с 01.01.2019 по настоящее время
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (Общеинженерные дисциплины, профессор)
с 01.01.1980 по 01.01.2019
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Новочеркасск, Ростовская область, Россия
Данная статья является продолжением цикла статей авторов о дефектах и повреждениях производственных зданий, в ней приводится описание типовых дефектов конструкций покрытия – ферм и плит покрытия, при-чины появления дефектов, последствия к которым может привести развитие выявленного повреждения, рекомендации по оценке технического состояния и рекомендации по устранению выявленных повреждений. В статье так же выполнен обобщенный анализ причин образования дефектов и наиболее вероятные зоны образования повреждений.
железобетонные плиты покрытия, замачивание плит покрытия, шелушение бетона, разрушение защитного слоя, продавливание полки плиты покрытия, механические повреждения полок, отверстия в полках, сколы бетона по граням и ребрам плит покрытия, трещины в продольных ребрах, трещины в поперечных ребрах, разрушения ребер плит покрытия
Данная статья является продолжением цикла статей авторов о дефектах и повреждениях производственных зданий [1-14]. Самой ответственной частью покрытия производственного здания и самой тяжелой его частью являются железобетонные плиты покрытия. Кроме того, что они должны выдерживать нагрузку, приходящуюся от выше лежащих слоев конструкций кровли, нагрузку от снега, они так же обеспечивают горизонтальную жесткость здания в целом.
Сборные железобетонные ребристые плиты покрытия бывают нескольких типовых размеров. Самые распространенные размеры плит покрытия – 1,5х6,0 м и 3,0х6,0 м – это для производственных зданий с шагом ферм 6 м. Для зданий с шагом ферм 12 м соответственно размеры плит покрытия будут 1,5х12 м и 3,0х12,0 м. Данные типовые размеры плит покрытия характерны для зданий, построенных во второй половине XX века и в современное время. Указанные железобетонные плиты покрытия изготавливаются в массовом порядке на заводах ЖБИ, являются легкодоступными для строительно-монтажных организаций и поставляются на производственную площадку автотранспортом.
Для зданий, построенных в первой половине ХХ века или ранее, характерно использование мелкоразмерных сборных железобетонных плит покрытия размерами 0,5х1,5 м и 0,5х2,0 м. Толщина таких плит покрытия составляет до 50 мм, а вес 60-80 кг, что позволяло при строительстве цеха двум рабочим вручную укладывать плиты покрытия по кровле. Дефекты сборных железобетонных плит покрытия одинаковы для ребристых железобетонных плит покрытия и для мелкоразмерных.
Иногда в производственных зданиях применяются мелкоразмерные плоские плиты покрытия. Размеры таких плит могут быть различными, а толщина 50-70 мм. Применяют такие плиты в случае отклонения при проектировании от типовых размеров между осями железобетонных конструкций. Поскольку в таких плитах отсутствуют ребра жесткости, то для них характерны повреждения в виде замачивания, разрушения защитного слоя бетона, обнажения и коррозии арматуры.
Замачивание плит покрытия – самый распространенный вид повреждения плит покрытия (рис. 1, а). Дефект проявляется в виде темных пятен на полках и ребрах плит покрытия, причинами появления следов замачивания является повреждение рулонного гидроизоляционного покрытия. Повторные замачивания приводят к шелушению бетона, разрушению защитного слоя, появлению трещин вдоль стержней арматуры, размораживанию бетона. Техническое состояние плит покрытия со следами замачивания является работоспособным. Устраняется повреждение латочным ремонтом гидроизоляционного покрытия, очисткой плиты покрытия металлическими щетками с последующей побелкой или покраской водоэмульсионной краской.
Шелушение бетона плит покрытия – это повреждение является последствием многократного замачивания плит покрытия (рис. 1, б). Осадки, просачивающиеся через конструкции кровли, приводят к замачиванию бетона плит покрытия, отслоению окраски и побелки бетона, к разрушению и выветриванию частиц бетона по граням плит покрытия. Проявляется шелушение бетона в виде отслоившейся кусками краски и неровностей поверхностей плиты покрытия, в помещениях с повышенной влажностью, шелушение бетона сопровождается образованием грибка. Развитие дефекта приводит к обнажению и коррозии арматурного каркаса плиты покрытия. Техническое состояние плиты покрытия с шелушением бетона оценивается как работоспособное, поскольку несущая способность не нарушена. Устраняется повреждение путем очистки поверхности металлическими щетками, штукатуркой плиты на поврежденном участке с последующей побелкой или покраской. При неглубоких повреждениях защитного слоя бетона возможно так же применение шпаклевки.
