Крены зданий и сооружений
Креном здания называют такое положение, при котором его плоскость симметрии отклоняется от вертикали. Крен может возникнуть из-за особенностей конструкции, влияния погодных условий и техногенных факторов (например, строительных работ, проводимых поблизости). Если часть здания смещается вниз, происходит осадка; смещение вверх называют выпиранием, а смещение в сторону — сдвигом.
 |
В ходе строительства и после его завершения происходит осадка. Этот процесс должен идти равномерно и постепенно прекратиться. Если осадка неравномерная, могут возникнуть различные деформации, в том числе и крен здания. Сооружения высотой более 15 м могут деформироваться из-за ветра или неравномерного нагрева стен солнцем.
В последние годы увеличилось доля высотного строительства. У зданий высотой 17 — 20 этажей центр тяжести расположен достаточно высоко, а площадь основания сравнительно невелика. Это способствует развитию кренов сооружений и зданий. Контроль за этими процессами очень важен в ходе эксплуатации зданий. Особенно важен мониторинг деформации таких сооружений как плотины, электростанции, производственных зданий.
Важно зарегистрировать деформацию на ранней стадии, когда ее устранение будет наименее затратным. Для этого на задании или сооружении укрепляются геодезические знаки. Опорные знаки закрепляют надолго, так как они будут основой при определении деформаций. Как правило, это труба, заглубленная и забетонированная в коренную несжимаемую породу. На верхнем конце закрепляется геодезический знак. Для каждого здания или сооружения необходимо установить как минимум три опорных знака, причем располагают их так, чтобы на них не влияли транспорт и давление от самого сооружения.
Непосредственно на здании устанавливают деформационные марки. С их помощью определяют вертикальные смещения. Количество и месторасположение этих знаков определяется с учетом нагрузок на фундамент и несущие стены, геологических особенностей местности и конструктивных особенностей сооружения. Обычно они закрепляются на стыках строительных блоков, на несущих колоннах и в углах. На высоких сооружениях (башнях или трубах) деформационные марки устанавливаются в несколько ярусов. Если возводится пристрой к старому зданию, марки устанавливают в районе стыка на обоих зданиях.
Простейшим примером деформационной марки служит металлический стержень, заглубленный в стену. Выступающую часть длиной 3-4 см прикрывают колпаком. Устанавливают также закрытые марки в виде полого цилиндра, замурованного в стену. Наружу выводится небольшая часть цилиндра, к которой при измерениях крепится кронштейн с рейкой, а в остальное время она закрывается крышкой.
 |
По установленным геодезическим знакам регулярно производят замеры, чтобы определить появление крена сооружения. При этом важна точность измерений, так как даже сравнительно небольшой крен здания может со временем привести к его деформации и разрушению.
При проведении измерений допускается погрешность от 1 мм для зданий на скальном грунте и для уникальных сооружений с возрастом более 50 лет до 5 мм для зданий на сжимаемых грунтах (насыпных или заторфованных).
Первые измерения проводятся еще на стадии нулевого цикла, то есть после возведения фундамента. Они и станут основой для дальнейших наблюдений за осадкой, чтобы вовремя зафиксировать возможный крен сооружения.
Разработано несколько способов измерений. Чаще всего используется метод геометрического нивелирования, позволяющий определять вертикальные перемещения. В ходе измерения вычисляется положение каждой деформационной марки относительно опорных знаков. При последующих измерениях строятся графики смещения марок, по которым определяют возникающий крен сооружения.
Для регистрации крена здания используется разнообразная техника от простейшего отвеса до высокоточного оптического нивелира.
Источник
Природа образования кренов и способы их выравнивания
Крен – наиболее опасная деформация здания, т.к. в большинстве случаев она является прогрессирующей, т.е. нарастающей за отчетный период вследствие увеличения эксцентриситета нагрузки из-за наклона здания, нарастания краевых напряжений под подошвой плиты и развития пластических деформаций под плитой. В определенный момент времени, когда зона пластических деформаций охватывает значительную область основания, особенно при эксцентрической нагрузке, основание может потерять несущую способность и в этом случае опрокидывание здание (сооружения ) неизбежно.
Примеры таких классических аварий в механике грунтов хорошо известны. 
Это Трансконский элеватор в Канаде. Построенный в 1911-1913 гг. он имел размеры в плане 23,5×50,5 м и ёмкость 35000 м 3 . Он был установлен на ж/б плите толщиной 60 см при заглублении 3,6 м. Основание состояло из ледниковых озерных отложений глины толщиной 9,0 м (глина слоистая с линзами ила, похожая на петербургские ленточные глины). В октябре 1913 г, когда элеватор ещё не был полностью загружен произошла вертикальная осадка фундамента на 35 см за период не более 1 часа. Элеватор стал крениться, а через несколько часов этот крен составил 26 0 к вертикали, одна сторона опустилась на 7,3 м, а другая поднялась на 1,5 м. Только благодаря высокой жесткости элеватор не разрушился.
