Обрушение зданий и сооружений: причины, признаки угрозы и восстановление

Обрушение зданий и сооружений

Обрушение здания или сооружения — это частичное либо полное разрушение строительных конструкций, при котором элементы теряют устойчивость, несущую способность или проектное положение.

Обрушение может затрагивать отдельную часть здания: перекрытие, стену, колонну, балку, участок кровли или фасада. В некоторых случаях локальное повреждение приводит к последовательному разрушению соседних элементов — так развивается прогрессирующее обрушение.

Причины аварий могут быть связаны с состоянием конструкций, воздействием окружающей среды, изменением нагрузок, ошибками проектирования и строительства, нарушением правил эксплуатации или чрезвычайными событиями.

Важно различать:

• дефект — отдельное повреждение материала или элемента;
• деформацию — изменение формы, положения или размеров конструкции;
• аварийное состояние — состояние, при котором дальнейшая эксплуатация может быть опасной;
• частичное разрушение — потерю целостности отдельных элементов;
• обрушение — потерю устойчивости или разрушение конструкции с выпадением из нормальной схемы работы.

Основные причины обрушения зданий и сооружений

Ошибки проектирования

Недостатки проектных решений могут привести к тому, что конструкция не будет обладать необходимой прочностью, жёсткостью или устойчивостью.

К возможным проблемам относятся:

• неверное определение нагрузок;
• недостаточный запас прочности;
• ошибки в расчётах;
• неправильный выбор материалов;
• отсутствие учёта особенностей грунтов;
• недостаточная проработка узлов соединения;
• ошибки при назначении схемы усиления или реконструкции.

При реконструкции риск повышается, если изменяются пролёты, нагрузки, назначение помещений или положение несущих элементов.

Нарушения при строительстве

Даже качественный проект не гарантирует надёжность здания, если при выполнении работ нарушена технология.

К таким нарушениям могут относиться:

• применение материалов, не соответствующих проекту;
• недостаточное армирование;
• неправильное устройство соединений;
• нарушение технологии бетонирования;
• недостаточное уплотнение бетона;
• несоблюдение сроков набора прочности;
• отступления от проектных решений без расчёта;
• повреждение конструкций в процессе монтажа.

Перегрузка конструкций

Конструкции рассчитываются на определённые постоянные и временные нагрузки. Их превышение может привести к появлению деформаций и потере несущей способности.

Перегрузка возникает при:

• изменении назначения здания;
• размещении тяжёлого оборудования;
• складировании материалов;
• устройстве дополнительных этажей;
• реконструкции без обследования;
• удалении перегородок, связей или опор;
• установке тяжёлых инженерных систем;
• увеличении снеговой или эксплуатационной нагрузки.

Особенно опасны ситуации, при которых фактическая схема работы здания отличается от проектной.

Неравномерная осадка основания

Если разные участки здания перемещаются неодинаково, в конструкциях возникают дополнительные усилия. Это приводит к трещинам, перекосам, деформации стен и перераспределению нагрузки между элементами.

Причинами осадки могут быть:

• неоднородные грунты;
• замачивание основания;
• изменение уровня грунтовых вод;
• ошибки при устройстве фундамента;
• подземные пустоты;
• вибрация;
• строительство рядом с существующим зданием;
• нарушение водоотведения.

Износ и длительная эксплуатация

С течением времени конструкции теряют первоначальные характеристики. На состояние здания влияют:

• коррозия арматуры и металлических элементов;
• проникновение влаги;
• циклы замораживания и оттаивания;
• разрушение бетона;
• повреждение кирпичной кладки;
• усталостные процессы;
• протечки кровли;
• отсутствие своевременного ремонта;
• агрессивная производственная среда.

Накопление дефектов может долго не проявляться внешне, а затем привести к резкому снижению несущей способности.

Пожар, взрыв и механические воздействия

Высокая температура изменяет свойства бетона, арматуры и металла. После пожара конструкция может сохранять внешний вид, но иметь скрытые повреждения.

Опасность также представляют:

• взрыв;
• удар техники;
• падение оборудования;
• аварийные технологические воздействия;
• землетрясения;
• вибрация;
• повреждение конструкций при демонтаже;
• подтопление и размыв основания.

После таких событий здание нельзя оценивать только визуально. Требуется обследование повреждённых элементов и проверка их остаточной несущей способности.

Виды обрушения

Локальное разрушение

Локальное разрушение затрагивает отдельный участок или элемент конструкции. Например, может разрушиться часть плиты, участок стены, балка, колонна или узел соединения.

