Оценка технического состояния и сейсмостойкости зданий школ в Республике Бурятия

Высокая сейсмичность территории Республики Бурятия, выход очередной редакции СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» [1] обусловили, в том числе, необходимость разработки мероприятий по обеспечению сейсмобезопасности населения и объектов народного хозяйства Республики Бурятия в рамках ФЦП «Сейсмобезопасность Республики Бурятия на 1999-2000 годы и на период до 2010 года». В связи с этим объекты строительства зданий и сооружений, возведенных на территории современной Бурятии с конца ХIХ в. до начала 1980-х гг., требуют пристального изучения с позиций их соответствия современным требованиям по сейсмостойкости. Особый интерес в этом отношении представляет оценка технического состояния зданий общеобразовательных учреждений – школ, построенных на территории Республики Бурятия в указанный период, результаты которой отражены в настоящей статье.

Материалы и методы исследований

Методологической основой выполненных работ являлись требования ГОСТ 31937-2011 [2] и БурТСН-3–02 [3]. Состав работ включал: поиск и анализ технических документов; шурфование фундаментов, вскрытия (зондажи) конструкций и узлов их сопряжения, выявление дефектов и повреждений конструкций; определение прочностных характеристик материалов конструкций (марка раствора и кирпича, категория кладки по сопротивляемости сейсмическим воздействиям, класс бетона); освидетельствование конструкций и их фотофиксацию; анализ результатов в соответствии с общестроительными и антисейсмическими нормами; оценку технического состояния и сейсмостойкости конструкций и зданий в целом; подготовку выводов и рекомендаций.

Применялись оборудование и средства измерений, прошедшие метрологическую поверку в Бурятском ЦСМ: пресс ПСУ-125, разрывная машина УММ-5, измеритель прочности бетона ИПС-МГ4; измеритель толщины защитного слоя бетона Поиск-2,5; линейка измерительная Л500; штангенциркуль ЩЦ-I-150-0,1; микроскоп МПБ-1; прибор для определения категории кладки по сопротивляемости сейсмическим воздействиям; измеритель прочности бетона BETON PRO CONDTROL.

Результаты исследований

Результаты обследований зданий школ были отражены в публикациях [4, 5, 6].

С учетом того, что здания возведены в конце ХIХ в. - начале 1980-х гг. и располагаются на площадках с расчетной сейсмичностью 7-9 баллов, основной задачей исследований являлось установление соответствия указанных объектов современным требованиям СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*», Федерального закона № 384-ФЗ от 30.12.2009 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и других нормативных документов [1, 7-10].

Результаты выполненных работ представлены в таблице.

Таблица

Результаты обследования технического состояния зданий школ в Республике Бурятия

№ п/п	Наименование, адрес, год строительства (этажность, конструкции несущие)	Расчетная сей-смич-ность, баллы	Краткое описание технического состояния здания	Дефицит сейсмостойкости, баллы
1	2	3	4	5
1	Здания школ на 1266 учащихся, в г. Гусино-озерск (ж/б каркас), в с. Цолга (ж/б каркас), № 6 в п. Орешково (г. Улан-Удэ), 2008 г. (3-этажное, сборный межвидовой железобетонный каркас серии 1.020.1-2 с)	8	Соответствует антисейсмическим нормам	-
2	Здания школы-интерната по ул. Новая, 1 в с. Усть-Алташа в Мухоршибирском районе, 2000 г., здание спортзала, 2005 г. (1-этажное, сборный ж/б каркас, легкобетонные панели), здание школы № 14 г. Улан-Удэ, ул. Чертен-кова, 3, 1972 г. (2-этажное, фундамент из бетонных блоков, стены кирпичные, перекрытия ж/б)	8	Несоответствия конструктивного характера	0,5
3	Здание школы в с. Санага Закаменского района, 2006 г. (монолитный бетон, железобетон)	8	Нарушение проектных решений, длительное строительство в условиях пучинистых грунтов	0,5

