Предметом экспертизы являются сборные железобетонные колонны эксплуатируемого здания школы, у которых обнаружены крупные трещины на поверхности коротких консолей, а также другие дефекты эксплуатационного характера. Требуется определить возможность дальнейшей эксплуатации колонн с учетом выявленных дефектов и повреждений.

1.  Краткая характеристика объекта

Объект обследования представляет собой отдельно стоящее трехэтажное каркасно-панельное строение с подвалом, построенное по типовому проекту общеобразовательной школы «У-76» на 33 класса 1985 года выпуска (шифр проекта: 222-1-1ЛГ/85). Согласно данным Технического паспорта здание построено в 1990 г. Здание имеет сложную конфигурацию в плане и состоит из нескольких примыкающих друг к другу прямоугольников, образующих замкнутый контур, объемно-пространственная композиция которого представляет собой компактный трехэтажный объем с внутренним двориком в центре.

Рис.1. Общий вид лицевого фасада

Высота наземных этажей составляет 3.200 м. Высота подвального этажа – переменная: 1.300 – 2.100 м. Общая высота здания: 11.19 — 11.45 м.

Рис.2. Схема лицевого фасада (дефектными являются колонны в/о П-Ж)

Колонны в/о П-Ж выполнены сечением 300х300 мм по серии 1.423-3. В объемно-пространственной схеме сборного ж.б. каркаса здания рассматриваемыми колоннами  образован несущий остов замыкающего центрального трехэтажного объема со сквозным проходом на уровне 1-го этажа, наружная грань которого является плоскостью главного фасада по оси «1».

Для опирания ригелей колонны снабжены короткими консолями вылетом 270 мм, высотой 350 мм. Стыки по высоте колонн – контактные, со сваркой выпусков продольной арматуры и с омоноличиванием узлов сопряжения.

2. Дефекты и повреждения

Четыре фасадные колонны ( по оси 1 м/о Ж-П) на момент проведения обследования усилены обоймами из металлических уголков, что говорит о том, что в прошлом они имели сверхнормативные дефекты и деформации, характеризующиеся снижением несущей способности конструкций.

В ходе осмотра четырех отмеченных колонн выявлены дефекты в виде крупных вертикально ориентированных и наклонных трещин раскрытием более 2 мм, сосредоточенных на лицевой и боковой гранях коротких консольных выступов (на уровне 2-го этажа), воспринимающих нагрузку от веса конструкций двух вышележащих этажей.

Поперечное сечение поврежденных трещинами консолей колонн по оси «1» ослаблено вследствие коррозии рабочей арматуры, что, в свою очередь, обусловлено проникновением агрессивных компонентов воздушной среды в толщу бетона. Продукты коррозии, увеличиваясь в объеме в 2-3 раза, постепенно разрушали защитный слой бетона, что привело к появлению и развитию характерных наклонных трещин. Общий вид обнаруженных трещин представлен ниже.

Фото №1. Колонна в осях 1/О.
Наклонные трещины по лицевой и боковой граням консольной части колонны раскрытием > 2 мм.

Фото №2. Колонна в осях 1/З.
Наклонная трещина на лицевой грани консольной части колонны раскрытием > 1 мм.

На фото поврежденных консолей отчетливо видны белые пятна, сосредоточенные вокруг трещин, являющиеся характерным признаком выщелачивания и коррозии бетона колонн вследствие вымывания из его толщи извести.
Вместе с влагой в толщу бетона сквозь открытые трещины проникают соли, сульфаты, щелочесодержащие заполнители и другие активные минералы, которые с течением времени вызывают необратимые изменения прочностных и эксплуатационных свойств конструкций. Соли разрушают как стальную арматуру, так и сам бетон, а вступая в реакцию с гидратом кальция, находящимся в бетоне, они образуют оксидированный гидрат кальция, что приводит к образованию в толще бетона пор и пустот. Проникновение в толщу сульфатов приводит к увеличению объема, что влечет за собой образование трещин в бетоне и последующий разлом конструкций.
Величина и характер раскрытия отмеченных трещин свидетельствует о перегрузке и начавшемся разрушении консольных выступов колонн от действия вертикальных сил.
Техническое состояние четырех несущих колонн по оси 1 м/о П-Ж с учетом выявленных дефектов оценивается, как недопустимое.

