В процессе эксплуатации любое здание или сооружение подвергается не только нормативным, но и дополнительным нагрузкам. Вследствие внешних воздействий со временем могут возникнуть видимые и невидимые дефекты, которые ухудшают техническое состояние конструкций и способны изменить их несущую способность. Если вовремя не устранить отклонения, то строение может стать предаварийным или аварийным. Чтобы избежать неприятных последствий необходимо периодически обследовать техсостояние строительного объекта, и одной из главных задач обследования является определение несущей способности здания.
Несущая способность (НС) объекта капитального строительства – это максимально допустимая рабочая нагрузка, которая без изменения и понижения технико-эксплуатационных характеристик способна выдерживать все конструктивные элементы строения.
Фундамент, стены и перекрытия, колонны и балки, кровля – основные элементы зданий. Все они выполнены из разных материалов, от которых зависит прочность и устойчивость к горизонтальным, вертикальным и прочим нагрузкам. Способность возводимых конструкций выдерживать нагрузки определяется по ГОСТ и расчетные показатели заложены в проектной документации.
Для уже эксплуатируемой строительной конструкции несущая способность определяется в ходе технического обследования. Специалисты используют разные методы, например, способ импульсных механических и динамических вибрационных воздействий, направленных на конкретные элементы здания. Для получения значений на объект устанавливают специальные датчики, которые фиксируют все изменения. Далее по результатам рассчитывают реальную несущую способность отдельных конструкций и здания в целом.
Для любого сооружения или здания грунт выступает нулевым основанием, на котором находятся все конструкции. Поэтому для правильности проектирования и выбора типа фундамента крайне важно определить сопротивление грунта – максимальную нагрузку, которую он сможет выдерживать.
Способность сопротивления зависит от влажности и плотности грунта. Чем плотнее почва, тем меньше в структуре основания воздуха и соответственно выше несущая способность. Для участков с повышенной влажностью характерно снижение несущих характеристик, поэтому для достижения должной прочности фундамента потребуется дополнительно укреплять его сваями.
Для различных видов грунтов характеристики несущей способности детально описаны в СНиП 2.02.01-83. Физико-химическое состояние грунтов для конкретного объекта определяется по результатам лабораторных исследований предварительно взятых грунтовых проб.
Фундамент – основной элемент строения, который воспринимает и распределяет по грунтовому основанию все нагрузки от других элементов и конструкций. От его прочности и устойчивости к внешним нагрузкам напрямую зависит надежность, долговечность и безопасность всего здания. В современном строительстве используют разные виды фундаментов:
Для безошибочного выбора типа фундамента необходимо учитывать влажность, плотность, пучинистость и химический состав грунта, уровень залегания грунтовых вод, гидрологические условия и рельеф местности, глубину промерзания почвы и другие характеристики.
Оценка несущей способности фундамента определяется на основе значений сопротивления почвы эксплуатационным нагрузкам, площади его опирания на грунт, массы постройки, ветровых, снеговых и прочих нагрузок. Но для разных видов оснований расчеты отличаются. Например, чтобы рассчитать для ленточного фундамента несущую способность нужно иметь опорную площадь всей ленты. В случае со свайными конструкциями определяются несущие характеристики одной сваи и полученное значение умножается на количество используемых в фундаменте свай.
Перекрытия – горизонтальные конструкции, которые разделяют строение по высоте на уровни и этажи, воспринимают на себя нагрузки и распределяют их по стенам и фундаменту.
По расположению и функциональному назначению перекрытия классифицируются на межэтажные, чердачные, цокольные и подвальные. По конструктивным особенностям перекрытия могут быть:
Проверка несущей способности перекрытий предусматривает проведение ряда инструментальных исследований и испытаний, направленных на определение прочности конструкций, способности их сопротивления нагрузкам.
Расчетная методика включает оценку качества и фактического состояния материалов, из которых выполнены перекрытия, определение геометрических параметров конструкций с учетом глубин опирания, кривизны, ослаблений сечений, прогибов и прочих характеристик элементов.
