения предусмотрены в количестве 9шт. монолитными железобетонными столбчатыми стаканного типа (со ступенями и без) с развитой подошвой (опорной уширительной плитой) нескольких типоразмеров в количестве 6шт. Маркировка фундаментов в данной работе назначена в соответствии с проектом: Ф-1 ÷ Ф-6, соответственно.
Фундаменты под колонны наружных лестничных клеток в осях А/1 и В/2, а также отдельный фундамент в осях А/3, проектом предусмотрены монолитными железобетонными столбчатыми стаканного типа с развитой подошвой одного типоразмера в общем количестве 7шт. и замаркированы Ф-7.
Фундаменты под колонны наклонной галереи с южной стороны (фасада) сооружения (возможно под установку технологического оборудования или емкости) в осях Б-В/1 запроектированы аналогично монолитными железобетонными столбчатыми стаканного типа с развитой подошвой одного типоразмера в общем количестве 3шт. и замаркированы Ф-8.
Для освидетельствования фундаментов под основные колонны сооружения в ходе проведения натурных работ по обследованию выполнялся шурф №1 фундамента Ф-2 в осях Б/3 глубиной 3550мм от уровня земли и шурф №2 Ф-5 в осях А/3 – 3450мм.
В ходе откопки шурфов была выявлена полость (пустота) по всей площади сооружения высотой 800мм под монолитной ж/б плитой пола 1 уровня, первоначально выполненной по грунту через щебеночную подготовку. Определение габаритных размеров подколонников (оголовков) столбчатых фундаментов выполнялось непосредственно из образовавшегося пространства под плитой с доступом к бетонным поверхностям фундаментов с внутренней стороны сооружения (с наружной стороны доступ ограничен местным грунтом).
По результатам освидетельствования фундамента Ф-5 в осях Б/3 на открытых доступных участках конструкции из пространства устроенного шурфа №1 выявлено, что фундамент выполнен монолитным железобетонным столбчатым стаканного типа ступенчатым с развитой подошвой. Фактическая глубина заложения фундамента от уровня земли составляет 3100мм, уровень подошвы соответствует отм.-3,100м, соответственно. Под фундаментом выполнена бетонная подготовка толщиной 150мм по щебеночной подушке толщиной 50мм. Подготовка выступает за пределы (грани, края) подошвы фундамента (шире) на величину 100мм. Высота уширительной подошвы (базы фундамента) 300мм, ступень в основании фундамента высотой 300мм, подколонник высотой 1600мм. Верх подколонника соответствует отм.-0,900м. Выше расположен обетонированный узел крепления базы колонны, оголовок высотой 600мм с габаритными размерами поперечного сечения подколонника. Ступень выступает в плане от подколонника на расстояние 600мм, подошва от ступени на величину 300мм. По подошве фундамента Ф-5 выполнен столбчатый фундамент с габаритными размерами поперечного сечения 600×600мм до отм.-0,300м под установку стоек/колонн предполагаемых изначально ворот (по факту смонтированы по плите пола). В пространстве между данным столбом и подколонником фундамента выполнена набетонка на всю высоту до отм.-0,300м.По результатам обмерных работ оголовков фундаментов Ф-1 ÷ Ф-6, доступных в пространстве образовавшейся пустоты (полости) под плитой пола 1 уровня сооружения, определены их фактические габаритные размеры. Средняя высота обетонированных опорных узлов крепления баз колонн – оголовков фундаментов составляет 600мм. Габаритные размеры поперечного сечения оголовков фундаментов в плане соответствуют размерам подколонников, по которым они выполнены.
По подошвам и ступеням (при их наличии) фундаментов Ф-1 ÷ Ф-6 выполнены столбы-набетонки габаритными размерами 400×400мм до отм.-0,300м с примыканием к подколонникам для опирания фундаментных балок между фундаментами. Фундаментные балки замаркированы ФБ, имеют трапециевидную форму в поперечном сечении с высотой трапеции 300мм, нижним основанием 160мм и верхним 260мм. Балки ФБ смонтированы вдоль буквенных рядов и цифровых осей в ориентации перевернутой трапеции с опиранием на отм.-0,300м на набетонки фундаментов, верх балок соответствует отм.±0,000м. По оси 2 и в осях Б-В/3 фундаментные балки отсутствуют (не смонтированы), что соответствует их проектному расположению. Проектное смещение балок ФБ наружу предусмотрено на расстоянии 300мм от крайних осей сооружения.