Локальное повреждение опасно тем, что оно изменяет распределение нагрузки. Соседние элементы могут получить дополнительное усилие, на которое они не были рассчитаны.

Частичное обрушение

При частичном обрушении разрушается часть здания или сооружения, но значительная часть конструктивной схемы сохраняется. Это может быть обрушение перекрытия, кровли, фрагмента фасада или отдельного пролёта

После такого события необходимо оценить не только видимо повреждённые элементы, но и зоны, которые могли получить скрытые деформации.

Прогрессирующее обрушение

Прогрессирующее обрушение развивается по цепочке: повреждение одного элемента вызывает перегрузку соседних, затем разрушение распространяется дальше.

Такой сценарий иногда называют эффектом «домино». Он может возникнуть при потере колонны, опоры, связи или участка несущей стены.

Для предотвращения прогрессирующего разрушения оценивают:

• альтернативные пути передачи нагрузки;
• связи между элементами;
• пространственную жёсткость;
• устойчивость каркаса;
• способность конструкции перераспределять усилия;
• состояние узлов и соединений.

Обрушение перекрытий

Обрушение перекрытия может быть связано с перегрузкой, разрушением опор, коррозией арматуры, потерей устойчивости, пожаром или нарушением работы узлов.

Признаки возможной проблемы:

• значительный прогиб;
• раскрытие трещин;
• отслоение защитного слоя;
• оголение и коррозия арматуры;
• разрушение бетона возле опор;
• появление сквозных повреждений;
• необычные звуки и вибрации;
• изменение положения плит или балок.

Обрушение стен и кладки

Разрушение стен может быть вызвано осадкой, боковым давлением, потерей связи с каркасом, увлажнением, промерзанием, перегрузкой или механическим воздействием.

Опасными признаками являются:

• наклон стены;
• сквозные и диагональные трещины;
• расслоение кладки;
• выпадение кирпичей или блоков;
• раскрытие вертикальных швов;
• отрыв стены от перекрытий;
• выпучивание или прогиб.

Обрушение металлических конструкций

Металлические элементы могут потерять несущую способность вследствие коррозии, перегрева, потери устойчивости, повреждения сварных швов или болтовых соединений.

Необходимо проверять:

• сечение элементов;
• состояние металла;
• сварные швы;
• болтовые соединения;
• узлы опирания;
• связи и раскосы;
• наличие местных деформаций;
• следы перегрева;
• устойчивость сжатых элементов;
• соответствие фактической схемы проектной

Признаки угрозы обрушения

Срочного внимания требуют:

• быстро растущие трещины в несущих стенах, колоннах, балках или перекрытиях;
• заметный наклон стены, колонны или опоры;
• резкий прогиб перекрытия или покрытия;
• просадка пола;
• заклинивание дверей и окон из-за деформации проёмов;
• выпадение кирпичей, блоков или фрагментов бетона;
• оголение и коррозия арматуры;
• разрушение сварных швов и болтовых соединений;
• появление зазоров между стенами, перекрытиями и колоннами;
• необычные щелчки, хруст, вибрация или шум;
• повреждения после пожара, взрыва, удара, подтопления или землеройных работ;
• нарушение устойчивости временных и постоянных конструкций.

При появлении таких признаков нельзя самостоятельно разбирать повреждённые элементы, находиться под деформированными конструкциями или ограничиваться заделкой трещин. Необходимо прекратить эксплуатацию опасной зоны, ограничить доступ и вызвать аварийные службы и профильных специалистов.

Что делать при угрозе обрушения

Порядок действий зависит от ситуации, назначения объекта и масштаба повреждений. В общем случае необходимо:

1. Вывести людей из опасной зоны.
2. Ограничить доступ к повреждённому участку.
3. Не перемещать повреждённые элементы и не выполнять демонтаж без проекта и мер безопасности.
4. Отключить инженерные системы, если они повреждены и это можно сделать безопасно.
5. Сообщить ответственному за эксплуатацию объекта и в соответствующие аварийные службы.
6. Организовать первичное обследование.
7. При необходимости установить временные крепления, подпорки или другие средства обеспечения устойчивости.
8. Выполнить детальное обследование и расчёт.
9. Подготовить проект восстановления, усиления или замены повреждённых элементов.
10. Возобновлять эксплуатацию только после подтверждения безопасности.

