Аварии в строительстве

Содержание: 

Основные причины  аварий в строительстве.                                                                                        3 стр. 

Обрушение пролетного строения сборного железобетонного моста.                                                4 стр. 

Обрушение сборного железобетонного каркаса многоэтажного здания.                                          6 стр. 

Обрушение металлических  конструкций.                                                                                             8 стр. 

Основные дефекты  при монтаже ферм.                                                                                                 8 стр. 

Обрушение металлических  конструкций покрытий при их монтаже

на строительстве  сборочно-сварного цеха.                                                                                            9 стр. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные  причины аварий в  строительстве. 

Анализ аварий конструкций, зданий и сооружений позволяет  установить основные причины аварий: дефекты и низкое качество строительно-монтажных работ, отступление от проектов при возведении зданий и сооружений и их элементов, нарушение элементарных правил монтажа и условий обеспечения жесткости и устойчивости конструкций при проектировании и в процессе их возведения, применение материалов и конструкций недостаточной прочности, замена материалов конструкций или их частей без санкции проектных организаций, недостатки проектных решений в совокупности с дефектами производства работ, перегрузка несущих конструкций в процессе эксплуатации, отсутствие надежных средств и методов антикоррозионной защиты. Как отмечалось, также одной из причин обрушений является недостаточная изученность работы некоторых конструкций под нагрузкой, дефектность, неполноценность инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий оснований. 
Изучение причин аварий позволяет лучше понять закономерности в работе конструкций, зданий и сооружений, привлечь внимание ученых, проектировщиков и строителей к недостаткам проектных решений, устранение которых должно предупредить аварии и тем самым обеспечить надежность сооружений. 
За последние годы на основе анализа и изучения причин аварий, описанных в настоящей книге, научно-исследовательскими и проектными организациями в целях повышения надежности и долговечности зданий и сооружений вносились предложения по изменению и дополнению соответствующих нормативных документов по проектированию и строительству. Так, в результате обрушения стальных подкрановых балок на металлургическом заводе дополнительно изучались явления усталости металла от воздействия динамических нагрузок, совершенствовались расчеты тонкостенных металлических конструкций. В связи с обрушением стальных ферм конвейерных галерей от хрупкого разрушения металла дополнительно изучались проблемы ломкости стали в различных условлях эксплуатации металлических конструкций. Случаи обрушения каркасных зданий из сборных железобетонных конструкций вызвали необходимость совершенствования требований к монтажу таких зданий и обеспечению их пространственной жесткости и устойчивости. 
В настоящее время в связи с широким внедрением в практику строительства новых объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений, новых конструкций (в том числе легких) научно-исследовательские, проектные и эксплуатирующие организации должны установить натурные наблюдения за работой конструкций в процессе их возведения и в различных условиях эксплуатации. Это позволит оценить надежность и долговечность конструкций, выявить их дефекты, а также подготовить предложения по их дальнейшему совершенствованию. 
Натурные наблюдения необходимы для оценки надежности и степени долговечности конструкций и установления срока их службы с учетом отказов, факторов физического, морального и социального старения, огнестойкости, применения средств антикоррозионной защиты и биостоикости и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Обрушение пролетного строения сборного железобетонного моста.

 
Строительство моста осуществлялось с июня 1956 г. по декабрь 1962 г., причем во временную эксплуатацию мост был принят в декабре 1960 г., а в постоянную — ровно через два года. 
Мост состоит из шести сборных предварительно напряженных железобетонных пролетных строений по 33 м каждое, по шесть балок в каждом. Опоры моста монолитные, бутобетонные, на высоком свайном ростверке с железобетонными сваями по 24 сваи на опору. Бетонный ростверк фундамента опоры № 3 и 4 выполнен из бетона марки М200 в бездонном водонепроницаемом ящике. Ростверк запроектирован в зоне постоянного замораживания и оттаивания, а также в условиях постоянного воздействия водного потока. В техническом проекте моста и в рабочих чертежах к бетону ростверка не были предъявлены специальные требования по водонепроницаемости и морозостойкости, а только требование по прочности. Ростверки, объединяющие головы свай, запроектированы бетонными, армирование ростверка сеткой в районе голов свай не предусмотрено. 
Учитывая, что фундаменты опор № 3 и 4 работают по схеме высокого ростверка и в довольно тяжелых условиях (особенно при ледоходе)', следовало бы произвести армирование ростверка. 

