Приложение N 2. Обоснование методики по обследованию зданий типовой застройки с целью определения их сейсмостойкости и необходимости сейсмоусиления

Приложение N 2
к приказу Министерства
строительства
Камчатского края
от 30 июня 2009 г. N 43

Обоснование
методики по обследованию зданий типовой застройки с целью определения их сейсмостойкости и необходимости сейсмоусиления

Введение

Настоящие "Обоснования" выполнены к Методике, разработанной в соответствие с государственным контрактом N 4431/2008 от 29 декабря 2008 г., заключённым между Заказчиком - Министерством строительства Камчатского края и Подрядчиком - ГУП "Камчатскгражданпроект".

Методика предназначена для применения при обследовании строительных конструкций зданий массовой застройки на Камчатке с целью определения их технического состояния и сейсмостойкости, а также принятия решения об их дальнейшей эксплуатации и сейсмоусилении.

Методика регламентирует процедуру обследования и состав работ, позволяющих объективно оценить техническое состояние и фактическую несущую способность здания, а также принять обоснованное решение по сейсмоусилению здания, в случае необходимости.

Методика разработана в соответствии с нормативными документами:

- СП 13-102-2003 "Правилами обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений", СП 31-114-2004 "Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах" и "Методикой обследования зданий (сооружений), расположенных в г. Петропавловске-Камчатском и других населённых пунктах Камчатской области" (Основные положения), разработанной ЦНИИСК им. Кучеренко в 1987 году, а также использует опыт других ведомственных методик (ДальНИИС а, КНТЦСС, КазПромстройНИИпроект а, Камчатгипрорыбпром а, Камчатскгражданпроект а и др.), применяемых на Камчатке.

В Методике также использованы научно-технические наработки по данному вопросу, в частности "Рекомендации по усилению конструкций блочных и панельных зданий на сейсмические воздействия (на примере Камчатки), разработанные КБ по железобетону (г. Москва) и Камчатскгражданпроектом в 1993 году.

Обоснование и Методика разработаны Главным конструктором института Дроздюком В.Н.

Методика рассмотрена и рекомендована к утверждению на Межведомственном экспертном Совете по сейсмостойкому строительству и сейсмической опасности в Камчатском крае от 15 июня 2009 года.

1. Общие положения

1.1. К проведению работ по обследованию зданий на сейсмостойкость допускаются организации, имеющие в своём составе квалифицированных специалистов, а организация - Государственную лицензию на проведение таких работ.

1.2. Обследованию в первую очередь подлежат жилые, общественные и административно-бытовые здания, относящиеся к типовой застройке, а именно:

- мелкоблочные здания;

- крупноблочные здания;

- каркасно-панельные здания серии КПС.

Крупнопанельные здания любых серий: 1-464 АС, 138с, 138к, 189 обследованию на сейсмостойкость не подлежат, так как их сейсмостойкость в 9 баллов подтверждена многочисленными обследованиями и проверена реальными землетрясениями.

1.3. Необходимость в проведении обследований вызвана:

- увеличением сейсмических нагрузок на здания в связи с изменением сейсмических норм и сейсмичности площадки (см. Приложения 1 и 3);

- оценкой несущей способности зданий в связи с перенесёнными 7-балльными землетрясениями 1952, 1959 и 1971 г.г. (см. Приложение 2);

- наличием повреждений несущих конструкций и деформаций грунтовых оснований от эксплуатационных нагрузок;

- отсутствием проектной документации или выявления отступлений от проекта;

- оценкой несущей способности здания в связи с поднятием грунтовых вод;

- реконструкцией и модернизацией здания, допустимой при достаточной несущей способности здания;

- возобновлением прерванного строительства при отсутствии консервации более трёх лет;

- изменением функционального назначения здания;

- определением пригодности жилых зданий для проживания, а общественных и административно-бытовых зданий - для нормальной эксплуатации.

1.4. При обследовании объектами обязательного рассмотрения являются следующее несущие конструкции:

- грунтовые основания,

- фундаменты,

- стены и усиляющие их конструкции - рамы, сердечники, перемычки и т.п.,

- каркас,

- перекрытия и покрытия (в т.ч. балки, фермы, плиты, сейсмопояса и т.п.),

- связевые конструкции, элементы жёсткости,

- лестницы,

- узлы сопряжения указанных конструкций.

Кроме того, необходимо дать заключение по некоторым ненесущим конструкциям, от которых также зависит сейсмостойкость здания, а именно:

- по перегородкам,

- по мелкоблочным самонесущим стенам,

- по навесным панелям и остеклению.

1.5. Оценку категорий технического состояния несущих конструкций производят в соответствии с СП 13-102-2003 с целью прогноза поведения конструкций здания и здания в целом при расчётном землетрясении, с учётом имеющихся эксплуатационных повреждений и дефектов.

Исправное состояние - отсутствие дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность, и эксплуатационную пригодность, в т.ч. после расчётного землетрясения, соответствующее степени повреждения dср. = 1 по шкале MSK-64.

Работоспособное состояние - некоторые из контролируемых параметров будут не соответствовать СНиП, но эти повреждения и дефекты, например по деформативности, трещинностойкости и т.п.) в целом не снижают сейсмостойкость здания более чем на 0,5 балла.

Соответствуют степени повреждения до dср. = 2 по шкале MSK-64.

Ограниченно работоспособное состояние - появляются дефекты и повреждения, соответствующие степени повреждения до dср. = 3, которые приведут к существенному снижению несущей способности (до 1,0 1,5 балла), при котором появится опасность внезапного разрушения; поэтому функционирование конструкций потребует выполнения защитных мероприятий, ограничения эксплуатационных нагрузок, локального восстановления или усиления, а также постоянного контроля.

Недопустимое состояние - категория технического состояния отдельных конструкций иди здания в целом, характеризующая исчерпание несущей способности здания (более чем на 1,5 2,0 балла), считающаяся опасной для пребывания людей, так что необходимо срочное восстановление или усиление (соответствует степени до dср. = 4 по шкале MSK-64).

Аварийное состояние - категория, характеризующаяся повреждениями и деформациями, свидетельствующими о полном исчерпании несущей способности и опасности обрушения (т.е. дефицит более двух баллов), требующая запрещения эксплуатации, сноса или проведения срочных противоаварийных мероприятий (степень повреждения dср. = 5 по шкале MSK-64.

1.6. Общие положения данной Методики можно использовать в качестве примера и для технического обследования на сейсмостойкость производственных зданий и зданий других конструктивных систем.

1.7. Проведение технического обследования и определения сейсмостойкости зданий только по визуальному осмотру и формальному следованию СНиП без исследования сейсмичности площадки, инструментальных определений прочностных характеристик материалов и, самое главное, без расчётных обоснований, что допускалось при предыдущей "паспортизации" (вследствие ускоренного её проведения), не допускается, так как это приводило к субъективным оценкам и не отражало фактической сейсмостойкости зданий, а значит, необъективным объёмам сейсмоусиления.

2. Этапы проведения обследований

2.1. Оценка сейсмостойкости осуществляется в три основных этапа:

а) прогноз сейсмического воздействия на данной площадке;

б) оценка состояния здания при прогнозируемом землетрясении;

в) составление заключения по сейсмостойкости.

2.2. Прогноз сейсмического воздействия производится на основании:

1. Инженерно-геологических условий площадки, достаточных для определения категории грунта по сейсмическим свойствам, определяемым по табл. 1 СНиП II-7-81*;

2. Сейсмичности площадки по карте сейсмомикрорайонирования;

3. Сейсмичности площадки по макросейсмическому обследованию после землетрясения 1971 года (см. Приложение 3); - обобщения всех материалов с выводом о прогнозируемой сейсмичности площадки.

2.3. Определение сейсмичности площадки строительства является одним из основных контролируемых параметров сейсмостойкости, так как по нему назначается сила прогнозируемого землетрясения для данного здания.

Данные по инженерно-геологическим изысканиям запрашиваются в "КамчатТИСИЗе", Институте вулканологии и в "Камчатсккоммунпроекте", у которых сосредоточенны архивные фонды по всем старым зданиям.

Данные по карте сейсмомикрорайонирования 1973 года приближённо принимаются по Приложению 4, а окончательно запрашиваются в "КамчатТИСИЗе. В случае отсутствия инженерно-геологических изысканий необходимо поручить их выполнить какой-либо изыскательской организации, имеющей лицензию.

При отсутствии площадки на карте сейсмомикрорайонирования сейсмичность площадки принимается по табл. 1 СНиП II-7-81*.

Проявление сейсмичности площадки по макросейсмическому обследованию после землетрясения 1971 года определяется по схеме Приложения 2, заимствованной из работы 1 Института вулканологии. Если при 7-балльном землетрясении, являющимся средним для землетрясения 1971 года, на данной площадке по макросейсмическому обследованию проявилось 8-балльное или 6-балльное землетрясение, - это значит, что при 9-балльном расчётном землетрясении сила землетрясения с большой вероятностью проявится соответственно.

Особое внимание необходимо уделить наличию воды в основании фундаментов. В таблице 1 видно, на сколько увеличивается балльность площадки с учётом уровня залегания грунтовой воды, подсчитанная по формуле:

Jв = exp (-0,04h2в),

где Jв - приращение балльности;

h2в - глубина воды, м.

Таблица 1

Глубина воды, м	Jв (балл)
2,0	+0,85
4,0	+0,53
6,0	+0,24
8,0	+0,07
10,0	+0,01

Необходимо не принимать во внимание верховодку, которая проявляется кратковременно.

Если по инженерно-геологическим изысканиям вода отсутствует, а фактически, по опросам жителей, она появилась в последнее время (например, "стоит" в подвале и т.п.), то необходимо обязательно провести дополнительные изыскания для уточнения природы воды.

Соизмеряя все три показателя грунтовых условий на площадке, определяют окончательную сейсмичность площадки: 8, 9 или 9 баллов.

3. Оценка состояния здания

3.1. Это наиболее трудоёмкий и сложный этап. Он включает в себя:

- сбор и изучение технической документации, характеризующей объект: проект, паспорт БТИ, обмерочные чертежи (в случае отсутствия проекта и т.п.);

- сбор данных по повреждаемости здания при землетрясении 1971 года - для всех старых зданий;

- визуальное обследование конструкций здания с целью сверки с проектным решением и выявлением эксплуатационных дефектов и деформаций, а также обнаружением аварийных участков, если таковые имеются;

- инструментальное выявление фактических прочностных характеристик материалов: категории кладки стен, прочности бетона в железобетонных конструкциях мелкоблочных и каркасных зданий, наличие и расположение арматуры в железобетонных конструкциях каркасных зданий, не имеющих проектов;

- поверочные расчёты здания на сейсмические нагрузки расчётного землетрясения с учётом выявленных дефектов и повреждений, а также фактических нагрузок и прочностных характеристик материалов и конструкций;

- анализ состояния основных несущих конструкций и здания в целом при прогнозируемом расчётном землетрясении на основании вышеприведённых обследований и расчётов.

3.2. Перечисленные в п. 3.1 разделы обследования являются общими для всех групп зданий типовой застройки. Однако, обследование каждой группы имеет свои отличия, связанные с конструктивными особенностями и объёмом имеющихся научно-технических наработок, которые можно использовать. Поэтому методика обследования каждой группы здания выделена отдельно в самостоятельный раздел.

4. Обследование мелкоблочных зданий

4.1. Мелкоблочные здания - это сравнительно немногочисленная группа жилых домов, строящихся примерно до 60-х годов, когда их вытеснили крупноблочные дома; и, главным образом, группа общественных зданий - школ, детских садов, больниц, магазинов и офисов, строящихся до 80-х годов, после чего их вытеснила сборная каркасно-панельная серия КПС.

Все эти здания возводились по индивидуальным проектам, которые не всегда сохранились.

4.2. Поиск проектов необходимо начинать с заказчика - городской Администрации и бывших ЖЭКов, а также старейших проектных институтов "Камчатгипрорыбпром" и "Камчатскгражданпроект".

По проектной документации можно выяснить конструктивную схему здания, разбивку на деформационные блоки, первичные инженерно-геологические материалы, материал стен и перекрытий, нагрузки на перекрытия и проектную сейсмичность.

4.3. До 1957 года здания проектировались по ПСП-51, до 1962 года - по СН8-57, до 1969 года - по СНиП II-А.12-62.

