Здание бывшего пивоваренного завода, принадлежавшее до 1917 года А.Ф. Ермолаеву, 5-этажное (включая цокольный), кирпичное, с неполным металлическим каркасом, компактной трапецеидальной (близкой к прямоугольной) формы в плане, с деревянным чердачным перекрытием и с междуэтажным перекрытиями из кирпичных сводов, выполненных по стальным двутавровым балкам. №23, принятых по «Русскому сортаменту», расположенных с шагом 1,18 м (рис. 1). Своды опираются на продольные кирпичные стены и на стальные продольные балки, опирающиеся, в свою очередь, на стальные колонны и поперечные несущие стены (рис. 2).
Рис. 1. Здание бывшего пивоваренного завода, принадлежавшего до 1917 года А.Ф. Ермолаеву
Рис. 2. План 2-го этажа здания
Основными несущими конструкциями здания являются наружные и внутренняя кирпичные стены со встроенным стальным неполным каркасом. Стены переменной толщины по высоте здания выложены из обыкновенного глиняного кирпича на цементном растворе с добавлением извести.
При обследованиях строительных конструкций в наружных и во внутренних стенах здания были обнаружены трещины, рассекающие стены по всей высоте.
Выполненными исследованиями было установлено, что причиной деформации здания и образования в стенах трещин являются неравномерные осадки грунтового основания. Однако причиной развития неравномерных осадок является не ухудшение прочностных и деформационных свойств грунтов, а изменение конструктивной схемы здания и перераспределение нагрузок передающихся на стены в результате разрушения коррозией металлических колонн каркаса на первом этаже здания.
Обследованием металлических конструкций было установлено:
1. Колонны встроенного стального каркаса, расположенные на пересечении координационных осей «3»/«Б» и «4»/«Б» (рис. 2, клепаного сечения, состоящего из двух швеллеров №30 и стальных листов толщиной 12 мм.
2. В сечениях, расположенных на высоте 1,7 м над уровнем перекрытия цокольного этажа, колонны полностью разрушены коррозией (рис. 3-5).
3. Величина потери площади поперечного сечения колонн составляет 70...90%.
Рис. 3. Стальная колонна, расположенная на пересечении осей «Б»/«3».
Рис. 4. Отверстие, образовавшееся в стенке швеллера, в результате разрушения металла коррозией.
Рис. 5. Разрушенный сквозной коррозией накладной лист колонны
3. Опирающиеся на разрушенные колонны строительные конструкции вышерасположенных четырёх этажей (колонны и перекрытия) удерживаются от обрушения только за счет совместной работы сводчатых перекрытий и неразрезных стальных балок, обладающих достаточной прочностью и жесткостью. Сложившаяся к моменту выполненных обследований (апрель 2009 г.) ситуация на объекте являлась аварийной, могло произойти обрушение междуэтажных перекрытий и возможно всего здания. В связи с этим все работы по очистке здания от строительного мусора, по обследованию, разборке и монтажу конструкций были приостановлены вплоть до ликвидации аварийной ситуации. Параллельно были выполнены работы по усилению разрушенных колонн и по расчету напряженно-деформированного состояния наиболее нагруженного перекрытия 2-го этажа. Расчеты НДС сводчатого перекрытия были выполнены для двух конструктивных схем.
Конструктивная схема №1. Сводчатое перекрытие опирается на продольные наружные стены, а в средине пролёта на продольную балку, опирающуюся, в свою очередь, на две колонны и на поперечные несущие стены. Такая конструктивная схема соответствует первоначальному состоянию перекрытия, когда колонны находились в работоспособном состоянии (рис. 6).
Конструктивная схема №2 соответствует состоянию сводчатого перекрытия на момент разрушения поперечного сечения колонн 1-го этажа.
Рис. 6. Конструктивная схема №1
Рис. 7. Конструктивная схема №2
Напряженно-деформируемое состояние сводчатого перекрытия, соответствующее конструктивной схеме №1
Изополя вертикальных перемещений (Z)
Изополя попереченых сжимающих напряжений (NX)
Изополя продольных сжимающих напряжений (NY)
Напряженно-деформируемое состояние сводчатого перекрытия, соответствующее конструктивной схеме №2
Изополя вертикальных перемещений (Z)
Изополя поперечных сжимающих напряжений (NX)
Изополя продольных сжимающих напряжений (NY)
Сравнение перемещений (Z) и напряжений (NX и NY) в перекрытиях для двух конструктивных схем в нескольких расчётных сечениях представлены на рис. 8-10.
Рис. 8. Вертикальные перемещения - прогибы (Z)
Рис. 9. Поперечные сжимающие напряжения (NX)
Рис. 10. Продольные сжимающие напряжения (NY)