Обследование после удара БПЛА

К нам приходят цеха, склады и административные корпуса после удара. Картина везде похожая: часть пролёта разрушена, охрана никого не пускает, смена стоит. Вопросы у собственника и главного инженера тоже одинаковые. Можно ли пускать людей в соседний пролёт или останавливать производство целиком. Разбирать завал сейчас или ждать. Что делать с повреждёнными конструкциями: подпирать, усиливать или разбирать участок.

Пока состояние конструкций не оценено, ни один из этих вопросов не закрыт. Допуск людей в повреждённое здание остаётся решением руководителя, и подкрепить его нечем. Проектировщик усиления к работе не приступает: ему нужны фактические сечения, деформации и характеристики материалов, а не фотографии. Объём восстановления тоже не посчитать – он собирается из ведомости повреждений по осям и элементам, а не из общей фразы «повреждён цех».

Дальше по порядку: что делают в первые дни, как идёт работа, что войдёт в заключение и что прислать, чтобы мы назвали состав работ, срок и цену. Разбор самих повреждений – ниже, после практической части.

До приезда инженера решают два вопроса: куда нельзя заходить и что нельзя трогать. Границу опасной зоны назначают по повреждённым и потенциально неустойчивым конструкциям, а не по периметру завала. Разбирать завалы и снимать повреждённые элементы до фиксации не нужно: вместе с обломками уезжает информация о том, как шло разрушение.

Если инженер видит признаки аварийного состояния, он обязан письменно сообщить об этом заказчику и собственнику. С этого письма начинаются противоаварийные мероприятия и режим ограниченного доступа.

Формальный повод для работы стандарт называет прямо: последствия аварии с угрозой разрушения, в том числе такого, которое может повлечь прогрессирующее обрушение. Эту же строку пишут в техническом задании, добавляя объект, зону повреждения в осях и вопрос – возможность дальнейшей эксплуатации. Пожар, если он был, вносят отдельно: он тянет за собой другую программу работ.

Повреждение всегда сидит на осях, поэтому в работу попадает не только пролёт с воронкой. Соседние оси проверяют по узлам примыкания, связям и опиранию: именно через них перераспределяются усилия, когда элемент выходит из работы.

Работа идёт тремя этапами, и каждый следующий назначают по результату предыдущего. Это требование стандарта и одновременно защита бюджета: вскрывать все конструкции подряд после локального повреждения не нужно.

На визуальном этапе инженер проходит здание целиком и пишет ведомость дефектов с привязкой к осям и отметкам. Отдельно фиксируют места, которые при беглом осмотре выпадают: тыльные грани элементов, узлы опирания ферм и балок, связи, стыки колонн, состояние заполнения по контуру.

Дальше нужна фактическая геометрия. Остаточный прогиб ригеля, крен колонны по соседней оси, смещение узла на опоре на глаз не определяются, поэтому мы снимаем их лазерным сканированием и геодезической съёмкой. В ГОСТ 31937 лазерное сканирование не названо: стандарт требует зафиксировать размеры, прогибы, деформации и фактическое пространственное положение элементов. Скан – инструмент, которым это делают по всему пролёту сразу и с одной привязкой.

Прочность материалов определяют по факту, а метод выбирают под воздействие. Неразрушающий контроль бетона по ГОСТ работает только на участках без отслоения, трещин и каверн, то есть прибор нельзя поставить ни в воронку, ни на отколовшуюся грань: там нужны вскрытия и выбуренные образцы. Там, где был пожар, добавляются послойные керны, а прибор допускается на ровной поверхности и только со своей градуировкой по этим же кернам.

По стали есть требование, которое обходят чаще остальных. Предел текучести и предел прочности стали по твёрдости определять не разрешается: нужны пробы, вырезанные из конструкций, испытание на растяжение и ударную вязкость, а химический состав – лабораторным спектральным анализом, а не портативным анализатором, который не берёт углерод, серу и фосфор. Пробы отбирают там, где это не влияет на несущую способность, иначе конструкцию сначала разгружают или ставят страховочные опоры. Если состояние здания и задание требуют, дополнительно измеряют динамические характеристики: период и декремент колебаний сравнивают с расчётной моделью или с состоянием до события.