В рамках настоящего обследования специалистами ООО «ХХХХХХ» производились испытания бетона колонн на прочность в соответствии с ГОСТ 18105-86 и ГОСТ 22690-88 с помощью прибора ИПС-МГ4.03. Согласно результатам испытаний класс бетона колонн по оси 1 м/о Ж-П сечением 300х300 мм по прочности на сжатие соответствует классу В10-В12.5. Данные, полученные в ходе прочностных испытаний, были реализованы в поверочных расчетах.

3.  Поверочный расчет короткой консоли колонны в/о О/1 на действие поперечной силы

Расчет колонн был сведен к проверке сечения поврежденных трещинами коротких консолей на действие поперечной силы для обеспечения прочности по наклонной сжатой полосе в соответствии с требованиями п. 3.34 СНиП 2.03.01-84* и п. 3.99 Пособия к СНиП.

Ширина колонны (консоли) b=300 мм.

Вылет консоли L_к=270 мм.

Высота консоли h=350 мм.

Зазор между ригелем и колонной a=30 мм.

Грузовая площадь равна S_гр=12,9 м².

Расчетная нагрузка на консоль:

—   Покрытие (774,6*12,9)	10,00	т
—   Перекрытия 1-го и 2-го этажей (710,6*12,9)	9,17	т
—   Навесная стеновая панель ПСО-2	4,38	т
—   Навесная карнизная стеновая панель ПК1	0,56	т
—   Ригели связевого каркаса	1,95	т
ИТОГО:	26,06	т

Рис.3. Схема к расчету короткой консоли колонны

В соответствии с результатами прочностных испытаний короткая консоль колонны в осях О/1 выполнена из бетона класса В10 по прочности.
Тогда, согласно Табл.3 СНиП 2.06.08-87, расчетные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы составят:
− R_b=6,0 МПа — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
− R_bt=0,57 МПа — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.
Расчетная нагрузка на консоль от опорной реакции ригеля:
Q=26,06 т =26060 кгс=260,6 кН.
Расстояние от точки приложения силы Q до опорного сечения консоли:
с=Lк − Lsup/2=270 − 240/2=150 мм

Размеры сечения консоли должны удовлетворять условию прочности на действие поперечной силы:

Проверка выполнение условия:

Условие не выполнено! Прочность сечения короткой консоли колонны в осях «О»/«1» — не достаточна.

По результатам поверочных расчетов можно сделать следующие выводы:

1.  Конструкция коротких консолей колонн по оси «1» (поврежденных трещинами) не удовлетворяет условию прочности на действие поперечной силы (п. 3.34 СНиП 2.03.01-84* и п. 3.99 Пособия к СНиП), что объясняет природу появления обнаруженных трещин, величина и характер раскрытия которых свидетельствуют о перегрузке и начавшемся разрушении консолей.

2.  Наиболее вероятной причиной перегрузки коротких консолей является низкая прочность бетона не закрытых стенами колонн на участке в осях «З»-«О»/«1»-«9». Согласно результатам испытаний бетон колонн, расположенных в пределах данного участка, соответствует классу В10 по прочности на сжатие. А согласно материалам типового проекта 222-1-1ЛГ/85 и рабочим чертежам типовой серии 1.423-3 минимальный класс бетона данного типа колонн составляет В15.

С учетом всего вышесказанного, в  соответствии с принятой шкалой оценки степени физического износа, можно сделать следующий вывод: четыре колонны по оси 1 м/о Ж-П, на консольных выступах которых обнаружены дефекты, свидетельствующие о перегрузке и снижении несущей способности, находятся в недопустимом состоянии и требуют проведения мероприятий по усилению.