Анализируются причины аварий железобетонных сборных и монолитных конструкций зданий и сооружений (силосов, покрытий производственных зданий, пролетных строений мостов, каркасных, крупнопанельных зданий и др.), металлических конструкций и сооружений (покрытий производственных и гражданских зданий, трубопроводов, транспортных галерей и пролетных строений мостов), а также каменных конструкций жилых, общественных и производственных зданий. Приводятся рекомендации по предупреждению аварии. Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и строительством промышленных, общественных и жилых зданий и сооружений. 2-е изд. вышло в 1966 г. под загл.: Аварии на строительных объектах, их причины и способы предупреждения и ликвидации.

Введение

Глава I. Обрушение железобетонных монолитных конструкций и сооружений
1. Железобетонные силосы
2. Железобетонные трубы
3. Железобетонная водонапорная башня
4. Шедовое покрытие меланжевого комбината

Глава II. Обрушение сборных железобетонных конструкций
1. Каркасно-панельный дом
2. Сборный железобетонный каркас многоэтажного здания
3. Крупнопанельные здания
4. Покрытия зданий насосной и фильтровальной станций
5. Покрытие сталепроволочно-канатного завода

Глава III. Обрушение металлических конструкций
1. Покрытия производственных и общественных зданий
2. Транспортерные галереи
3. Стальной резервуар

Глава IV. Обрушение стального трубопровода

Глава V. Обрушение каменных конструкций
1. Конструкции производственных зданий
2. Конструкции общественных зданий

Глава VI. Обрушение пролетных строений мостов

Глава VII Обрушение склада горнообогатительного комбината

Список литературы

Введение

В соответствии с решениями XXV съезда КПСС о повышении эффективности общественного производства и улучшении качества работ во всех звеньях народного хозяйства внимание строителей должно быть обращено на повышение качества проектных решений, продукции промышленности строительных материалов и строительной индустрии и строительно-монтажных работ в целях обеспечения необходимой надежности, долговечности и эксплуатационных качеств зданий и сооружений.

Аварии строительных конструкций, как правило, являются следствием совокупности ряда причин. За последнее время произошел ряд аварий, основными причинами которых были: низкое качество и дефекты производства строительных работ, отступления от проектов при возведении конструкций, неправильная эксплуатация зданий и сооружений или их отдельных конструкций, нарушение элементарных правил монтажа металлических и сборных железобетонных конструкций и деталей, ввод зданий и сооружений в эксплуатацию с крупными недоделками и т. п.

Отсутствие порой ясного представления о работе конструкций как в процессе возведения, так и в процессе эксплуатации и недостаточный учет условий работы сооружений неизбежно приводят к неправильным проектным решениям, а в отдельных случаях служат причиной аварий конструкций. Проектировщики часто ориентируются на нереальные условия строительного производства.

Значительное количество аварий произошло из-за несоблюдения требований к производству работ в зимнее время, а также в результате возведения конструкций зданий в зимнее время методом замораживания по проектам, составленным для строительства в летних условиях.

Действующие в настоящее время государственные стандарты и строительные нормы и правила устанавливают требования к качеству основных строительных материалов, конструкций и изделий и к технологии возведения зданий и сооружений различного назначения. Эти стандарты, нормы и правила на основе достижений науки, техники и передовой практики строительного производства систематически совершенствуются и обновляются.

Строгое соблюдение требований государственных стандартов и Строительных норм и правил обеспечивает эксплуатационные качества, надежность и долговечность зданий и сооружений.

Однако проверки, проводимые Госстроем СССР, Госгражданстроем при Госстрое СССР, госстроями союзных республик, а также местными инспекциями госархстройконтроля, показывают, что многие строительно-монтажные организации и предприятия строительных материалов и стройиндустрии нарушают требования стандартов и нормативных документов, что приводит к низкому качеству строительства, снижению надежности и сокращению срока службы зданий и сооружений, а в отдельных случаях — к авариям.