По результатам выполненного натурного обследования фундаментов Ф-1 ÷ Ф-6 сооружения можно сделать выводы, что их исполнение (габаритные размеры, глубина заложения, расположение в плане) в целом соответствует рабочему проекту, за исключением незначительных отклонений отдельных габаритов, а также существенно увеличенных габаритных размеров оголовка центрального фундамента Ф-3 в осях Б/2. Отмечалась бóльшая глубина заложения на отм.-3,100м фундамента Ф-2 в осях Б/3 в шурфе №1, величина отклонения от проектной составляет 100мм, а также увеличенная высота подошвы 450мм фундамента Ф-5 в осях А/3 в шурфе №2, отклонение – 150мм. Данные несущественные локальные несоответствия фактического исполнения фундаментов с проектными решениями не оказывают негативного влияния на эксплуатацию сооружения, по конструктивным характеристикам преобладают, по факту учитываются в запас. При сопоставлении фактического расположения фундаментов с проектным положением выявлены смещения подколонников (оголовков) в плане на величину до 50мм (для Ф-4 в осях Б/1) в уровне образовавшейся полости под плитой, что не оказывает существенного влияния на эксплуатацию сооружения.
В ходе визуальной части обследования доступных участков фундаментов сооружения из пространства под плитой и устроенных шурфов каких-либо существенных дефектов и повреждений (следов деструктивного разрушения, силовых трещин, сколов, выбоин) выявлено не было.
При осмотре отмечались следующие дефекты:
- просевший грунт между фундаментами под плитой пола 1 уровня с образованием пустоты высотой 800мм с уменьшением фактической глубины заложения фундаментов относительно уровня земли на величину до ~900мм;
- незначительные отклонения габаритных размеров и расположения фундаментов в плане от проектных данных;
- локальные нарушения (местное отсутствие) гидроизоляционного битумного покрытия на поверхностях фундаментов;
- выступающие арматурные стержни из монолитного фундамента (для Ф-3 в Б/2);
- опирание фундаментной балки ФБ в узле на столб-набетонку через проставки (подставки) из металлических элементов (швеллер, пластины, листы) в осях А/2;
- расположение отдельных фундаментных балок ФБ со смещением от проектного положения в плане на величину до 60мм (для ФБ в осях А/1-2).
Выявленные отклонения, дефекты и повреждения фундаментов не оказывают существенного влияния на эксплуатацию сооружения в целом. Уменьшение глубины заложения фундаментов относительно уровня земли не критично, фактическая глубина 2100мм превышает нормативную среднестатистическую глубину промерзания грунта (ГПГ) для данного климатического района (региона).
По результатам выполненных поверочных расчетов определено, что несущая способность системы фундаменты/грунты основания, достаточна для восприятия расчетного сочетания усилий от действия предполагаемых реконструкцией нагрузок, запас по деформациям наиболее нагруженного фундамента Ф-5 в осях А/1 не менее 51%.
Обследование плит
Плита пола 1 уровня сооружения выполнена в осях А-В/1-3 монолитной железобетонной толщиной 300мм, низ плиты соответствует отм.-0,300м, верх - отм. ±0,000м, соответственно. В осях Б-В/1-3 по плите выполнена стяжка пола средней толщиной 80мм. Под установку технологического оборудования на плите расположены набетонки высотой от 100мм до 280мм.В ходе откопки шурфов была выявлена полость (пустота) по всей площади сооружения высотой 800мм под монолитной железобетонной плитой пола 1 уровня, первоначально выполненной по грунту через щебеночную подготовку. Нижняя поверхность плиты имеет щебеночное покрытие, сохраненное (оставшееся) от подушки (подготовки), по которой заливалась монолитная конструкция. Верхняя поверхность просевшего грунта под плитой аналогично покрыта оставшейся щебеночной подушкой.Пустота между фундаментами под плитой образовалась вследствие постепенного проседания грунта из-за динамических нагрузок, передающихся через колонны каркаса и фундаменты сооружения на грунты основания от работы технологического оборудования (на 5 уровне было установлено промышленное вибросито для сыпучих материалов). В настоящее время плита «висит» (в пролетной части не имеет опоры) и опирается на оголовки фундаментов сооружения на пересечении осей сооружения.
Исходя из полученных результатов инструментальных измерений методом ударного импульса можно сделать вывод, прочность бетона монолитной плиты пола 1 уровня составляет от 20,17МПа до 24,62МПа, что соответствует классу бетона по прочности на сжатие не ниже В15. Данные о проектном классе бетона плиты пола 1 уровня в предоставленной технической документации отсутствуют. Фактический выявленный класс бетона монолитной плиты пола соответствует минимальному классу бетона для железобетонных строительных конструкций, работающих на изгиб, в соответствии с рекомендациями СП 63.13330.2012.
В ходе осмотра монолитной железобетонной плиты пола 1 уровня каких-либо существенных дефектов и повреждений (сверхнормативных прогибов, признаков перенапряжения, трещин, сколов, деформаций) выявлено не было. Монолитная плита пола, первоначально устроенная по грунту, в процессе эксплуатации сооружения (функционирования объекта) лишилась опоры на пролетных участках из-за существенного проседания грунта под ней, фактически изменила расчетную схему работы, опираясь на оголовки фундаментов колонн каркаса. Какие-либо проектные данные о плите пола отсутствуют в предоставленной технической документации. С измененными (предположительно непредусмотренными рабочим проектом) условиями работы железобетонная плита эксплуатировалась в течение более 10 лет (срок указан ориентировочно с учетом высоты 800мм образовавшейся полости/пустоты под ней) с сохранением существующих нагрузок, воспринимая их в полном объеме без появления характерных необратимых дефектов и повреждений.