|
|
|
|
а) Следы замачивания плит покрытия |
б) Шелушение бетона плит покрытия |
|
Рис. 1. Следы замачивания железобетонных плит покрытия |
|
Покрытие поверхности слоем испарений цинка и алюминия. Редко встречаемое повреждение, так как является уникальным для производственных цехов, в которых выполняется процесс оцинкования труб или деталей машин. Испарения цинка или алюминия оседают на поверхностях плит покрытия, что приводит к дополнительной непроектной нагрузке на плиты покрытия, однако, при этом если в плитах имеются участки разрушения защитной слоя бетона и обнажение рабочей арматуры полок плит покрытия, то покрытие цинком будет препятствовать развитию коррозии арматурного каркаса плиты покрытия. Техническое состояние плит покрытия с покрытием слоем цинка или алюминия оценивается как работоспособное, устраняется повреждение очисткой поврежденной плиты от слоя цинка и оштукатуриванием.
Разрушение защитного слоя бетона плит. Часто встречаемое при обследованиях зданий и сооружений повреждение, которое является следствием развития замачивания и шелушения бетона. Проявляется повреждение в виде обнажения арматурного каркаса в полках и ребрах плит покрытия (рис. 2). Развитие повреждения приводит к коррозии арматурного каркаса плиты покрытия, слоистой коррозии, потере площади поперечного сечения арматурных стержней, потере несущей способности плиты покрытия. Техническое состояние плиты покрытия с таким повреждением является ограниченно работоспособным, ремонт выполняется очисткой арматуры от продуктов коррозии и оштукатуриванием поврежденного участка цементно-песчаным раствором или специальной ремонтной смесью для бетона.
Рис. 2. Обнажение арматурного каркаса плиты покрытия в результате замачивания
Продавливание полки плиты. Редкое повреждение, причиной появления которого является внешняя ударная приложенная нагрузка. В плите одного из производственных зданий в г. Таганрог было выявлено такое повреждение, явившееся результатом спила дерева – при падении ствол дерева продавил полку плиты покрытия. При этом арматурный каркас плиты покрытия выдержал нагрузку, и обрушения не произошло. При отсутствии повторных ударных нагрузок, развития данного повреждения не происходит, техническое состояние плиты покрытия оценивается в зависимости от степени поврежденности – работоспособное или ограниченно работоспособное. Устраняется повреждение зачеканкой трещин цементно-песчаным раствором или специальной ремонтной смесью для бетона.
Механические повреждения полок – очень часто встречаемое повреждение. Механические повреждения в полках связаны с технологическим процессом, если, например, необходимо установить вентиляционный дефлектор или пропустить через конструкции кровли дымовую трубу (рис. 3, а). В таких случаях в полке плиты покрытия пробивается отверстие, вырезается рабочая арматура и устанавливается труба или дефлектор. Так же часто выполняются отверстия в плитах покрытия для прокладки системы ливневого водостока, тогда в пробитое отверстие устанавливается воронка с патрубком (рис. 3, б). В таких случаях сложно оценить техническое состояние плиты покрытия, поскольку отверстие вызвано технологической необходимостью и выполнить систему ливневого водостока другим образом не представляется возможным. Развития данного повреждения не происходит, и тогда техническое состояние плиты следует оценивать как работоспособное. Однако следует обратить внимание на края пробитых отверстий, чаще всего края не оштукатурены и видна торчащая арматура. В таком случае возможно разрушение краев, обнажение и коррозия арматуры, техническое состояние плиты следует оценивать как ограниченно работоспособное. Для устранения повреждения рекомендуется выполнить оштукатуривание бетона по краям отверстия с последующей побелкой или окраской водоэмульсионной краской.
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 3. Механически пробитые отверстия в полках плиты покрытия: а) Организация отверстия для вентиляционной трубы; б) Организация отверстия для ливневого водостока |
|
К этому же дефекту следует отнести пробитые не технологических отверстий в полках плит покрытия. Чаще всего такие повреждения связаны с проходом коммуникаций через плиту покрытия, но после демонтажа коммуникаций, остаются отверстия. Небольшие отверстия в плитах покрытия не существенно влияют на их несущую способность, поэтому техническое состояние плит покрытия можно признать работоспособным, при большом количестве отверстий – ограниченно работоспособным. Устраняется повреждение путем оштукатуривания плиты на поврежденной участке с зачеканкой отверстий бетоном или цементно-песчаным раствором.
