Признаки перегрузки каменной кладки при сжатии.

Симптомами, как и в сжатом бетоне, являются продольные (вертикальные) трещины. Например, если на участке шириной 1 м образовались три-четыре трещины длиной 300...350 мм (но не более 4-х рядов кладки из стандартного кирпича), то напряжения в кладке превышают ее расчетное сопротивление на 40...60%, а если длиной 450...500 мм (не более 6-ти рядов), то напряжения превышают расчетное сопротивление на 70...90%. При дальнейшем росте трещин происходит разрушение кладки.

Выпучивание стен и простенков.

Свидетельствует об их аварийном состоянии. Перегрузка этих элементов может проявляться в образовании вертикальных трещин не только поперек, но и вдоль стен.

Выпучивание стен и простенков

Такие трещины не всегда выходят на боковые поверхности, а если и выходят, то их бывает трудно обнаружить, т. к. они скрыты дверными или оконными коробками.

Трещины в каменной кладке под опорами балок и ребер плит.

Свидетельствует о чрезмерных напряжениях смятия в кладке. При длине трещин до 150 мм (2 ряда кладки из стандартного кирпича) кладка перегружена примерно в 1,5 раза, при длине до 300...350 мм (4 ряда) кладка находится накануне разрушения, за которым следует падение опирающихся на нее конструкций, Наиболее опасны трещины, которые вызваны недостаточной глубиной опирания вышележащей конструкции.

Горизонтальные трещины внутри помещений в местах сопряжения стен и перекрытий.

Свидетельствуют о начале процесса потери устойчивости стен. Вызвано это отсутствием анкеровки стен в перекрытиях и выдергиванием перекрытий в результате горизонтального перемещения стен. Указанные трещины разрывают только штукатурку, не затрагивая сами плиты перекрытий и каменную кладку. Если штукатурка отсутствует, то о выдергивании перекрытий можно судить по изменению цвета нижней поверхности плит.К сожалению, при наличии подвесных потолков эту опаснейшую "болезнь" обнаружить на ранней стадии почти невозможно.

Повреждение наружного слоя кладки стен.

Свидетельствует, как правило, о его морозном разрушении (размораживании). Например, в плохо проветриваемых помещениях с высокой влажностью и некачественной внутренней пароизоляцией (санузлы, душевые, бани, плавательные бассейны) наружные стены теряют свои теплозащитные свойства, промерзают, "точка росы" по мере увлажнения перемещается к наружной поверхности, а замерзшая влага постепенно разрушает каменную кладку. Процесс этот может продолжаться годами и, если не принять своевременных мер, неизбежно приведет к уменьшению сечения стен, снижению прочности кладки и обрушению несущих конструкций.
Аналогичная картина наблюдается и в стенах из легкобетонных блоков, оштукатуренных снаружи плотным раствором. Последний играет роль внешней пароизоляции, способствует накоплению и конденсации водяных паров, их попеременному замораживанию и оттаиванию и, в конечном счете, разрушению кладки.
Размораживание кладки при внешнем замачивании особенно часто наблюдается в цокольных и карнизных частях зданий, а также у перепадов высот кровли, и наиболее слабо ему сопротивляется кладка из силикатного кирпича, а также дырчатого кирпича сухого или полусухого прессования.

При неравномерных деформациях основания каменные стены работают как балки, нагруженные частью веса перекрытий (покрытия) и собственного веса (другая часть уравновешивается опорной реакцией просевшего грунта). Опорами их служат непросевшие участки основания. Отсюда и направление трещин: если основание плавно просело в средней части, то трещины имеют вертикальное направление и начинаются снизу (рис. 1, а), если плавно просело по краям, то вертикальные трещины начинаются сверху (б), если основание просело резко (локально), то трещины имеют наклонное направление (в, г). При более сложном характере просадок могут одновременно образоваться трещины и вертикального, и наклонного направлений.

Рис.1. Характерные терщины на фасаде здания.

Вертикальные и с небольшим наклоном трещины иногда можно спутать с трещинами, вызванными депланацией сечений при неравномерных нагрузках, и с температурными трещинами . Поэтому прежде, чем делать окончат тельный вывод, следует обратить внимание не только на вид трещин, но и на места их расположения.

Один их характерных признаков — неоднородная поверхность: наличие (иногда чередование) плотных и рыхлых слоев, что свидетельствует либо о расслоении бетонной смеси в результате чрезмерного вибрирования, либо, наоборот, о "зависании" бетона на арматурных сетках и каркасах в результате недостаточного вибрирования или слишком жесткой бетонной смеси, или слишком крупного заполнителя. Другой признак — наличие пор и раковин на поверхности. Часто они указывают и на наличие крупных пустот внутри тела конструкции, что может подтвердить глухой звук при ударе молотка. Третий - наличие участков с низкой прочностью, что легко проверяется механическим воздействием и что обычно указывает на плохой прогрев при зимнем бетонировании.

