Расчёт остаточной прочности конструкций: методы, допуски, примеры

Расчёт остаточной прочности — ключевой этап технического обследования зданий, необходимый для принятия обоснованных решений: требуется ли усиление конструкции, возможна ли её дальнейшая эксплуатация или необходим демонтаж. В Ростовской области такая оценка особенно актуальна при обследовании зданий с длительным сроком службы, признаками износа, последствиями ЧС или подготовкой к реконструкции. В статье рассмотрены методы расчёта, используемые нормативы, допуски и типовые примеры на реальных объектах.

Что такое остаточная прочность

Остаточной прочностью называют фактическую несущую способность конструкции на момент обследования, с учётом её текущего технического состояния, дефектов, износа и сниженных характеристик материалов. Расчёт остаточной прочности показывает, выдержит ли элемент нормативные нагрузки или его необходимо усилить, разгрузить или заменить.

Когда выполняется расчёт

Расчёт остаточной прочности выполняется в следующих ситуациях:

• обнаружены трещины, прогибы, коррозия арматуры, расслоения или другие дефекты конструкций;
• здание подлежит реконструкции или надстройке, планируется изменение нагрузки;
• необходимо обосновать возможность дальнейшей эксплуатации конструкции с дефектами;
• требуется подтвердить, что конструкция не аварийна и пригодна для усиления;
• отсутствуют проектные данные, а расчёт выполняется по результатам вскрытия и инструментального контроля.

Нормативная база расчёта

Расчёты выполняются в соответствии с:

• СП 63.13330.2018 — бетонные и железобетонные конструкции;
• СП 16.13330.2017 — стальные конструкции;
• СП 20.13330.2016 — нагрузки и воздействия;
• ГОСТ 27751-2014 — надёжность строительных конструкций и оснований;
• методиками расчёта на основе результатов обследований по ГОСТ 31937-2011.

Какие параметры учитываются при расчёте

Чтобы рассчитать остаточную прочность конструкции, требуется:

• фактическая геометрия элемента (сечение, длина, опорные условия);
• характеристика материала: прочность бетона, кирпича, стали (по результатам испытаний или склерометрии);
• вид и степень дефектов: ширина и протяжённость трещин, коррозия, разрушения, утраты сцепления;
• нагрузки: постоянные, временные, эксплуатационные и климатические;
• состояние арматуры (тип, диаметр, коррозия, сцепление, анкеровка);
• грунтовые условия — при расчёте фундаментов (осадки, несущая способность).

Методы и подходы к расчёту

Расчёт выполняется по первой и второй группе предельных состояний:

• Первая группа (прочность) — проверяется несущая способность элемента с фактическими характеристиками;
• Вторая группа (жёсткость, трещиностойкость) — анализируются прогибы, деформации, раскрытие трещин.

Используются численные методы (линейная и нелинейная расчётная модель), а также программные комплексы (SCAD, ЛИРА, Robot, RSTAB и др.) — при сложных объектах.

Допуски и предельные значения

По результатам расчёта оцениваются:

• Коэффициент запаса прочности — допустим не ниже 1,0 для существующих зданий с дефектами;
• Прогиб — не должен превышать предельных значений, указанных в СП 63 (например, l/250 для перекрытий);
• Ширина раскрытия трещин — допустимая по СП для железобетона — 0,3 мм (нормальная эксплуатация);
• Коррозия арматуры — при потере более 25% сечения необходимо усиление или замена.

Практический пример

В 2023 году в Ростове-на-Дону при обследовании производственного здания был выявлен прогиб плит перекрытия в зоне размещения тяжёлого оборудования. При вскрытии и замерах прочность бетона составила 13 МПа, арматура — коррозия до 20% сечения, шаг стержней превышал проектный. Расчёт остаточной прочности показал снижение несущей способности на 38% от нормативной. На основании расчёта были предложены меры по усилению: установка металлических стоек и распределительных балок под плитами. Эксплуатация продолжилась без снижения функциональности здания.