Анализ причин обрушений промышленных зданий

Рассматриваются актуальные вопросы о снижении опасности лавинообразного обрушения покрытия промышленного здания. Указываются причины возникновения аварийных ситуаций и меры по их предотвращению.

Ключевые слова: обрушение покрытия, аварийные ситуации, лавинообразное обрушение, обследование промышленных зданий.

Увеличение доли промышленного производства в экономике РФ повлекло за собой введение в строй новых, а так же реконструкцию старых производственных площадей. Однако зачастую, как и новые, так и реконструированные промышленные здания в последнее время эксплуатируются с большой вероятностью обрушения (статистикой отмечается рост трагических аварий на территории Российской Федерации). Приведем несколько примеров крупных аварий, случившихся за последнее десятилетие [1]:

- обрушение двух ферм здания готовой продукции ПЦ №3 ОАО «МЕЧЕЛ», г.Челябинск ( 2000 г);

– обрушение покрытия здания цеха литья Троицкого дизельного завода (2000г.)

– обрушение покрытия здания готовой продукции ОАО «Златоустовский металлургический завод» (2001 г.);

– обрушение покрытия здания адъюстажа термокалибровочного цеха ОАО «Златоустовский металлургический завод» (2001 г.);

– обрушение покрытия здания гуммировочного отделения Горно-обогатительного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (2001 г.);

– аварийное обрушение вытяжной башни высотой 100 метров сероулавливающих установок Горно-обогатительного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»( 2002 г.) ;

– обрушение покрытия здания электросталеплавильного цеха ООО «ОМЗ-Спецсталь» (2003 г.);

– обрушение покрытия формовочного отделения ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» (2003 г.) ;

– обрушение части покрытия здания мартеновского цеха №1 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»(2004 г.) ;

– обрушение покрытий цехов обжига на Магнитогорском и Коркинском цементных заводах (2006 г.);

– обрушение покрытия травильного отделения здания ЛПЦ-5 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (2006 г.);

– обрушение части покрытия здания склада готовой продукции Плавильного цеха комбината «Печенга Никель»(2007 г.)

Многолетняя повторяемость аварий с одинаковыми причинами указывает на то, что одной из актуальных проблем является изучение участниками строительства и эксплуатационными организациями причин, приводящих к аварийному состоянию и обрушению зданий и сооружений, на конкретных примерах.

Рассмотрим в качестве примера причины обрушения сталелитейного цеха ЛАЗа (Литейно-арматурный завод) 7.12.1988 году. Высота здания 35м. Стропильные фермы покрытия из уголков по среднему ряду опирались на подстропильные фермы, пролётом 24 м. Колонны сварные, двухступенчатые, двутавровые вверху и решётчатые в нижней части. В большем пролёте здание было оборудовано мостовыми кранами грузоподъемностью 50 т в двух ярусах, в 18 метровом пролёте – 30 и 20- тоннами. Покрытие было выполнено из сборных ребристых железобетонных плит покрытия 1,5×12 и 3×12м. В результате аварии обрушилось 4032м² покрытия сталелитейного цеха; был нанесён значительный материальный ущерб, погибли люди. При установлении причин аварии комиссия пришла к следующим выводам[2,c. 76]:

- использование кипящей стали (Ст3кп) в качестве основного материала для конструкций;

- низкое качество железобетонные плит покрытия 3×12м;

- периодическое замачивание утеплителя приводило к превышению действующих нагрузок;

- повышенная снеговая нагрузка;

- повышенная динамическая нагрузка;

- беспрогонная система покрытия (её функции были возложены на ребристые плиты).

Эти причины характерны практически для всех обрушений промышленных зданий, случившихся на территории России.

Опыт расследования причин аварий зданий и сооружений показывает, что они являются следствием нарушения требований нормативных документов при выполнении проектно-изыскательских и производстве строительно-монтажных работ, изготовлении строительных материалов, конструкций и изделий; несоблюдения норм и правил технической эксплуатации зданий и сооружений. Как правило, аварии являются следствием невыгодного сочетания нескольких из этих факторов.

На примере ЛАЗа, можно рассмотреть основные мероприятия, выполнение которых, могло бы помочь, если не избежать, то хотя бы минимизировать ущерб. Остановимся на этом подробнее.

Недопустимость использования кипящей стали для изготовления строительных конструкций. Сварные швы при сварке элементов из кипящей стали имеют высокий коэффициент концентрации напряжений и низкую прочность при динамических нагрузках, что особенно актуально в промышленных зданиях, где динамические нагрузки являются неотъемлемой частью эксплуатации. Поэтому стальные конструкции должны выполняться из спокойной стали, что должно быть заложено ещё на уровне проектирования и во время строительства строго проверяться.