По этим сейсмическим нормам город Петропавловск-Камчатский был 8-балльным, а город Елизово - 7-балльным. Начиная с 1969 года, город Петропавловск-Камчатский был переведён в 9-балльный, а город Елизово - в 8-балльный, так что проектирование до 1971 года велось по СНиП II-А.12-69. Как видим, изначально проектирование зданий на Камчатке велось с учётом антисейсмических мероприятий.

4.4. Когда здание построено и с какими изменениями по отношению к проекту, - необходимо узнать по "Техническому паспорту БТИ", который должен представить заказчик. В паспорте также имеется общая площадь здания, необходимая для составления сметы на проектирование.

4.5. В случае отсутствия проектной документации необходимо произвести в минимальном объёме обмерочные работы, с составлением схематических планов, разрезов и фасадов, и описаний по конструкциям и материалам, достаточным для дальнейших расчётов. В качестве планов можно использовать планы БТИ, если они хорошо читаемые и соответствуют действительности. Данные обмеры, однако, не заменяют полных обмерочных работ, необходимых для выполнения рабочих чертежей по сейсмоусилению.

4.6. В 1971 году в г. Петропавловске-Камчатском произошло землетрясение силой 7 баллов, и все более-менее поврежденные здания были обследованы специалистами Камчатскгражданпроекта, КО Гипрорыбпрома, ЦНИИСКа им. Кучеренко, ДальТИСИЗа, Института вулканологии и др., с составлением карточек обследования.

Сводные данные по всем обследуемым зданиям находятся в архивах КамчатТИСИЗ, шифр 72-7160, Институте вулканологии и в "Камчатсккоммунпроекте". Там можно получить справку по повреждаемости конкретного здания.

4.7. Повреждаемость здания оценивались по 6-балльной оценке в соответствие со шкалой MSK-64.

0 - отсутствуют повреждения;

1 - слабые повреждения (тонкие трещины в штукатурке, откалывание небольших кусков штукатурки);

2 - значительные повреждения ненесущих конструкций и слабые конструктивные повреждения в несущих конструкциях (небольшие трещины в стенах, расстройство дисков перекрытий и т.п.);

3 - значительные повреждения несущих элементов (большие, сквозные трещины в стенах, каркасе), обвалы перегородок, труб;

4 - разрушение частей здания (проломы в стенах, разрушение связей между стенами, обрушение внутренних стен и заполнение каркаса);

5 - обвалы, полное обрушение здания.

4.8. Поведение конкретного здания при реальном землетрясении 1971 г. - это наиболее правильная инструментальная оценка его фактической сейсмостойкости, так как в это время весь город превратился в естественную лабораторию под открытым небом.

В таблице 2 приведены данные по общей повреждаемости мелкоблочных зданий при 7-балльном землетрясении 1971 г. При этом данные институтов "Камчатскгражданпроект" и КО "Гипрорыбпром" относятся к 1 - 5-этажным зданиям, а данные ЦНИИСК - только к 3 - 5-этажным. Отсюда видно, что более высокие здания повреждаются больше.

Таблица 2

Автор обследования	Кол-во обслед. зданий*)	Распределение зданий (%) по степени повреждения "d"
		d = 0	0,5	1	1,5	2,0	2,5	3,0	Средняя степень повреждения зданий dсред
Институт "Камчатскгражданпроект"	374 (15 эт.)	17	6,5	37	14	20,5	6	2	1,48
Институт КО "Гипрорыбпром"	63 (15 эт.)	13	14	16	22	22	6	6	1,68
ЦНИИСК	147 (35 эт.)	0,7	1,3	15	21	43	14	4	1,83

*) Сумма обследуемых зданий не соответствует общему количеству построенных зданий, так как одно и то же здание могло быть обследовано одним, двумя или тремя институтами.

4.9. Зная степень повреждения конкретного здания можно, используя табл. 3, заимствованную из (2), приближённого определить, какая была сейсмостойкость здания и спрогнозировать, как будет вести себя здание при большем землетрясении.

В таблице выделены показатели со средней степенью повреждения dср., соответствующие "многим" зданиям (50% по шкале MSK-64), и показатели dотд., соответствующие отдельным зданиям, равным примерно 5% по шкале MSK-64.

Например, если у мелкоблочного здания при 7-балльном землетрясении было dср = 1,5, то его сейсмостойкость равна 8 баллов, но при землетрясении в 9 баллов в здании будет dср = 2,9, а отдельных зданиях dотд. = 4,4, что уже опасно для жизни.

Таблица 3

Сейсмо-стойкость здания "i", балл.	Средняя степень повреждения здания dср. при землетрясении интенсивностью "J", балл			Степень повреждения отдельных зданий dотд. при землетрясении интенсивностью "J", балл
	7	8	9	7	8	9
6	2,4	3,3	4,2	3,7	5	5
6,5	2,2	3,0	3,8	3,4	4,6	5
7	2,0	2,7	3,5	3,0	4,2	5
7,5	1,8	2,5	3,2	2,7	3,8	4,7
8	1,5	2,2	2,9	2,4	3,4	4,4
8,5	1,3	2,0	2,6	2,1	3,0	4,0
9	1,1	1,7	2,3	1,7	2,6	3,5

4.10. Как видим, информация о поведении здания при реальном сильном землетрясении - очень полезная. Однако, к этой таблице нельзя относиться с абсолютной достоверностью, несмотря на то, что она составлена д.т.н. Ципенюк Н.Ф. на основании обобщения за 25 лет последствий всех крупных землетрясений в бывшем Союзе (Ташкент, Газли, Кайра-Кум, Спитак, Кишинёв, Курилы, Камчатка и др.).

Таблица составлена, в основном, по повреждениям кирпичных зданий и использовала методику оценки повреждений по шкале MSK-64, составленную для несейсмостойких зданий. Естественно, у камчатских зданий, построенных изначально с антисейсмическими мероприятиями, степень повреждения, в принципе, должна была быть меньшей, чем у несейсмостойких зданий. Однако, учитывая, что все старые мелкоблочные здания перенесли крупные землетрясения 1952, 1959 и 1971 г.г., при невысокой первоначальной категории кладки, можно полагать, что сейсмостойкость камчатских мелкоблочных зданий, в запас прочности, можно оценивать по шкале несейсмостойких зданий.

4.11. При визуальном обследовании проверяют соответствие выполненных конструкций проекту или паспорту БТИ; составляют схемы выявленных дефектов - трещин, повреждений; наносят их на чертежи пристройки, надстройки; выявляют фактическое положение деформационных швов; проверяют повреждения стен, связанных с деформациями грунтов и фундаментов; делают фотографии общего вида здания и имеющихся дефектов; выявляют местоположение здания на рельефе (на откосе или под откосом), проверяют подтопление здания водой (обследуя подвал и опрашивая жильцов); выявляют опасные для эксплуатации элементы - тяжёлые накренившиеся козырьки, прогнувшиеся плиты балконов, узкие мелкоблочные колонны и простенки, высокие парапеты и т.п.; определяют - железобетонные перекрытия или деревянные; выявляют конструкции мелкоблочных перегородок, не имеющих каркаса; проверяют надёжность конструкций лестницы, стропильных конструкций чердака.

В случае отсутствия проектных чертежей указанную информацию наносят на обмерочные чертежи, оговоренные выше.

Вся указанная информация необходима для проведения расчётов, составления заключения и Паспорта по сейсмостойкости здания.

4.12. Инструментальное обследование производится для выявления фактических прочностных характеристик материалов. Поскольку прочность мелкоблочных зданий, в основном, зависит от прочности стен, то в первую очередь необходимо определить материал, плотность и прочность кладки.

Величину нормального сцепления кладки Rвр определяют по приближённой формуле проф. Полякова С.В., приведённой в (3).

(кг/см2), где

R2 - нормативное значение прочности раствора, кг/см2, определяемого инструментальным путём, например, молотком Кашкарова или другим неразрушающим методом.

Более точное инструментальное определение прочности сцепления по ГОСТ 24991-81 для эксплуатируемых зданий, с точки зрения практики, не приемлемо, так как для этого предусматривается демонтаж окна, выпиливание боковых швов вокруг блока в подоконнике, а затем отрыв его от нижележащего блока с помощью домкрата.

Даже в случае проведения такого трудоёмкого испытания в нескольких местах здания, нет никакой гарантии, что стены здания имеют одинаковое сцепление.

4.13. По кладке лаборатория должна определить: материал кладки (шлакобетон или тяжёлый бетон), прочность блоков и раствора на сжатие, наличие пустотности в блоках (%) и наличие пустошовки.

Объёмный вес полнотелой шлакобетонной кладки, как правило 1800 кг/м3, пустотелой - 1650 кг/м3. такие испытания должны выполнять специализированные строительные лаборатории, имеющие лицензию, например, ООО "Камстрой" или ИП "Тимофеев".

4.14. Согласно нормам СНиП II-7-81* и СП 31-114-2004, для мелкоблочной кладки при 9 баллах должны применяться бетонные камни (называемые на Камчатке мелкими блоками) марки не ниже 50 на растворе М50.

В г. Петропавловске-Камчатском блоки применялись из вулканического шлакобетона, как правило, более высоких марок. Раствор также был довольно высокой марки, однако, в старых зданиях он был, как правило, жёстким, из-за отсутствия на Камчатке природных пластификаторов - извести, глины и т.п.

Поэтому прочность кладки с таким раствором, согласно табл. 1 СНиП II-22-81*, необходимо умножить на 0,75.

4.15. Старые здания, как правило, возводились из пустотелых трёх и восьмищелевых камней (2) с пустотностью от 50 до 34%. По мнению проф. Полякова С.В. (3), это явилось одной из основных причин разрушения 2 - 3-этажных зданий при 7 - 8-балльном землетрясении 1959 г., так как кладка разрушалась не только по швам, но и по телу блоков.

Поэтому в настоящих нормах, в частности в СП 31-114-2004, запрещается применять пустотелые блоки с пустотностью более 25%.

Поэтому очень важно, чтобы при инструментальном обследовании было установлено, помимо материала и прочности блока и раствора, ещё и пустотность блока.

4.16. Учитывая сказанное, при пустотности блока в 50 - 34% необходимо снижать прочность блока и прочность раствора шва за счёт меньшего поперечного сечения кладки, участвующей в работе.

Прочность пустотелого блока снижается в среднем на (50 + 34) = 40%

Прочность раствора, несмотря на высокую пустотность, снижается меньше, за счёт лучшего сцепления пустотелого блока в горизонтальном шве.

Согласно табл. 10 СНиП II-22-81 прочность нормального сцепления увеличивается на 1,25. Следовательно, общий коэффициент снижения прочности шва будет 0,6 х 1,25 = 0,75.

4.17. Кроме того, необходимо ввести поправку на эксплуатационное состояние и качество кладки за счёт перенесённых землетрясений, наличия пустошовки, возможного размораживания кладки и т.п. По рекомендациям табл. 2.2 (2) этот коэффициент можно принять 0,9.

4.18. В результате сказанного, нормальное сцепление для кладки из сплошных камней (блоков) будет вычисляться по формуле:

кг/см2

Для пустотелой кладки с пустотностью = 40%:

кг/см2/

Результаты вычислений сведены в табл. 4.

Табл. 4

Прочность раствора на сжатие R2 (кг/см2)	Сплошные блоки		Пустотелые блоки с пустотностью = 40%
	Rрв (кг/см2)	категория кладки	Rрв (кг/см2)	категория кладки
100	1,4	II	1,1	III
75	1,3	II	1,0	III
50	1,1	IIIII	0,85	III
25	0,8	III	0,6	III
10	0,4	-	0,3	-

Категория кладки в табл. 4 назначается в соответствие со СНиП II-7-81*.

При Rрв >= 1,8 кг/см2 - I категория;

При 1,2 <= Rрв >= 1,8 кг/см2 - II категория;

При 0,6 <= Rрв >= 1,2 кг/см2 - II категория;

4.19. Категорию кладки следует также уточнять по результатам поведения здания при реальном 7-балльном землетрясении 1971 года, используя табл. 4 и табл. 5.

Если, например, здание было трёхэтажным, а повреждения у него оказались dср. = 1,5. это значит, что здание 8-балльное, а категория кладки - II.

Табл. 5

Категория кладки по сейсмостойкости	Максимальная этажность здания при его сейсмостойкости "i", баллах
	7	8	9
I	5	4	3
II	4	3	2
III	3	2	-

Данная таблица позаимствована из работы (2) и составлена на основании СНиП II-7-81* и СНиП II-А.12-69*.

Окончательная категория кладки принимается на основании двух приведённых вычислений.