Что входит в визуальный и детальный этапы и когда второй действительно нужен – разобрано в статье визуальное и детальное обследование здания.

Два расчёта с похожими названиями решают разные задачи, и их постоянно смешивают. Первый – прогнозный: здание целое, его проверяют на возможное воздействие. Расчётная схема там проектная, характеристики материалов – по классу, воздействие – предполагаемое. Второй – наш: воздействие уже произошло, схема повреждена, и считать надо не сценарий, а остаток.

Разница не в формулировках, а в исходных данных модели. После удара в расчёт идёт изменённая геометрия: остаточные прогибы ригелей, крены колонн, смещения опорных узлов, местные погибы стальных элементов, сечения за вычетом отколов и разрушенного бетона. Идут фактические характеристики материалов – те, что получены контролем и испытаниями на объекте, а не проектный класс. Элементы, которые разрушены или утрачены, из схемы исключают. Проектная модель здания к этому моменту описывает объект, которого больше нет.

Дальше считают не один раз, а три разных случая, и путать их нельзя.

Терминология здесь нормативная. Удар и взрыв относятся к особым воздействиям (СП 296.1325800.2017). Отказ конструкции на ограниченной площади – локальное разрушение, а цепное разрушение из-за него – прогрессирующее обрушение (ГОСТ 27751-2014). Схему без повреждённого элемента считают как вторичную расчётную схему по особому предельному состоянию (СП 385.1325800.2018), причём для одноэтажного производственного здания стандарт задаёт сценарий: отказ одной несущей конструкции пролёта – колонны, фермы или балки покрытия. Это ровно тот случай, который приносит удар.

Одна деталь экономит переписку с экспертизой. Прогибы второй группы предельных состояний в аварийной ситуации не нормируют. Остаточный прогиб после удара бессмысленно сверять с таблицей допусков: его читают как признак исчерпания несущей способности и проверяют расчётом.

Расчёт на прогрессирующее обрушение при этом нужен не в каждом случае: действующая редакция СП 385 допускает не выполнять его для производственных зданий без постоянных рабочих мест. Решение принимает ГИП в задании. Наша часть – дать исходные данные для любого из трёх расчётов: какой элемент выключен, что с узлами, опиранием и связями, какая геометрия и какие характеристики материалов подставляются в модель.

Заключение по повреждённому зданию отличается от планового: в нём есть привязка каждого дефекта к месту и разделение по причинам.

• ведомость повреждений по осям и элементам с привязкой к плану и отметкам;
• разделение повреждений по факторам: механические и температурные;
• фактическая геометрия и деформации: остаточные прогибы, крены, смещения узлов;
• фактические характеристики материалов по результатам контроля и вскрытий;
• поверочный расчёт «как есть» и расчёт схемы без выключенных элементов;
• категория технического состояния конструкций, участка и здания;
• что эксплуатируют без ограничений, где ограничения, что усиливают и что разбирают.

Дальше заключение уходит в проект. Усиление с сохранением здания меняет работу несущих конструкций, и такой пакет ближе к обследованию для реконструкции; ремонт и усиление железобетона ведут по СП 349.1325800.2017. Вывод «разбирать» переводит работу в обследование для сноса и демонтажа. Категория при этом пишется отдельно конструкции, участку и зданию – как их не путать, разобрано в статье категория конструкции или зданию.

Состав работ, срок и цену считаем по документам и фотографиям, без выезда «на посмотреть». Набор небольшой:

• адрес, назначение здания и этажность;
• фотографии повреждений, по возможности до расчистки и с привязкой к осям;
• чертежи КМ и КЖ или хотя бы план с сеткой осей;
• был ли пожар и сколько он длился;
• что уже сделали: подпорки, разборка завалов, откачка воды;
• пускают ли на территорию и какие ограничения по доступу.

Отправить это можно одним сообщением через форму внизу страницы. В ответ скажем состав работ, срок и цену, а если по фотографиям видно аварийные признаки – что закрыть и подпереть до нашего приезда.

