Максимально допустимая вертикальная, горизонтальная или иная внешняя, внутренняя нагрузка, которую способны принять без потери функциональных свойств конструктивные элементы здания: стены, фундамент, кровля, перекрытия, колонны, балки, столбы – это несущая способность. Во время эксплуатации на объект воздействует множество негативных внешних факторов, которые часто снижают прочностные параметры сооружения и его устойчивость, качественные и количественные характеристики материала. Все это может отрицательно отразиться на несущей способности здания.
Несущий каркас здания состоит из ключевых конструктивных элементов: грунтов и фундамента, кровли, стен, перекрытий, балок, колонн, иногда фасада. Он может быть выполнен из разных материалов, свойства которых также влияют на прочностные показатели, устойчивость к внешним и внутренним нагрузкам.
Для чего необходимо оценивать несущую способность здания и отдельных конструкций? Данный показатель рассчитывают в ходе комплексного обследования объекта и для изучения возможности его перепрофилирования, перепланировки. Несущая способность здания оценивается перед установкой тяжеловесного оборудования, для понимания остаточного ресурса и сейсмостойкости сооружения. Этот вид изысканий также проводят при реконструкции объекта: перед установкой арт-конструкций или надстройкой дополнительного этажа.
Исчерпание несущей способности конструкции – такое состояние элемента, когда при наличии внешних нагрузок напряжение на некоторых участках приближается к предельному. Часто оно выражается в виде отклонений, прогибов, трещин и других повреждений, деформаций.
Определение несущей способности
Несущую способность закладывают еще на стадии проектирования с учетом предполагаемых функций объекта, назначения каркаса. Но со временем показатель может меняться из-за воздействия внешних и внутренних негативных факторов.
На несущую способность влияет ряд условий: наличие жесткого армирующего звена, характер взаимодействия материалов, разгружающее действие отдельных элементов, состояние раствора или иного контактного слоя.
Определение несущей способности – комплекс исследовательских, аналитических и измерительных мероприятий. Изыскания начинаются с изучения проектно-технической документации. На подготовительном этапе специалисту предстоит ознакомиться с материалами несущего каркаса здания, характером сопряжения конструкций, способом опирания, внешними и внутренними нагрузками, агрессивными факторами среды, которые могут негативно воздействовать на техническое состояние сооружений.
После изучения теоретической части специалисты приступают к визуальному осмотру и проведению необходимых измерений:
- оценка прочностных и иных количественных показателей конструктивных элементов;
- выявление прогибов, трещин, отклонений;
- детальное обследование повреждений.
На завершающем этапе все результаты измерений и визуального осмотра анализируются, вносятся в компьютерную программу для проведения расчетов.
Несущая способность зданий и сооружений
Существуют разные способы оценки несущей способности. Некоторые из них универсальные и подходят для объектов любого функционального профиля, другие применимы только к определенной категории сооружений.
Одна из методик оценки несущей способности позволяет достаточно точно определить остаточный ресурсный потенциал конструктивных элементов. Она подразумевает учет всех негативных факторов, которые могут вызвать износ сооружения: атмосферных осадков, перепадов температуры и влажности, ветра, особенностей рельефа, интенсивной или небрежной эксплуатации, коррозии, эрозии.
Проверка несущей способности традиционными способами используется уже достаточно давно. Стандартные методы подразумевают создание вибрационных динамических и механических импульсных воздействий определенной интенсивности и силы. Их направляют на отдельные элементы здания через грунт и фундамент. Для регистрации изменений на исследуемый объект устанавливают специальные датчики. После проведения испытаний полученные результаты обрабатывают в специальной компьютерной программе, которая позволяет рассчитать, чему равна текущая несущая способность зданий и сооружений.
Одна из особенностей методики оценки возможных дополнительных нагрузок: необходимо учитывать давление не только на один участок, но и на всю армированную конструкцию. Специалист должен выполнить пространственный расчет, который охватывает все взаимосвязанные элементы. Конструктивная оценка предполагает учет нагрузок дополнительного воздействия, временных, динамических, естественных и постоянных факторов. Такой комплексный подход считается наиболее полным и достоверным. Методика позволяет увидеть фактическую картину и спрогнозировать возможность увеличения нагрузки на здание без негативных последствий.
Несущая способность кирпичной кладки
Простенки кладки из кирпича выполняют роль несущих элементов сооружения. Прочностные показатели конструкции могут со временем снижаться из-за влияния внешних негативных факторов.
Для определения фактической несущей способности специалисты измеряют, рассчитывают и изучают следующие показатели:
- сечение стены с отделкой;
- высота стены;
- ширина стены;
- тип, марка и состав кирпича;
- марка, состав и другие особенности раствора;
- прочность кирпича и раствора в кладке.
Прочность кладки можно определить методами неразрушающего контроля. После получения необходимых вводных данных несущую способность рассчитывают по формуле. Она требуют применения некоторых коэффициентов – длительной нагрузки и продольного изгиба.