4.20. При наличии в мелкоблочном здании несущих железобетонных элементов - железобетонных рам, колонн и других несущих элементов, от которых напрямую зависит устойчивость здания, необходимо поручить лаборатории определить материал бетона, прочность и арматуру.

4.21. Также при инструментальном обследовании определяют состав кровли, перекрытий (для сбора нагрузок), а также производят вскрытие отдельных узлов, подтверждающих армирование в стенах, и наличие антисейсмических поясов (при отсутствии проектной документации). В случае если здание комплексной конструкции, выявленной проектом, необходимо обязательно подтвердить инструментальными методами наличие железобетонных сердечников, их прочность и армирование.

4.22. Учитывая сказанное, Подрядчик должен составить подробное "Техническое задание на проведение инструментальных работ", согласованное Заказчиком, который оплачивает эти работы строительной лаборатории.

4.23. Вскрытие фундаментов для мелкоблочных зданий можно не производить, если по внешнему осмотру здания отсутствуют какие-либо деформации цоколя и наземной части.

Опыт проектирование и обследования таких зданий показывает, что мелкоблочные здания возводятся на ленточных бетонных фундаментах глубиной, не менее глубины промерзания, шириной на 5 - 10 см больше ширины стен, с небольшим уширением подошвы фундамента. Опыт обследования после землетрясений 1959 и 1971 г.г. показал, что повреждений ленточных фундаментов не было ни в одном здании.

4.24. Поверочные расчёты мелкоблочных зданий производят на фактические прочностные характеристики материалов, выявленные обследованием, на конструктивную схему и действующие на данный момент нагрузки с тем, чтобы определить реальную несущую способность здания, или его сейсмостойкость.

Расчёт любого мелкоблочного здания - это сложная и трудоёмкая задача, однако, к настоящему времени накоплен довольно большой опыт, позволяющий сократить объём таких работ.

4.25. Известно, что мелкоблочные здания относятся к зданиям с жёсткой конструктивной схемой, у которой стены работают, главным образом, на сдвиг и повреждаются от главных растягивающих напряжений.

Поскольку у жёстких зданий сейсмическая сила в обеих направлениях одинаковая, то очевидно, что несущая способность здания в целом будет меньше в ненесущем направлении, где прочность стен по главным растягивающим напряжениям меньше.

Это вытекает из формулы 41 СНиП II-22-81:

, где

Rск. - расчётное сопротивление скалыванию кладки, зависящее от пригруза кладки напряжением (кг/см2).

4.26. Конструктивная схема большинства старых камчатских зданий проста: это 2 - 5-этажные прямоугольные в плане здания, без выступов и изломов стен, разрезаны в плане деформационными швами на отдельные прямоугольные блоки, которые необходимо анализировать как самостоятельные здания.

Здания, как правило, двухпролётные и имеют две наружные и одну среднюю продольные несущие стены, и несколько поперечных ненесущих стен, отстоящих друг от друга на расстоянии 6 - 10 м. При этом внутренние стены, выгораживающие лестничную клетку, находятся на расстоянии 2,8 - 3,0 м.

Толщина наружных стен - 49 мм, внутренних - 38 мм. В стенах имеется, как правило, довольно чёткая разбивка окон и простенков. Высота этажа в жилых зданиях 2,8 м, в общественных зданиях - 3,0 - 3,3 м.

Перекрытия в домах до 1958 года - деревянные, позже - из сборных круглопустотных плит толщиной 22 см. Кровля - металлическая или асбестоцементная по деревянным стропилам, или плоская рулонная. Утеплитель, как правило, - вулканический шлак плотностью 900 кг/м3 толщиной в среднем 15 см. Здания, как правило, однородной структуры (с несущими стенами), без комплексных конструкций и каркаса с заполнением, за исключением встречающихся железобетонных рам, заменяющих выбитые стены, и обрамлений больших проёмов.

Во внутренних поперечных (ненесущих) стенах, как правило, расположены дымовые каналы шириной 9 мм, что необходимо учитывать в расчёте.

Конструктивная схема типового мелкоблочного здания приведена на рис. 7.2. (2).

4.27. Поскольку мелкоблочные здания - жёсткие, то сейсмические силы, приходящиеся на них, можно определить простым путём, используя готовые таблицы для коэффициентов , приведённые в табл. 3 СНиП II-А.12-69*, с корректировкой коэффициента динамичности с 3,0 - по старому СНиП на 2,5 - по действующему СНиП II-7-81*, т.е. табличные значения необходимо умножить на 2,5/3,0 = 0,83. Величины произведений по новому СНиП - см. в табл. 6.

Табл. 6

Этажи	Число этажей в здании
	1	2	3	4	5
1	2,5	1,5	1,1	0,8	0,7
2		3,0	2,2	1,7	1,3
3			3,2	2,5	2,1
4				3,3	2,7
5					3,4

4.28. Расчётная сейсмическая нагрузка, на которую должно проверяться мелкоблочное здание по действующему СНиП II-7-81*, определяется по формуле:

Sэт. = К1 х К х Qэт. х А х эт., где

К1 = 0,35 - коэффициент допускаемой повреждаемости мелкоблочного здания по табл. 3*, обеспечивающий безопасность людей и сохранность оборудования, при затруднении нормальной эксплуатации;

К1 = 0,12 - коэффициент динамичности, допускающий значительные остаточные деформации, временно приостанавливающий нормальную эксплуатацию, при обеспечении безопасности людей (принимаемый для одноэтажных производственных и сельхоззданий, не содержащих ценного оборудования, из которых можно быстро выбежать наружу;

К = 1,0 - коэффициент на затухание по табл. 6;

Qэт. - вес здания, сосредоточенный в уровне перекрытия на каком-либо этаже, в тоннах;

А - коэффициент амплитуды колебания, равный 0,1; 0,2 и 0,4 соответственно для 7, 8 и 9-балльной площадки на грунтах II категории.

При грунтах III категории амплитуда колебания умножается на 0,7, согласно п. 2.5 СНиП II-7-81*.

Об амплитуде колебания на площадке с сейсмичностью более 9 баллов - см. ниже.

4.29. Таким образом, глядя на формулу определения S, видим, что в ней остаётся только одно неизвестное - это Qэт.

Согласно опыту проектирования, в частности работы (2), известно, что 1 м3 стандартного мелкоблочного здания с высотой этажа в среднем 3,0 м, в среднем весит 0,45 т/м3 - на средних этажах, и 0,79 т/м2 - в уровне покрытия. Таким образом, зная объём каждого этажа, можно довольно просто определить поэтажную сейсмическую нагрузку на мелкоблочное здание, а по ней - суммарную перерезывающую силу на здание.

4.30. Для облегчения расчётов построим график определения сейсмической нагрузки на стандартное мелкоблочное здание при 9-балльном воздействии на средних грунтах II категории.

Здание принимается со следующими параметрами:

Наружные стены - = 1,8 т/м3; =0,5 м;

Внутренние стены - = 1,8 т/м3; =0,4 м;

Перегородки - 0,1 т/м2;

Перекрытия = 0,3 т/м2;

Пол - 0,12 т/м2;

Кровля - 0,25 т/м2;

Полезная нагрузка на этажах - 0,2 т/м2;

Снег - 0,48 т/м2;

Окна - 1,4х1,5 м;

Двери - 2,1х1,0 м;

Высота этажа - 3,0 м.

Здания - 1 - 5-этажные.

Здание заделано в фундаменты на уровне 1,0 м выше грунтов.

Преобразуем формулу п. 4.28:

Sэт. = 0,35 х 1,0 х Qэт. х 0,4 х эт. = 0,14 х Qэт. х эт.

Зададимся объёмом типового этажа 1000 м3, а верхнего - 500 м3.

Тогда: Qср. = 0,45 х 1000 = 450 т; Qв = 0,79 х 500 = 395 т.

Теперь, подставляя в формулу Sэт. значения Q и эт из табл. 6, определяем сейсмическую силу для каждого этажа в 1 - 5-этажном здании.

Эпюры перерезывающих сил Qi для 1- 5-этажных мелкоблочных зданий при объёме типового этажа V = 1000 м3 показаны на рис. 1.

Рисунок 1

Подсчитав объём типового этажа конкретного здания V (м3), определяют максимальную перерезывающую силу в уровне 1-го этажа по формуле:

Qзд. = Q х V/1000 (т)

Например, если объём этажа 4-этажного жилого дома равен b х l х h = = 12,0 х 43,0 х 2,8 = 1445 м3, то суммарная перерезывающая сила в уровне первого этажа будет:

Q1 = 497 х 1445/1000 = 718 т

Пользуясь данным графиком, можно выяснить и сейсмическую силу на каждом этаже, как разницу перерезывающих сил между данным и вышележащим этажом:

Si = Qi - Qi + 1

4.31. Несущую способность поперечных стен ненесущего направления определяем по формуле 39 СНиП II-22-81:

, где

Rск - расчётное сопротивление скалыванию кладки, описанное в п. 4.25;

h, l - толщина и длина стены, см;

v - коэффициент неравномерности касательных напряжений, принимаемый 1,15 как для двутавровых сечений с учётом работы участков продольных стен.

Принимая во внимание жёсткий диск перекрытия, состоящий из сборных железобетонных панелей перекрытия, окаймлённых сейсмопоясом, можно полагать, что несущая способность всего здания определяется общей несущей способностью всех стен, работающих на сдвиг.

В приведённой формуле неизвестно Rск., которое определяется по формуле:

Rгл = 0,8 Rрв, согласно п. 3.40 СНиП II-7-81*, равно:

- для I категории кладки: Rгл = 0,8 х 1,8 = 1,44 кг/см2;

- для II категории кладки: Rгл = 0,8 х 1,2 = 0,96 кг/см2;

- для III категории кладки: Rгл = 0,8 х 0,6 = 0,48 кг/см2;

, где

N - вертикальная нагрузка на стену с учётом понижения на 0,7, согласно СНиП II-7-81* для каменных зданий;

F - площадь поперечной стены, сопротивляющейся сдвигу.

Анализ нагрузок на ненесущие стены показал, что на верхнем этаже наружных и внутренних стен равно примерно = 0,27 кг/см2, а нагрузка от одного среднего этажа равна = 0,48 кг/см2.

Результаты подсчёта Rск. приведены в табл. 7, заимствованной из (2).

Таблица 7

Этаж "i"	Категория кладки	Расчётное сопротивление скалыванию кладки Rск., кг/см2 на i-том этаже при этажности здания n этажей
		1	2	3	4	5
1	I II III	1,6 1,1 0,6	1,75 1,3 0,75	1,9 1,4 0,6	2,1 1,6 1,0	2,2 1,7 1,1
2	I II III		1,6 1,1 0,6	1,75 1,3 0,75	1,9 1,4 0,9	2,1 1,6 1,0
3	I II III			1,6 1,1 0,6	1,75 1,3 0,75	1,9 1,4 0,8
4	I II III				1,6 1,1 0,6	1,75 1,3 0,75
5	I II III					1,6 1,1 0,6

Окончательная несущая способность стен здания по главным растягивающим напряжениям Qзд определяется по графику рис. 2.

Сравнивая максимальную перерезывающую сейсмическую силу на здание Qзд., полученную по п. 4.30, с несущей способностью Qзд, определяют, проходит здание на 9 баллов или нет, и на сколько не проходит.

При определении площади стен Fст. подсчитывают только стены одного направления, например, поперечные ненесущие стены, при этом площадь простенков с отношением сторон h/l >= 1,5 и участков стен с вентканалами определяется с коэффициентом 0,5.

Рисунок 2

4.32. Помимо общей проверки несущей способности здания в ненесущем направлении, необходима проверка наиболее нагруженных простенков несущей продольной стены, ослабленной проёмами, поскольку потеря несущей способности даже одного простенка может привести к обрушению части стены и здания в целом.

Поэтому к простенкам необходимо относиться с особым вниманием, особенно у высоких зданий с низкой категорией кладки и пустотелыми блоками.

Как было замечено выше, каменные здания работают, в основном, на сдвиг и в жёстких простенках возникают скалывающие напряжения, разрушающие простенок диагональными трещинами. По ним и может произойти разрушение стены.

К жёстким причисляют простенки с соотношением высоты к ширине h/b <= 1,5. Простенки меньшей ширины воспринимают небольшую поперечную силу и поэтому их вкладом в общую несущую способность стены и здания, в запас прочности, пренебрегают. Однако, устойчивость их против хрупкого разрушения должна быть проанализирована.

