Исследование технического состояния исторического здания - маяк 2Анива", расположенного в Сахалинской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование технического состояния исторического здания - маяк «Анива», расположенного в Сахалинской области

Алексей Александрович Лихачев

Ольга Александровна Усольцева

Аннотация

В настоящее время много исторических зданий не обследованы и нет достоверной информацией о техническом состоянии таких объектов. Очень часто в обследование технического состояния сооружений оценивается только с внешней стороны, и не определяют защитные свойства строительных материалов, внутренние части здания, особенно это важно для исторических зданий. Поэтому прежде, чем строителям принять какие-либо проектные решения, надо понимать текущее состояние объекта. Для его обследования можно было использовать несколько способов. К примеру, найти старую проектную документацию, по которой косвенно можно было все изучить. Но такая информация не будет достоверной, поэтому за основу взято сложное историческое здание-маяк «Анива», которое необходимо было натурно обследовать. Маяк «Анива» - архитектурное сооружение, имеющее интересную, сложную форму для обследования было применялись цифровые технологии. В статье приведены данные по обследованию данного исторического здания, возведенного в 1938 году, а также приведены технологиями измерения параметров здания при оценке технического состояния. В результате предложено для обследования такого рода зданий применять метод лазерного сканирования и построения цифровых моделей сооружений. Материал адресован всем заинтересованным специалистам.

Ключевые слова: лазерное сканирование, обследование зданий и сооружений, цифровая модель здания.

Abstract

Study of the technical condition of the historical building-lighthouse «Aniva» located in the Sakhalin region

Currently, manyhistoricalbuildingshavenotbeeninspectedandthereisnoreliableinformationaboutthetechnicalconditionofsuchobjects. Veryoften, theinspectionofthetechnicalconditionofstructuresisestimatedonlyfromtheoutsideanddoesnotdeterminetheprotectivepropertiesofbuildingmaterialsandtheinternalpartsofthebuilding, thisisespeciallyimportantforhistoricalbuildings. Therefore, beforebuildersmakeanydesigndecisions, itisnecessarytounderstandthecurrentstateoftheobject. Severalmethodscanbeusedtoexamineit. Forexample, tofindoldprojectdocumentation, accordingtowhichitwaspossibletostudyeverythingindirectly. However, suchinformationwillnotbereliable, therefore, thecomplexhistoricalbuilding-lighthouse «Aniva» wastakenas a basis, whichhadtobeinspectedonsite. Lighthouse «Aniva» - anarchitecturalstructurewithaninteresting, complexshape, digitaltechnologieswereusedfortheexamination. Thearticlepresentsdataonthesurveyofthishistoricbuilding, erectedin 1938, aswellasthetechnologiesformeasuringtheparametersofthebuildingwhenexaminingthetechnicalcondition. As a result, themethodoflaserscanningandtheconstructionofdigitalmodelsofstructuresissuggestedfortheexaminationofsuchbuildings. Thematerialisaddressedtoallinterestedspecialists.

Keywords:laserscanning, inspectionofbuildingsandstructures, digitalbuildingmodel.

Основная часть

Термины и определения

Диагностика - установление и изучение признаков, характеризующих состояние строительных конструкций зданий и сооружений для определения возможных отклонений и предотвращения нарушений нормального режима их эксплуатации.

Обследование - комплекс мероприятий по определению и оценке фактических значений контролируемых параметров, характеризующих эксплуатационное состояние, пригодность и работоспособность объектов обследования и определяющих возможность их дальнейшей эксплуатации или необходимость восстановления и усиления.

Дефект - отдельное несоответствие конструкций какому-либо параметру, установленному проектом или нормативным документом.

Повреждение - неисправность, полученная конструкцией при изготовлении, транспортировании, монтаже или эксплуатации.

Поверочный расчет - расчет существующей конструкции по действующим нормам проектирования с введением в расчет полученных в результате обследования или по проектной и исполнительной документации геометрических параметров конструкции, фактической прочности строительных материалов, действующих нагрузок, уточненной расчетной схемы с учетом имеющихся дефектов и повреждений.

Критерии оценки - установленное проектом или нормативным документом количественное или качественное значение параметра, характеризующего прочность, деформативность и другие нормируемые характеристики строительной конструкции.