Продолжение таблицы

1	2	3	4	5
4	Здания школы-лицея в с. Кижинга, пер. Космонавтов, 1, 1992 г. (1-этажное, бутовый фундамент, деревянные стены и перекрытия), в с. Сулькара Кижингинского района по ул. Школьная, 1989 г. (1-этажное, бетонный фундамент, деревянные стены и перекрытия)	7	Несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера.	0,5-1
5	Здания школы в с. Кудара-Сомон Кяхтинского района (кирпичные стены, сборные ж/б перекрытия), в п. Хоронхой Кяхтинского района, 1968 г. (кирпичные стены), № 1 в с. Хоринск Хоринского района, 1910 г., (дерев.), в с. Ха-сура Хоринского района, 1968 г. (дерев.), в с. Тэгда Хоринского района, 1965 г. (деревянное)	8	Нарушение проектных решений, трещины в стенах. Несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера. Неквалифицированная эксплуатация	1,0
6	Здания школы в ул. Холтосон Закаменского района, 1962 г. (кирпичные стены), здание гимназии в г. Закаменск, 1960 г. (шлакоблочные стены), здание школы в с. Эхэ-Цакир Закамен-ского района, 1996 г. (деревянное, шлакоблочное), с. Дутулур Закаменского района, 1996 г. (дерев.), в с. Ташир Селенгинского района, 1965 г. (монолитные шлакобетонные стены, дерев. перекрытия), в с. Жаргаланта Селенгин-ского района, 1969 г. (шлакобет. стены, дерев. перекрытие)	8	Несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера	1,5
7	Здание школы № 54, ул. Полевая, п. Исток г. Улан-Удэ	9	Несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера	1,0-2,0
8	Здания школы в с. Могсохон Кижингинского района, 1969 г. (деревянное), с. Улюкчикан, Баргузинского района, ул. Цыденжапова, 16 (1930, 1950, 1984 гг.), в с. Корсаково Кабан-ского района, в с. Сахули, ул. Школьная Ку-румканского района РБ, 1934 г. (1-этажное, бутовый фундамент, деревянные стены и перекрытия), в п. Майский Курумканского района РБ, 1962 (стены из бруса), Актовый зал школы в с. Улюн Баргузинского района, 1963 г. (1-этажное, стены из бруса, перекрытие – деревянные фермы), по ул. Комарова, 30 в с. Зун-Мурино Тункинского района, 1977 г. (1-этажное, бетонный фундамент, деревянные стены и перекрытия), № 1. г. Улан-Удэ, ул. Куйбышева, 40, 1937 г. (3-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), № 5, г. Улан-Удэ, ул. Бони-вура, 40, ст. Дивизионная РБ, военный городок № 1, 1985 г. (3-этажное, бетонный фундамент, кирпичные стены, ж/б перекрытия), в п. Сокол г. Улан-Удэ, конец 1970-х гг. (кирпичные стены, ж/б перекрытие)	7	Предаварийное состояние, несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера. Износ конструкций	1,0-1,5
9	Здание школы в с. Ильинка, ул. Октябрьская, 172 е, 1955 г. (2-этажное, деревянное)	8	Несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера. Износ конструкций	2,0-2,5

Продолжение таблицы

1	2	3	4	5
10	Здания Дома детского творчества, с. Курумкан, ул. Ленина, 30, 1972 г. (деревянное), в с. Ши-бертуй Бичурского района, с. Бичура, ул. Советская, 7, 1972 г. (кирпичные стены), 1967 г. (1-этажное, шлакобетонные стены, деревянные перекрытия), начальной школы в с. Нижняя Иволга, ул. Юбилейная, 3 (1- этажное, деревянное), школы № 2 в с. Иволгинск, кв. Студенческий, 13, 1972 г. (4-этажное, кирпичные стены, ж/б перекрытия), вечерней школы по ул. Ленина, 40 в с. Иволгинск РБ, 1972 г. (2-этажное, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы по ул. Школьная, 14 с. Загустай Кижин-гинского района (кирпичные стены, ж/б перекрытия), школы № 2, г. Улан-Удэ, ул. Сухэ-Ба-тора, 5, 1937 г. (3-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 3, г. Улан-Удэ, ул. Советская, 43, 1937 г. (3-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 7, г. Улан-Удэ, ул. Тулаева, 101 а, 1958 г. (1этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 20 в г. Улан-Удэ, ул. Геологическая, 9, 1937 г. (3этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 29, г. Улан-Удэ, ул. Бабушкина 16, 1937 г. (3-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 39, г. Улан-Удэ, ул. Революции 1905 г., 56, конец ХIХ – начало ХХ в. (1-этажное, кирпичные, деревянные стены), МУК № 1, г. Улан-Удэ, ул. Пушкина, 40, 1952 г. (3-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 41, г. Улан-Удэ, 1930 г. (бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 42, г. Улан-Удэ, ул. Комсомольская, 3, 1937 г. (3-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), здание МУЦ г. Улан-Удэ, ул. Оцимика, 20, 1936 г. (2-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия), школы № 4, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 14, 1936 г. (2-этажное, бутовый фундамент, кирпичные стены, деревянные перекрытия)	9	Несоответствия объемнопланировочного и конструктивного характера. Повреждения конструкций	2,0-2,5
11	Здание школы (блок А), с. Мостовка Прибайкальского района	9	Недостатки СМР	1,5-2,0

