Глава 3
АВАРИИ И ПОВРЕЖДЕНИЯ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И
ЭКСПЛУАТАЦИИ

Аварии - частичное или полное разрушение конструкций, причиняющее большие материальные потери, а иногда приводящее к человеческим жертвам.

Катастрофы - разрушения зданий и сооружений, вызванные стихийными бедствиями: землетрясениями, пожарами, оползневыми процессами, наводнениями, ураганами, буранами, лавинами, снегопадами, песчаными бурями, сильными и продолжительными холодами.

Разрушение зданий и сооружений происходило с давних пор и являлось тяжелым бедствием.

В кодексе законов вавилонского царя Хаммурани записано:

§ 229. Если строитель построит для кого-нибудь дом и случится так, что его создание будет недостаточно прочно и упадет, и если при этом погибнет домовладелец, то строитель должен быть казнен.

§ 230. ... если погибнет ребенок домовладельца, ребенок строителя должен быть убит.

Время, в течение которого здание или сооружение должно выполнять свои функции, воспринимая предусмотренные нагрузки и противостоя определенным климатическим, биологическим и химическим воздействиям, называют сроком службы. В случае аварии ущерб (жизнь и здоровье людей, материальный, психологический, экологический) должен быть сведен к минимуму.

Разрушение есть не мгновенный акт, а процесс накопления всевозможных повреждений-дефектов. Этот период работы материала называют "инкубационным".

3.1. Кирпичные и крупнопанельные здания

Разрушение зданий или появление значительных сквозных трещин вызывалось [14, 21, 64, 97] следующими причинами:

• неравномерные значительные деформации грунтов основания;
• обрушение кладки, выполненной на замораживание раствора;
• недостаточная несущая способность кладки;
• выветривание кладки при попеременном увлажнении, замораживании, насыщении химическими растворами;
• несвоевременное выполнение ремонтно-восстановительных работ. Подробнее о разрушении кирпичной кладки см. в 2.2.

Перечень возможных дефектов, приводящих к аварии или аварийной ситуации крупнопанельных зданий:

• частичное заполнение швов раствором;
• излишнее утолщение швов;

72

• несовпадение опорных плоскостей и уменьшение площадок опирания;
• перекос стеновых панелей в плоскости;
• отклонение стеновых панелей от вертикали;
• смещение стыковых швов в плоскости стены;
• несогласованная замена панелей;
• смещение стеновых панелей и перегородок по отношению друг к другу из плоскости;
• дефекты сварочных работ;
• большая разница в отметках нижней поверхности двух смежных элементов перекрытия (более ± 4 мм);
• несвоевременная приварка закладных деталей, например, лестниц;
• недостаточная прочность бетона, например, недостаточная выдержка в пропарочных камерах и замораживание;
• оледенение панелей при хранении;
• раннее замораживание раствора в швах;
• неравномерный монтаж по периметру здания;
• заделка отдельных участков бетоном или кирпичной кладкой с преждевременным замерзанием бетона или раствора;
• удар падающих конструкций или ящиков с раствором.

В процессе эксплуатации разрушение иногда происходит от взрыва газа (см. п. 2.7).

При отрицательных температурах наружного воздуха в отапливаемом, здании возникают разные температурные деформации наружных и внутренних стен. В верхних этажах могут раскрываться горизонтальные стыки. Панели наружных стен могут полностью передавать нагрузку от собственного веса через вертикальные стыки на внутренние конструкции. Это приводит к изменению расчетной схемы [39].

Приведем примеры аварий. В [141] описано обрушение 15 - этажного крупнопанельного жилого дома серии ЛГ-600 в г. Ленинграде. Полное обрушение произошло 27 февраля 1979 г. Несущими элементами являются поперечные стены с узким шагом 3,2 м. Размеры здания в плане 18 х 18м. Несущие стены толщиной 14 см выполнены из тяжелого бетона класса В15. Наружные стены - навесные газобетонные класса В5, опирающиеся на консоли перекрытий. Газобетонные вкладыши - простенки через раствор опирались на газобетонную несущую панель, а вверху отделялись от панели мастикой УСМ-50, гернитовыми прокладками и антисептированной паклей. При строительстве вместо гернитовых прокладок был уложен раствор и газобетонные панели из навесных превратились в несущие, нагрузка от которых передавалась на консоль первого этажа.