Введение. В период губернаторства Карафуто на Южном Сахалине самый сложный и оригинальный технический проект был осуществлен при строительстве маяка на мысе Нака-Сирэтокомисаки (мыс Анива).

Рисунок 1. Скальный маяк Анива

Маячная башня, совмещенная с жилыми и техническими помещениями», расположенная по адресу: Сахалинская область, остров Сахалин, южная оконечность Тонино-Анивского полуострова, скала Сивучья (рис. 1). Сооружение расположено на необитаемом острове площадью 2 500 м², в непосредственной близости от южной оконечности Тонино-Анивского полуострова (рис. 2). На острове отсутствуют какие-либо строения и объекты инженерной и транспортной инфраструктуры.

Рисунок 2. Скала Сивучья (до постройки маяка)

Для рельефа берега характерно непрерывное чередование низких участков с гористыми. Эти участки значительны по размерам и приблизительно равны по протяженности. Прибрежные горы повышаются по мере продвижения с юга на север от м. Анива. Там, где к берегу примыкает гористая местность, он представляет собой скалистые обрывы, низкие участки оканчиваются песчаными пляжами. Практически все мысы каменистые, заваленные крупными глыбами. Наиболее интенсивное увеличение снежного покрова происходит с ноября по январь. В этот период создаются основные запасы снега. Наибольшая высота снежного покрова за зиму в среднем составляет на защищенных участках 70-120 см, на открытых - 3060 см, а в узких распадках гор - до 3 - 4 м. Снег сходит в южных районах Сахалина в конце апреля - начале мая.

Маяк (рис. 3) представляет собой комбинацию двух строительных объемов, одним из которых является усеченный конус, описанный около цилиндра (маячная башня и фонарное сооружение), а вторым эллиптический цилиндр (жилые и технические помещения).

Рисунок 3. Маяк Анива - строительство

Сооружение выполнено по монолитной конструктивной системе, где все несущие элементы сооружения выполнены из монолитного железобетона. Ядро жесткости обеспечивается совокупностью вертикальных несущих элементов (стен) сооружения, образующих замкнутый контур в плане и обеспечивающих общую пространственную жесткость конструктивной системы сооружения.

1. Реконструкция Маяка «Анива». Реконструкция исторического сооружения «Маячная башня, совмещенная с жилыми и техническими помещениями», расположенная в Сахалинской области, остров Сахалин, южная конечность Тонино-Анивского полуострова, скала Сивучья, началась с мероприятий по разработке программы обследования и мониторинга технического состояния сооружения, а также графика обследований технического состояния сооружения с учетом неблагоприятных условий эксплуатации сооружения.

В процессе обследования выполнено уточнение фактических геометрических параметров строительных конструкций и их элементов, определение их соответствия проекту или отклонение от него.

Инструментальными измерениями уточнялись пролеты конструкций, их расположение и шаг в плане, размеры поперечных сечений, высоту помещений, отметки характерных узлов, расстояния между узлами и т.д.

Обмерные работы выполнены с помощью воздушного лазерного сканирования и цифровой аэровидеосъемки с определением элементов внешнего ориентирования аэрофотокамеры и лазерного сканера.

Характеристики используемого оборудования и методика выполнения работ обеспечили: для воздушного лазерного сканирования - плотность точек лазерных отражений (ТЛО) не менее 400 точек на 1 м²; для круговой аэровидеосъемки - качество Full HD.

Лазерное сканирование и аэровидеосъемка выполнены в режиме непрерывной съемки. Аэросъемка выполнена в дневное время при высоте солнца над горизонтом не менее 15 градусов при благоприятных метеоусловиях. Воздушное лазерное сканирование выполнено с точностью, обеспечивающей создание трехмерной цифровой модели объекта с точностью не менее 5 см на местности (рис. 4).

Рисунок 2. Фотореалистичная модель сооружения

Результатом обмерных работ стала цифровая трехмерная фотореалистичная измеряемая модель объекта (рис. 5) в форматах, поддерживаемых программой AutodeskRevit и круговую аэровидеосъемку в общеобменных форматах для видео. Формат, поддерживаемый программой AutodeskRevit для плотного облака точек лазерного сканирования - LAS, для полигональной модели - MESH.