Временные меры не заменяют проект восстановления. Подпорки, ограждения и другие решения должны подбираться с учётом фактического состояния конструкций и возможного перераспределения нагрузок.

Обследование здания после обрушения или аварийного повреждения

После обрушения обследуют не только разрушенный участок. Необходимо проверить всю конструктивно связанную зону, поскольку соседние элементы могли получить перегрузку, скрытые деформации или повреждения узлов.

Работы могут включать:

Изучение документации

Анализируют:

• проектные решения;
• исполнительную документацию;
• сведения о реконструкции и ремонтах;
• данные о фактических нагрузках;
• документы об изменении назначения помещений;
• результаты предыдущих обследований;
• сведения об авариях, протечках, пожарах и других воздействиях.

Визуальное обследование

Фиксируют:

• разрушенные и деформированные элементы;
• трещины и их направление;
• смещения и прогибы;
• участки отслоения бетона;
• состояние кладки;
• повреждения арматуры;
• состояние металлических элементов;
• повреждения соединений;
• следы огня, воды, ударов и вибрации.

Все дефекты наносят на схемы, фотографируют и привязывают к конструктивным осям и отметкам.

Инструментальное обследование

В зависимости от задачи применяют:

• геодезические измерения;
• проверку вертикальности и положения элементов;
• измерение прогибов и перемещений;
• определение ширины и глубины трещин;
• оценку прочности бетона;
• проверку защитного слоя и расположения арматуры;
• обследование металлических элементов и сварных швов;
• контроль состояния фундаментов и основания;
• наблюдение за развитием деформаций.

Методы выбирают с учётом материала конструкций, доступа к участкам и характера повреждений.

Расчётная оценка

По результатам обследования определяют:

• фактическую конструктивную схему;
• действующие нагрузки;
• степень повреждения элементов;
• остаточную несущую способность;
• возможность перераспределения усилий;
• риск дальнейшего разрушения;
• необходимость временного или постоянного усиления;
• возможность восстановления либо необходимость демонтажа и замены.

Без расчётной оценки нельзя достоверно определить, выдержит ли повреждённая конструкция дальнейшую эксплуатацию или усиление.

Возможна ли реконструкция после обрушения

Возможность восстановления зависит от:

• масштаба разрушения;
• состояния сохранившихся конструкций;
• характера повреждений;
• качества материалов;
• состояния основания и фундамента;
• степени деформации здания;
• возможности обеспечить устойчивость на период работ;
• соответствия объекта действующим требованиям;
• экономической и технической целесообразности восстановления.

В одних случаях достаточно восстановить отдельные элементы и усилить зоны перераспределения нагрузок. В других требуется поэлементная замена, частичный демонтаж или разбор повреждённой части здания.

Решение принимают по результатам обследования и расчёта. Сам факт применения определённой технологии, в том числе композитных материалов, не является основанием считать конструкцию восстановимой.

Методы восстановления и усиления

Восстановление железобетонных конструкций

В зависимости от повреждений применяют:

• восстановление геометрии и защитного слоя;
• ремонт бетона;
• инъектирование трещин подходящими составами;
• устройство железобетонных обойм;
• увеличение сечения элемента;
• монтаж дополнительных опор;
• усиление плит, балок, колонн и стен;
• применение композитных материалов;
• замену разрушенных участков.

До начала работ определяют состояние бетона и арматуры, характер трещин и фактическую несущую способность элемента.

Усиление углеродными и другими композитными материалами

Композитные материалы могут применяться для усиления железобетонных элементов при изгибе, растяжении, сдвиге или локальном воздействии. Технология позволяет увеличить несущую способность без значительного увеличения массы конструкции и габаритов помещения.

Однако применение композитов возможно не во всех случаях. Перед проектированием необходимо проверить:

• прочность и состояние основания;
• качество бетона;
• наличие разрушенных или отслаивающихся участков;
• состояние арматуры;
• влажность и температуру поверхности;
• возможность подготовить основание;
• характер и величину действующих нагрузок;
• требования к огнестойкости;
• совместимость решения с расчётной схемой.

При значительном разрушении, потере устойчивости, повреждении основания или отсутствии надёжного сцепления композитное усиление может оказаться недостаточным. Тогда рассматривают металлические элементы, железобетонные обоймы, дополнительные опоры или замену конструкции.

Усиление металлическими конструкциями

Для металлических элементов применяют:

• увеличение сечения;
• установку дополнительных профилей;
• монтаж стальных обойм;
• устройство накладок и косынок;
• усиление сварных и болтовых соединений;
• установку связей, раскосов и распорок;
• монтаж дополнительных опор;
• замену отдельных повреждённых элементов;
• восстановление антикоррозионной и огнезащитной системы.

