Косвенный геодезический мониторинг строительных конструкций здания складского назначения

Основной целью технического обследования конструкций зданий и сооружений является определение текущего технического состояния, выявление степени физического износа, дефектов, выяснения эксплуатационных качеств конструкций; прогнозирование их поведения в будущем

– опpeдeлeниe лoкaльныx дeфopмaций зeмнoй пoвepxнocти в paйoне paзмeщeния здaния, иx вepтикaльныx и гopизoнтaльныx cocтaвляющиx вeктopoв пepeмeщeний.

– определение параметров пространственной геометрии и деформаций внутренней геометрии зданий

Степень разработанности темы статьи определяется исследованием научных публикаций в области прикладной геодезии применительно к задачам геодезического мониторинга за деформациями инженерных сооружений. Авторами наиболее значимых трудов являются такие известные ученые как: Брынь М. Я., Васютинский И. Ю., Гуляев Ю. П., Жуков Б. Н., Зайцев А. К., Карпик А. П., Клюшин Е. Б., Лебедев Н. Н., Левчук Г. П., Никитин А. В., Пимшин Ю.И.., Рязанцев В. Е., Хорошилов В. С., Шоломицкий А. А., Ямбаев Х. К. и др.

Объектом мониторинга являлся действующий склад автозапчастей, конструктивно выполненный как полный металлический каркас из двутавровых колонн, установленных с шагом 5 метров, поддерживающих кровельные фермы, обшитый навесными сэндвич панелями с утеплителем.

Внутри в западном углу сооружено двухэтажное административное помещение, не связанное с основными строительными конструкциями (стоит на бетонном полу склада). Общий план склада с разбивкой в осях представлен на рисунке 1.

Изначальной причиной, с которой заказчик обратился в обследующую организацию был очевидный вымыв грунта из-под восточного угла (А-8/9) на технический проезд, проходящий рядом по промзоне. При первом осмотре появились подозрения на серьезные деформации металлокаркаса, так как по сведениям заказчика у здания имелись проблемы с отпаданием внешних элементов обшивки при «срезании» крепежа, а также лопнувшие талрепы вспомогательных диагональных связей. Геодезической службе было поручено проконтролировать характер движения воды по дренажной системе, а также состояние (крен/осадка) всех 35 несущих колонн каркаса.

Рисунок 1 - Общий план склада с разбивкой в осях

DOI:10.23670/IRJ.2023.131.27.1

Цель обследования заключалась в контроле осадок и кренов вертикальных несущих колонн, контроле деформаций пола, осадок водоотводного лотка проходящего снаружи вдоль фасадов в осях 9-9, Ж-Ж.

Основная задача данного исследования – предложить методический подход к определению деформаций строительных конструкций здания складского назначения путем косвенного геодезического мониторинга.

Добиться требуемой точности при определении деформаций строительных конструкций здания возможно только при использовании современных приборов

1) нивелир цифровой SOKKIA SDL50,

2) безотражательный тахеометр SOKKIA SET530R.

Свидетельства о поверке указанного оборудования внесены на портале ФГИС «Аршин» в 2023г.

Так как объект представляет собой действующий склад, то возможности перемещения и свободного визирования внутри сильно ограничены. Общая ситуация на объекте представлена на фотографиях (рис. 2), а на рисунке 5 также приведена ситуационная схема, включающая препятствия для физического и визуального доступа (высокие стеллажи: выделено желтым) и занятые участки пола (груз на паллетах: выделено фиолетовым).

Рисунок 2 - Внутреннее состояние склада

DOI:10.23670/IRJ.2023.131.27.2

3.1. Контроль работы дренажной системы

Дренажная система здания представляет из себя два водоотводящих лотка проходящих снаружи вдоль фасадов в осях 9-9, Ж-Ж и конструктивно состоит из железобетонных п-образных секций длиной 3 метра. Лоток вдоль фасада в осях 9-9 сильно разрушен движением спецтехники по территории соседствующего открытого склада, а сами лотки не связаны между собой, хотя, судя по ситуации, должны иметь общее направление стока.

Контроль отметок лотка осуществлялся путем нивелировки вдоль его оси с шагом 3 м (длина секции) по верхней грани стенки, а для разрушенного лотка – вдоль фасада в осях 9–9 также и по дну, с нерегулярным шагом по точкам, к которым был возможен доступ.

Результат частично представлен на схеме (рис.5), где можно увидеть основные направления стока и усредненное значение их уклона.