Трещины, образовавшиеся вдоль растянутой рабочей арматуры плит, балок и ферм.

Может быть несколько причин образования таких трещин. Одна из них — большие усадочные напряжения в бетоне, вызванные недостаточным защитным слоем. Иногда усадочные трещины образуются из-за неправильно подобранного состава бетона или вследствие нарушения режима термообработки при изготовлении сборных изделий (отсутствие выдержки перед пропариванием или слишком быстрый подъем температуры).
Сами по себе усадочные трещины имеют, как правило, небольшую ширину раскрытия. Однако через них проникает паро-воздушная смесь или агрессивные жидкости и газы, которые вызывают коррозию арматуры — в этом главная опасность усадочных трещин. Продукты же коррозии (ржавчина) занимают больший объем, чем металл, поэтому они распирают бетон и еще более увеличивают раскрытие трещин (подобные трещины иногда имеют характерные "ржавые" края). Если конструкция эксплуатируется на открытом воздухе, то в трещины попадает и атмосферная влага, которая при замерзании дополнительно разрывает бетон.
Другая причина — коррозия арматуры, вызванная не внешним воздействием паров и агрессивных газов, а блуждающими токами или агрессивными солевыми добавками в бетон. Как и в первом случае, продукты коррозии, увеличиваясь в объеме, разрывают бетон. Степень опасности этого дефекта определяется, в первую очередь, степенью коррозии арматурной стали.
Третья причина — раскалывание бетона при отпуске напрягаемой арматуры. Наиболее опасны такие трещины в концевых участках конструкций, т.к. они увеличивают длину зоны передачи напряжений арматуры и ухудшают ее анкеровку в бетоне, снижая тем самым несущую способность опорных участков плит, балок и ферм.

Вертикальные трещины вблизи торцов балок или ферм.

В 1980-е гг. в практику строительства с одобрения Госстроя СССР была внедрена упрощенная схема соединения стропильных конструкций с колоннами — тогда отказались от центрирующих прокладок и анкерных болтов в колоннах, а опорые закладные детали балок и ферм стали приваривать непосредственно к закладным деталям колонн. При такой схеме возникает частичное защемление стропильных конструкций на опорах, что вызывает возникновение опорного момента отрицательного знака. В совокупности с давлением крайних ребер плит покрытия это и приводит к образованию незначительных трещин, начинающихся с верхней грани (рис. 1).

Рис.1. Вертикальные трещины вблизи торцов балок или ферм.

Однако, если опорные участки балок или ферм выполнены с дефектом (верхняя арматура S' не доведена до торцов), то трещины приобретают опасное развитие, чреватое обрушением крайних плит.

Горизонтальные трещины в коньковой части стенок двускатных балок.

Усилия в сжатой полке N_b по сторонам конька направлены под углом друг другу. Они образуют равнодействующую N_t, направленную вертикально вверх, которая отрывает полки от стенки балки, в результате чего в стенке образуется горизонтальная трещина (рис. 1).

Рис.2. Горизонтальные трещины в коньковой части стенок двускатных балок.

Явление это, хотя и редкое, но очень опасное, чреватое обрушением конструкции. Возникает оно тогда, когда в коньковой части балки отсутствует дополнительная поперечная
арматура, а конек не нагружен полезной нагрузкой, т. е. не прижат сверху.

В нормах проектирования максимально допустимая ширина продолжительного раскрытия трещин для конструкций, эксплуатируемых в обычных условиях, принята равной 0,3 мм. В некоторых справочниках эта величина рассматривается и как граница, за которой наступает аварийное состояние конструктивных элементов. Такой подход в корне неверен в силу следующих причин.
Во-первых, указанная ширина раскрытия трещин допустима только для арматуры не выше класса А-IV, для арматуры более высоких классов она уменьшается до 0,2 и даже до 0,1 мм. Во-вторых, изгибаемые конструкции могут быть "слабо", "нормально" или "сильно" армированными. В "сильно" армированных ("переармированных") сечениях разрушение сжатой зоны бетона происходит при сравнительно небольших напряжениях в продольной растянутой арматуре, когда и трещины раскрываются незначительно. Поэтому даже небольшая, всего 0,1 мм, ширина раскрытия трещин может быть симптомом опасного состояния таких конструкций. В-третьих, ширина раскрытия трещин по расчету часто оказывается намного меньше допустимой. Бывает даже, что по расчету трещины вообще не образуются (чаще всего, у преднапряженных конструкций). И в этом случае небольшая ширина раскрытия трещин у эксплуатируемой конструкции может оказаться опасной.
Отсюда следует, что ширина опасного раскрытия трещин требует индивидуальной оценки. Однако в любом случае само наличие заметных трещин уже является серьезным поводом для тщательного обследования конструкций.
Небольшие прогибы вполне могут характеризовать перегрузку таких конструкций, у которых сечение "сильно" армировано, а также многих преднапряженных конструкций, которые при изготовлении получили обратный выгиб. В то же время, существует и некоторое общее правило: чем больше погонная жесткость конструкции (а проще говоря, чем больше отношение высоты сечения к пролету), тем меньше у нее прогиб, следовательно, и небольшая величина прогиба может оказаться для конструкции опасной.
С другой стороны, иногда даже большие прогибы никакой опасности не представляют. Такие случаи встречаются при некачественном изготовлении монолитных конструкций, когда опалубка из-за недостаточной собственной жесткости провисла под тяжестью свежеуложенного бетона.