В Москве обрушился 12 - этажный крупнопанельный жилой дом по следующей причине: рабочие вместо подмостей установили на две стены 10 этажа плиту перекрытия размером 4,8 х 3 м и поставили на нее бадью с бетоном. Вследствие этого плита разрушилась, при падении повлекла за собой плиты перекрытия всех этажей. В рассматриваемых зданиях плита перекрытия опирается по контуру. По короткой стороне находится рабочая арматура.

73

При использовании ее в качестве подмостей рабочей оказалась длинная, менее армированная сторона.

Наибольшую опасность представляет прогрессирующее разрушение. В [141] приведены два примера обрушения лестничных клеток, вызванных падением грузов.

В первом случае при монтаже 16-этажного жилого дома серии И-522 на лестницу 15 этажа с высоты трех метров упал блок весом 0,7 т, задетый поднимаемым таким же блоком. Произошло обрушение всех маршей. Во втором случае, при монтаже 22-этажного жилого дома серии И-700 А поднимали пустой металлический ящик с лестничной площадки 16 этажа. При этом был задет лестничный марш. Падение его привело к полному повреждению лестничных маршей и площадок на всех этажах. Причиной аварии явилась недостаточная визуальная обзорность и отсутствие налаженной сигнализации при монтаже.

Монтаж дома производился с 19 января 1979 года. В течение этого периода постоянно сохранялась отрицательная температура. 26 февраля была нулевая температура. Начал оттаивать раствор в швах и стыках, трещать бетон. На другой день треск усилился, лопались консоли перекрытий. Вечером дом обрушился вертикально.

Изделия для дома изготавливались в декабре 1978 года в период сильных морозов и вывозились сразу на монтаж. Известно, что с падением температуры увлажненного бетона ниже 30 °С аномально изменяются температурные деформации. Скорость разрушения по сравнению со стандартным замораживанием до -20 °С увеличивается почти в 10 раз. Аномальность заключается в скачкообразном расширении бетона при резком уменьшении его температурного коэффициента линейного расширения. Следствием этого является концентрация напряжений между слоями бетона, между бетоном и арматурой.

Соседний такой же дом был полностью разобран. В нем также была нарушена конструктивная схема - наружные стены из навесных стали несущими. Поставленные подпорки из бревен от фундамента до 6 этажа в какой-то степени повысили устойчивость здания.

21 февраля 1980 года обрушился 9-этажный крупнопанельный дом серии 78-03 в пос. Вьюжном Мурманской области. Разрушился средний блок на всю высоту и по всей ширине 12 м и длине 42 м. Несущими являются поперечные стены с шагом 3 и 6 м, толщиной 16 и 20 см. Самонесущие наружные стены толщиной 35 см запроектированы из бетона класса В 35. Перекрытия выполнены из многопустотных преднапряженных плит толщиной 22 см, пролетом 3 и 6 м. Фундаменты ленточные из сборных блоков на скальном основании. По условиям рельефа был построен дополнительный цокольный этаж. На уровне второго этажа наружная стеновая панель была заменена кирпичной кладкой. В период строительства температура была отрицательной. 19 февраля началось потепление, а 20 февраля температура наружного воздуха равнялась + 4 °С. 20 февраля из дома был слышен сильный шум, наблюдалось выпадение кусков бетона и раствора из швов панелей и кирпичной кладки. Вначале выпала кирпичная кладка, заменявшая бетонную наружнюю

74

панель, затем выпали панели наружных стен. 21 февраля обрушились две блок-секции дома.

Конструкции сложились внутрь. Основной причиной аварии явилась потеря несущей способности кирпичной кладки под несущими поперечными стенами. Раствор кладки применялся частично без противоморозной добавки. Отмечен ряд нарушений технологии монтажа - бетонирование стыков велось без виброуплотнителя, не применялась очистка деталей от льда и снега, монтажные работы выполняли рабочие низкой квалификации.

Часто разрушившиеся здания имели большое количество дефектов: толстые швы, многочисленные закладки кирпича, некачественное заполнение вертикальных швов, зазоры между плитами перекрытий и верхом стеновых панелей, незаделанные бетоном торцы многопустотных плит, утопленные в бетон закладные детали, низкая прочность бетона в изделиях.

В зданиях с продольными несущими стенами обязательным решением является сварка плит между собой и с несущими наружными стенами, которые могут деформироваться от температурных деформаций.

