Обследование здания после пожара: как оценивают несущую способность прогретых конструкций

Самое опасное здание после пожара — то, которое выглядит нормально. Огонь потушен, копоть смыли, оборудование вывезли, колонны стоят, ферма на месте, видимых разрушений нет. Производство хочет запускаться на следующей неделе. Проблема в том, что несущая способность прогретой конструкции определяется не её внешним видом, а тем, что произошло с материалом при температуре, и часть этих изменений необратима.

Разбираем по существу: что происходит с бетоном, арматурой и сталью при пожаре, в каком порядке оценивают остаточную несущую способность и какие решения принимают по итогам. Речь идёт только о конструктиве — противопожарные требования и восстановление систем защиты это отдельная тема.

Что происходит с материалами при нагреве

Бетон. Прочность теряется постепенно и по нескольким механизмам сразу. Свободная и связанная вода испаряется, цементный камень дегидратируется, в структуре появляются микротрещины, заполнитель и цементный камень расширяются по-разному и работают друг против друга. При умеренном прогреве потери невелики, при высоких температурах прочность падает кратно, а после остывания продолжает снижаться ещё несколько недель — из-за гидратации образовавшейся извести с увеличением объёма. Поэтому замер, сделанный на третий день, и замер через месяц дают разные цифры, и вывод «бетон в порядке», полученный сразу после тушения, обманчив.

Отдельный эффект — взрывообразное разрушение поверхностных слоёв у плотных и влажных бетонов: пар не успевает уйти, и защитный слой откалывается, оголяя арматуру ровно там, где она нагревается сильнее всего.

Косвенный признак, по которому работают на площадке, — изменение цвета: розоватый оттенок, сероватая белизна, желтоватость поверхности соответствуют разным диапазонам температур. Это индикатор для разметки зон, а не основание для расчёта: цифры берут из испытаний образцов.

Арматура. При нагреве сталь теряет предел текучести, и уже при умеренно высоких температурах прочность снижается вдвое и более. Часть этой потери восстанавливается после остывания, но не вся и не у всех сталей. Горячекатаная стержневая арматура восстанавливается в значительной степени. Холоднодеформированная проволочная арматура, канаты и напрягаемые элементы прочность после отжига не возвращают: предварительно напряжённые конструкции — самая уязвимая позиция после пожара, даже при аккуратном внешнем виде. Отдельно оценивают потерю сцепления арматуры с бетоном и состояние анкеровки на опорах.

Стальные конструкции. Незащищённая сталь прогревается быстро и при температурах пожара теряет большую часть расчётного сопротивления — отсюда провисания ферм, выпучивание стенок балок, потеря устойчивости сжатых элементов и гнутых профилей. После остывания прочность стали в значительной мере возвращается, а вот геометрия — нет. Остаточные деформации, погнутые стержни связей, вытянутые отверстия, сорванные и срезанные болты, разрушенные сварные швы, нарушенная центровка узлов — это то, что реально снижает несущую способность. Плюс раскрытие узлов из-за температурных перемещений: при нагреве элементы удлиняются, упираются в опоры и рвут крепления.

Каменная кладка. Расслоение, выкрашивание раствора, глубокое растрескивание камня, отклонение стен от вертикали из-за температурного выгиба, повреждение перемычек над проёмами.

Резкое охлаждение. Не забывайте про тушение: подача воды на раскалённые конструкции даёт термоудар, и повреждения от него могут быть сильнее, чем от самого нагрева.

Порядок обследования после пожара

Работа строится по общим правилам обследования технического состояния, но с двумя особенностями: приоритет безопасности обследователей и обязательная привязка всех выводов к карте температурного воздействия.

1. Ограждение зоны и предварительная оценка. До начала любых работ определяются участки, где возможно обрушение: провисшие фермы, плиты с оголённой арматурой, стены с отклонениями. Зона ограждается, доступ ограничивается, при необходимости ставятся временные стойки. Только после этого обследователи заходят внутрь.

2. Фиксация зон температурного воздействия. Строится карта пожара: где был очаг, как распространялось горение, какова была длительность, где стояла пожарная нагрузка. Исходные данные — акт о пожаре, донесения пожарных подразделений, записи камер, объяснения персонала, сведения о том, что и в каком количестве горело. Затем на планы и разрезы наносятся зоны интенсивного, умеренного и слабого воздействия — по следам копоти, оплавлениям, состоянию отделки, цвету бетона, деформациям. Дальнейшая программа испытаний привязывается к этой карте.