4.33. Для анализа выбирают 1 - 2 наиболее характерных нагруженных простенка и, используя график рис. 3, определяют нормальное напряжение в простенке 0.

Для примера определим на простенок первого этажа наружной стены 3-х этажного дома при ширине грузовой площади простенка 3,0 м и ширине простенка 1,2 м. Вначале на левой четверти графика находим q = 8,3 т/м. Далее, в правой верхней четверти находим нагрузку на простенок N = 25 т. Предварительно подсчитав площадь простенка Fпр. = b х = 1,2 х 0,5 = 0,6 м2, в нижней четверти графика находим 0 = 4,3 кг/см2.

Далее, по графику рис. 4, задаваясь категорией кладки, вычисленной выше, находят несущую способность простенка по главным растягивающим напряжениям.

Продолжая предыдущий пример, задавшись II категорией кладки и шириной простенка b = 120 см, находим Qгл. = 9,0 т.

Теперь сравним полученную несущую способность простенка с перерезывающей силой, действующей на него.

Для этого используем эпюру перерезывающих сил Рис. 1, действующих на здание при 9-балльном воздействии. Общая перерезывающая сила на первом этаже 3-этажного здания с объёмом этажа 1000 м3 равна Q = 379 т.

Зададимся зданием размером 12 х 21,8 м объёмом этажа V = 12 х 21,8 х 2,8 = 732 м3. Тогда Qзд. = Q х V = 277 т.

Теперь находим нагрузку на простенок при грузовой площади простенка с Fпр. = 0,6 м2 и общей площадью всех стен продольного направления, равной, например, Fзд. = 14,5 м2:

т.

Сравним с несущей способностью Qпр. = 9,0 т, определённой по графику рис. 4, находим, что простенок на 9 баллов не проходит на (11,5 - 9,0)/9,0 х 100 = 30%.

Графиком рис. 4 можно пользоваться и для более узких простенков, умножая значения Qгл на коэффициент уменьшения ширины простенка по сравнению с b = 0,5 м, принятым в графике.

Рисунок 3

Рисунок 4

4.34. Анализ технического состояния мелкоблочного здания при прогнозируемом землетрясении.

Расчётное землетрясение для каждого конкретного здания - различное в зависимости от сейсмичности площадки и назначения здания.

Если площадка, на которой расположено здание, имеет сейсмичность более 9 баллов, что определяется п. 2.3, то сейсмическая нагрузка на здание по сравнению с 9-балльной увеличивается на коэффициент 0,7 2,0 = 1,4, где 0,7 - коэффициент, принимаемый по п. 2.5 СНиП II-7-81* на нелинейное деформирование грунта, а 2,0 - коэффициент увеличения амплитуды колебания.

Если здание по назначению относится к зданиям повышенной ответственности, например, - школы, детские сады, больницы, здания энергетического назначения и т.п., то их необходимо рассчитывать на сейсмику по карте "В" СНиП II-7-81*, т.е. на 9 баллов, независимо от грунтовых условий. Для г. Петропавловска-Камчатского, по данным ИФЗ им. О.Ю. Шмидта - это 9,4 балла.

Таким образом, для обычного здания на средних грунтах II категории расчётным будет 9-балльное землетрясение; для обычных зданий на грунтах III категории - на 9-балльное землетрясение с К = 1,4, т.е. на амплитуду А = 0,4 х 1,4 = 0,56; для зданий повышенной ответственности - на землетрясение в 9,4 балла с амплитудой А = 0,4 х 1,4 х 1,4 = 0,78.

4.35. Далее приближённо определяют сейсмостойкость здания по имеющемуся проекту или году изготовления проекта, так как все здания, строящиеся примерно до 1971 - 1972 г.г., строились на 8 баллов, поскольку на 9 баллов город Петропавловск-Камчатский перешёл по СНиП II-А.12-69* примерно с 1972 - 1973 г.г. Другие населённые пункты Камчатки до 2000 года продолжали строиться на 7 - 8 баллов, согласно ранее действующим нормам.

4.36. Следующим определением сейсмостойкости здания является поведение здания во время 7-балльного землетрясения 1971 года, для чего разыскивается "Паспорт" или карточка по повреждаемости здания, а по ней, используя табл. 3, находят сейсмостойкость здания.

При этом, зная геологию, учитывают сейсмичность площадки: если грунтовые условия средние - то площадка 7-балльная, если условия неблагоприятные - то площадка была 8-балльная. Сейсмичность площадки, попавшей в объём карты в Приложении 3, принимается по данной карте.

Если паспорт и карточка не найдены, то принимается средняя сейсмостойкость здания, равная 7,6 балла при

4.37. Далее по графику рис. 1 определяют сейсмическую нагрузку на здание Qзд. для случая 9-балльного землетрясения и средних грунтовых условий.

В случае неблагоприятных грунтов или повышенного назначения здания по ответственности, полученную нагрузку увеличивают в соответствие с п. 4.34.

Затем по графику рис. 2 определяют общую несущую способность Qзд. здания в направлении непригруженных стен (обычно, в поперечном направлении), обладающих меньшим сопротивлением по скалыванию. Сравнивая Qзд. с Qзд. по графику рис. 1 определяют, достаточно несущей способности здания или нет, и на сколько.

Далее по графику рис. 3 и 4 проверяют несколько наиболее нагруженных простенков несущих (обычно, продольных) стен, используя рекомендации п.п. 4.3.2, 4.3.3. И по ним сравнивают Qпр. с Qпр., найденному с помощью графика 1.

4.38. По всем выполненным проверкам находят несущую способность здания и принимают минимальную. Например, минимальная сейсмостойкость здания оказалась 7,5 балла. Тогда по табл. 3 можно спрогнозировать, что будет при 9-балльном землетрясении. Это будут средние повреждения dср. = 3,2, что больше допускаемых 3,0, поэтому такая сейсмостойкость здания недостаточна.

Если площадка неблагоприятная, то повреждения будут ещё большими.

5. Обследование крупноблочных зданий

5.1. На Камчатке строились 4-этажные крупноблочные здания двух серий: 1-307с (проект "СоюзморНИИпроекта", 1957 г.) и серия 1-306с (проект "СибзНИИЭП", 1962 г.). Первые дома проектировались по строительным нормам СН8-57 на 7 - 8 баллов, вторые - по СНиП II-А.12-62 на 8 баллов.

Конструктивная схема обоих домов - одинаковая: здания двухрядной разрезки, с тремя наружными несущими стенами и поперечными ненесущими стенами, расположенными через 9,0 м и 3,0 м (в лестничной клетке). Толщина наружных стен - 50 см, внутренних - 30 см.

Все дома возводились из вулканического шлакобетона объёмным весом порядка 1800 кг/м3. Марка бетонов наружных стен - М50, внутренних - М100.

В обоих домах блоки не армированы. В обеих сериях блоки лестничных клеток связаны друг с другом металлическими связями, а в серии 1-306с такие связи имеются и между блоками наружных стен. Внешне серии 1-307с и 1-306с не сильно отличаются друг от друга, за исключением конструкции кровли, которая в серии 1-306с вентилируемая, так что серии можно различать только по проектной документации, если имеется, или по году постройки, имеющемуся в паспорте БТИ: примерно до 1968 г. строились дома серии 1-307с, после - по серии 1-306с.

В 1976 году институт "Камчатскгражданпроект" переработал серию 1-306с на 9 баллов, так что с конца 70-х годов дома начали строиться 9-балльными. Внешне эту серию можно отличить от старых серий более совершенной планировкой и большим количеством балконов, в том числе спаренными балконами.

В модернизированной серии все блоки армированы. Кроме того, в серии имеются расчётные металлические и железобетонные связи (шпонки), которые соединяют все блоки в единую конструкцию. Эти дома не перенесли ни одного крупного землетрясения, так что не имеют повреждений, поэтому такие здания, если нет никаких внешних признаков деформаций, считаются 9-балльными.

5.2. Обследование крупноблочного здания начинается с поиска проекта, паспорта БТИ, наличия инженерно-геологических материалов, оговоренных п. 2.2, поиска материалов по повреждению здания во время землетрясений 1959 и 1971 г.г., составления схематических планов (в случае перепланировок или пристроек), материалов по сейсмоусилению здания после землетрясения 1971 года, фотографирования фасадов объекта, осмотра строительной площадки (наличие опасных откосов, подпорных стенок и т.п.).

Анализ сейсмичности площадки осуществляется по разделу 2.3 данной методики.

5.3. Анализ поведения здания при 7-балльном землетрясении 1971 года.

На каждое поврежденное здание после землетрясения составлялся Паспорт или карточка по его сейсмостойкости, которые необходимо искать в архивах институтов или в сводном отчёте в КамчатТИСИЗ е, шифр 42-7160 или в Институте вулканологии. В карточках повреждения оценивались по шкале MSK-64, описанной в п. 4.7.

При 7-балльном землетрясении 1959 года было обследовано несколько зданий серии 1-307с и проф. С.В. Поляков в (3) заключил, что дома выдержали землетрясения "без значительных повреждений".

Результаты обследования крупноблочных домов после 7 - 8-балльного землетрясения 1971 года приведены в таблице 8.

Таблица 8

Автор обследования	Кол-во обслед. зданий *)	Распределение зданий (%) по степени повреждения "d"							Средняя степень повреждения dср.
		d=0	0,5	1	1,5	2,0	2,5	3,0
Институт "Камчатскгражданпроект"	195			39	21,5	30	5	3,5	1,54
Институт КО "Гипрорыбпром"	59		13,5	15	30,5	29	7	5	1,58
ЦНИИСК	164			13,5	48	24	8,5	6	1,73

*) Одно и то же здание могло быть обследовано двумя или тремя организациями.

В данной таблице приведены данные по повреждениям крупноблочных домов обеих серий, без разделения, однако можно заключить, что 7 - 8-балльных домов серии 1-307с было значительно больше, так как дома 306 серии начали строиться всего за три года до землетрясения 1971 года.

Сравнивая средние повреждения крупноблочных зданий с аналогичными повреждениями мелкоблочных зданий (табл. 2), находим, что они, практически, одинаковые, что даёт возможность анализировать их по методике мелкоблочных зданий.

Если общая средняя повреждаемость крупноблочных зданий на трём источникам равна

,

то согласно табл. 3, сейсмостойкость крупноблочных зданий будет порядка 7,7 баллов, что подтверждает их проектную сейсмостойкость.

Следует заметить, что в данных крупноблочных домах имеются скрытые резервы, выявленные при более сильных землетрясениях. Так, например, при землетрясении 1971 года наиболее пострадали два дома по ул. Пограничная 95 и 97, расположенные на площадке с явно неблагоприятными геологическими условиями (обводнённые с поверхности грунты с торфяными прослойками). То есть здесь проявилось землетрясение силой порядка 8 баллов, а здания имели средние повреждения не более 3,0. Были трещины по швам всех блоков, особенно, на нижних этажах, а также смещения до 3 см угловых блоков, но по телу ни один блок не треснул и не выпал. Кроме того, в п. Тиличики в 2006 году произошло землетрясение силой - 8,5 балла. Все мелкоблочные 2 - 3-этажные здания имели повреждения порядка 3,5 4 баллов. Однако, четыре крупноблочных 4 - 5-этажных дома, построенные из блоков серии 1-306с с минимальными антисейсмическими мероприятиями (поскольку ранее с. Тиличики было 6-балльным) и расположенные на обводнённом участке, выстояли без обрушения какой-либо части дома, и имели средние повреждения порядка dср. = 3,0 3,5.

Отсюда можно заключить, что фактическая сейсмостойкость старых крупноблочных домов никак не ниже 8 8,5 баллов.

Здесь следует заметить, что поскольку для крупноблочных домов в то время не было чёткой классификации повреждений, их оценивали по шкале мелкоблочных зданий. Кроме того, в паспорте, как правило, заполнялась степень повреждения отдельных, максимально повреждённых элементов (например, растрескивание швов между блоками или смещение отдельных блоков), но не общая средняя степень повреждения всех несущих элементов. Поэтому цифры, приведённые в табл. 8, можно считать несколько завышенными.

Этим и объясняется более высокая фактическая сейсмостойкость крупноблочных зданий, выявленная реальным землетрясением.

5.4. Визуальное обследование крупноблочного здания более простое, чем мелкоблочного, так как все такие здания строились по типовым проектам. Поэтому необходимо только сравнить планировку здания с проектом, - нет ли большой перестройки. Особенно первого этажа: не встроили ли туда магазин и т.п. помещения, потребовавшие сносить стены?