Общий температурный перепад на наружной поверхности стен темного цвета достигает 70 °С. Вследствие этого происходит выпучивание наружных стеновых панелей наружу.

В поперечных стенах многоэтажных зданий вблизи наружных стен появляются косые, направленные вниз к опоре трещины (рис. 3.1). Это происходит часто в тех случаях, когда для изготовления наружных и внутренних стен применяются материалы с разными деформативными свойствами [97].

В случае, когда железобетонные перекрытия получают большие прогибы, возможны повреждения установленных на них несущих внутренних стен |97]. В стенах образуются трещины (рис. 3.2), иногда отслаивается штукатурка в зоне опирания стоящих под ними стен, снижается звукоизолирующая способность.

75

При большей разнице деформаций основания фундаментов трещины направлены в сторону конструкции, получившей большую осадку [97], и с той же интенсивностью во всех вышележащих этажах (рис. 3.3).

Приведем другие примеры разрушений крупнопанельных зданий из [53] связанных с оттаиванием бетона и раствора.

Куйбышев, 1961, 5 - этажный жилой дом - потеря устойчивости кирпичной кладки цоколя;

Свердловск, 1966, 5 - этажный жилой дом - оттаивание раствора в горизонтальных и вертикальных швах; недостаточная прочность бетона в штрабе Узла, образовавшегося при переносе отметки панелей перекрытий;

76

Московская область, 1972, школа - не были замоноличены вертикальные швы между наружными продольными и несущими поперечными стенами; перекрытия, опирающиеся на торцевые несущие стены, не были к ним приварены; толстые (до 12 см) швы; многочисленные закладки кирпичом; не качественное замоноличивание; оттаивание раствора в нижних швах торцовой стены.

Сургут, 1972, 5 - этажный жилой дом - практически нулевая прочность раствора в платформенных стыках в момент оттаивания; отсутствие креплений плит перекрытий к наружным стенам; опорные торцы перекрытий не были заделаны бетоном.

Нижнекамск, 1977, 5 - этажный жилой дом - низкая прочность бетона в момент оттаивания монолитной железобетонной балки, заменявшей отсутствующую панель перекрытия в платформенном стыке над сквозным проемом.

Сургут, 1979, 5 - этажное общежитие (продольные несущие стены) -не выполнена сварка плит среднего и крайних рядов, выпучивание наружных продольных стен под влиянием солнечной радиации; отсутствие поперечных диафрагм; оттаивание горизонтальных швов.

Читинская область, 1981, 5 - этажный жилой дом (продольные несущие стены) - не сварены плиты между собой и с панелями наружных стен; оттаивание растворных швов толщиной до 5 см.

Магаданская область, 1983, 5 - этажный жилой дом - интенсивное оттаивание бетона в монолитных сейсмических поясах и раствора в горизонтальных швах; не были заделаны пустоты опорной зоны многопустотных плит перекрытий.

Волгодонск, 1982, 9 - этажный жилой дом - некачественная заделка раствором и замораживание горизонтальной штрабы, оставленной в связи с заменой цокольной панели.

Кострома, 1982, 9 - этажный жилой дом (узкий шаг поперечных несущих стен) - отсутствие бетона в вертикальных стыках внутренних стеновых панелей (необходимо поэтажное бетонирование вертикальных стыков), не имеющих сварных соединений (были петлевые соединения); горизонтальные швы были заделаны раствором на замораживание; возник эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки на поперечные стены в районе температурного шва.

Ереван, 1983, 9 - этажный жилой дом - оттаивание бетона в монолитных антисейсмических поясах и в вертикальных стыках, уложенного на замораживание.

Волгоград, 1987, 9 - этажный жилой дом - недостаточная прочность бетона в монолитном железобетонном поясе у сквозного проезда (электропрогрев выполнен некачественно).

Целиноград, 1988, 9 - этажный жилой дом - вертикальные стыки наружных и внутренних стен не замоноличивались; сварные монтажные соединения панелей выполнены некачественно; растворные швы в платформенных стыках оказались замороженными и при оттаивании прочность раствора близкой к нулю.

77

Лахти (Финляндия), 9 - этажный монолитный жилой дом - при неожиданном резком похолодании частично замерз бетон цокольного этажа; при весеннем оттаивании он не мог воспринять нагрузку от вышерасположенных девяти этажей.

78