Низкое качество железобетонных плит покрытия (размером 3×12м) объясняется тем, что в период возведения здания они только начинали применяться, технология их изготовления была ещё не отработана, что существенно сказалось на их характеристиках.

К сожалению, превышение действующих нагрузок вследствие периодического замачивания утеплителя очень частое явление не только на промышленных, но и на общественных зданиях. Зачастую (как это было и на ЛАЗе) своевременное устранение протечек кровли не выполнялось. В качестве гидроизоляционного материала использовался рубероид (на момент обрушения существовало несколько слоёв).

И повышенная динамическая нагрузка возникла вследствие нарушения правил эксплуатаций цехового оборудования, что, в свою очередь, объясняется низкой культурой производства, и попустительством со стороны проверяющих органов.

Все эти факторы усугубила и беспрогонная система покрытия (функции прогонов были возложены на ребристые плиты). Авария развивалась так: 12 метровая железобетонная плита (массой около 10 т) срывается одним концом с фермы и падает, удерживаясь сваркой за вторую, закручивает сжатый пояс второй фермы, который теряет устойчивость. Ферма обрушивается, и ситуация повторяется. Обрушение происходило лавинообразно, и остановилось, только дойдя до температурного шва, разрушив тем самым весь температурный блок. При использовании же прогонов, этого удалось бы избежать, и, в случае, обрушения даже нескольких плит, разрушение бы не пошло дальше.

Обрушение на Пензенском ЛАЗе относится к первой группе предельных состояний. Данный вид обрушения является наиболее опасным, так как оно происходит внезапно, хрупко, без видимых перемещений и деформаций. В настоящее время нужно стремиться к переходу к таким конструкционным схемам, при которых первое предельное состояние не возникал бы, например, к балочным системам покрытия.

Но все эти негативные факторы, приведшие к аварии и обрушению здания, можно (и нужно) было выявить не после, а до обрушения, путём комплексного технического обследования.

Техническое обследование здания и сооружения должно проводиться в два этапа [3,c.166]:

- предварительное обследование;

- детальное обследование.

Предварительное обследование включает в себя следующие основные работы:

- анализ и изучение проектной документации (строительных чертежей и заключений об инженерно-геологических условиях);

- визуальный наружный и внутренний осмотр конструкции с необходимыми обмерами (конструкция сопряжения, стыков элементов, условия опирания, нарушения сплошности, характер трещин и т.п.);

- обследование фундаментов зданий и их состояния путём проходки шурфов;

- инженерно-геологические работы (бурение скважин, зондирование, отбор проб грунтов, лабораторные исследования и др.) для установления фактических характеристик грунтов.

Обследование зданий и сооружений на первом этапе заканчивается оценкой изменения инженерно-геологических условий за период строительства и эксплуатации, установлением причин имеющихся деформаций, трещинообразовании и составлением дефектной ведомости.

Детальное обследование включает следующие работы:

- отбор проб и определение прочности материалов несущих конструкций неразрушающими методами на механическом прессе лаборатории;

- контрольные замеры и составление схем расположение несущих конструкций и поперечных разрезов здания;

- выполнение поверочных статических расчётов элементов конструкций здания и определение нагрузок на фундаменты с учётом их увеличения при реконструкции;

- определение расчётного сопротивления грунтов основания применительно к существующей конструкции фундамента при увеличении нагрузок.

Обследования зданий и сооружений на втором этапе заканчивается составлением технического, заключения о физико-механических свойствах грунтов и материалов конструкций, принимается расчётная схема несущих конструкций, и сооружения в целом с учётом выявленных дефектов.

В заключении по техническому обследованию здания приводятся также рекомендации по усилению конструкций, дальнейшему использованию, наблюдения за строительными конструкциями и всем сооружением в целом (деформационный мониторинг).

Литература:

1. Пермяков М.Б. Аварии промышленных зданий: анализ причин// Электронный журнал Предотвращение аварий зданий и сооружений

2. Кузин Н.Я., Нежданов К.К., Елизаров Ю.В, и др.// Обследование строительных конструкций сталелитейного цеха ЛАЗа после обрушения и разработка рекомендации по и разборке. – Пенза. 1989.

3. И.Н.Гарькин, В.С. Сухно, М.А.Петрянина, Л.Н.Петрянина//Новые достижения по приоритетным направлениям науки и техники//сб.докладов Междунар. науч.-техн. конф. Молодых учёных и исследователей 12-16 апреля 2010г. //Наука молодых- итлеллектуальный потенциал XXI века: сб. докл. Междунар. науч форума.- Пенза:ПГУАС,2010-С.166-167