Тогда необходимо сделать схематический чертёж этого этажа с замером высоты этажа, чтобы можно было проанализировать несущую способность его. Кстати, при землетрясении 1971 года крупноблочные здания с такими более ослабленными первыми этажами повредились более сильно.

Также выявляют опасные тяжёлые козырьки, несанкционированные пристройки, наличие неполного подвала и заполнения его водой, фактическую заделку деформационных швов и конструкцию кровли.

Одновременно производится обследование площадки строительства на предмет её устойчивости, т.е. возможности проявления оползня или разжижения грунта. Делаются фотографии общего вида здания.

5.5. Никакого инструментального обследования здания в регионе г. Петропавловска-Камчатского (г. Елизово, Вилючинск, Коряки и т.п.) производить не надо, так как все материалы и конструкции заведомо известны - они из вулканического шлакобетона.

В посёлках Края они могут выполняться из других материалов, например, из тяжёлого бетона или пемзобетона (в п. Озерная и т.п.). Также необходимо определить материал фундаментов и плоской кровли, а также конструкцию стропильной кровли, если такая имеется.

5.6. Поверочные расчёты производить не надо, так как заведомо известна проектная сейсмостойкость таких зданий 7 - 8 баллов, подтверждённая землетрясением 1971 г. и в среднем принимаемая 8 баллов.

Однако, фактическая сейсмостойкость должна приниматься по "Паспортам повреждаемости" каждого конкретного здания, о которых было сказано выше. Например, если конкретное здание на 7-балльной площадке имело степень повреждения dотд. = 2,9, то его сейсмостойкость, согласно табл. 3 для отдельных зданий, равна 7,0 баллов и т.д. Вот почему очень важно найти Паспорт здания. Если Паспорта нет, то сейсмостойкость принимается по средней повреждаемости.

Кроме того, очень важным показателем сейсмостойкости здания является сравнение сейсмических нагрузок, на которые рассчитывался типовой проект, с действующими нормативными нагрузками для таких зданий на данным момент. Такое сравнение сделано в таблице 9.

Таблица 9

Сейсмическая нагрузка по дому	Нормы, по которым рассчитывался проект	Формула поэтажной сейсмической силы	Расчёт	Сейсмическая сила
Серия 1-307с (1957 г.)	СН 8-57	S = Kc Qб (на 7 - 8 баллов)	S = 0,05 х 3,0 х х Qб	S=0,15Qб
Серия 1-306с (1962 г.)	СНиП II-А.12-62	S = Kc Qб (на 8 баллов)	S = 0,05 х 3,0 х х Qб	S=0,15Qб
По действующим нормам	СНиП II-7-81*	S = K1К АQш (на 9 баллов)	S=0,25 х 1 х 0,4 х 2,5 х Qш *)	S=0,25Qш

*) Коэффициент повреждаемости К1 для крупноблочных зданий можно принять меньшим, чем у мелкоблочных зданий, т.е. 0,25 вместо 0,35 (по таблице 3* СНиП II-7-81*), поскольку крупноблочные здания, согласно табл. 8 СНиП, в 1,5 - 2 раза прочнее мелкоблочных зданий со II категорией кладки. Такая нагрузка, в любом случае, превышает минимально допустимую по табл. 3* СНиП II-7-81*, при К1 = 0,12.

Как видим, по действующим нормам сейсмическая нагрузка на крупноблочное здание при 9-баллах должна быть больше проектной в 0,25/0,15 = 1,7 раза. Однако, здесь есть одна неточность. Здания на Камчатке, как правило, проектировались полностью из шлакобетонных конструкций, а проектирование типовых домов велось с перекрытиями из железобетонных конструкций. Поэтому вес поярусных масс Qш можно принять примерно на 15% меньшим, чем в типовых домах:

Qш = 0,85 Qб

Тогда сейсмическая нагрузка по действующим нормам при переходе на шлакобетон будет: S = 0,25 х 0,85 х Qб = 0,21 х Qб, что больше, чем в сериях 1-307с и 1-306с, в 1,4 раза. Это значит, что по действующим нормам расчётная несущая способность типовых домов соответствует примерно 1/1,4 = 0,71 от 9-балльной, или 8,4 балла (согласно графику рис. 8).

Как видим, более лёгкий вес камчатских зданий по сравнению с заложенным в типовые расчёты объясняет скрытые резервы камчатских крупноблочных зданий. И, очевидно, что крупноблочные здания в целом прочнее мелкоблочных, так как у них меньше швов и их прочность меньше зависит от качества раствора, т.е. категории кладки.

Кроме того, в них нет пустотелых блоков, а прочность самих блоков такая, что после землетрясения не было замечено ни одной трещины по телу блока. Не случайно, категория кладки стен из крупных блоков обычно принимается первой.

5.7. Анализ общего технического состояния крупноблочных домов в целом при прогнозируемом расчётном землетрясении.

Анализ поведения крупноблочных зданий при 7-балльном землетрясении 1971 года показал, что в среднем они соответствуют 7,7 баллам.

Анализ расчётных нагрузок, заложенных в типовые проекты, показывают, что они соответствуют примерно 8,4 баллам.

Поэтому в целом их среднюю сейсмостойкость на грунтах II категории можно оценить в 8 баллов. Однако, учитывая то, что здания серии 1-307с - более старые и изначально рассчитывались на 7 - 8 баллов, простоявшие по 40 - 50 лет и перенёсшие одно или два 7-балльных землетрясения 1959 и 1971 г.г., их сейсмостойкость принимаем в 7,5 баллов. Дома типовой серии 1-306с, рассчитанные по типовому проекту на 8 баллов, и неплохо зарекомендовавшие себя при 8,5-балльном Тиличинском землетрясении 2006 года, принимаем за 8-балльные.

Однако, если по результатам микросейсмического и макросейсмического анализа окажется, что грунты III категории, а площадка > 9 баллов, то сейсмическая нагрузка на такое здание увеличится в 2,0 х 0,7 = 1,4 раза, где 2,0 - увеличение амплитуды с 9 до 10 баллов, а 0,7 - коэффициент снижения сейсмической нагрузки за счёт нелинейной деформации грунтов, принимаемый по п. 2.5 СНиП II-7-81*.

Поведение такого здания при расчётном 9-балльном или 10-балльном землетрясениях, в зависимости от категории площадки по сейсмостойкости, можно спрогнозировать по табл. 3, в зависимости от степени повреждения конкретного здания, определённого паспортом обследования после землетрясения 1971 года.

Если площадка 9-балльная и землетрясение будет 9-балльным, то в среднем степень повреждений 95% конструкций здания серии 1-306с будет 2,9, а в отдельных конструкциях здания (до 5% от общего объёма) повреждения могут быть до d = 4,4, что опасно для жизни людей, но допускается нормами.

Однако, в домах серии 1-307с средняя степень повреждения достигнет 3,2, что больше допустимого dmax = 3,0, так что такое здание требует первоочередного усиления или сноса.

Если площадка будет > 9 баллов, то при 9-балльном землетрясении средняя степень повреждения конструкций будет значительно больше 3, а в отдельных конструкциях приближается к 5. Такой вывод сделан на основании того, что на площадках со слабыми грунтовыми условиями 7-балльное землетрясение 1971 года проявлялось значительно сильнее, и здания, получив предельные повреждения dср. = 2,5 - 3,0, т.е. исчерпали свою несущую способность. Поэтому на таких площадках крупноблочные здания серии 1-307с рекомендуется сносить.

6. Обследование каркасных зданий серии КПС

6.1. До 70-х годов на Камчатке каркасные здания с железобетонным каркасом строились крайне редко и, главным образом, для промышленных зданий. Здания общественного назначения (школы, детские сады, магазины и т.п.), требующие более свободной планировки, возводились из мелкоблочной кладки со встроенными балками и рамами, перекрывающими большие пролёты. Все эти здания строились на 7, 8 баллов, т.е. на действующую в то время на Камчатке сейсмичность.

С увеличением в 1969 году (по СНиП II-А.12-69) (в частности, город Петропавловск-Камчатский стал 9-балльным) и в связи с начавшимся подъёмом строительства на Камчатке, институтом "Камчатскгражданпроект" в 1971 году была разработана, а "Главкамчатскстроем" освоена полносборная каркасно-панельная серия КПС, рассчитанная на 9 баллов и предназначенная для строительства 1 - 5-этажных общественных, служебных, жилых (типа общежитий, гостиниц) и производственных зданий, в том числе бытовок.

Начало освоения серии КПС совпало с 7-балльным землетрясением на Камчатке 1971 года, подтолкнувшим освоение серии, так как мелкоблочные и крупноблочные здания подобного назначения с "выбитыми" стенами и повышенными первыми этажами (например, магазины), получили наибольшие повреждения.

6.2. Конструктивная схема каркаса основывается на так называемом "платформенном" узле (см. рис. 5), когда несущие ригели непосредственно опираются на колонну, а не "висят" на замоноличенном стыке, как было принято в общесоюзном каркасе серии ИИС-04.

Рисунок 5

Такой стык также исключал стыковку несущей арматуры ригеля с выпусками из колонны на ванной сварке, что требовало исключительно высокого машиностроительного уровня производства работ, как показало, - недостижимого на заводе-изготовителе и монтаже.

Во время Спитакского землетрясения 1988 года все 9-этажные каркасные здания, изготовленные в серии ИИС-04, были разрушены, в том числе по причине разрушения замоноличенных узлов.

Конструктивная схема узлов серии КПС показана на рис. 5.

Как видим, средина узла взята в металлическую обойму, предотвращающую разрушение бетона в ней, а стык колонн с ригелями осуществляется простой дуговой сваркой, подобно стыку металлических конструкций.

Такой стык - всепогодный и хорошо контролируемый.

Проведённые в конце 70-х - начале 80-х годов испытания таких узлов в ДальНИИСе и ЦНИИСК не подтвердили высокую надёжность узлов серии КПС.

6.3. Серия называется полносборной, потому что в ней все несущие и ненесущие элементы - сборные: каркас, фундаменты, стены, перекрытия, лестницы и перегородки. Принципиальная конструктивная схема серии представлена на рис. 6.

Рисунок 6

В серии можно было возводить 1 - 5-этажные здания, в том числе с подвалом, пролётами 6 + 6; 6 + 3 + 6; 6 + 6 + 6 и т.д., с высотой типового этажа от 2,8 до 4,2 м, а первого - до 5,2 м.

Как можно заметить, все узлы сопряжения ригелей с колоннами в обоих направлениях жёсткие, что придаёт при сейсмике одинаково высокую устойчивость каркасу в обоих направлениях.

При этом автоматически получается жёсткий диск перекрытия, так как все плиты перекрытия с четырёх сторон зажаты ригелями, служащими для перекрытий сборным сейсмопоясом.

6.4. На рис. 7 показана принципиальная конструкция крепления навесных панелей к каркасу.

Рисунок 7

Как видно, все стеновые панели крепятся к каркасу в четырёх точках. При этом нижняя грань стеновой панели опирается на ригель всей гранью, что делает такой узел более надёжным, чем в общесоюзной серии ИИС-04, в которой панели опираются по углам только на две точки. Чтобы стеновые панели не ужесточали работу каркаса, верхние узлы крепления стеновых панелей нижележащего этажа выполнены в виде податливых ползунов, как показано в узле "А" рис. 7.

6.5. Серия КПС постоянно развивалась в связи с изменением строительных норм и исследований, которые проводил институт "Камчатскгражданпроект" с ДальНИИС ом (г. Владивосток) и с ЦНИИСКом. За время строительства в этой серии с 1971 года по 1992 год конструкции серии модернизировались четыре раза: 1971 год - серия КПС; 1975 год - серия КПСу (т.е. усовершенствованная); 1978 год - серия КПСм (модернизированная) и, наконец, 1984 86 г.г. - серия КПС4 (четвёртая редакция).

По серии КПС4 продолжали строить вплоть до середины 90-х годов, когда распался прежний строительный комплекс, основанный на железобетоне, и возобновился в последние годы - новый, на базе строительства в металлическом каркасе.

Следует заметить, что все четыре модификации были рассчитаны на 9 баллов по действующим в то время сейсмическим нормам:

- первые три серии - по СНиП II-А.12-69; а КПС4 - по СНиП II-7-81*.