Признаки перегрузки нормальных сечений балок и плит.

Симптомами являются нормальные (поперечные) трещины и прогибы в середине пролета. Однако само наличие трещин далеко не всегда является признаком перегрузки — ведь прочность нормальных сечений рассчитывают без учета бетона растянутой зоны, т. е. заранее предполагают образование трещин. В большинстве случаев симптомом перегрузки являются не трещины как таковые, а ширина их раскрытия. То же относится и к прогибам. Поскольку любая балка или плита при действии внешней нагрузки деформируется (прогибается), то важен не просто прогиб, а его величина. Следует также заметить, что слово "перегрузка" вовсе не обязательно означает, что нагрузка на конструкцию превышает проектную. В равной степени оно может означать и недостаточную несущую способность самой конструкции, вызванную дефектами изготовления и монтажа (пониженная прочность материалов, недостаточное армирование, перекосы, смещения и пр.).

Признаки перегрузки опорных участков балок и плит.

Основными симптомами являются наклонные трещины в опорных участках. При некотором внешнем сходстве, причина их образования может быть разной. Трещины в стенках тавровых и двутавровых балок часто являются признаком начала раздавливания бетона от действия главных сжимающих напряжений. Трещины, выходящие на нижнюю грань, обычно указывают на недостаточное поперечное армирование. Похожие трещины образуются и тогда, когда выдергивается напрягаемая арматура, — это состояние опорных участков является наиболее опасным и требует немедленного принятия противоаварийных мер, а затем серьезного усиления. Труднее всего бывает обнаружить симптомы перегрузки опорных участков пустотных плит, поскольку их боковые поверхности недоступны для осмотра. Что касается сплошных плит, то аварийное состояние опорных участков у них встречается крайне редко, за исключением случаев, когда плиты работают на продавливание (фундаментные плиты, плиты безригельных перекрытий и т. п.).

Признаки перегрузки железобетонных ферм.

Перегрузка ферм проявляется заметным раскрытием трещин в нижнем поясе, небольшим (но все-таки заметным) провисанием нижнего пояса. Перегрузка опорных узлов характеризуется теми же признаками, что и перегрузка опорных участков балок и плит (см. предыдущий ответ). Шелушение и отслоение бетона в верхнем поясе и сжатых раскосах обычно свидетельствует уже об аварийном состоянии конструкции. При осмотре ферм следует также обращать внимание на промежуточные узлы (особенно безраскосных ферм и ферм с параллельными поясами), в которых возникают большие изгибающие моменты или перерезывающие силы.

Признаки перегрузки бетона при сжатии.

Разрушение бетона происходит вследствие поперечных деформаций, которые вызывают продольные трещины, — они и являются первыми симптомами перегрузки, Если закрепление обоих концов сжатого элемента препятствует поперечным деформациям, то трещины появляются в средней части длины. Наличие подобных трещин в колоннах, сжатых элементах ферм, в сжатой зоне балок является признаком аварийного состояния конструкций.

Признаки перегрузки консолей железобетонных колонн.

Перегрузка консолей колонн

Работа консоли напоминает работу кронштейна: сжатым подкосом там является наклонная сжатая полоса бетона, а растянутой связью — верхняя горизонтальная арматура S. Поэтому перегрузка проявляется в образовании трещин — либо расположенных вдоль наклонной полосы (а), либо начинающихся с верхней грани и пересекающих растянутую арматуру (б). Если консоли армированы жесткой арматурой — косыми пластинами (колонны серии ИИ-04 и 1.020), то перегрузка консолей может вызвать также и потерю устойчивости (боковое выпучивание) пластин и последующий отрыв защитного слоя бетона.