Рисунок 3. Цифровая модель сооружения

При проведении обмерных работ были уточнены следующие размеры здания:

• разбивочные оси сооружения, его горизонтальные и вертикальные размеры, пролеты и шаг несущих конструкций, основные геометрические параметры несущих конструкций;

• фактические размеры расчетных сечений конструкций и их элементов;

• размеры узлов стыковых сопряжений элементов и их опорных частей;

• вертикальность и соосность опорных конструкций, наличие и местоположение стыков, мест изменения сечений;

• прогибы, изгибы, отклонения от вертикали, наклоны, выпучивания, перекосы,

• смещения и сдвиги в железобетонных конструкциях: расположение, количество и класс арматуры, признаки коррозии арматуры и закладных деталей, а также состояние защитного слоя;

• в железобетонных и каменных конструкциях: наличие трещин и величину их раскрытия; в металлических конструкциях: прямолинейность сжатых стержней, наличие соединительных планок, состояние элементов с резкими изменениями сечений, фактическую длину, катет и качество сварных швов, размещение, количество и диаметр заклепок или болтов, наличие специальной обработки и пригонки кромок и торцов; деревянных конструкциях: наличие искривлений и коробления элементов, разрывов в поперечных сечениях элементов или трещин по их длине, наличие и размеры участков биологического поражения.

2. Обследования Маяка «Анива». В дальнейшем было проведено сначала визуальное обследование для целей предварительной оценки технического состояния строительных конструкций и инженерного оборудования, электрических сетей по внешним признакам, определения необходимости в проведении детального (инструментального) обследования.

Далее выполнено сплошное визуальное обследование конструкций здания, инженерного оборудования, электрических сетей. Выявлены дефекты и повреждения по внешним признакам с необходимыми измерениями и их фиксацией (рис. 6а, б).

Рисунок 4. Измерение и фиксация дефектов: а - измерение дефектов; б - фиксация дефектов

По результатам проведения предварительного (визуального) обследования зафиксированная картина дефектов и повреждений для различных типов строительных конструкций не достаточна для оценки технического состояния конструкций. При визуальном обследовании обнаружены дефекты и повреждения, снижающие прочность, устойчивость и жесткость несущих конструкций сооружения (стен, балок, покрытий и перекрытий и др.).

В ходе выполнения детального (инструментального) обследования технического состояния сооружения были выполнены следующие работы:

• инструментальное определение параметров дефектов и повреждений;

• определение фактических характеристик материалов основных несущих конструкций и их элементов; определение реальных эксплуатационных нагрузок и воздействий, воспринимаемых обследуемыми конструкциями с учетом влияния деформаций грунтов основания;

• определение реальной расчетной схемы здания или сооружения и его отдельных конструкций;

• определение расчетных усилий в несущих конструкциях, воспринимающих эксплуатационные нагрузки;

• поверочный расчет несущей способности конструкций по результатам обследования и составление итогового документа (заключения) с выводами по результатам обследования.

По результатам обследования и с учетом повреждений была построена пространственная оболочечно-стержневая конечно-элементная модель в ПК ЛИРА - САПР 2021 (рис. 7).

Рисунок 7. Пространственная оболочечно-стержневая конечно-элементная модель

строительный исторический маяк архитектурный

По результатам обследования, а также расчетов физического износа Маяка установлено, что обследуемый объект не удовлетворяет требованиям по сейсмической устойчивости. Здание не обеспечивает безопасности пребывания людей в случае возникновения сейсмической нагрузи свыше рассчитанной. Мероприятия по обеспечению повышения сейсмоустойчивости предполагают внесение изменений в конструктивную схему здания, что подразумевают реконструкцию фундамента и ограждающих конструкций здания с изменением форм сечений и параметров армирования.

Ввиду наличия несущих конструкций в ограниченно-работоспособном состоянии, возможный ущерб при землетрясении составит свыше 30%, что соответствует 3-й степени повреждения по шкале MSK-64 и характеризуется образованием больших и глубоких трещин в стенах.

Степень физического износа сооружения на момент обследования по результатам расчета составляет 71%.

Несущие конструкции требуют выполнения большого объема ремонтно-восстановительных работ или усиления (реконструкции) с общими затратами более 85% стоимости объекта обследования.