Кто мы, какие объекты обследуем и с каким оборудованием работаем – на главной странице.

Дальше – разбор самих повреждений: что делают с конструкциями волна, осколки и пожар, что из этого не видно при обходе и почему после пожара считают не всё сечение. Это та часть, которую проектировщику усиления нужно понимать до того, как он получит наше заключение.

За словом «повреждения» стоят три разных механизма, и следы у них разные. Разбор нужен не ради теории: от того, что подействовало на конструкцию, зависит и программа работ, и то, какие характеристики материалов идут в поверочный расчёт. Начинается всё с того, какое это сооружение.

Ударная волна нагружает конструкцию избыточным давлением за фронтом и действует миллисекунды. Для каркаса это динамическое воздействие: элемент отвечает на него массой и жёсткостью, а лёгкое стеновое заполнение и профнастил покрытия уходят из плоскости раньше, чем нагрузка дойдёт до колонн. Отсюда типичная картина: ограждение выбито на нескольких осях, а колонны и фермы внешне целы. За фазой сжатия идёт фаза разрежения, и часть конструкций получает нагрузку в обратную сторону – наружу.

Если взрыв произошёл внутри помещения, волна отражается от стен и покрытия. Ограждающие конструкции получают больше, чем при том же воздействии снаружи, а само покрытие нагружается изнутри вверх – в сторону, на которую его не считали.

Механическое воздействие осколков и обломков локальное. Оно оставляет воронки и сквозные пробоины в бетоне, срубленный защитный слой, оголённую и перебитую арматуру, вмятины и разрывы в стенках стальных элементов, повреждённые болты и сварные швы в узлах. Опасность такого дефекта определяет не размер отверстия. Важно, какой элемент и в каком сечении задет: пробоина в середине пролёта плиты и такая же пробоина в приопорной зоне – разные истории.

Третий фактор – пожар. Он приходит от остатков топлива или от загоревшегося содержимого цеха и действует иначе, чем первые два: сечение остаётся на месте, а материал в нём слабеет. Прогрев идёт от грани внутрь, поэтому сечение делят изотермами и в расчёт берут не всю его площадь.

Ещё одна тонкость касается расчёта. При кратковременном динамическом нагружении материал работает не так, как при статике: в расчёте на прогрессирующее обрушение прочность бетона допускается повышать коэффициентом 1,15, стали – 1,2, а арматуру не повышают вовсе. Эти коэффициенты относятся к моменту импульса. После события материал «упрочнённым» не остаётся: в поверочный расчёт идут фактические характеристики, полученные на объекте. «Выстояла» и «работоспособна» – разные оценки, и вторую даёт только расчёт.

Обход даёт ведомость дефектов: что повреждено и где. Сколько повреждённая конструкция несёт после этого, осмотр не показывает. Дальше работают измерение, вскрытие и испытание – шесть вещей, которые глазом не определяются.

Первое – прочность бетона вокруг зоны удара. Массив ослаблен неравномерно, и стандарт требует сначала пройти расчётные сечения оперативным методом и найти зоны с различающейся прочностью, а уже потом назначать программу контроля по ГОСТ 18105, 22690 и 17624. Прибор при этом ставят только на участках без отслоения, трещин и каверн, поэтому в самой зоне разрушения работают вскрытия и выбуренные образцы.

Второе – сцепление арматуры с бетоном и анкеровка. Элемент может сохранить сечение и не иметь широких трещин, потеряв совместную работу арматуры и бетона в зоне удара. Признак стоит в чеклисте оценки железобетона по внешним признакам рядом с разрывом арматуры, а проверяют его вскрытием.

Третье – остаточные деформации. Прогиб фермы на пределе нормы – это порядка сантиметра на десять метров пролёта; крен колонны и смещение опорного узла измеряются миллиметрами. Такие величины дают лазерное сканирование и геодезическая съёмка, а не рулетка и не взгляд снизу. В расчёт они идут как фактическая геометрия.