Исключением из данного дефекта является вырезание полки в плите покрытия согласно рекомендациям или проекту для обеспечения необходимой площади легкосбрасываемых конструкций (ЛСК). Если при расчете на взрыв, площадь оконных проемов является недостаточной для обеспечения взрывобезопасности здания, то необходимо увеличить площадь ЛСК. Для этого в железобетонных плитах покрытия вырезают полки, оставляя при этом ребра жесткости, затем на открытые проемы укладывают конструкции кровли с массой не более 70 кг/м2. Чаще всего такие решения применяются в зданиях котельных, зданиях газораспределительных пунктов и в зданиях литейной промышленности с установленным внутри газовым оборудованием. При этом необходимо соблюдение еще одного условия – конструкции кровли так же должны быть поделены на секции, или «карты», обеспечивающие отделение части конструкций при взрыве.
Сколы бетона по ребрам и граням плит покрытия. Часто встречаемое повреждение, однако, причинами появления таких сколов являются не производственные процессы, а неаккуратное выполнение работ при транспортировке и монтаже (рис. 4), поскольку после установки плиты в проектное положение, повредить ее на большой высоте очень сложно. Небольшие сколы без обнажения рабочей арматуры каркаса не представляют опасности, развития повреждения не происходит, и техническое состояние плиты являются работоспособными. Сколы бетона с обнажением рабочей арматуры являются более серьезным повреждением, так как развитие коррозии может привести к потере площади поперечного сечения и снижению несущей способности плиты покрытия. Техническое состояние плит с такими сколами является ограниченно работоспособным. Устраняются повреждения путем очистки скола от пыли и грязи с последующим оштукатуриванием.
Рис. 4. Сколы бетона в продольных ребрах плиты покрытия без обнажения арматуры и с обнажением арматуры
Трещины в поперечных ребрах. Часто встречаемое повреждение, причиной появления которого является регулярное замачивание плиты покрытия (рис. 5). Просачиваясь через конструкции кровли и бетон плиты покрытия, атмосферная влага достигает рабочей арматуры поперечных ребер жесткости и приводит к коррозии. Продукты коррозии, увеличиваясь в размерах, «разрывают» бетон поперечного ребра и появляются трещины. Дефект так же сопровождается появлением трещин не в одном ребре, а в нескольких ребрах одной плиты или в ребрах соседних плит, попавших в зону замачивания. С течением времени, развитие трещин приводит к полному разрушению поперечных ребер плиты покрытия и полному разрушению арматурных стержней в поперечных ребрах. Техническое состояние плит покрытия с трещинами в поперечных ребрах оценивается как ограниченно работоспособное, состояние плит с разрушенными поперечными ребрами следует оценивать, как неработоспособное. При незначительных трещинах устраняется повреждение путем очистки ребра жесткости от отслоившегося бетона, промывке и продувке трещины сжатым воздухом с последующей зачеканкой трещины цементно-песчаным раствором или специальной ремонтной смесью для бетона. При значительном раскрытии трещины и коррозии арматуры рекомендуется сбить бетон ребра до арматурного стержня, очистить стержень от продуктов коррозии и восстановить ребро цементно-песчаным раствором или ремонтной смесью. При полном разрушении поперечного ребра железобетонной плиты восстановление рекомендуется выполнять согласно специально разработанного проекта. Проект может предусматривать замену арматурного стержня на другой с увеличенной площадью поперечного сечения или замену стержня на металлический уголок с последующим оштукатуриванием.
Рис. 5. Трещины в поперечных ребрах плиты покрытия.
Механические разрушения поперечных ребер плит покрытия. Не часто встречаемый дефект плит покрытия. Встречается при необходимости установки на крыше дефлектора большого диаметра (рис. 6, а), при проходе дымовой трубы через конструкции кровли или при необходимости крепления технологического оборудования над плитой (рис. 6, б). Так как при размещении оборудования полностью перерезается арматурный стержень поперечного ребра плиты, то ее несущая способность уменьшается, соответственно, техническое состояние поврежденных плит покрытия необходимо оценивать как ограниченно работоспособное. Устраняется повреждение путем восстановления армирования ребра плиты и восстановления формы ребра из мелкозернистого бетона или из цементно-песчаного раствора. Чаще всего, восстановления ребра плиты выполняют по специально разработанному проекту.