Колонны и столбы принадлежат к вертикальным несущим конструкциям здания или сооружения. Возводятся на отдельном фундаменте в виде подстаканника. Столбы в основном выполняют из камня и кирпича, опоры – из монолита и железобетона. От качества и прочности элементов напрямую зависит эксплуатационная надежность строений. Чем больше площадь объекта и выше нагрузка на столб или колонну, тем глубже необходимо закладывать эти элементы.
Выполнение расчета несущей способности вертикальных опорных конструкций производят по предельным состояниям путем определения действующих нагрузок и размеров поперечного сечения колонн или столбов. Предельные состояния могут быть трех видов: по несущей нагрузке, по раскрытию трещин и по допустимым нагрузкам. Колонны и опоры рассчитывают по несущей способности.
Нагрузки делятся на нормативные и расчетные. В первом случае это установленные нормами наивысшие нагрузки, при которых достигается нормальная эксплуатация конструкций. Повышение или отклонение нагрузок от нормативных определяется использованием при расчете коэффициента перегрузки. Полученные значения с данным коэффициентом – это расчетные нагрузки.
Главная функциональная задача кровли – защита здания от атмосферных осадков, отвод талой или дождевой воды. Классифицируют покрытия по разным параметрам. По типу конструкции кровля может быть одно- и двухскатной, шатровой, вальмовой, мансардной, многощипковой, разноуровневой. В качестве кровельных материалов применяют металлочерепицу, битумную черепицу, профнастил, шифер, рулонные и прочие покрытия.
Но основной критерий классификации – конструктивное решение. По данному показателю кровли разделяют на:
Несущую способность кровли любого типа обеспечивает стропильная система (силовой каркас). В зависимости от характера воспринимающих нагрузок элементы каркаса работают по-разному:
Расчет несущей способности кровли производится по результатам комплекса исследовательских и измерительных мероприятий, направленных на определение прочности, устойчивости, способности сопротивления нагрузкам каждого конструктивного элемента.
Под понятием фасад принято понимать поверхность наружных стен здания. Фасад формирует внешний вид здания, отвечает за его устойчивость, прочность и долговечность.
Фасадные системы выполняются из различных материалов с использованием разных технологий монтажа. По прочности и несущей способности фасадные конструкции разделяются на:
В обоих случаях крайне важно правильно определить наивысшие рабочие нагрузки, которые смогут выдерживать фасадные конструкции без повреждений, деформации и потери эксплуатационных качеств.
При проектировании для обеспечения требуемой несущей способности фасады рассчитывают с помощью специальных программных приложений. Чтобы проверить несущую способность фасада уже эксплуатируемого здания проводят инструментальные исследования и при потребности натурные испытания с определением и расчетом прочности, выносливости, показателей сопротивления материалов и способности восприятия конструкциями нагрузок. Наиболее часто для получения оценки несущей способности используют метод предельных состояний.
Техническая безопасность, устойчивость к агрессивным воздействиям и нагрузкам, надежность – обязательные требования, которым должны соответствовать здания и сооружения. Эти характеристики напрямую зависят от того, насколько правильно определена несущая способность конструкций. Поэтому расчет несущей способности нужно выполнять как на стадии проектирования, так и в процессе эксплуатации объекта.
Для эксплуатируемых зданий необходимость проведения расчетов крайне важна при обнаружении деформаций, прогибов, трещин и других повреждений, причиняющих угрозу безопасности строения. Только по результатам расчетов можно определить способны ли конструктивные элементы без ухудшения характеристик выдерживать существующие эксплуатационные и дополнительные нагрузки.
На всех этапах жизненного цикла строительного объекта могут возникать различные дефекты. Вовремя выполненное обследование с правильным расчетом несущей способности поможет сохранить объект и предотвратить аварийные ситуации.
Определение несущей способность строительных конструкций – гарантия безопасности зданий и сооружений. Расчеты помогают установить соответствие отдельных элементов и объектов в целом действующим нормам и стандартам, выявить соответствие практических и нормативных показателей.
Для любого объекта мероприятия по оценке несущей способности необходимы, требования к их проведению четко обусловлены ГОСТ 31937-2011 и СП 13-102-2003.