Если у человека поднялась температура, он испытывает недомогание и боли, то это симптомы какой-то болезни. По симптомам врач определяет, чем болен человек, т.е. ставит диагноз, и лишь после этого назначает лечение. Видимые дефекты и повреждения зданий и строительных конструкций — тоже симптомы "болезней", и поставить по ним правильный диагноз — значит установить саму "болезнь", определить ее причины, степень опасности и назначить такое лечение, которое обеспечило бы надежность и долговечность всего здания и его отдельных частей.
Поэтому медицинский термин "диагностика" с полным основанием стал применяться и в строительстве. Сходство имеется и в другом. Если в медицинской диагностике роль объективных показателей играют лабораторные анализы, кардиограмма, рентгеноскопия и т. п., то в строительной — измерения (фактических сечений, пролетов, прогибов, ширины раскрытия трещин и т. д.), испытания образцов конструкционных материалов и грунтов основания, поверочные расчеты и пр. Ну а главное отличие состоит, пожалуй, в том, что человеческий организм сам борется с болезнями и часто излечивается без помощи медицины. Строительные конструкции такой способностью не обладают — если они "заболели", то уже навсегда, со временем "болезнь" будет только прогрессировать и без посторонней помощи они уже не обойдутся.
Как правило, рассматриваются только те вопросы, которые связаны непосредственно с внешними признаками неблагополучного состояния зданий и конструкций и которые, как говорится, видны невооруженным взглядом. Однако именно внешние признаки являются первыми симптомами любой "болезни" и именно они составляет основу диагностики. За рамками текста остались вопросы приборного контроля, поверочных расчетов и анализа результатов, решение которых требует специальной подготовки и определенного опыта. Признаки неблагополучного состояния весьма разнообразны, и подробное их описание займет слишком много места, тем более что зачастую они присутствуют одновременно, в разных сочетаниях.

Наиболее часто кирпичные карнизы обрушаются при наличии совмещенных кровель. Причина обрушения состоит в нарушении герметичности кровли: атмосферная вода проникает в утеплитель, стекает по поверхности плит покрытия к карнизу, там постепенно накапливается и замачивает каменную кладку (рис. 1). Мокрая кладка подвергается попеременному замораживанию и оттаиванию и теряет прочность.

Рис.1. Замачивание карнизов: 1 - кровля, 2 - стяжка, 3 - утеплитель, 4 - плиты.

Для предотвращения этого явления (или, по крайней мере, для смягчения его воздействия) можно порекомендовать заподлицо с верхней плоскостью плит покрытия в карнизах устраивать продухи, которые одновременно могут служить сливами для накопившейся в утеплителе воды. Однако самое надежное решение — вообще не применять совмещенные невентилируемые кровли, особенно малоуклонные.

Главная причина — в чрезмерном боковом давлении грунта Q, которым засыпаны пазухи котлована (рис. 1). Боковое давление зависит от коэффициента внутреннего трения (угла естественного откоса) грунта: чем меньше значение коэффициента, тем больше давление. Минимальное значение коэффициента – у водонасыщенного (разжиженного) грунта.

Рис.1. Давление грунта на стены подвала.

Отсюда понятно, почему выдавливание стен подвала происходит в тех случаях, когда пазухи котлована были засыпаны мерзлым грунтом, сильно насыщенным водой до замерзания (который при оттаивании превращается в жижу), или когда атмосферная вода интенсивно замачивает уже засыпанный грунт – обычно, при плохом его уплотнении и наличии обратного уклона без водоотвода. Выдавливанию способствует также отсутствие бетонного пола в подвале, служащего нижней горизонтальной опорой для стен, и небольшая этажность здания, при которой мала вертикальная нагрузка N (сила прижима, повышающая сопротивление сдвигу стен).

Причин несколько. Во-первых, отсутствие отмостки или некачественное ее выполнение.
Во-вторых, плохая вертикальная планировка прилегающей территории, или, говоря иначе, наличие обратного уклона дневной поверхности при отсутствии водоотвода. В этом случае отмостка для атмосферной воды помехой не является. Особенно часто подобное явление встречается не в построенных, а в еще строящихся зданиях, расположенных на скатах местности, — строители стараются не обременять себя проблемой устройства хотя бы временного водоотвода.
В-третьих, плохая вертикальная гидроизоляция стен подвала. Нередко строители обмазывают стены не битумом, как положено, а только т. н. “праймером”, состоящим на 80...85% из солярки и на 15...20% из битума, который не изолирует стены, а лишь придает им черный цвет.
В-четвертых, применение растворов низких марок в швах между бетонными блоками. Как правило, такие растворы имеют рыхлую структуру и через них легко фильтруется влага. Еще более опасен другой, не менее частый дефект: плохое заполнение раствором вертикальных швов между бетонными блоками — именно через такие швы вода беспрепятственно проникает внутрь стен и замачивает их на всю толщину (а при отсутствии бетонного пола — также и фундаменты с основанием). Даже после устранения всех перечисленных дефектов стены подвала еще много лет остаются сырыми.