Способ усиления подбирают по результатам обследования и расчёта с учётом монтажных ограничений и последовательности передачи нагрузки.

Инъектирование трещин

Инъектирование применяют для заполнения трещин и восстановления целостности материала в случаях, когда это соответствует характеру повреждения и проектному решению.

Перед инъектированием необходимо определить:

• активна ли трещина;
• является ли она сквозной;
• есть ли в ней вода;
• насколько загрязнены её полости;
• требуется ли восстановить прочность, герметичность или оба свойства;
• не связана ли трещина с продолжающейся деформацией.

Инъектирование не устраняет причину осадки, перегрузки или перемещения конструкции. Поэтому его выполняют в составе комплексного решения.

Восстановление фундаментов и основания

Если причиной повреждений стало неравномерное перемещение основания, восстановление верхних конструкций без устранения проблемы фундамента может быть неэффективным.

Возможные решения определяют после обследования и расчёта. В зависимости от условий могут рассматриваться:

• усиление фундамента;
• устройство дополнительных опор;
• укрепление грунтов;
• восстановление водоотведения;
• устранение замачивания;
• перераспределение нагрузки;
• усиление отдельных участков основания;
• поддомкрачивание и выправление конструкций.

Конкретная технология зависит от инженерно-геологических условий, конструктивной схемы и доступности участка.

Последовательность восстановления здания

Типовая последовательность работ может включать:

1. Ограждение опасной зоны и обеспечение безопасности.
2. Установку временных подпорок или других стабилизирующих устройств.
3. Первичное обследование и фиксацию повреждений.
4. Разработку программы детального обследования.
5. Инструментальные измерения и лабораторные исследования при необходимости.
6. Определение причин аварии.
7. Расчёт остаточной несущей способности.
8. Разработку проектных решений.
9. Подготовку технологии производства работ.
10. Демонтаж не подлежащих восстановлению элементов.
11. Восстановление, усиление или замену конструкций.
12. Контроль качества выполненных работ.
13. Повторную оценку состояния.
14. Организацию мониторинга при необходимости.

Особое значение имеет порядок выполнения работ. Неправильный демонтаж или преждевременное снятие временных креплений могут изменить схему работы здания и спровоцировать дополнительные повреждения.

Мониторинг после восстановления

После усиления или ремонта для ответственных объектов может потребоваться наблюдение за:

• шириной и развитием трещин;
• осадками и кренами;
• прогибами;
• перемещениями отдельных элементов;
• вибрацией;
• состоянием усиленных участков;
• температурными и влажностными воздействиями.

Мониторинг позволяет оценить фактическую работу конструкции и своевременно выявить повторное развитие дефектов. Состав системы зависит от объекта, характера повреждений и требований к надёжности.

Почему нельзя начинать восстановление без обследования

Попытка сразу заделать трещины, заменить отделку или установить отдельные усиливающие элементы может скрыть повреждения и затруднить оценку причин аварии.

Без обследования можно:

• усилить не тот элемент;
• не учесть повреждение соседних конструкций;
• перегрузить фундамент;
• нарушить путь передачи нагрузки;
• установить материал на неподготовленное основание;
• оставить причину деформации без устранения;
• создать ложное ощущение безопасности.

Поэтому восстановление должно начинаться с фиксации фактического состояния и определения расчётной схемы.

---

Обрушение зданий и сооружений может быть следствием одного фактора или сочетания нескольких причин: ошибок проектирования, нарушений строительства, перегрузки, осадки основания, износа, коррозии, пожара, взрыва и механических воздействий.

После аварийного повреждения необходимо оценивать не только разрушенный участок, но и все связанные с ним конструкции. Возможность восстановления определяется по результатам обследования и расчёта. В зависимости от состояния объекта применяются ремонт, инъектирование, усиление композитными или металлическими материалами, устройство дополнительных опор либо замена повреждённых элементов.

ООО «ПСК Сигма-Ф» выполняет обследование, проектирование, мониторинг, восстановление и усиление строительных конструкций. Специалисты определяют характер повреждений, оценивают остаточную несущую способность и подбирают техническое решение с учётом фактического состояния объекта.

Если на объекте появились признаки деформации, разрушения или угрозы обрушения, необходимо организовать обследование до начала ремонтных и демонтажных работ.

---

Вверх На Главную