На переделки и исправления некачественно выполненных работ иногда расходуется до 2,5% сметной стоимости, а затраты труда на эти цели по проверенным в 1972 г. стройкам составили около 3%.

На преждевременный ремонт некоторых жилых домов в первый год их эксплуатации расходуется около 3% их сметной стоимости. Значительно сокращается срок службы строительных конструкций, зданий и сооружений отдельных введенных в действие предприятий с химическими агрессивными средами из-за несоблюдения строительных норм и правил при их возведении и нарушений технологических режимов в процессе эксплуатации.

Строительными организациями на отдельных объектах допускается низкое качество монтажа железобетонных конструкций.

Вследствие отсутствия надлежащего контроля за качеством изготовления и монтажа металлоконструкций в 1972 г. на строительстве кузнечно-прессового цеха завода автозапчастей обрушились 3,5 тыс. м² покрытия, а на сохранившейся его части площадью 18 тыс. м² металлические конструкции весом около 800 т и 900 м³ сборных железобетонных плит пришлось заменить новыми, что привело к значительным материальным потерям. По этой же причине в 1973 г. обрушилось 2600 м² покрытия на строящемся здании блока цехов завода литья и металлоконструкций.

Низкое качество строительства зданий, возводимых в сейсмических районах страны, снижает их сейсмостойкость. На большинстве строек в этих районах не обеспечивается требуемое сцепление каменной кладки, а также связь между элементами зданий.

Предприятия некоторых министерств и ведомств продолжают поставлять на стройки кирпич, природный камень, железобетонные, металлические конструкции и столярные изделия, качество которых не соответствует стандартам и техническим условиям.

Выпускаются железобетонные плиты покрытий и перекрытий, превышающие проектный вес на 20—40%, что помимо перерасхода цемента приводит к излишним затратам на усиление каркасов зданий.

Большие потери кирпича, цемента и черных металлов допускаются из-за нарушения требований норм при перевозках и хранении.

Госстрой СССР но результатам проверок неоднократно рассматривал вопросы о крайне неудовлетворительном качестве строительства в сейсмических районах, монтажа железобетонных и металлических конструкции, изготовления строительных материалов и конструкций, о нарушении правил транспортирования и хранения материалов и поручал министерствам и ведомствам принять необходимые меры по обеспечению строгого соблюдения строительных норм, правил и стандартов. Однако некоторые организации строительных министерств и ведомств продолжают нарушать правила и стандарты при изготовлении и монтаже сборных железобетонных и металлических конструкций, работ по каменной кладке, устройству кровель, антикоррозионной защите конструкций, при производстве отделочных и облицовочных работ, благоустройстве территорий объектов и др.

Одной из основных причин нарушения нормативных требований на многих стройках и предприятиях является отсутствие или недостаточно строгий операционный, лабораторный и геодезический контроль в процессе производства строительно-монтажных работ и изготовления конструкций и материалов.

Низкое качество, а также дефекты производства работ происходят в результате:

• отсутствия на строительстве квалифицированного технического персонала, а также частой его смены;
• нарушения требований нормативных документов к производству работ;
• отступления от проектов и, в частности, применения материалов недостаточной прочности;
• несоблюдения последовательности монтажа зданий и сооружений из сборных железобетонных конструкций, в частности каркасных зданий;
• отсутствия контроля за качеством поступающих на строительство строительных материалов и изделий;
• неправильного устройства опор для несущих конструкций;
• несоблюдения правил строительства на просадочных грунтах;
• неудовлетворительного качества выполнения отдельных конструкций или их элементов;
• неточной разбивки осей несущих конструкций зданий и сооружений;
• замены материалов конструкций или их частей без санкции проектной организации и др.