Причиной этой аварии явилась перегрузка слабого основания с формированием классического выпора. Этот пример должен быть всегда перед глазами проектировщиков, которые проектируют на слабых грунтах плитные фундаменты для здания повышенной этажности.
Тем более, что в последнее время нашей организации всё чаще приходится сталкиваться с похожими аварийными ситуациями в Санкт-Петербурге, мы решаем вопросы не только остановки крена, но и возврата здания в исходное положение и стабилизации основания. Так в 2012 г. в июне месяце была закончена работа по стабилизации основания и выравниванию крена 12-ти этажного корпуса жилого дома №3 (корпус 1А) по ул. Киевской, и 2-х лестничных клеток многоэтажного паркинга по ул. Парашютной.
В первом случае здание – недострой простояло без консервации 4 года. Что представляло собой здание зимой 2011 г.?
Размер в плане 48×18м, высота 48,5м, фундамент в виде плиты толщиной 600 мм на естественном основании. Грунты в основании плиты – пески пылеватые средней плотности, насыщенные водой, Е=130 кг/см 3 , мощностью до 2,5 м, под песками залегает слабый грунт – суглинок тяжелый, пылеватый, серый, неяснослоистый текучепластической консистенции, выклиниваясь в сторону Киевской улицы от 2,3 до 0,7 метров.
Результаты измерения осадок плитного фундамента показали разность осадок 3,8 см на расстоянии 15,4 м (в поперечине), крен в сторону двора достиг величины i=3,8/1540=0,0025. Анализ данных наблюдения за предыдущие годы по построенным графикам позволил дать прогноз развития крена на 2011 и 2012 г., так в конце 2011 г. величина крена могла достичь значения i=4,5/1540=0,003, а к концу 2012 г. величины i=5,3/1540=0,0034 и быть близкой к предельному значению -0,004, который будет ощутим зрительно и поэтому недопустим.
Для установления причин развития деформаций крена были проанализированы графики развития осадок, выполнена проверка слабого подстилающего слоя грунта, оценка конструктивной схемы здания и обследовано основание здания под плитой в зимних условиях.
Источник
Крен как одна из важных характеристик при определении деформированного состояния и восстановлении эксплуатационной надежности здания
Крен как одна из важных характеристик при определении деформированного состояния и восстановлении эксплуатационной надежности здания
Грозненский государственный нефтяной институт, г. Грозный
Ростовский государственный строительный университет, г. Ростов-на-Дону
В настоящее время весьма острой становится проблема реконструкции и восстановления эксплуатационной пригодности жилого, общественного и промышленного фондов, особенно построенного в 60-80-х годах минувшего столетия. К числу таких объектов относятся и так называемые «хрущевки». На сегодняшний день в РФ по самым скромным подсчетам насчитывается более 3000 зданий и сооружений, требующих принятия неотложных мер по восстановлению их эксплуатационной надежности. Тенденция роста предаварийных и аварийных ситуаций в эксплуатируемых зданиях и сооружениях, вызванных техногенными и природными причинами, требует незамедлительной разработки и применения эффективных методов определения реальных деформированных состояний зданий и надежных методов и средств их защиты. Рекомендуемые действующими нормативными документами методы изучения деформаций зданий нуждаются в совершенствовании, так как рекомендуемые данными методами в качестве характеристик степени деформированности сооружения некоторые обобщенные величины — крены, осадки фундаментов, а в отдельных случаях и прогибы (выгибы) в целом сооружения, — не могут в достаточной степени отражать реальную картину деформированного состояния здания. Основываясь на таких результатах невозможно как достоверно отразить техническое состояние здания, так и, в случае необходимости, составить качественный проект по восстановлению ее эксплуатационной надежности. Для решения данных проблем нами разработан метод более детального определения деформированного состояния сооружения.
В одной статье не представляется возможным подробно рассмотреть все геометрические характеристики, определяемые при реализации данного метода, поэтому ограничимся рассмотрением одной из самых важных — крена здания. В нормативной литературе за крен принимается величина отклонения вертикальной оси здания от отвесной линии. Опыт многократных определений деформированного состояния зданий показывает, что невозможно охарактеризовать степень наклона здания одним значением крена, так как для значительного числа зданий, в том числе и относящихся к категории жестких, имеет место несовпадение значений кренов отдельных ребер здания. Величина крена, зачастую, может изменяться и с высотой здания, причем даже у одного и того же его ребра. Правильное определение величин кренов является принципиально важным и для проектирования мер инженерной защиты здания, например, методом подъема и выравнивания системой домкратов.
