Использование неразрушающего контроля в возведении и проверке стальных каркасов зданий и сооружений

Стальные каркасы зданий и сооружений

Несмотря на кажущееся разнообразие результатов строительной деятельности во всем мире и колоссальный суммарный ассортимент производителей строительных материалов, количество конструктивных решений зданий и сооружений невелико. Поиски и внедрение в строительную практику инновационных материалов и технологий довольно редко относится к несущим конструкциям, а ведь именно они определяют основные параметры сооружения.

Многие несущие конструктивные системы остались в том же виде, в котором  применялись чуть ли не в каменном веке, другие, с историей в несколько сотен лет, добились существенного прогресса. Некоторые забытые системы возродились в модифицированном виде, другие, после длительного периода повсеместного применения потеряли актуальность из-за невысоких показателей качеств.

Вот наиболее распространённые технологии несущих конструкций, которые формируют здания и сооружения:

1. Железобетонные системы всех видов
2. Каменные конструкции из штучных материалов (кирпич, блоки)
3. Деревянные структуры и сооружения из местных материалов и технологий
4. Стальные каркасные конструкции, их аналоги из других материалов.

Несущие конструкции можно условно разделить на каркасные системы, в которых несущие элементы не выполняют ограждающих  функций, и все остальные, в которых стены тем или иным образом задействованы в выполнении работу по передаче всех нагрузок здания на грунт основания.

Теория строительной механики и практика реализации идей и проектов в строительстве показывает, что каркасная система хоть и не относится к наиболее эффективным, но из-за отсутствия идеальных стеновых материалов именно она позволяет возводить наиболее крупные сооружения, с максимальным пролётом и высотой. Разумеется, здания с рекордными параметрами можно создавать только по стальному каркасу.

Именно стальной каркас дал возможность соорудить многие небоскрёбы и большепролётные здания. Во многих случаях каркас выгоден в малых или небольших сооружениях.

СТАЛЬНОЙ КАРКАС ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Каркасная конструкция – это такая несущая система здания, в которой основные нагрузки воспринимает специальная структура, не выполняющая более никаких функций. Все остальные конструкции здания – перекрытия, ограждающие и прочие - так или иначе опираются на каркас и передают на него собираемые нагрузки.

Каркас из стального проката позволяет возводить самые крупные по высоте и пролётам сооружения, это выгодная конструкция в зданиях уникальной структуры. Есть немало и других достоинств, но решение о выборе стального каркаса принимают, выполнив достаточное технико-экономическое обоснование.

Хорошее технико-экономическое обоснование - это сопоставление разных конструктивных решений, принятое с учётом всех важных для объекта факторов. Полнота и качество оценки объекта позволят избежать неоправданного удорожания строительства.

Стальной каркас – распространённая конструкция самых разных современных зданий:

• Многие быстровозводимые сооружения делают по стальному каркасу
• В зданиях из эффективных материалов низкой теплопроводности выгодно применить стальной каркас
• Стальные структуры используют при сжатых сроках строительства
• Конструкции из стали можно возводить при любых погодных условиях

Многочисленные достоинства каркаса обусловили широкое применение этого типа конструкций, а также – обилие конструктивных вариаций этих систем. Несущая основа из стали – наиболее распространённое решение многих уникальных сооружений.

Особенности стальных каркасов зданий

Общая схема несущих систем каркасной схемы проста – обычно это вариант стоечно-балочной структуры. Стойки или колонны передают нагрузку на фундамент, а воспринимают её от связанных с ними балками. Такая общая схема может иметь самые разные вариации – от полного до неполного каркаса, от простой рамной структуры до сложных пространственных сооружений.

Стальной каркас производственного здания. Один только контроль геометрии такого объкта – довольно сложная работа

Кроме передачи нагрузки на фундамент, стальной каркас обеспечивает пространственную жёсткость здания, для чего в прямоугольную структуру могут быть введены раскосы. Жёсткость может быть обеспечена также рассчитанной конструкцией узлов соединений элементов.

Вот какие обычные работы, выполняемые элементами стального каркаса здания:

1. Стойки или колонны – осевое сжатие и изгиб от основных нагрузок
2. Балки и прогоны – изгиб
3. Пространственные структуры – сжатие и изгиб в разных элементах.

Стальные конструкции могут испытывать усилия среза, растяжения, кручения, характер нагрузок может быть статичным или динамичным.

Качество стального каркаса

Из-за того, что стальной прокат, используемый для каркасов – качественный строительный и конструкционный материал, который невозможно изготовить кустарным или контрафактным образом, основные усилия проектировщиков и строителей ориентированы в трёх направлениях:

• Обеспечить правильную конструктивную схему
• Предусмотреть качественные узлы сопряжения элементов каркаса
• Обеспечить необходимые надёжные связи каркаса с другими элементами и конструкциями.

Какова бы ни была структура здания, самого пристального внимания требует решение основных проблем стальных структур – защиты от коррозии и от воздействия пламени при пожаре.