Отмечается, что освидетельствование монолитной железобетонной плиты пола 1 уровня сооружения проводилось при отсутствии каких-либо существенных нагрузок на плиту, т.к. ранее функционирующее установленное технологическое оборудование было полностью демонтировано на момент выполнения натурного обследования (май 2020г.).В настоящее время отсутствует реальная опасность внезапного разрушения и потери устойчивости плиты пола 1 уровня, функционирование конструкции и эксплуатация сооружения возможны при контроле (мониторинге) технического состояния.
Обследование колонн
Колонны каркаса сооружения выполнены металлическими из колонного двутавра №40К4, условно замаркированы К1 в объеме данной работы. Колонны К1 расположены на пересечении буквенных рядов и цифровых осей сооружения с шагом 6,0м и образованием конструктивно-планировочной сетки каркаса 6×6м, соответственно.
В осях А-Б/1-3 колонны сооружения выполнены на всю высоту каркаса от фундаментов до покрытия над 6 уровнем, в осях В/1-3 до покрытия над 3 уровнем. Узел опирания колонн каркаса на подколонники монолитных железобетонных фундаментов Ф-1 ÷ Ф-6 на отм.-0,900м выполнен с жестким креплением к фундаменту с применением опорной пластины базы колонны, траверсы и анкерных болтов. Данные узлы крепления базы колонн обетонированы на высоту 600мм в интервале от отм.-0,900м до -0,300мм, соответственно, с образованием монолитных оголовков фундаментов, согласно проектному решению.
Колонны К1 в осях А-Б/1-3 выполнены трехярусными до отм.+29,100м общей высотой ~30,0м с двумя узлами стыковки (для наращивания) двутавровых ярусов по высоте на отм.+9,640м и отм.+19,980м, в осях В/1-3 – двухярусными до отм.+13,080м высотой ~13,9м со стыком на отм.+9,640м. Монтажный стык колонн сооружения выполнен с зазором 50мм между ярусами и привариванием наружных накладок из металлической пластины с габаритными размерами 450×1240×30мм (ширина×высота×толщина) в количестве 2шт. на полки двутаврового колонного профиля (с 2-х сторон), а также внутренних накладок - 310×250×20мм на стенки сопрягаемых двутавров. На этапе монтажа каркаса сооружения узел стыковки ярусов колонны предварительно фиксируется болтовыми соединениями внутренних накладок с применением болтов М24 в количестве 4шт. на узел, далее внутренние пластины привариваются горизонтальными сварными швами к стенкам двутавров и крепятся наружные пластины с фиксацией вертикальными сварными швами.
В ходе проведения визуальной части обследования и детального осмотра поверхностей колонн К1 и узлов стыковки их ярусов каких-либо существенных дефектов и повреждений выявлено не было. Отмечались следующие моменты:
- локальная поверхностная коррозия начальной стадии двутавровых профилей колонн и накладок узлов стыковки ярусов (с шелушением окрасочного слоя);
- сплошная поверхностная и язвенная коррозия колонн в уровне кровельного пирога покрытия над 3 уровнем на отм.+13,000м;
- местное уменьшение толщины полки двутавра колонны в осях Б/2 на 4 уровне на отм.+13,700м на величину до 2,0мм (производственный дефект профиля).
Выявленные отклонения, дефекты и повреждения фундаментов не оказывают существенного влияния на эксплуатацию сооружения в целом. Развитие коррозии влияет на долговечность строительной конструкции (срок службы).
Какие-либо проектные данные о колоннах сооружения отсутствуют в предоставленной технической документации. Для определения марки стали колонн К1 проводился отбор образцов металла из колонных двутавров путем высверливания сквозных отверстий в количестве 5-7шт. для сбора необходимого для химического анализа количества металлической стружки кобальтовым сверлом Ø4мм при помощи электродрели из полки центральной колонны в осях Б/2 на 4 уровне. Марка стали колонн К1 принималась С345 для выполнения проверочного расчета на основании результатов заключения химического анализа №298/2020 от 19.06.2020г, выполненного лабораторией аналитической химии ФГБУ «Институт металлургии УрО РАН».По результатам выполненных поверочных расчетов определено, что несущая способность колонн сооружения достаточна для восприятия расчетного сочетания усилий от действия предполагаемых реконструкцией нагрузок, запас на устойчивость из плоскости элемента наиболее нагруженной центральной колонны К1 в осях Б/2 не менее 35%.