Итак, для более полной характеристики деформированного состояния здания вводятся новые характеристики кренов:
— частные крены ребер здания и его стен по заданным сечениям (по направлению осей Х и У) — 
и 
;
— приращения кренов по направлениям Х и У — D qxi, D qyi ;
-абсолютные (полные) крены ребер здания или иных его строительных конструкций Q ;
— угол ориентирования абсолютного крена — q ;
— относительный крен — i.
Таким образом, при обследовании определяются:
1. Частные крены
где XB , XH ,, У B , У H ; НВ, НН — СООТВЕТСТВЕННО координаты и отметки начальной и конечной точек ребра сооружения или же линии пересечения вертикальной секущей плоскости поверхности вертикально ориентированных строительных конструкций;
НВ, НН – отметки тех же точек.
2. Средние величины кренов здания по направлениям координатных осей Х и У
qxi, qyi – частные крены строительных элементов здания.
3. Приращения кренов
D qxi = qxi — qxср;,
D qyi = qyi — qyсрБ, ,
4. Средние величины кренов сооружения по направлениям координатных осей Х и У
qxi, qyi – частные крены строительных элементов здания.
5. Абсолютные (полные) крены ребер здания или иных его строительных конструкций
6. Угол ориентирования абсолютного крена
7. Относительный крен
где H — высота здания.
По величинам кренов определяются такие параметры, как условное и относительное сжатие стены здания, угол скручивания ребра, угол скручивания стены и угол скручивания здания.
Условное сжатие (удлинение) стены здания вычисляется как сумма кренов вертикальных сечений ( S qх, у(по стороне) ) стены здания
e i = S qх, у(по стороне)
Относительное сжатие определяется как отношение условного сжатия к габаритному продольному линейному размеру стены L
Скручивание ребра определится из следующих расчетов (рис.1)
Учитывая, что 
, 
,
подставляя данные значения в формулу (1), после приведения подобных членов, получаем
Рис.1. Скручивание ребра сооружения
Скручивание стены определяется из выражения
tg 
ij = ( 
) / 
Сумма частных кренов, направленных перпендикулярно плоскости стены, для которых вычисляется угол скручивания, определяется следующим образом: если крены имеют разные знаки, то находится их алгебраическая сумма, если крены имеют одинаковые знаки — разность.
Угол взаимного кручения стен сооружения друг относительно друга (разворот продольных осей отдельных стен здания друг относительно друга) определяется по формуле
= 
i — j ,
где 
и 
скручивание отдельных стен здания.
При выполнении анализа деформаций здания необходимо сопоставить направление углов скручивания ребер, стен и величин сжатия по стороне.
Угол скручивания здания вычисляется по формуле
Нумерация углов осуществляется всегда с дворового фасада по ходу часовой стрелки. Координаты принимаются всегда положительные (рис.2).
По величинам кренов здания можно показать взаимное смещение перекрытий разных уровней в плане — депланации перекрытий здания. На рис.3 представлена схема депланации перекрытий здания, расположенного в г. Белово Кемеровской области. Как видно из рис.3 в рассматриваемом случае произошло смещение перекрытия технического этажа в плане относительно перекрытия цоколя из-за неравномерных кренов здания. Здесь стрелками показаны направления и кренов отдельных блок-секций (в масштабе здания) по направлениям главных осей здания и абсолютные крены блок-секций.
Рис.3 Депланация перекрытий здания
Для характеристики распределения кренов по контуру здания на планах в масштабе здания наносятся крены.
В качестве примера на рис.4 представлена схема направлений и величин кренов здания, расположенного по ул. Коммунистическая г. Ростов-на- Дону.
Если крены конструкций определялись на некотором уровне, как по контуру, так и внутри контура здания, то распределение кренов наглядно можно представить в виде схемы изолиний равных кренов на данном уровне (рис.5)
Рис. 5 Изолинии равных кренов
Вышеприведенные характеристики кренов наряду с другими геометрическими параметрами нами определялись при диагностике технического состояния и подъеме и выравнивании 9-этажного жилого здания в г. Белово Кемеровской области, 12-этажного жилого здания в п. Кудепста Краснодарского края, что позволило качественно выполнить работы по восстановлению эксплуатационной надежности данных объектов.
На основании результатов определения кренов и других геометрических характеристик проектируются мероприятия по восстановлению эксплуатационной надежности зданий, в том числе и по проектированию подъема и выравнивания зданий гидросистемой.
При этом крен ребра здания может иметь разные значения на разных уровнях (рис. 6). При составлении проекта подъема и выравнивания здания возникает задача – что считать креном здания, точнее — какую величину крена считать практически значимым, то есть определить на какую величину крена нужно произвести выравнивание здания, получившее неравномерные осадки (рис.6).
Источник