 
93. Мост после обрушения пролетных строений

94. Обрушенные  пролетные строения 

95. Опора  №   4   после   обрушения пролетных строений

В чертеже водонепроницаемого опускного ящика для сооружения ростверка отсутствуют указания о способе укладки подводного бетона и откачки воды после его укладки. Водонепроницаемый ящик запроектирован узким, что затрудняло откачку воды и укладку бетона ростверка насухо. Внутреннее крепление ящика, оставляемое в ростверке опоры, разрезает бетон ростверка на пять отдельных частей. Указаний о необходимости разборки внутреннего крепления ящика по мере бетонирования ростверка в чертеже не имеется. Анализом воды в реке установлена углекислая агрессия. По заключению лаборатории, указанная агрессивность недопустима для бетонных массивов толщиной менее 2,5 м. Учитывая, что толщина несущего бетонного ростверка опор № 3 и 4 в проекте принята всего 1,2 м, следовало бы принять меры против углекислой агрессии, что проектом не предусматривалось. 
Авария моста произошла из-за обрушения опоры № 3, повлекшего за собой обрушение двух пролетных строений, опирающихся на эту опору (рис. 94). Пролетное строение второго пролета лежало в основном на грунте выше воды. Пролетное строение третьего пролета одним концом повисло на опоре № 4, а вторым — ушло под воду. Опора № 4 (рис. 95) наклонилась в сторону четвертого пролета. В связи с этим валки подвижных опорных частей четвертого пролета также сильно наклонились. Ригель опоры № 2 поврежден при срыве с него пролетного строения второго пролета. Строение второго пролета упало целиком. Его балки повреждены в нескольких местах по длине, крайние балки оторваны от остальных четырех балок. Пролетное строение третьего пролета при обрушении распалось на части: крайние балки оторвались от остальных и упали на дно реки; одна из средних балок опирается анкерными стаканами на ригель опоры № 4 и висит на диафрагмах, не опираясь нижним концом, вследствие чего вдоль шва проходит трещина. Остальные три балки висят на ригеле опоры № 4 и опираются нижними концами на разрушенную конструкцию опоры № 3. Опора № 4 находится в аварийном состоянии, так как ее свайный ростверк имеет трещины и слабый бетон. Передняя часть (по течению) ростверка полностью разрушена до грани тела опоры. Кроме того, тело опоры имеет трещину в месте сопряжения с верхом ростверка. Все это угрожало обрушением пролетного строения № 4. Упавшие пролетные строения и опора № 4 к дальнейшему использованию непригодны. 
В 1963 г. мост пропустил паводок, относящийся к разряду весьма высоких, превысивший на 50 см расчетный уровень воды, определенный в проекте моста, как соответствующий вероятности превышения 1 : 100 и почти достигавший исторического наивысшего уровня 1908 г. Наивысший уровень половодья 1963 г. наблюдался 20 апреля, т.е. на 20 дн. ранее разрушения моста, которое произошло уже после снижения уровня воды примерно на 3,8м. 
Весенний ледоход 1963 г. был сильным и совпадал с наивысшим уровнем воды, а толщина льда достигла 0,8 м при скорости течения 1,2...1,4 м/с. 
Промерами глубин реки установлено, что понижение дна (размыв) у разрушенной опоры № 3 не достигло расчетной отметки сосредоточенного размыва, принятой в проекте на 40...60 см, в связи с чем размыв дна не является непосредственной причиной аварии опоры. Обследование свай ростверка опоры № 3, выполненное путем промеров и спуска в воду, показало отсутствие бетонного ростверка, объединяющего сваи: лишь на одной из свай сохранился небольшой массив бетона низкой прочности. Было установлено также, что головы некоторых свай расположены на различных отметках, иногда значительно превышающих проектные. Так, две сваи одного ряда находятся выше уровня меженных вод, указанного в проекте. При этом головы свай не срезаны и арматура их неполностью распущена, как это и требовалось по проекту. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Обрушение сборного железобетонного каркаса многоэтажного здания. 