К недостаткам проектов и проектных решений можно отнести:

• применение неполноценных конструктивных решений;
• изменение проектов в процессе строительства;
• недостаточное обеспечение жесткости и устойчивости сборных зданий как в процессе возведения, так и при эксплуатации;
• недостаточную деталировку чертежей отдельных ответственных узлов несущих конструкций и сооружений;
• неправильный учет нагрузок, действующих на конструкцию или сооружение;
• ошибки в расчетах конструкций; отсутствие в проектах указаний о мероприятиях по обеспечению устойчивости конструкций при строительстве на просадочных грунтах и др.

Дефекты инженерно-геологических изысканий оснований приводят к авариям в результате:

• недостаточных исследований геологических и гидрогеологических условий площадки строительства;
• неправильной конструкции фундаментов; 
• недостаточного учета влияния подземных коммуникаций, расположенных вблизи строящихся зданий.

Одной из причин некоторых аварий было недостаточное исследование научно-исследовательскими организациями работы некоторых конструкций и сооружений под нагрузкой.

К таким авариям можно отнести:

• обрушение подкрановых балок в связи с усталостью металла и недостаточностью учета горизонтальных нагрузок от мостовых кранов;
• обрушение силосов для цемента вследствие недостаточной изученности силовых воздействий на их стенки;
• обрушение стальных резервуаров для воды и нефтепродуктов, вызванное неудовлетворительным качеством сварных швов и недостаточным исследованием работы тонкостенных оболочек;
• обрушение стальных конструкций галерей вследствие недостаточной изученности явлений хрупкого разрушения металла;
• обрушение железобетонного монолитного шедового покрытия из-за того, что не было экспериментальной проверки этой конструкции и др.

Некоторые здания, строящиеся по типовым проектам, оказываются в аварийном состоянии вследствие допущения заниженных по сравнению с действующими нормами коэффициентов запаса в несущих конструкциях. Так, например, заниженные коэффициенты запаса в некоторых несущих каменных конструкциях были допущены в типовом проекте здания школы. В результате в стенах ряда школ, которые строились по этим проектам, появились аварийные трещины. Строительство было приостановлено, усилены несущие каменные конструкции. Этот типовой проект был коренным образом переработан для будущего строительства. Кроме того, выпущен специальный проект усиления несущих конструкций, выстроенных ранее по дефектному проекту зданий школ.

В последнее время наблюдаются аварии сборных железобетонных изделий из-за недоброкачественного их изготовления некоторыми заводами. Аварии происходят большей частью вследствие отсутствия на заводах железобетонных конструкций достаточно квалифицированного надзора и контроля за изготовлением изделий, небрежного их армирования и грубых отступлений от проектов, которое выражаются в смещении рабочей арматуры к сжатой зоне, вследствие чего защитные слои утолщаются до 4—6 см; в отсутствии арматуры в опорных частях; в недостаточной анкеровке стержней; в произвольной замене арматуры по сравнению с проектной и т. д. Вследствие неправильного армирования происходили обрушения плит, балок, перекрытий и покрытий, консольных балок балконов и т. д.

Аварии, вызванные неправильной эксплуатацией зданий и сооружений, происходят из-за перенапряжений конструкций и их элементов вследствие установки дополнительного оборудования, не предусмотренного технологическим проектом; замены одного оборудования другим с большей динамической нагрузкой; дополнительной пробивки различного рода отверстий, борозд в конструкциях. Дефекты также возникают вследствие значительной вибрации оборудования, вредно отражающейся на некоторых конструкциях и сооружениях.

Происходят аварии покрытий цехов цементных заводов вследствие скопления на кровле значительного количества цементной пыли и несвоевременной ее уборки в процессе эксплуатации.

Случались аварии металлических конструкций покрытий промышленных и общественных зданий, а также транспортных галерей.

Они происходили в основном при монтаже, но были случаи обрушений и в процессе эксплуатации зданий.