По результатам обследования зданий констатируется:

• 1.    Из 68 обследованных зданий только 3 строения в целом соответствуют современным антисейсмическим нормам. В остальных зданиях имеют место разной степени несоответствия объемно-планировочного и конструктивного решений требованиям СП 14.13330.2014 [7]. Дефицит сейсмостойкости таких зданий изменяется в пределах 0,5-3,5 балла, т.е. такие строения являются несейсмостойкими и эксплуатируются в условиях повышенного инженерного, прежде всего сейсмического, риска. Поэтому в соответствии с терминами и определениями

  п. 9.1.3 СП 31-114-2004 [9] оценка зданий была таковой - ограниченно пригодные к эксплуатации 1 - 3-й категорий.

• 2.    В большей части зданий наличествуют силовые и климатические повреждения конструкций. Поэтому техническое состояние строений согласно СП 13-102-2003 [8], ГОСТ 31937-2011 определено как ограниченно работоспособное. Техническое состояние отдельных зданий оценено как близкое к аварийному.

• 3.    Здания в большей их части не соответствуют требованиям Федерального закона № 384-ФЗ от 30.12.2009 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

• 4.    Объемно-планировочные решения большей части зданий не соответствуют требованиям, предъявляемым к общеобразовательным учреждениям.

• 5.    Теплотехнические характеристики стен зданий школ не соответствуют современным требованиям по энергосбережению СНиП 23-02-2003.

Причинами указанных выше в целом неудовлетворительных констатаций являются:

• -    изменение (увеличение) нормативной сейсмичности отдельных населенных пунктов;

• -    ужесточение нормативных требований к объемно-планировочному и конструктивному решениям зданий;

• -    нарушение проектных решений;

• -    строительство отдельных строений так называемым «хозяйственным способом» без проектной документации;

• -    низкое качество строительно-монтажных работ;

• -    физический износ и повреждения конструкций, в том числе из-за неквалифицированной эксплуатации строений.

Наиболее проблемные здания школ по их объемно-планировочному и конструктивному исполнению можно разделить на 3 группы:

• -    двух- и трехэтажные здания с бутовыми фундаментами, кирпичными стенами и деревянными перекрытиями постройки 1936-1939 гг. в Улан-Удэ (рис. 1, 2);

• -    одно- и двухэтажные рубленые с деревянными брусчатыми или бревенчатыми стенами здания преимущественно в сельских населенных пунктах постройки в период начало - конец ХХ в. (рис. 3 - 5).

• -    одно- и двухэтажные здания с кирпичными, шлакозаливными и туфоблочными стенами, деревянными перекрытиями постройки середины ХХ в. (рис. 6).

Масштабные по размерам здания первой группы имеют сложную Ш-образную форму в плане. Отсутствие антисейсмических швов в примыкании дворовых отсеков к основному объему зданий нарушает требования п. 6.1.2, 6.1.3 СП 14.13330.2014. Строения характеризуются пониженными прочностными характеристиками кладки стен: кирпич М50, раствор М10-15 при требуемой согласно п. 6.14.4, соответственно не менее М125 и М25, временное сопротивление осевому растяжению (категория кладки по сопротивляемости сейсмическим воздействиям) 0,6-0,8 кгс/см2 при требуемой согласно п. 6.14.4 величине не менее 1,2 кгс/см2. Монолитность кладки стен снижена за счет трещинообразования.

К другим несоответствиям требованиям СП 14.13330.2014 относятся отсутствие горизонтального армирования сетками пересечений стен (п. 6.14.13); размеры рядовых и угловых простенков при отсутствии армирования их сетками и комплексными включениями (п. 6.14.10); отсутствие железобетонных антисейсмических поясов в уровне перекрытий (п. 6.14.11); наличие неусиленных кирпичных элементов (в том числе щипцовых стен в объеме чердака), возвышающихся над перекрытием более чем на 400 мм (п. 6.14.13); отсутствие железобетонных обрамлений проемов лестничных клеток (п. 6.14.17); наличие кирпичных столбов (п. 6.14.13), наличие несквозных стен; наличие дымовых труб бывших котельных.

Деревянные перекрытия в зданиях при фактически реализованной этажности и расчетной сейсмичности площадок расположения не соответствуют требованиям п. 6.3.6

СП 14.13330.2014 (не допускаются). Ситуацию осложняет наличие большепролетных брусчатых треугольных стропильных ферм покрытия, в отдельных случаях выполненных с отступлением от общепринятых решений (отсутствуют элементы для восприятия скалывающих усилий на опорах). Сведения об антисейсмических возможностях и соответствующем проектировании рассматриваемых ферм ограниченны. Относительно поведения таких конструкций в других зданиях (здание бывшего кинотеатра «Октябрь», бывшего ДК «Текстильщик», мастерские Театра оперы и балета и др.) можно указать, что во всех подобных ферменных покрытиях при их обследовании были выявлены разной степени повреждения, подчас несовместимые с требованиями безопасной эксплуатации.