В апреле 1961 г. произошло  обрушение каркаса, смонтированного  из сборных железобетонных элементов. Здание имело десять этажей, из них девять над землей и один этаж подвальный. Конструкции здания состояли из сборного каркаса и наружных кирпичных самонесущих стен. Длина здания 56,6 м, ширина 21 м с сеткой колонн в поперечном направлении 6,55 + 6,4 + 6,55 м, шаг колонн в продольном направлении 6,1 м (рис. 1). Полная высота здания 41 м. 
Каркас представляет собой 10 железобетонных рам, расположенных поперек здания и состоящих из сборных элементов: колонн и ригелей (рис. 2). Междуэтажные перекрытия выполнены из сборных железобетонных плит размером 5,66X1,48 м. 
По данным инженерно-геологических изысканий, основанием для фундаментов здания являлись моренные суглинки с гравием и щебнем мощностью 2...5 м. Фундаменты здания железобетонные монолитные из бетона марки М 300 в виде перекрестных лент. 
Наружные стены кирпичные толщиной 51 см, запроектированы из семищелевых камней марок 100 и 75. Соединение сборных железобетонных элементов между собой предусмотрено на сварке с заделкой зазоров раствором и бетоном марок М 200...400. 
В поперечном направлении расчетная схема была принята в виде 10-этажной рамы с жесткими узлами (рис. 3) и с колоннами, защемленными в фундаменте. В продольном направлении расчетная схема быала принята в виде рам, ригелями в которых должны были являться плиты перекрытий. 
По проектному заданию здание было 4-этажным (с подвалом) Г-образной формы в плане. При разработке рабочих чертежей форма в плане была принята прямоугольной и число этажей увеличено до 10. 
Общего проекта организации производства работ, а также совмещенного рабочего графика строительно-монтажных работ на строительстве не было. Был разработан только проект монтажа железобетонных конструкций, в котором были приведены перечень оборудования, схема монтажа, стройгенплан и график производства работ. В этом проекте было указано, что к сборке конструкций каждого последующего этажа можно приступать только после окончательного закрепления всех конструкций предыдущего этажа. Вместе с тем методы закрепления монтажных стыков и узлов, включая технологию сварки, в этом проекте не были отражены. 
Обращает на себя внимание нечеткость распределения работ между подрядными организациями по замоно-личиванию монтажных стыков каркаса. Так, замоноли-чивание стыков колонн входило в обязанности одной организации, а замоноличивание узлов сопряжений ригелей с колоннами, плит с ригелями и плит между собой — в обязанности другой организации. 
К моменту обрушения каркаса здания были полностью закончены работы по устройству фундаментов, почти полностью были возведены стены подвала, частично не были заполнены пазухи котлована. Полы в подвале не были сделаны, хотя засыпка фундаментов в подвале частично осуществлена. Железобетонный каркас был смонтирован почти полностью на все 10 этажей здания. Стыки колонн выполнены только частично, сварено только 50 % стальных накладок. 
Осмотр разрушенных конструкций показал, что в целом ряде случаев сварка стыкав ригелей не была выполнена. Заполнение раствором стыков ригелей с колоннами произведено в основном только до 3-го этажа. По записи в журнале сварочных работ узлы сопряжения плит были сварены. Однако при осмотре было обнаружено много узлов с несваренными стыками. Замоноличивание стыков плит не производилось. К кладке стен здания выше перекрытия над подвалом не приступали. 
Обрушение каркаса произошло в продольном направлении; каркас после обрушения представлял собой груду развалин. В результате обрушения каркаса стены подвала оказались частично разрушенными; колонны были сорваны с фундаментов; анкерные болты срезаны в основном в уровне верха подливки под опорные плиты колонн. 
Фундаменты колонн не имели существенных повреждений, заметны лишь незначительные сколы бетона башмаков. 
Проверка проекта показала, что в поперечном направлении жесткость и прочность здания должны обеспечиваться поперечными рамами. Поверочный расчет рам выявил достаточную их прочность как в узлах, так и в линейных элементах при полном замоноличивании узлов сопряжения колонн и ригелей до укладки плит междуэтажных перекрытий, что соответствует принятой статической расчетной схеме поперечной рамы.