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 6. Повреждения поперечных ребер железобетонных плит: а) Разрушение поперечного ребра плиты для установки дефлектора; б) Разрушение ребер плит покрытия для закрепления оборудования. |
|
Трещины в продольных ребрах. Редко встречаемое повреждение в плитах покрытия. Механизмы образования таких трещин такие же, как и трещин в поперечных ребрах плит покрытия. Проникая через конструкции кровли, влага приводит к коррозии арматуры, образованию продуктов коррозии и разрыву бетона в продольных ребрах. Появление трещин в продольных ребрах является опасным повреждением и приводит к снижению несущей способности плиты. Техническое состояние таких плит следует признавать ограниченно работоспособным, а при сильном повреждении коррозией арматурных стержней и разрушению бетона ребра плиты, техническое состояние плит покрытия является неработоспособным. Устраняется повреждение путем усиления плит покрытия металлическими конструкциями. В качестве усиления возможно применение металлического уголка и подведение его под поврежденное ребро плиты по всей длине. В случае необходимости усиления двух продольных ребер соседних плит покрытия возможно применение швеллера, закрепляемого горизонтально с помощью коротышей к арматурным стержням продольных ребер плит покрытия и заполнением бетоном образовавшейся полости между ребрами и швеллером.
Механические повреждения продольных ребер плит покрытия. Наиболее редкое и опасное повреждение, поскольку может сразу привести к неработоспособному состоянию конструкции или аварийному (рис.7. а). Часто механические повреждения связаны с необходимостью рабочего персонала закрепить технологическое оборудование, при этом разбивается защитный слой бетона и выполняется закрепление оборудования на электросварке к рабочим стержням арматуры (рис. 7. б). Дополнительная приложенная нагрузка к арматурным стержням в ребрах плит покрытия приводит к выдергиванию арматурного стержня из ребра и разрушению всего ребра плиты покрытия.
|
|
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 6.10. Механические повреждения продольных ребер плиты покрытия: а) - разрушение бетона ребра и вырез арматурного стержня, появление трещин в полке плиты; б) – разрушение бетона с целью крепления оборудования
|
|
При незначительных повреждениях защитного слоя бетона и обнажении арматурного стержня ребра техническое состояние плиты следует оценивать, как ограниченно работоспособное, при вырезанном или выдернутом стержне из ребра техническое состояние плиты следует оценивать, как неработоспособное или аварийное. Вырезание арматуры из ребра приводит к полной потере несущей способности продольного ребра и может привести к обрушению. Устраняется повреждение только усилением плиты покрытия, при этом возможно подведение под продольные ребра металлических уголков или швеллеров.
Обнажение каркаса железобетонной плиты. По существу, данное повреждение является совокупность нескольких повреждений: разрушение защитного слоя полок, разрушение поперечных ребер и трещины в продольных ребрах. Причиной появления такого повреждения является многолетнее замачивание плиты покрытия, воздействие осадков на арматурный каркас и развитие коррозии, приведшее к отслоению и отваливанию бетона от арматурного каркаса. Развитие повреждения может привести к обрушению плиты покрытия. Техническое состояние является неработоспособным или аварийным. Устраняется повреждение усилением плиты покрытия или ее заменой.
В настоящее время очень распространена замена значительно поврежденных железобетонных ребристых плит покрытия размером 6,0х1,5 м на металлические щиты соответствующего размера. Периметр щита выполняется из швеллера №14 или №16, поперечные ребра выполняются из равнополочного уголка L50х5, L65х6 или L75х7, а полка щита выполняется из листовой стали толщиной 4-5 мм. Данные конструкции нашли широкое применения при замене поврежденных плит покрытия на одном из трубопрокатных заводов Ростовской области в г. Таганрог. Так же возможна замена поврежденных мелкоразмерных плит покрытия размером 1,5х0,5 м на металлические щиты аналогичного размера. Периметр щита и поперечные ребра жесткости выполняется из равнополочного уголка L50х5 или L65х5, а полка щита из листового металла толщиной 3-4 мм. Такое решение нашло широкое применение на крупном металлургическом заводе по производству алюминия в г. Белая Калитва.
Проведенный анализ дефектов и повреждений сборных железобетонных плит покрытия выявил следующие зоны возможного образования дефектов:
Зона 1. – Полка плиты покрытия;
Зона 2. – Поперечные ребра плиты покрытия;
Зона 3. – Продольные ребра плиты покрытия.