Таким образом, характеристики стального каркаса здания задаются на стадии проекта, причём качество стального проката изначально является не результатом, а одним из ключевых базовых исходных данных. Задача проектировщика и строителя – полностью использовать это качество в создании надёжной, прочной и красивой структуры.

Практика строительного дела свидетельствует, что стальные конструкции – объект постоянного и интенсивного совершенствования технологий антикоррозионной и пожарной защиты, электросварки, других строительно-монтажных операций и последующего обслуживания.

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА СТАЛЬНОГО КАРКАСА

Контроль качества стального каркаса осуществляется при возведении сооружения. В процессе эксплуатации выполняется текущий контроль, задача которого – не допустить появления негативных или опасных для работы конструкции явлений. Особенно важны работы по оценке состояния стального каркаса в обследовании существующих зданий и сооружений, в том числе тех, проектная документация которых утеряна.

В уникальных сооружениях с исключительными параметрами такой контроль выполняется непрерывно, для чего создаются специальные системы мониторинга, входящие в общий комплекс эксплуатации здания. Такие системы полностью обеспечивают безопасность конструкций, а в сочетании с государственным контролем - высокую надёжность всего объекта.

Особенности контроля качества стального каркаса сооружений

Самое важное и первостепенное направление контроля состояния стального каркаса – проверка устойчивости сооружения, сохранения им пространственной жёсткости. Такой контроль выполняется проверкой отсутствия недопустимых деформаций и изменений общей геометрии объекта. Порядок такой проверки регламентируется нормами.

Появление любых изменений в состоянии здания или потенциальных угроз его безопасности – достаточное основание для неотложного контроля. Есть и другие причины для внеочередной проверки состояния стальных конструкций, например – смена собственника.

Мотнаж узла каркаса крупного здания. Сразу же после завершения монтажа должен быть выполнен контроль сварочных швов и общей геометрии узла

Контроль качества возведения стального каркаса выполняется по ходу выполнения монтажных работ по регламенту, установленному строительными нормами, Для оценки состояния существующего объекта контроль проводится в общем порядке логической последовательности:

1. Внешний осмотр
2. Проверка отклонений конструкций от вертикали и горизонтали, измерение прогибов, контроль общей геометрии сооружения
3. Детальное обследование для обнаружения коррозии, деформаций и механических повреждений
4. Контроль состояния узлов конструкций, в первую очередь – сварных, болтовых, заклёпочных и резьбовых соединений
5. Оценка состояния антикоррозионной обработки и огнезащитных покрытий

Для многих строительных стальных конструкций осмотр и другие виды контроля осложнены наличием огнезащитных покрытий, которые при необходимости нужно удалить. Таким же образом временно удаляют теплоизоляционные слои, используемые для компенсации высокой теплопроводности стальных элементов.

Основной метод контроля качества и состояния стальных конструкций каркаса – неразрушающие технологии. Их применяют подрядчики при выполнении работ, их используют исполнители независимого контроля, например – государственные службы или любая лаборатория неразрушающего контроля, которой можно заказать самые сложные операции оценки качества.

Технологии контроля

Для выполнения работ неразрушающего контроля используется немалый арсенал современных средств и методов, большая часть которых пригодна для применения в полевых условиях стройки или объекта, расположенного в самой труднодоступной местности. Из технологий неразрушающего контроля наибольшее распространение получили методы ультразвуковой дефектоскопии.

Среди достоинств этих технологий – невысокая стоимость оборудования и его безопасность, универсальный характер приборов и возможности их мобильного применения. Такая аппаратура позволяет

• обнаружить скрытые дефекты
• оценить геометрические параметры и однородность довольно массивных тел
• обеспечить документирование результатов обследований.

Измерения геометрических параметров выполняются лазерной аппаратурой, большая часть которой применяется в геодезических работах. Используется и традиционный измерительный инструмент – линейка, рулетка, штангенциркуль, микрометр, шаблоны для оценки профиля сварных швов и прочее оборудование.

Для неразрушающего контроля могут применяться магнитные и радиационные технологии, капиллярный метод, а при необходимости – лабораторное исследование образцов стали. В арсенале эксперта имеется необходимый слесарный инструмент, а также – средства защиты согласно требованиям техники безопасности.

Специфика контроля сооружения, находящегося в эксплуатации, требует, чтобы при обнаружении дефектов, представляющих угрозу безопасности объекта, незамедлительно принимались меры по прекращению его работы или изменению режима – например, уменьшение полезной нагрузки или недопущение нагрузок временных. При необходимости возможно полное прекращение эксплуатации объекта, возведение временных опор и прочие меры, для принятия которых может потребоваться организация временного подразделения – комиссии или совета.

Успешное проведение контроля состояния и качества стального каркаса здания или сооружения зависит от полноты взаимодействия с другими службами, занятыми возведением и эксплуатацией объекта – специалистами пожарной охраны, отопления и вентиляции. Качественно выполненное обследование документируется с фото и видеофиксацией.