 
1. Схема каркаса 
1 — железобетонные колонны;   2 — самонесущие   стены;   3 — сборные железобетонные  ригели;  4 — сбойные железобетонные плиты

2. Поперечный  разрез каркаса

1 — колонны; 2 — самонесущие стеньг  3 — ригель;   4 — стык   колонн; 5 — фундаментные      перекрестные ленты  

3. Узлы соединений 
а — деталь опирания плит междуэтажных перекрытий на ригель; б — узел сопряжения ригеля с колонной каркаса; 1 — ригель; 2 — плиты перекрытия; 3 — стальные закладные детали; 4 — колонны; 5 —СА монесущая стена   

В действительности плиты перекрытий укладывались до замоноличивания  узлов рамы, и ригели работали на нагрузку от собственного веса плит как  свободно лежащие балки. В этом случае расчетная схема поперечной рамы изменяется, в связи с чем возникают растягивающие усилия в нижней плоскости ригеля на опорах, что в расчете и в проекте конструкций не нашло отражения. В этих условиях у концов ригелей со стороны воздействия ветра (с наветренной стороны) образуются шарниры. 

Обрушение металлических конструкций. 

К наиболее повторяемым  авариям следует отнести обрушения  металлических конструкций покрытий промышленных зданий, а также конвейерных галерей. 
Наибольшее число обрушений металлических конструкций покрытий произошло в процессе их монтажа в основном из-за грубых отступлений от проектов, а также вследствие низкого качества изготовления и монтажа конструкций. Следует также отметить, что наибольшее число аварий произошло со стальными конструкциями зданий, ограждающие конструкции (покрытия и стены) которых выполнялись из сборного железобетона.

Основные  дефекты при монтаже  ферм. 

Особенно много  дефектов допускается при монтаже  стропильных ферм. Заводы-изготовители иногда заменяют проектные сечения на меньшие, занижают размеры сварных швов, пропускают соединительные прокладки и даже целые элементы. Бывают случаи, когда элементы, запроектированные по одному стандарту, заменяются элементами по другим стандартам без учета разности геометрических и механических характеристик. Допускаются зазоры между элементами и фасовками, доходящими порой до 8...10 мм, а также большое число расцентровок узлов сопряжений ферм. 
Основными дефектами при монтаже ферм являются смещения узлов верхнего и нижнего поясов из плоскостей, доходящих иногда до 100...300 мм. 
Сварные швы в узлах выполняются с непроварами и подрезами, имеются большие шлаковые включения, уменьшаются размеры швов против проектов. Имеют место случаи, когда стальные фермы монтируются не по проекту. Так, при монтаже покрытия одного завода шесть ферм были перевернуты на 180°, вследствие чего нижний пояс оказался наверху, а верхний — внизу. Естественно, что знаки усилий в элементах ферм изменились на противоположные; растянутые подвергались сжатию, сжатые— растяжению. Несущая способность фермы оказалась недостаточной. 
Иногда заводы-изготовители допускают при выполнении вертикальных и горизонтальных связей: замену профилей связей на меньшие, отступление от проектов в части размеров швов (иногда они отсутствуют совсем). Как правило, конструкции собирают с большими эксцентриситетами в узлах с отклонениями до 500 мм. Связевые элементы порой монтируют без правки и ставят изогнутыми. Иногда связи, предусмотренные проектом, вообще отсутствуют. 
В отдельных случаях отступления допускаются в узлах сопряжений конструкций ферм с колоннами, ригелей с колоннами, в местах опирания подкрановых балок на колонны. Были случаи, когда узлы сопряжений, запроектированные жесткими, исполнялись при монтаже шарнирно, и наоборот. Иногда для выравнивания подкрановых балок по высоте под опорные части укладывают прокладки без сварки между собой. Опирание подкрановых балок осуществляется не через опорное ребро, а через прокладки или соседнюю балку — через болты (рис. 37).