Оценка несущей способности бетонных и железобетонных конструкций
Для определения несущей способности конструктивных элементов из бетона и железобетона, которые имеют нормальное по отношению к продольной оси сечение, применяют методику предельного равновесия по нормативной документации. В этом случае руководствуются следующими упрощающими принципами:
- игнорируют сопротивление бетона растяжению;
- сжимающие напряжение в бетоне равны между собой;
- растягивающие напряжение в арматуре не больше расчетных сопротивлений.
Для повышения прочностных характеристик в конструктивные элементы включают вкладыши из цементного бетона или другого низкодеформируемого материала, внутри которого расположены металлические элементы.
Особенности расчета несущей способности фундамента
Для грунта и фундамента максимально допустимую нагрузку исследуют в единой связке. Для укрепления слабого основания потребуются сваи. На грунте с плотной и устойчивой структурой можно использовать колонны или ленточный фундамент для стен. Для выбора оптимального варианта необходимо изучить в лаборатории физико-химические параметры почвы в данной местности.
Несущая способность фундамента во многом зависит от количественных и качественных свойств материала, наличия дефектов, арматуры, соответствия фактических и проектных данных. Любые негативные изменения в состоянии основания здания через некоторое время отразятся на стенах, перекрытиях и других верхних конструктивных элементах.
Изучение несущей способности основания требуется в следующих случаях:
- Объект строится или возведен в сейсмически активном районе.
- На основание воздействуют серьезные по силе горизонтальные нагрузки: фундаменты распорных конструктивных элементов, подпорные стены.
- Объект возведен на откосе или недалеко от него.
- Основание состоит из биогенных и пылевато-глинистых грунтов, насыщенных водой.
- Основание сложено из гранита, песка и глины, которые отталкивают воду.
Несущая способность фундамента должна предотвращать вероятность сдвигов и обеспечивать высокую устойчивость и прочность оснований здания.
Несущая способность сваи указывает, какую нагрузку она способна выдержать при максимально допустимом уровне деформации грунта. Задача специалиста на стадии проектирования – рассчитать оптимальное число элементов.
Для оценки показателя используют два основных метода: уровень сопротивления по боковой поверхности и уровень сопротивления грунта под острием. Оптимальный вариант определяют исходя из характеристик почвы.
Особенности определения несущей способности вертикальных и горизонтальных конструктивных элементов
К перекрытиям относятся плиты, диски и балки. Они взаимосвязаны и объединены для выполнения единой функции. Перекрытие – это конструктивный элемент, расположенный между этажами. Он опирается на балку.
Расчет максимально допустимой нагрузки на перекрытие начинается с визуального осмотра. Инженер должен зафиксировать дефекты и особенности конструктивных элементов, выполняющих роль опоры.
Различают два типа несущих частей здания:
- Горизонтальные: балки, диски, плиты. На них приходится наибольшая нагрузка.
- Вертикальные: колонны, стены, столбы.
Балки – важный опорный элемент в зданиях с колоннами. Для их изготовления используют бетон. В старых домах встречаются балки из деревянных лагов, железных элементов и асфальтобетона. В этом случае специалист должен изучить состав балки, выяснить фактическую несущую способность, и насколько она изменилась со временем.
При проектировании инженеры должны закладывать несущую способность с некоторым запасом. Это помогает минимизировать вероятность перегрузки, но не отменяет необходимость в регулярных технических обследованиях здания.
К вертикальных несущим конструкция относятся столбы и колонны, имеющие отдельный фундамент, который по форме напоминает подстаканник. Чем больше нагрузка и площадь объекта, тем глубже должны быть заложены опорные элементы. Колонны обычно изготавливают из монолита или железобетона. Распространенный материал для возведения столбов – кирпич и камень. Эта вертикальная несущая конструкция встречается в старых малоэтажных домах.
Несущая способность кровли и фасада
Основная нагрузка на кровлю – это снег, ветер и другие погодные факторы. Если на стадии проектирования кровлю не планировалось эксплуатировать, то ее несущая способность снаружи будет ниже, чем с внутренней стороны.
Фасад может быть несущим и не несущим элементом сооружения. Его навешивают на колонны или устанавливают на отдельный элемент. В последнем случае фасад называют самонесущим.
Несущая способность объекта – изменяющаяся во времени величина. С увеличением срока эксплуатации и при воздействии агрессивных внешних факторов прочностные характеристики и устойчивость сооружения снижается. Предотвратить аварии и другие нежелательные ситуации на объекте поможет регулярное экспертное обследование.
Компания «Департамент» предлагает услуги по диагностике и определению несущей способности здания. Специалисты используют современное оборудование и методы неразрушающего контроля, которые позволяют максимально быстро получить достоверные результаты. Узнать подробности, стоимость и задать вопросы можно представителю компании «Департамент» по телефону или электронной почте.