Четвёртое – фактические свойства стали. Марка по архивному чертежу после удара и нагрева ничего не гарантирует, а определять предел текучести по твёрдости стандарт прямо запрещает. Нужны пробы из конструкций, испытание на растяжение и ударную вязкость, химический состав лабораторным анализом.

Пятое – хрупкие формы отказа. Дефицит по поперечной силе или продавливанию не даёт ни больших прогибов, ни широкого раскрытия трещин: конструкция выглядит спокойно до момента разрушения. После удара это особенно важно в приопорных зонах балок и плит, где прошли осколки. Два признака здесь считаются аварийными сразу: наклонная трещина со смещением бетона по ней и разрыв или смещение поперечной арматуры в зоне такой трещины.

Шестое – узлы. В объекты обследования по стандарту входят стыки, узлы, сопряжения конструкций и размеры площадок опирания, а для стальных конструкций отдельно названы состояние сварных и болтовых соединений, отсутствие элемента и смещение опорных узлов ферм. Смещение фермы на опоре снаружи не видно, а расчётная схема после него уже другая.

Поэтому категорию технического состояния ставят после детального этапа и поверочного расчёта. По фотографиям в день выезда её не пишут: это относится и к «аварийно», и к «всё в порядке».

Обследование после механического воздействия и обследование после пожара – разные работы. Взрыв и осколки разрушают сечение: убирают часть материала, рвут арматуру, гнут и смещают элементы. Огонь оставляет сечение почти на месте, но меняет свойства того, из чего оно сделано, причём необратимо.

Отсчёт для бетона начинается примерно с 200 °C: выше меняются и свойства материала, и рабочее сечение. Прогретый слой становится деструктивным – ослабленным настолько, что снимается простукиванием молотка вручную. Его и ищут простукиванием, вместе со скрытыми лещадями: при быстром нагреве бетон отрывается пластинами и оголяет арматуру. В расчёт слои, прогретые выше 500 °C, не принимают вообще: считают приведённое сечение без деструктивного слоя.

Глубину прогрева читают по цвету бетона – это рабочий индикатор температуры, а не примета. До 300 °C бетон сохраняет естественный серый цвет, от 300 до 600 °C становится розовым и красноватым, от 600 до 900 °C – от тёмно-серого до тёмно-жёлтого, выше – жёлтым. Поэтому из плиты выбуривают сквозной керн: по длине образца видно, докуда дошёл прогрев, и на какую глубину бетон в расчёт уже не идёт.

Прочность после остывания не возвращается к исходной, и норма даёт для этого коэффициенты. Тяжёлый бетон на силикатном заполнителе, прогретый до 500 °C, сохраняет около 0,7 расчётного сопротивления сжатию; модуль упругости при этом падает намного сильнее прочности. Конструкция после пожара становится заметно податливее, чем была, и это меняет прогибы в расчёте.

С арматурой всё зависит от класса и способа упрочнения. Горячекатаная А240, А400 и А500 после остывания сохраняет расчётное сопротивление до 600 °C включительно и теряет около 15 процентов только к 800 °C. Высокопрочная стержневая А600–А1000 начинает терять прочность уже с 500 °C, а к 800 °C остаётся меньше половины. У термомеханически упрочнённой А500С падение самое резкое: при 800 °C остаётся около пятой части. Отдельно проверяют преднапряжение – оно теряется при нагреве, который для обычной арматуры почти безобиден.

У стальных конструкций свои температурные метки. Окалина на углеродистой стали появляется от 700 °C и растёт с длительностью нагрева, а пережог – губчатая структура с тёмной хрупкой плёнкой – означает температуру около 1400 °C и непригодность стали. Деформации после пожара направлены в сторону очага, и по ним восстанавливают картину распространения огня.

Цена ошибки здесь разная в обе стороны. Если после пожара приложить прибор к обгоревшей поверхности и получить «норму», конструкция уйдёт в эксплуатацию с прочностью ниже проектной. Если после удара ограничиться замером прочности и не проверить узлы, анкеровку и опирание, в расчёт попадёт схема, которой на объекте уже нет.