Однако, ряд катастрофических землетрясений, происшедших в конце прошлого столетия за рубежом (в Турции, Греции, Иране, на о. Тайвань, в г. Кобе и др.), а также в бывшем Союзе - г. Спитаке, г. Ленинакане, на о. Кунашир и др. показал, что железобетонные каркасные здания обладают очень низкой живучестью при сильных землетрясениях и разрушаются, вплоть до обвалов, от разрушения узлов и смятия железобетонных колонн. Известный авторитет сейсмостойкого строительства проф. Айзенберг Я.М. назвал каркасные железобетонные здания вторыми "могильщиками" после мелкоблочных зданий (4).

Анализ причин повсеместного разрушения железобетонных каркасов показал, что основным виновником является недостаточная прочность сжатой зоны бетона в наиболее нагруженных колоннах, которая под действием большой вертикальной и горизонтальной нагрузки растрескивается на отдельные блоки и сминается, расширяясь в стороны. При недостаточно частых и прочных хомутах, которые могли бы сдержать расширение бетона, сжатая продольная арматура теряет устойчивость и выпучивается наружу, образуя так называемую "стальную розу", как окрестили её специалисты.

Колонны проседают, здание накреняется и падает.

Проанализировав увиденное, Госстрой РФ в 2000 году в срочном порядке ввёл изменения N 5 в СНиП II-7-81*, в котором сильно ужесточил требования к зданиям с железобетонным каркасом.

Согласно этим изменениям, прочность каркасных зданий должна быть настолько увеличена, чтобы выдерживать в 2, 3 и более раз нагрузки, чем по старым нормам.

Вот почему так важно знать истинную сейсмостойкость зданий, построенных в серии КПС, чтобы спрогнозировать их возможное поведение при расчётном землетрясении.

Сразу после выхода СНиП редакции 2000 года Камчатский филиал ДальНИИС, в рамках общегосударственной программы "Сейсмозащита", по поручению ДальНИИС г. Владивосток выполнил НИР "Обследование эталонных гражданских зданий", посвящённую в основном серии КПС (5). Опираясь на данное исследование, можно значительно упростить обследование конкретного здания.

6.6. Общий порядок обследования здания - такой же, как других зданий.

Обследование начинается со сбора и изучения технической документации по объекту и площадке строительства.

Поскольку здание построено сравнительно недавно, то на него, как правило, можно найти проект, по которому можно уяснить, в какой модификации серии КПС выполнен проект, так как несущая способность здания (и его сейсмостойкость) напрямую зависят от серии. Модификацию серии можно приближённо определить по сроку постройки объекта, зная год модернизации серии и то, что конструкции обновлённой серии выпускались, практически, одновременно с выпусками серии, так как завод был заинтересован в этом.

В табл. 10 приведены основные физико-технические характеристики изделий всех модификаций серии КПС, где видно, как развивалась серия.

Самое главное отличие серий - это то, что первая серия КПС выполнялась из тяжёлого бетона М300 с рабочей арматурой АII, а все последующие серии - из шлакобетона на вулканическом шлаке М350 с рабочей арматурой АIII.

За счёт меньшего модуля упругости шлакобетона и более прочной арматуры предполагалось получить существенную экономию стали - порядка 22%, однако, на сколько при этом изменилась несущая способность серии - пока было не известно.

Серии КПСу, КПСм и КПС4 отличаются друг от друга постепенным повышением прочности арматуры. Однако, испытания в ДальНИИСе и ЦНИИСКе, проводимые параллельно с освоением серии, выявили, что лёгкий бетон (в частности, шлакобетон) хуже тяжёлого работает на сжатие и, особенно, на поперечную силу, что несколько снижает несущую способность шлакобетонных изделий.

Кроме того, испытаниями в ЦНИИСКе в конце 70-х начале 80-х годов выяснилось, что при разрушении колонн от смятия большая вина ложится на поперечные стержни, которые, как и везде, приваривались к продольной арматуре неконтролируемой дуговой сваркой вместо контактной, что было заложено в проектах.

Только в серии КПС4 был устранён этот недостаток в связи с переходом на замкнутые хомуты, без контактной сварки.

Кроме того, в каждой модификации были учтены изменения норм по нагрузкам (сейсмике), по бетону и арматуре, так что сказать заранее, какая серия лучше другой и на сколько она соответствует нормам 2000 года - без всестороннего анализа оказалось не возможным.

Поэтому поиску и изучению первичной проектной документации необходимо было уделить максимум внимания.

Здания сравнительно простой формы, или разбитые деформационными швами на простые прямоугольные блоки, без выбитых пролётов и большого количества консолей можно проанализировать на сейсмостойкость без расчётов, используя данную методику. Поэтому для таких зданий достаточно будет в отчёте приложить планы БТИ, сделать схематические разрезы к ним и фото общего вида.

Если здание имеет сложную форму, то по нему необходимо будет сделать все планы, взяв их из проекта или паспорта БТИ, разрезы и фасады, чтобы можно было сделать поверочный расчёт. При необходимости - сделать обмеры.

6.7. Определение сейсмичности площадки строительства.

Одновременно со сбором технической документации по зданию собирают инженерно-геологические материалы по грунтам и воде под зданием, данные по микросейсморайонированию площадки и макросейсмическому обследованию площадки. На основании этих материалов делается заключение о категории грунта по сейсмическим свойствам, необходимое для отнесения площадки к 8, 9 и 10-балльной. Без этого не возможно определить силу будущего землетрясения и спрогнозировать поведение здания при нём. Подробнее - см. раздел 2.

6.8. Визуальное обследование здания заключается в следующем:

Выявляют соответствие здания проекту или паспорту БТИ, наличие перестроек, надстроек, наличие имеющихся внешних дефектов в несущих конструкциях: трещин, деформаций и т.п., положение и фактическую заделку деформационных швов, наличие деформаций фундаментов и грунтов вокруг здания, наличие воды в подвале (обследуя подвал и опрашивая жителей, работающих в здании); проверяют узлы крепления лестниц, стен и перегородок, выявляют опасные консольные конструкции и козырьки, требующие срочного усиления; наконец, делают фотографии общего вида здания и выявленных дефектов. Проверяют, надёжно ли прикреплены стеновые панели к каркасу.

Расстояние между колонной и стеной должны быть 5 см, при этом панель опирается на ригель площадкой в 7 см. Если расстояние будет 8 9 см, то это опасно, так как площадка опирания уменьшается до 3 4 см и может сколоться.

Таблица 10

Серия, год	Каркас - колонны, ригели			Фундаменты	Стены	Перекрытия	Лестницы	Перегородки	Примечание
	бетон	арматура продольная/поперечная Rа	принцип армирования
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
КПС, 1971 г.	Тяжёлый бетон М 300, Е = 315000 кг/см2	АII/АI 2700/2100 кг/см2	Плоскими каркасами, собираемыми в пространственные отдельными стержнями на контактной сварке	нет	Однослойные шлакобетонные панели = 35 см, М75, = 1750 кг/см3	Круглопустотные панели = 22 см из тяжёлого бетона М200	нет	нет	У колонн и ригелей шаг поперечных стержней 100 мм на длине h(см) от узла
КПСу, 1975 г.	Шлакобетон М350, = 1750 кг/см3 Е = 175000 кг/см2	АIII/АI 3400/1700 кг/см2	По КПС	Сборные ж/бетонные стаканы и фундаментные балки их тяжёлого бетона М200	По КПС	Сборные круглопустотные панели = 22 см из шлакобетона М300 на нагрузку 750, 600, 800 и 1750 кг/м2	Сборные ж/бетонные марши с площадками и накладными ступенями по серии ИИС-04-7	Сборные шлакобетонные М150 = 8 см высотой на этаж, шириной до 6 м	- // -
КПСм, 1978 г.	по КПСу	АIII/АI 3400/1700 кг/см2	До 1981 года по серии КПСу, после 1981 года - с добавлением шпилек в углах каркаса	По КПСу	То же плюс ж/бетонные цокольные панели из тяжёлого бетона М250, = 300 мм	По КПСу	По КПСу	По КПСу	Шаг 100 мм поперечных стержней на длине 1,5h от узла
КПС4, 1986 г.	Шлакобетон М350, = 2100 кг/м3 Е = 175000 кг/см2	АIII/АI 3750/1800 кг/см2	Образование пространственного каркаса с помощью замкнутых хомутов	По КПСу	Трёхслойные панели шлакобетонные = 35 см с утеплителем 10 см из пластиприна = 100 плюс панели "на комнату"	по КПСу плюс панели-оболочки КЖСС 3х12 м из шлакобетона М400	По КПСу	По КПСу	Шаг замкнутых хомутов по длине 2h от опоры

Также проверяется толщина горизонтального шва между ригелями и нижней панелью. Она должна быть порядка 2 - 3 см. Если толщина порядка 5 - 6 см, то это опасно, так как опорный уголок стены, находящийся в шве между ригелями и стеной (см. узел "А" на рис. 7), может выскользнуть из шва.

Проверяется наличие ржавчины на поверхности железобетонных элементов, что свидетельствует о коррозии арматуры.

Также визуально проверяется, на завышены ли временные нагрузки на перекрытия.

Если в здании имеются большепролётные железобетонные или металлические конструкции, то они тщательно осматриваются на предмет трещин и деформаций, а также качества выполнения сварочных работ. Особенное внимание необходимо уделить опорным узлам. Всё увиденное должно быть отражено в Заключении и в Паспорте.

6.9. Инструментальное обследование производится на предмет выявления фактических прочностных характеристик материалов. Если есть проект, то делается такая проверка:

Вначале необходимо определить, из какого материала выполнен каркас - из тяжёлого бетона или шлакобетона. Если из тяжёлого, то это серия КПС, если из лёгкого - то это одна из серий КПСу, КПСм или КПС4. Естественно, необходимо проверить прочность бетона и сличить её с таблицей 10.

Для того, чтобы определить, какая из шлакобетонных серий применена в проекте, необходимо определить на нескольких колоннах первого этажа (обычно на средней и крайней) конструкцию и шаг приопорных хомутов, расположенных на расстоянии 1,5 2h = 60 - 80 см от низа ригеля. Если поперечная арматура представляет собой одиночные стержни, приваренные к продольной арматуре дуговой сваркой, то это серия КПСу. Если два сходящихся в узле поперечных стержня (перпендикулярного направления) дополнительно соединены друг с другом Г-образной арматурной шпилькой, приваренной к поперечным стержням продольным швом, образуя замкнутый хомут, то это - серия КПСм.

И, наконец, если поперечная арматура состоит из замкнутых хомутов (или полухомутов, сваренных друг с другом дуговой сваркой), прикреплённых к продольной арматуре вязальной проволокой, то это серия КПС4.

Естественно, необходимо определить шаг приопорных стержней: он везде должен быть не более 100 мм на длине 60 см - в сериях КПС и КПСу и 80 см - в сериях КПСм и КПС4.

Если шаг поперечных стержней больше, чем 100 мм, то это должно быть проанализировано дополнительно в расчётной части.

6.10. Если проекта нет, то на каждом этаже необходимо вскрыть в приопорной зоне, как минимум, 6 элементов: среднюю и крайнюю колонны, средний и крайний ригели - несущий и ненесущий. При этом в колоннах необходимо определить вид и диаметр рабочей арматуры в обоих направлениях, а в ригелях - верхнюю и нижнюю арматуру. Соответственно, необходимо определить сечение, шаг и способ прикрепления поперечных стержней к продольной арматуре: это отдельные стержни на дуговой сварке или замкнутые хомуты.

Такая информация нужна для дальнейшего выполнения поверочного расчёта.

Кроме того, поскольку стык колонн и ригелей осуществляется исключительно на сварке, как у металлоконструкций, то при отсутствии проекта необходимо, как минимум, в трёх узлах (обычно, на среднем и крайнем узле первого - второго этажа) определить количество и качество сварных швов и соединительных элементов. Если результаты отрицательные, то необходимо вскрыть ещё несколько узлов.

На объектах, в которых отсутствует проект, необходимо также вскрыть хотя бы один фундамент, чтобы по нему сделать вывод о глубине заложения и конструкции фундамента.

6.11. Если объект простоял долгое время без консервации (по СП 13-102-2003 - более трёх лет), то необходимо особенно тщательно проверить коррозию закладных и соединительных деталей (в том числе в узлах крепления стеновых панелей), а также коррозию арматуры в плитах перекрытия верхних этажей, подверженных осадкам.

Также вскрывается кровля на предмет её состава и нагрузки. В объектах, построенных после 1985 года, проверяется наличие утеплителя в стенах (путём сверления).

6.12. Поверочные расчёты.