3. Визуально-измерительное обследование. Ведомость повреждений по каждой конструкции: отколы защитного слоя, оголённая арматура, трещины, прогибы, выпучивания, состояние узлов и сварных швов, смещения опор, раскрытие швов.

4. Отбор образцов и инструментальный контроль. Здесь принципиальный момент: поверхностные методы после пожара работают плохо. Склерометр и ультразвук измеряют повреждённый наружный слой и занижают либо искажают результат, а прочность меняется по толщине сечения. Поэтому основой становится отбор кернов с испытанием на прессе и оценкой прочности по глубине, ультразвуковое прозвучивание для картирования нарушенной структуры, определение глубины прогрева, для стали — определение механических характеристик по вырезанным образцам, толщинометрия, геодезическая съёмка фактической геометрии и прогибов, контроль качества сварных швов и состояния болтовых соединений.

5. Поверочный расчёт. Финальный этап: в расчётную модель закладываются фактические сечения с учётом отколов, фактическая прочность бетона по зонам, остаточные характеристики арматуры и стали, фактическая геометрия с учётом остаточных деформаций, реальные нагрузки. Результат сравнивается с действующими воздействиями — по каждой группе конструкций.

6. Наблюдение в динамике. Если есть сомнения в стабилизации деформаций или трещины продолжают раскрываться, назначается мониторинг. С учётом того, что прочность бетона после пожара продолжает снижаться, повторные измерения через несколько недель — нормальная практика, а не перестраховка.

Какие решения принимают по итогам

Итоговый документ — техническое заключение с категорией технического состояния по каждой группе конструкций и перечнем мероприятий. Решения обычно распадаются на четыре сценария:

• эксплуатация без ограничений — для конструкций вне зоны воздействия, при подтверждённой расчётом несущей способности. Формулировка допустима только по результатам испытаний, а не по внешнему осмотру;
• ограничение нагрузок и режима эксплуатации — снижение полезной нагрузки на перекрытие, запрет складирования, ограничение грузоподъёмности крана, вывод части оборудования, до выполнения восстановительных работ;
• восстановление и усиление по проекту — восстановление защитного слоя ремонтными составами, наращивание сечений, обоймы и рубашки, усиление стальных элементов накладками и дополнительными связями, замена повреждённых узлов и крепежа, правка или замена деформированных элементов. Проект усиления разрабатывается на основании расчёта, а не по аналогии;
• демонтаж — при исчерпании несущей способности, необратимых повреждениях предварительно напряжённых элементов, глубоком прогреве сечений. Дешевле заменить ферму, чем усиливать то, что уже не работает.

Для зданий и сооружений, входящих в состав опасного производственного объекта, к инженерной части добавляется юридическая: пожар относится к событиям, после которых требуется экспертиза промышленной безопасности здания в порядке статьи 13 Федерального закона № 116-ФЗ, и её результат вносится в реестр Ростехнадзора. Обследование в этом случае становится технической основой экспертизы. Действующие редакции закона и подзаконных актов проверяйте в справочно-правовых системах: требования к порядку и оформлению периодически меняются.

Что сделать предприятию в первые дни

Пока не начато обследование, зафиксируйте всё, что потом восстановить не удастся. Сделайте подробную фотосъёмку и видеосъёмку до расчистки — обгоревшие конструкции, зоны копоти, следы оплавлений, положение обрушившихся элементов. Сохраните акт о пожаре и сведения о длительности горения. Не спешите с уборкой и покраской: побеленная колонна теряет половину диагностических признаков, а свежая штукатурка скрывает трещины. Ограничьте доступ персонала в повреждённые пролёты приказом, а не устно. И не запускайте технологию «на пару дней, пока идёт обследование» — именно в этот период конструкции работают с неизвестным запасом.

По объектам на ОПО параллельно с инженерной частью идут сроки. Когда экспертиза нужна быстро, узкое место — поиск эксперта с подходящей областью аттестации. НПИ «Недра» сделало под это сервис «Блиц-эксперт»: заявку сразу видят все аттестованные эксперты института, первый свободный берёт её в работу, срок — от одного дня, цена по тарифу видна до регистрации, оплата двумя частями по 50%, замечания и исправленные документы ходят внутри заявки, заключение приходит с электронной подписью.

Обследование конструкций после пожара, отбор и испытание образцов в собственной лаборатории, поверочные расчёты, проекты усиления и экспертизу промышленной безопасности НПИ «Недра» выполняет одной командой. Если у вас горел цех и непонятно, можно ли запускаться, опишите ситуацию в форме заявки — инженер скажет, что обследовать в первую очередь.

Фото: fishermansdaughter, Flickr, CC BY 2.0