Так же при анализе выявленных дефектов и повреждений было установлено, что большинство из них незначительно снижают несущую способность плиты покрытия, наиболее опасным является сочетание нескольких повреждений, приводящих к снижению и потере несущей способности. Например, трещины в продольных и поперечных ребрах плит покрытия в сочетании с разрушением защитного слоя бетона приводят к обнажению и разрушению арматурного каркаса и аварийному состоянию плиты.
Так же были установлены причины появления дефектов и повреждений в плитах покрытия: замачивание плит покрытия протечками атмосферных осадков и человеческий фактор.
Регулярный осмотр покрытия представителями эксплуатирующей организации и проведение текущих ремонтов поврежденных участков позволит значительно продлить жизненный цикл железобетонных плит покрытия. Регулярный осмотр и своевременный ремонт рулонного гидроизоляционного ковра кровли предотвратит от замачивания.
1. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения грунтовых оснований промышленных зданий // Строительство и архитектура (2019). Том 7. Выпуск 3 (24) 2019. - С.45-49. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2019-7-3-45-49
2. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения столбчатых фунда-ментов производственных зданий // Строительство и архитектура (2019). Том 7. Выпуск 4 (25) 2019. - С.36-40. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2019-7-4-36-40
3. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения железобетонных ко-лонн производственных зданий // Строительство и архитектура (2020). Том 8. Вы-пуск 2 (27) 2020. - С.5-10. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2020-8-2-5-10
4. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения металлических колонн производственных зданий // Строительство и архитектура (2021). Том 9. Выпуск 2 (31) 2021. - С.11-15. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-2-11-15
5. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Повреждения железобетонных панелей произ-водственных зданий // Строительство и архитектура (2021). Том 9. Выпуск 2 (31) 2021. - С. 66-70. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-2-66-70
6. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения металлических под-крановых балок производственных зданий // Строительство и архитектура (2021). Том 9. Выпуск 3 (32) 2021. - С. 11-15. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-3-11-15
7. Damage to the Vertical Braces of Industrial Buildings / T A Krahmalny and S I Evtushen-ko // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1079 (2021) 052086 DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/1079/5/052086
8. Систематизация дефектов фасадов промышленных зданий [Текст] / С.И. Евтушен-ко, Т.А. Крахмальный, М.П. Крахмальная, В.Е. Шапка, А.Б. Александров // Инфор-мационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений: материалы XVI международной научно-практической конференции, г. Новочер-касск, 15 ноября 2016 г. / Южно-Российский государственный технический универ-ситет (НПИ) имени М.И. Платова. - Новочеркасск: Изд-во ЮРГПУ (НПИ), 2016. - С. 132-136.
9. 9. Typical defects and damage to the industrial buildings’ facades / T A Krahmalny and S I Evtushenko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 775 (2020) 012135, DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/775/1/012135.
10. New system of monitoring of a condition of cracks small reinforced concrete bridge con-structions Krakhmalny T.A., Evtushenko S.I., Krakhmalnaya M.P. В сборнике: Procedia Engineering. 2016. С. 2369-2374.
11. Информационные технологии при обследовании промышленных зданий Евтушен-ко С.И., Крахмальный Т.А., Крахмальная М.П., Чутченко И.А. Строительство и архитектура. 2017. Т. 5. № 1 (14). С. 65-71. DOI:https://doi.org/10.12737/article_592eb1694d6262.73142749
12. К вопросу об остаточном ресурсе длительно эксплуатируемых мостов через водо-проводящие каналы Евтушенко С.И., Крахмальная М.П., Крахмальный Т.А. Вест-ник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2014. № 35 (54). С. 166-170.
13. Система мониторинга состояния трещин и стыков зданий и сооружений Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А., Крахмальная М.П. Патент на изобретение RU 2448225 C1, 20.04.2012. Заявка № 2010140257/03 от 01.10.2010
14. Совершенствование методов обследования фасадов промышленных зданий /Евтушенко С.И., Крахмальная М.П., Шапка В.Е., Бабец Н.Н. // Строительство и архитектура. 2017. Т. 5. № 2 (15). С. 140-144. DOI:https://doi.org/10.12737/article_5950d228c2ae96.86803061
15. Новые системы наблюдения и контроля дефектов и повреждений строительных конструкций / Евтушенко С.И., Крахмальный Т.А., Фирсов В.В., Лепихова В.А., Кучумов М.А. // Строительство и архитектура (2020). Том 8. Выпуск 1 (26) 2020. - С. 11-18. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2020-8-1-11-18