Поверочные расчёты простых по форме и регулярности зданий, на которые имеются проекты, подтверждённые визуальными и инструментальными обследованиями, можно не производить, воспользовавшись нижеприведёнными исследованиями, сделанными на основании расчётов КФ ДальНИИСа (5). Но для этого необходимо точно знать, в какой модификации сделан объект, и какая расчётная сейсмичность здания, исходя из сейсмичности площадки и ответственности здания по назначению.

Объекты сложных по форме зданий, в том числе имеющие большие пролёты, а также объекты, не имеющие проектов, необходимо рассчитывать по полной программе на фактические характеристики материалов и действующие на данное время нагрузки.

6.13. Анализ сейсмостойкости здания по методике КФ ДальНИИСа.

Методика КФ ДальНИИСа заключается в выявлении закономерностей по увеличению нагрузок на здание в связи с новыми нормами 2000 года и учётом нормативных изменений прочностных характеристик материалов.

В табл. 11 показан уровень увеличения сейсмических нагрузок: а) из-за увеличения коэффициента повреждаемости К1 (с 0,25 до 0,35); б) увеличения коэффициента затухания К (с 1,0 до 1,3); в) из-за увеличения коэффициента динамичности (с 1,0 - для одноэтажных зданий, до 1,6 - для 5-этажных зданий.

Для унификации каркасов из различных модификаций вводится следующая маркировка, например: КПСу (6 + 6)3П - 28 - 9 - это каркас серии КПСу, пролётом 6 + 6, трёхэтажный с подвалом, высотой этажа 2,8 м, 9-балльный;

КПСм (6 + 3 + 6)5 - 33 - 9Н- каркас КПСм, пролётом 6 + 3 + 6, высотой этажа 3,3 м, рассчитанный на 9 баллов по новым (действующим) нормам 2000 г.

Таблица 11

Марка рамы и расчёта	К1	К	Т1	стар. = 1/Т1	нов.= 2,5 0,4/Т	Кs = К1К	Кs2000/КsКПСу
	0,25	1	0,50	2,0		0,50	1,02/0,50 = 2,04
КПСу (6 + 6)2-33-9н	0,35	1,3	0,50		2,24	1,02
КПСу (6 + 6)3-33-9	0,25	1	0,71	1,41		0,35	0,86/0,35 = 2,46
КПСу (6 + 6)3-33-9н	0,35	1,3	0,71		1,88	0,86
КПСу (6 + 6)3п-33-9	0,25	1	0,83	1,20		0,30	0,79/0,30 = 2,63
КПСу (6 + 6)3п-33-9н	0,35	1,3	0,83		1,73	0,79
КПСу (6 + 6)5п-33-9	0,25	1	1,26	0,79		0,20	0,64/0,20 = 3,20
КПСу (6 + 6)5п-33-9н	0,35	1,3	1,26		1,41	0,64

Как видим по табл. 11, сейсмические нагрузки увеличились очень сильно: с 2,04 раза в 2-этажной раме, до 3,2 раз в 5-этажной раме с подвалом.

Прочностные характеристики бетона и стали изменялись, как приведено в табл. 10. Кроме того, постоянно изменялся то в большую, то в меньшую сторону коэффициент кратковременного действия нагрузки mкр. Вначале в сериях КПС, КПСу и КПСм mкр был равен 1,2 для продольной и поперечной арматуры, в серии КПС4 - mкр. был равен 1,1 х 0,85 = 1,0 - для продольной арматуры и (0,8 - 0,9) 0,85 = 0,7 - для хомутов. Здесь 0,85 - на повторяемость землетрясений, а 1,1 и 0,8 - для шлакобетонных конструкций.

В настоящих нормах mкр. = 1,2 - для продольной арматуры и 1,0 - для хомутов.

На основании сделанных выкладок было рассчитано около 40 2 - 5-этажных средних рам каркасов (6 + 6) и (6 + 3 + 6), сделанных из различных модификаций, и получены в них сейсмические нагрузки и арматура.

Далее, принимая арматуру в колоннах и ригелях первого этажа "нового" каркаса, рассчитанного на нагрузки 2000 года, за 1,0, определяют сейсмостойкость всех других каркасов, пользуясь графиком рис. 8. Если, например, количество арматуры в каркасе КПСу составляло 45% арматуры каркаса 2000 года, то его сейсмостойкость равна 7,8 балла.

В результате получают таблицу 12 сейсмостойкости (в баллах) всех редакций серий.

Рисунок 8

Данная таблица является теоретической, поскольку не учитывает некоторые особенности, вскрытые последующими исследованиями. Например, в сериях КПС, КПСу и КПСм поперечные стержни приваривались к продольной арматуре не контактной, а дуговой сваркой, что по проведённым исследованиям ДальНИИСа и ЦНИИСКа снижает несущую способность элемента до 25%.

Вместе с тем известно, что в этих же сериях не использовался так называемый "эффект постепенного замоноличивания узлов", который был заложен только в серию КПС4 и который несколько увеличивал несущую способность каркаса.

Таблица 12

Этажность	Сейсмостойкость (в баллах) редакций серий
	КПС (1972 год)	КПСу (1975 год) КПСм (1978 год)	КПС 4 (1986 год)
1	8,6	8,3	8,6
1 + подвал	8,4	8,2	8,4
2	8,2	8,0	8,2
2 + подвал	8,1	7,8	8,1
3	8,0	7,7	8,0
3 + подвал	7,9	7,5	7,9
4	7,8	7,5	7,8
4 + подвал	7,7	7,4	7,7
5	7,6	7,3	7,6
5 + подвал	7,6	7,2	7,6

Этот эффект заключается в следующем. До установки колонн над узлом, ригели остаются незаваренными и не воспринимают опорных моментов от смонтированных панелей перекрытия и ригелей, что соответствует нагрузке примерно в 0,4 т/м2. И только после заварки узлов ригели и колонны начинают работать на остальную часть нагрузки - т.е. на вес пола, перегородок и полезную нагрузку, т.е. ещё примерно на такую же нагрузку. В результате узел разгружается примерно на 10 тм, что в особом сочетании снижает нагрузку примерно на 20 - 25%.

Таким образом, можно заключить, что уменьшение несущей способности за счёт слабых хомутов компенсируется имеющимся резервом от постепенного замоноличивания узлов.

В серии КПС4 применяются замкнутые хомуты и учтён эффект постепенного замоноличивания узлов, поэтому нет ни понижения, ни повышения несущей способности каркаса.

6.14. В результате сказанного, данную таблицу относительной сейсмостойкости серий можно использовать как окончательную для обычных гражданских зданий с простой прямоугольной формой плана и с регулярным каркасом 6 + 6; 6 + 3 + 6; (6 + 6 + 6)п и высотой этажа от 2,8 до 3,3 м.

Если в плане здания имеются большие консоли, то необходимо вычислить отношение площади типового плана этажа к площади этажа без консолей и на этот коэффициент уменьшить значение Qфакт/ Q 2000 на графике рис. 8, по которому затем определить сейсмостойкость здания (в баллах).

6.15. Данная таблица составлена для зданий длиной до 30 м, у которых, согласно СНиП II-7-81*, п. 2.15, не учитывалось кручение. В зданиях большей длины сейсмическая нагрузка на крайние рамы существенно увеличивается. Сделанный в работе КФ ДальНИИС а расчёт показывает, что в здании длиной 72 м, поперечная нагрузка на крайние рамы увеличивается до 70%. По этой причине многие здания в г. Ленинакане при Спитакском землетрясении потеряли пространственную устойчивость. Учитывая сказанное, несущую способность крайних рам длинного здания необходимо уменьшить, используя следующий подход. Зададимся 4-этажным зданием серии КПСу длиной 60 м. Нагрузку на крайние рамы определяем по следующей пропорции:

При l = 72 - 30 м увеличение поперечной нагрузки на крайние рамы составило 70%

При l = 60 - 30 м увеличение поперечной нагрузки на крайние рамы составило Х%

Учитывая допускаемое перераспределение усилий в отдельных рамах до 30%, снижаем несущую способность здания, с некоторой осторожностью, на половину, принимая Х = 50 - 0,5 30 = 35%

Тогда, используя табл. 12, находим для 4-этажного здания серии КПС начальную сейсмостойкость здания 7,5 баллов и по графику рис.8 корректируем несущую способность Qфакт. = 0,47(1 - 0,35) = 0,30, что соответствует 7,2 баллов.

Следовательно, из-за кручения сейсмостойкость 60-метрового здания снизилась на 0,3 балла.

7. Заключение по техническому обследованию и сейсмостойкости несущих конструкций здания в целом

7.1. В конечном счёте на основании всех четырёх обследований выявляют фактическую сейсмостойкость здания.

Покажем на примере 4-х этажного мелкоблочного здания:

Пусть, например:

1. Сейсмостойкость по анализу проекта 7 баллов (из-за низкой категории кладки) на СНиП II-7-81*:

2. Сейсмостойкость по повреждению при землетрясении 1971 года (по Паспорту сейсмостойкости при dср. = 1,7) - 7,6 баллов.

3. Сейсмостойкость по визуальному обследованию (т.е на наличие внешних эксплуатационных дефектов) - 9 баллов (дефектов нет).

4. Сейсмостойкость по результатам поверочных расчётов: - 7,2 балла;

Тогда окончательная сейсмостойкость: - 7,4 балла.

7.1.1. Окончательная сейсмостойкость в 7,4 балла принимается как средняя между сейсмостойкостью по поведению здания при землетрясении и расчетной.

Чрезвычайно низкую сейсмостойкость, выявленную по соответствию СНиП в данном случае, не следует принимать во внимание, так как она принята по низкой категории кладки, которая, по-видимому, определена слишком приближённо (чисто теоретически) и сильно расходится с сейсмостойкостью здания, определённой по поведению здания при реальном землетрясении, что всегда более правильно. Однако, при этом повреждаемость здания при землетрясении должна быть взята точно по Паспорту. Таким образом, фактическая сейсмостойкость здания принимается в 7,4 баллов. Если Паспорта сейсмостойкости нет, то принимается dср. по таблице 2.

7.1.2. Вместе с тем, если при обследовании выявлены некоторые явно опасные конструкции, например, тяжёлые козырьки на "тонких ножках", или тяжёлые и высокие парапетры, нераскреплённые фахверком и т.д., сейсмостойкость которых явно ниже общей сейсмостойкости здания, то такие конструкции выделяются в самостоятельную группу и по ним в заключении делаются особые выводы.

7.1.3. Далее, на основании СП 13-102-2003 и СП 31-114-2004, а также п. 1.5 данных "Обоснований" даётся оценка общего технического состояния несущих строительных конструкций или здания в целом.

При общей сейсмостойкости здания 7,4 балла по СП 13-102-2003 это соответствует категории технического состояния как "ограниченно работоспособного".

Согласно СП 31-114-2004 объект в целом оценивается как "ограниченно пригодный II категории", когда общие затраты на его восстановление составят от 30 до 50% стоимости нового объекта.

7.1.4. Выделенные в отдельную группу явно опасные конструкции оцениваются по СП 13-102-2003 и п. 1.5 данных "Обоснований" по категории "недопустимого состояния", требующего проведения срочных страховочных мероприятий, а по СП 31-114-2004 оцениваются как конструкции "ограниченно пригодные III категории", при которой затраты на их реабилитацию составят от 50 до 85%.

7.2. Для справки приводится оценка общего технического состояния объекта по СП 31-114-2004, п. 9.1.3, по которой необходимо оценивать каждый объект совместно с оценкой по СП 13-102-2003, приведённой в п. 1.5 данных "Обоснований" - см. табл. 13

Табл. 13

Объект: "Пригодный к эксплуатации"	- когда грунт в основании и несущие конструкции полностью отвечают действующим СНиП в течение расчётного времени;
"Ограниченно пригодный I категории"	- когда на обеспечение нормативных требований по прочности и надёжности необходимо выполнить ремонтно-восстановительные или усилительные работы, затраты на которые составят до 25% от первоначальной стоимости объекта;
"Ограниченно пригодный II категории"	- когда общие затраты на восстановление и усиление составят от 30 до 50% стоимости нового объекта;
"Ограниченно пригодный III категории"	- когда общие затраты на реабилитацию объекта составят от 50 до 85% стоимости нового объекта;
"Непригодный к эксплуатации"	- когда общие затраты на реабилитацию превышают 85% стоимости объекта обследования.

7.3. Оценку сейсмостойкости крупноблочных зданий производят по трём показателям: по повреждаемости при 7-балльном землетрясении 1971 года, по визуальному осмотру и по расчётной характеристике.