Согласно п. 9.1.3 СП 31-114-2004 [10] категория технического состояния объекта в целом - «Ограничено пригодный третьей категории», так как несущие конструкции требуют выполнения реабилитационных работ.

Для приведения объекта обследования в нормативное техническое состояние необходимо проведение реконструкции объекта обследования.

По результатам обследования, а также расчетов физического износа сооружения установлено, что обследуемый объект не удовлетворяет требованиям по сейсмической устойчивости. Здание не обеспечивает безопасности пребывания людей в случае возникновения сейсмической нагрузи свыше 7 баллов.

1. Рекомендации. В итоге даны следующие рекомендации:

• ограничить доступ людей на объект обследования и вывести здание из эксплуатации в установленном порядке;

• подготовить проектно-сметную документацию на снос и демонтаж разрушенной надстройки над вторым этажом;

• выполнить работы по сносу и демонтаж разрушенной надстройки над вторым этажом;

• выполнить работы по консервации объекта обследования на период подготовки проектно-сметной документации на капитальный ремонт сооружения;

• подготовить проектно-сметную документацию на капитальный ремонт и сейсмоусиление объекта обследования;

• выполнить строительно-монтажные работы по капитальному ремонту и сейсмоусилению объекта обследования.

Заключение. Таким образом, если говорить об особенностях исследования технического состояния исторических зданий, то для этого необходимо использовать современные, передовые технологии для построения идеальной модели объекта. Современное моделирование должно содержать в себе результаты обследования и отражает действительное состояние здания. Данный подход позволит своевременно и планомерно принимать решения о капитальном ремонте, возможности реконструкции и эксплуатации такого вида зданий. Кроме этого, исследование технического состояния исторических зданий является важной задачей, стоящей перед инженерами и эта задача должна поддерживаться государством.

Библиографические ссылки

1. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. М.: Стандартинформ, 2014

2. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004

3. СП 14.13330.2018. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004

4. ВСН 53-86 (р). Правила оценки физического износа жилых зданий.

5. Савин С.Н., Данилов И.Л. Сейсмобезопасность зданий и территорий / под общ. ред. О.М. Латышева. - Спб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2014. - 216 с.

6. Технический отчет по результатам обмерных работ и комплексного обследования объекта: «Маячная башня, совмещенная с жилыми и техническими помещениями инв. №1», расположенного по адресу: Сахалинская область, остров Сахалин, юж-ная оконечность Тонино-Анивского полуострова, скала Сивучья. ООО «Сахалин-ская геология».

7. РАФ - 89. Руководство по аэрофотосъемке в картографических целях».

8. СТО Роскартография 3.1.0-2019.

9. Воздушный кодекс Российской Федерации от 19.03.1997 №60-ФЗ (ред. от 02.07.2021, с изм. от 02.07.2021). Доступ из СПС «КонсультантПлюс».

10. Постановление Правительства Российской Федерации от 11.03.2010 №138 (ред. от 02.12.2020, с изм. и доп. от 09.06.2021) «Об утверждении Федеральных правил использования воздушного пространства Российской Федерации».

11. Приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 27.06.2011 №171 (ред. от 10.08.2018) «Об утверждении инструкции по разработке, установлению, введению и снятию временного и местного режимов, а также кратковременных ограничений».

12. Приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 16.01.2012 №6 (ред. от 25.12.2018) «Об утверждении Федеральных правил «Организация планирова-ния использования воздушного пространства Российской Федерации».

13. Приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 24.01.2013 №13 (ред. от 25.12.2018) «Об утверждении Табеля сообщений о движении воздушных судов в Российской Федерации».

14. ГОСТ Р 56122-2014. Беспилотные авиационные системы. Общие требования.

15. Приказ Министра обороны Российской Федерации от 24.09.2004 №275 «Об утверждении Федеральных авиационных правил производства полетов государственной авиации».

16. Постановление Правительства Российской Федерации от 25.05.2019 №658 «Об утверждении Правил учета беспилотных гражданских воздушных судов с максимальной взлетной массой от 0,25 килограмма до 30 килограммов, ввезенных в Российскую Федерацию или произведенных в Российской Федерации».

Размещено на Allbest.ru