Основными причинами обрушений покрытий являются грубые отступления от требований строительных норм и правил в части производства работ по изготовлению и монтажу металлических конструкций. К авариям приводит совокупность таких нарушений, как:

• недостаточный учет особенностей современных проектных решений;
• утяжеление строительных конструкций при их устройстве;
• произвольная замена сечений элементов стальных конструкций;
• отступления от чертежей конструкций металлических (КМ) при разработке чертежей металлических конструкций, деталировочных (КМД), приводящих к ослаблению сечений элементов конструкций, узлов, сварных швов и других сечений;
• изменение расчетной схемы работы конструкций;
• неудачные проектные решения конструкций покрытий;
• нарушение порядка монтажа конструкций.

Основными причинами обрушения транспортных галерей являются применение для основных несущих конструкций (ферм, опор, колонн) стали низкого качества, не имеющей гарантий по механическим требованиям, по химическому составу и по виду выплавки, обладающей повышенной хрупкостью и не пригодной для изготовления ответственных сварных конструкций, подверженных динамическим воздействиям и особенно работающих в условиях отрицательных температур.

При изготовлении и монтаже транспортных галерей неудовлетворительно выполнялись сварные швы, были отступления от проектов, выражающиеся в утяжелении строительных конструкций, грубые отклонения при разработке чертежей КМД от чертежей КМ и др. Имелись случаи неудачных конструктивных решений опор транспортных галерей.

Примером деформации инженерных сооружений вследствие грубых дефектов, допущенных при проектировании, может служить авария на складе влажного концентрата горно-обогатительного комбината. Вследствие игнорирования законов строительной механики и строительных норм и правил по расчету основания штабеля концентрата и фундаментов несущих конструкций на устойчивость, а также по учету возможности колебания грунтовых вод в процессе эксплуатации сооружения произошла потеря устойчивости основания штабеля влажного концентрата и вследствие этого деформация стальных трехшарнирных арок.

В целях исключения подобных довольно грубых ошибок Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений и ленинградским Промстройпроектом Госстроя СССР были составлены инструктивные указания по расчету устойчивости оснований штабелей сыпучих материалов и фундаментов под несущие конструкции складов этих материалов.

Изучение аварий расширяет круг инженерных знаний, открывает некоторые неизвестные ранее закономерности в работе сооружений.

Рассмотрение отдельных аварий и их причин позволяет лучше понять работу конструкций, привлечь внимание проектировщиков и строителей к отдельным конструктивным решениям и вопросам возведения зданий и сооружений и помогает им более грамотно решать вопросы проектирования и строительства.

Изучение и анализ материалов об авариях вызывает необходимость внесения соответствующих предложений об изменении и корректировке действующих нормальных документов. Так, на основе изучения обрушений некоторых конструкций, описанных в настоящей книге, внесены изменения в отдельные нормативные документы.

Анализ обрушений содействует совершенствованию конструктивных решений зданий и сооружений и выбору расчетных схем, в большей степени приближающихся к действительным условиям работы.

В результате обрушения стальных подкрановых балок на металлургическом заводе дополнительно изучались вопросы усталости металла под динамическими нагрузками; совершенствовались расчеты тонкостенных металлических конструкций. В связи с обрушением от хрупкого разрушения металла стальных ферм транспортных галерей дополнительно изучались проблемы хрупкого разрушения металла в различных условиях работы и др.

После обрушения железобетонных дымовых труб были проведены научно-исследовательские и экспериментальные работы по изучению работы этих конструкций и выпущены нормативные документы как по проектированию дымовых труб, так и по защите их от коррозии.

В целях повышения качества строительства и предупреждения аварий Госстроем СССР был проведен ряд мероприятий, направленных на повышение качества проектирования и возведения сооружений, а также на изучение действительной работы их под нагрузкой.

В качестве материалов для книги были использованы акты и заключения комиссий и отдельных специалистов об авариях, материалы некоторых проектных организаций, министерств и ведомств, а также Главгосстройинспекции Госстроя СССР.