Соответствие объекта проекту и расчетам не проверяется, так как все объекты построены по типовым проектам и их сейсмостойкость подтверждена расчётом на 8 баллов (в г. Петропавловске-Камчатском).

Однако, при 7-балльном землетрясении 1971 года некоторые объекты, согласно табл. 8. получили повреждения dср. = 3, что указывает на их более низкую сейсмостойкость.

Поскольку качество строительства всех крупноблочных зданий можно считать примерно одинаковым, так как изготовление изделий и монтаж практически вела одна организация, то более сильную повреждаемость отдельных зданий можно объяснить более плохими грунтовыми условиями, т.е. 10-балльной площадкой.

И тогда сейсмостойкость крупноблочного дома необходимо определить по табл. 2 как для отдельного здания при 7-балльном землетрясении.

Это будет 7-балльная сейсмостойкость. Но для этого необходимо обязательно найти Паспорт сейсмостойкости данного объекта в ГУП "Камчатскгражданпроект" или ГУП "Камчатгипрорыбпром". Если паспорта нет, то сейсмостойкость необходимо принять 8 баллов - на грунтах II категории и 7 баллов - на грунтах III категории.

Сейсмостойкость по визуальному обследованию определяется в зависимости от появившихся за время эксплуатации после землетрясения новых повреждений и деформаций, а также перестроек, существенно ухудшающих несущую способность здания. Например, если на первом были выбиты большие проёмы в стенах (под магазины, офисы и т.п.), то сейсмостойкость необходимо снизить примерно на 0,2 - 0,3 балла.

Или, если в подвале установилась вода, а раньше не было, то сейсмостойкость также необходимо уменьшить за счёт перевода площадки в 10-балльную. Такое снижение производится на основании таблицы 1.

Окончательная (фактическая) сейсмостойкость дома принимается как минимальная из трёх определений.

В конце делается оценка общего технического состояния по СП 13-102-2003 и СП 31-114-2004 по аналогии с мелкоблочным зданием.

7.4. Окончательная сейсмостойкость каркасно-панельного здания определяется на основании трёх обследований:

1. На соответствие СНиП II-7-81* - ........... баллов

2. По визуальному обследованию............... баллов

3. По расчётному анализу ......................... баллов

Окончательная сейсмостойкость ................ баллов

На соответствие СНиП сверяются основные требования, предъявляемые к конструкциям железобетонным каркасных зданий, например, если здание 5-этажное, то по табл. 8* оно допускается для 8 баллов и т.д.

При оценке по визуальному обследованию проверяется наличие эксплуатационных повреждений и деформаций в несущих конструкциях. Обычно такие дефекты могут встретиться в неэксплуатируемых зданиях, например. недостроенных и брошенных без консервации.

Коэффициент снижения несущей способности таких зданий, обычно, небольшой - порядка 0,8 0,9, и он учитывается в расчётном обосновании. Поэтому при таких повреждениях "визуальная" сейсмостойкость принимается по расчётной.

Расчётная оценка сейсмостойкости осуществляется на основании раздела 6 "Обоснований".

Окончательная (фактическая) оценка сейсмостойкости здания принимается, как правило, средняя между визуальной и расчётной.

В конце делается оценка общего технического состояния по СП 13-102-2003 и СП 31-114-2004, как описано для мелкоблочного здания.

8. Оценка поведения здания при прогнозируемом землетрясении и рекомендации по сейсмоусилению

8.1. В результате предыдущего анализа мы выяснили фактическую сейсмостойкость здания. Теперь необходимо выяснить, достаточно ли этой сейсмостойкости для конкретного здания на конкретной площадке, и по найденному отношению принять решение: нужно усиление или нет.

Для этого вначале необходимо определить силу расчётного землетрясения.

Расчётное землетрясение для каждого конкретного здания - различное в зависимости от сейсмичности площадки и назначения здания.

Если площадка, на которой расположено здание, имеет сейсмичность более 9 баллов, что определяется п. 2.3, то сейсмическая нагрузка на здание по сравнению с 9-балльной увеличивается на коэффициент 0,7 2,0 = 1,4, где 0,7 - коэффициент, принимаемый по п. 2.5 СНиП II-7-81* на нелинейное деформирование грунта, а 2,0 - коэффициент увеличения амплитуды колебания.

Если здание по назначению относится к зданиям повышенной ответственности, например, - школы, детские сады, больницы, здания энергетического назначения и т.п., то их необходимо рассчитывать на сейсмику также по карте "В" СНиП II-7-81*, т.е. на 9 баллов, независимо от грунтовых условий. Для г. Петропавловска-Камчатского, по данным ИФЗ им. О.Ю. Шмидта - это 9,4 баллов.

Таким образом, для обычного здания на средних грунтах расчетным будет 9-балльное землетрясение, для обычных зданий на грунтах III категории - на 9-балльное землетрясение с К = 1,4, т.е. на амплитуду А=0,4 1,4=0,56; для зданий повышенной ответственности на грунтах II категории - на землетрясение в 9,4 баллов, т.е. также на А = 0,4 1,4 = 0,56, а для зданий повышенной ответственности на грунтах III категории - на амплитуду А = 0,4 х 1,4 х 1,4 = 0,78 или на 10 баллов.

8.2. Однако, такие нагрузки соответствуют только новому зданию. Для "старых" зданий, отслуживших 40 - 50 лет, вероятность поражения расчётным землетрясением значительно снижается, за счёт уменьшения остаточного срока службы.

В работе (8), разработанной специально для условий Камчатки и Сахалина, учитывается эффект снижения сейсмической нагрузки у "старых" зданий за счёт снижения вероятности (обеспеченности) появления 9-балльного землетрясения за оставшийся срок службы здания. В результате предлагается производить снижение расчётной амплитуды по формуле:

,

где

Аст. - расчётная амплитуда для "старого" здания;

Ан - расчётная амплитуда для нового здания;

Тос. - оставшийся срок службы здания, в годах;

Тн - срок эксплуатации нового здания, принятый за 100 лет.

Таким образом можно вычислить расчётную амплитуду, а через неё - силу расчётного прогнозируемого землетрясения для любого здания в зависимости от сейсмичности площадки, назначения здания и его возраста - см. таблицу 14.

Амплитуда в таблице дана в долях от ускорения свободного падения - "g", как принято в СНиП II-7-81*.

Для перевода амплитуды в баллы используют график рис. 9, построенный на основании зависимости:

7 баллов - амплитуда А = 0,1;

8 баллов - А = 0,2;

9 баллов - А = 0,4;

10 баллов - А =0,8.

Таблица 14

Год постройки	Оставшийся срок, Тост.	Тост./Тнов.	Обычные здания				Здания повышенной ответственности
			грунты II категории		грунты Ш категории		грунты II категории		грунты III категории
			амплитуда А	балл	амплитуда А	балл	амплитуда А	балл	амплитуда А	балл
2009	100	1	0,4	9,0	0,56	9,4	0,56	9,4	0,76	9,8
2000	90	0,95	0,38	8,9	0,53	9,3	0,53	9,3	0,74	9,8
1990	80	0,89	0,36	8,8	0,50	9,2	0,50	9,2	0,69	9,7
1980	70	0,84	0,34	8,7	0,47	9,2	0,47	9,2	0,66	9,6
1970	60	0,77	0,31	8,55	0,43	9,1	0,43	9,1	0,60	9,5
1960	50	0,71	0,28	8,4	0,40	9,0	0,40	9,0	0,55	9,4
1950	40	0,63	0,25	8,3	0,37	8,9	0,37	8,9	0,49	9,2

8.3. Используя график рис. 9 и таблицу 14 и зная фактическую сейсмостойкость здания, определяют дефицит сейсмостойкости здания.

Например, фактическая сейсмостойкость мелкоблочного здания, построенного в 1960 году, стоящего на площадке II категории, была определена в 7,2 баллов. По табл. 14 находим, что требуемая для него расчётная сейсмостойкость должна быть 8,4 баллов, т.е. дефицит 1,2 балла. Его несущая способность, вычисленная по графику через амплитуду, должна быть (0,4/0,28) = 0,50 от требуемой.

Рисунок 9

8.4. Возможный ущерб от повреждения здания сейсмостойкостью "i" в случае землетрясения расчётным землетрясением "J" принимается по таблице 15, заимствованной из работы (6) и из работы проф. Г.Л. Коффа (7).

Таблица 15

Сейсмостой-кость здания "i"	Величина ущерба (%) от силы возможного землетрясения "J" (в балах)
	6	7	8	9	10
5	30%	60%	100%	120%	120%
5,5	15%	45%	80%	120%	120%
6	6%	30%	60%	100%	120%
6,5	3%	15%	45%	80%	120%
7	2%	6%	30%	60%	100%
7,5	1,5%	6%	22%	50%	90%
8	1,0%	6%	15%	45%	80%
9	0%	2%	6%	30%	60%

Под понятием ущерба подразумевается аварийно-спасательные работы, восстановление и усиление зданий и систем жизнеобеспечения, компенсация населению, восстановление инфраструктуры, строительство новых домов для пострадавших и т.п. При этом объём чисто восстановительных работ и строительство новых зданий занимает примерно 50%

Ориентировочное количество погибших (в % от находящихся в здании) с сейсмостойкостью "I" при прогнозируемом землетрясении "J" по данным проф. Г.Л. Коффа (6) приведены в таблице 16.

Таблица 16

Сейсмостой-кость здания "I"	Интенсивность землетрясения "J", в баллах
	6	7	8	9	10
6	0	0,1	1	8	15
6,5	0	0	0,55	4,5	11,5
7	0	0	0,1	1	8
7,5	0	0	0,03	0,25	6,0
8	-	0	0,05	0,55	4,5
8,5	-	0	0,02	0,25	2,2
9	-	0	0	0,1	1

Например, если фактическая сейсмостойкость здания была 7,2 балла, то ущерб от расчётного землетрясении в 9 баллов, согласно таблице 15, составит порядка 55%, а количество жертв составит примерно 0,5% от находящихся в здании.

8.5. Сравнивая социально-экономические показатели однотипных по назначению зданий, выбирают для усиления здание с максимальным риском.

9. Приложения

1. Изменение сейсмичности населённых пунктов Камчатского края в связи с изменением сейсморайонирования населённых пунктов

2. Сейсмичность участков по макросейсмическому обследованию последствий землетрясения 1971 года в г. Петропавловске-Камчатском

3. Изменение сейсмической нагрузки на жёсткие мелкоблочные и крупноблочные здания по сейсмическим нормам

4. Схема сейсмического микросейсморайонирования г. Петропавловска-Камчатского

10. Список используемой литературы

1. Сильные Камчатские землетрясения 1971 года, под редакцией С.А. Федотова, ДВНЦ АН СССР, г. Владивосток, 1975 г.

2. Соколов М.Е., Дроздюк В.Н., Ашкенадзе Г.Н. Рекомендации по усилению конструкций блочных и панельных зданий на сейсмические воздействия (на примере Камчатки), КБ по железобетону им. Якушева, "Камчатскгражданпроект", г. Петропавловск-Камчатский, 1993 г.

3. Поляков С.В. Сейсмостойкие конструкции зданий, изд. Высшая школа, М., 1969 г.

4. Айзенберг Я.М. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений N 5 за 2000 г., ВНИИНТПИ, 2000 г.

5. Безруков Ю.И., Решетарь Ю.Г., Дроздюк В.Н. и др. Отчёт о НИР "Провести анализ состояния конструкций каркасных гражданских зданий на пористых заполнителях_ 2 этап. Обследование эталонных объектов гражданских зданий по программе ДальНИИС", Договор N 01/05/00 от 10.03.2000 г., Камчатский филиал ДальНИИС, г. Петропавловск-Камчатский, 2000 г.

6. Уздин А.М., Белаш Т.А., Долгая А.А. и др. Отчёт о НИР "Провести анализ отечественной и зарубежной теории и практики оценки приемлемого сейсмического риска в строительстве. 1 этап. Оценка статистических параметров надёжности отечественных норм". Проект N 5 ФЦКП "Сейсмозащита", НТЦСС, г. Санкт-Петербург", 1999 г.

7. Кофф Г.П., И.В. Чеснокова. Информационное обеспечение страхования от опасных природных процессов., изд "Полтекс", М., 1998 г.

8. Штанько Л.Ф. Вероятностные оценки расчётных сейсмических ускорений в зависимости от срока службы сооружений. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений N 1 за 2001 год, ВНИИНТПИ, 2001 г.