Более подробно результат представлен в виде профилограммы на рис.3. На профиллограмме вертикальный масштаб ситуации увеличен в 100 раз, и средняя вертикальная линия с отметкой «0м» – это положение северного угла здания от которого лотки расходятся вдоль фасадов в разные стороны. Вертикальные отметки представлены от усредненного значения уровня пола внутри помещения (отметка выносилась с помощью SET530R) на профилограмме представленного горизонтальной линией, подписанной «уровень пола». В нижней части рис.3 имеется схема наблюдаемых уклонов.

Рисунок 3 - Профилограмма водоотводных лотков

DOI:10.23670/IRJ.2023.131.27.3

В текущей ситуации наблюдается нерегулярный уклон лотка в осях 9–9, вода скапливается в районе колонн А–9, Б–9, а также резкий перепад высот (~30см) в районе стыка осей обоих лотков, вследствие чего там также скапливается вода.

3.2. Контроль осадок и кренов колонн

Так как непосредственное наблюдение колонн для контроля их осадок и кренов сильно затруднено, а в некоторых случаях и вовсе невозможно, было принято решение анализировать их состояние косвенным методом, путем наблюдения за деформациями пола, бетонные секции которого частично опираются на фундаментные столбы колонн, а также за положением кровельных ферм, которые опираются на данные колонны.

Существующая схема металлоконструкций представлена 27(9x3) основными колоннами и 8 дополнительными в торцах. Так как доступ к большей части колонн невозможен или сильно затруднен (действующий склад) и из-за конструктивных особенностей здания (наличие жестких поперечных связей, где крен отдельных колонн невозможен), было принято решение:

– анализировать не крен отдельных колонн, а крен всей ферменной конструкции по тем колоннам, к которым есть доступ (требуется хотя бы одна на каждую продольную и поперечную ось);

– контроль осадок осуществлять анализом горизонтального уклона верхнего пояса кровельных ферм (в случае осадки одной из колонн, на которые опирается кровельная ферма, её горизонтальный угол будет меняться).

Результаты, собранные с помощью безотражательного тахеометра, представлены на схеме кренов (рис.4), где рядом с каждой из наблюдаемых колонн стрелками обозначено направление крена её верхней части в продольном и поперечном направлении, а также подписано значение крена в промилле. Вдоль поясов кровельных ферм в осях 1–1 … 9–9 подписано значение горизонтального уклона их левого и правого ската.

Рисунок 4 - Результаты контроля осадок и кренов колонн

DOI:10.23670/IRJ.2023.131.27.4

На схеме можно увидеть: подтверждение первоначального предположения о связности кренов, так как крен в отдельных разрезах имеет общую тенденцию; расширенный верхний пояс в результате термодеформаций после первоначального сбора металлоконструкций в холодный период.

По данным результатам сделано заключение, что в целом вертикальные металлоконструкции имеют легкий крен в юго-восточном направлении, который не превышает допустимого значения крена в 5 ‰

При анализе горизонтальных уклонов кровельных ферм была обнаружена единственная аномалия (188 ‰ при среднем 196 – 199 ‰) при детальном анализе которой и точной нивелировке примыкающих к ней колонн было выявлено выдавливание вверх колонны Ж–9 (северный угол) на 56 мм по отношению к соседней колонне Е–9, что является результатом морозного пучения вследствие повреждений дренажной системы.

3.3. Контроль деформаций пола выполнен для подтверждения результатов предыдущего этапа контроля осадок

Контроль деформаций пола осуществлялся путем нивелировки с шагом ~5м вдоль наиболее характерных линий проходящих по свободным участкам пола (на рис.5 выделено синим), с последующей взаимной увязкой.

Рисунок 5 - Схема состояния бетонного пола

DOI:10.23670/IRJ.2023.131.27.5

Конечный результат представлен на схеме (рис. 5) в виде отметок пола в условной системе высот: где 0 самая низкая из наблюдаемых отметок, а остальные превышают её на указанное значение в миллиметрах.

При интерпретации результатов стоит учитывать, что для данного метода возможны случайные ошибки, обусловленные выбором места установки измерительной рейки и технической неровностью поверхности пола.

В целом пол ровный с незначительным уклоном в сторону входа, единственная значимая аномалия наблюдалась в северном углу здания, где отметка резко прирастает на ~30мм (результат морозного пучения вследствие повреждений дренажной системы).

В результате выполненной работы по обследованию состояния конструкций здания складского назначения сделаны выводы о возможности применения косвенного геодезического мониторинга строительных конструкций в случаях, когда осуществление прямого наблюдения за отдельными конструктивными элементами невозможно или сильно затруднено. Данный вид мониторинга является перспективным, особенно для объектов производственного назначения с загроможденным внутренним пространством, затрудненным доступом к исследуемым конструкциям и отсутствием условий для традиционных методов геодезических измерений.