 
37. Дефекты изготовления и монтажа  металлических конструкций 
а и б —детали опирания подкрановых балок на колонны; в — узел фермы; г — сопряжение прогона с колонной; д — опора фермы; 1 — подкрановая балка; 2 — колонна; 3 — металлические подкладки; 4 — верхний пояс фермы; 5 — раскосы фермы; 6 — прогон; 7 — два швеллера № 30; 8 — деформированные швеллеры 
 

 
38. Дефекты опирания железобетонных плит покрытий на верхний пояс стальных ферм 
1 — плиты закрытий; 2 Верхний пояс фермы;   3 — стальная   консоль; 4 — стальная подкладка; 5 — стальной лист  

В результате неправильного  монтажа колонн и стропильных ферм сборные железобетонные плиты покрытий имеют недостаточное опирание на фермы (рис. 38). Плиты покрытий заходят на полку верхнего пояса фермы всего на 10...20 мм, а иногда и менее. На одном из заводов фермы покрытий имели такие грубые отклонения, что в результате некоторые плиты не доходили до оси ферм на 180...200 мм. Для поддержания плит во время монтажа были установлены кронштейны из уголков. Опира-ние плит на кронштейны и консоли дополнительно нагружает верхний пояс фермы, вызывая крутящий момент, и не обеспечивает безопасной эксплуатации зданий. 

Обрушение металлических  конструкций покрытий при их монтаже на строительстве сборочно-сварного цеха. 

В 1962 г. произошло  обрушение металлических конструкций покрытий при их монтаже на строительстве сбо-рочно-сварного цеха машиностроительного предприятия. В результате изучения проектно-технической документации и состояния работ по монтажу конструкций, осмотра обрушившихся конструкций, проведения расчетов и испытаний материалов, а также опроса очевидцев аварии и непосредственных руководителей монтажных работ было установлено следующее. 
Двухпролетный корпус с пролетами по 36 м имеет длину 198 м (33 оси по 6 м), высоту до конька фермы 26,95 м (рис. 39). Общий объем работ по монтажу конструкций сборочно-сварочного цеха составляет 2540 т металлоконструкций и 1382 м3 сборного железобетона. Проект цеха в стадии КМ составлен специализированным институтом. Деталировочные чертежи КМД по заказу завода металлоконструкций разработаны отделением специализированного института. Металлоконструкции изготовлены заводом металлоконструкций. 
Согласно проекту производства работ монтаж конструкций стропильных ферм, фонарей и покрытия надлежало производить, начиная с оси 8 по ось 41. Ввиду отсутствия на площадке к моменту начала монтажа второго гусеничного крана монтаж конструкций перекрытия был начат в пролете Е—И от оси 41 к оси 8. 
Прибывшие с завода-изготовителя на площадку металлические конструкции сборочно-сварочного цеха имели дефекты в сварных соединениях узлов стропильных и подстропильных ферм, фонарей и др. Для исправления дефектов сварки на месте заводом были направлены на монтажную площадку электросварщики, причем в сварных швах исправлялись только дефекты, которые обнаруживали внешним осмотром. 
Примерно за 1,5 мес до обрушения в пролетах Г — Е к Е — И были смонтированы все колонны, портальные связи, подкрановые балки и подстропильные фермы и был начат в пролете Е — И монтаж стропильных ферм, фонарей и сборных железобетонных плит покрытия.