Рисунок 1 – Здание школы № 3 в г. Улан-Удэ

Рисунок 2 – Здание школы № 29 в г. Улан-Удэ

Рисунок 3 – Здание школы в с. Ильинка, ул. Октябрьская, 172 е

Рисунок 4 – Здание начальной школы в с. Нижняя Иволга, ул. Юбилейная, 3

Рисунок 5 – Здание школы в с. Сужа, ул. Советская, 23 Иволгинского района

Рисунок 6 – Вечерняя школа в с. Иволгинск, ул. Ленина, 4

Оценивая в целом антисейсмические возможности деревянных зданий второй группы, необходимо отметить, что их изначальная, по проектному решению и фактическому исполнению, недостаточная сейсмостойкость усугубилась крайне низким уровнем эксплуатации. Конструктивное решение таких зданий, как правило, принималось без учета сейсмичности района строительства: сложная форма в плане, завышенная свободная длина стен; отсутствуют сжимы в пересечениях стен; выполнение рубки стен «в лапу» без дополнительных укрепляющих мероприятий (вместо рубки «с остатком»); очень узкие, не подкрепленные сжимами простенки; отсутствие диагональной подшивки потолков, отсутствие конструктивной связи стен с фундаментом, довольно тяжелые в целом крыши. Поэтому здания в большей их части не соответствуют БурТСН-3-04 «Указания по антисейсмическим мероприятиям в деревянных конструкциях и зданиях, возводимых в Республике Бурятия» [11]. Резервы фактических эксплуатационных возможностей большей части таких зданий практически исчерпаны даже вне связи с сейсмической опасностью – наличествуют повреждения несущих элементов гнилью и грибком, деформации стен, прогибы в перекрытиях. Восстановление и усиление в соответствии с антисейсмическими требованиями таких зданий в ряде случаев по стоимости может оказаться явно дороже нового строительства.

Для преимущественно одноэтажных зданий третьей группы со стенами из легких бетонов, построенных так называемым «хозяйственным» способом, характерны крайне низкая прочность материалов (М20-30) и их климатическая деструкция. Согласно Справочнику [12] марка легкого бетона, применяемого для наружных однослойных стен 1-2-этажных зданий, при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов должна быть не менее М50 (В3,5). Марка бетона по средней плотности должна быть не более Д1400. Согласно «Временным указаниям по изготовлению и применению блоков из бетонов на пористых вулканических заполнителях Зака-менского района Бурятской АССР» 1982 г. (эти указания опубликованы в издании [13]), шлакобетон рекомендуется применять как в монолитных, так и в сборных конструкциях зданий без ограничений по температурно-влажностным условиям. Согласно п. 5.2. этого документа применение шлакобетона в несущих конструкциях ограничивается проектной маркой не выше М150. Расчетная сейсмичность здесь не оговаривается, т.е. обычно имеется в виду рассматриваемый диапазон сейсмичности в 7-9 баллов. Восстановление и усиление в соответствии с антисейсмическими требованиями таких зданий экономически нецелесообразно.

Для кирпичных 2-3-этажных зданий предусматривалось: усиление наружных и внутренних стен двусторонними железобетонными «рубашками»; обеспечение надежного соединения стен различных направлений; замена деревянных перекрытий монолитными железобетонными; выполнение рам продолжений внутренних поперечных и продольных стен; утепление стен согласно современным требованиям по энергосбережению; демонтаж дымовых труб бывших котельных.

Для деревянных зданий предусматривались: замена поврежденных гниению венцов срубов с обеспечением их конструктивной связи с фундаментом; усиление углов, пересечений стен и простенков постановкой с обеих их сторон сжимов-стоек, диагональная подшивка потолков; обеспечение надежной конструктивной связи стропильной системы крыш со срубом и их отдельных элементов между собой; замена утеплителя чердачных перекрытий на более легкий и эффективный; ремонт кровель.

Также были даны рекомендации по демонтажу отдельных зданий, техническое состояние которых оценено как аварийное.

По результатам проведенных обследований зданий школ в различной мере, как правило, реализовались только локальные ремонтно-восстановительные работы, такие как ремонт кровельного покрытия (школа № 3), замена поврежденных участков чердачного перекрытия (школы № 20, 29), ремонт стропильной системы, отмостки и т.п. Более масштабно выполнен капитальный ремонт здания школы № 40 в г. Улан-Удэ, в результате которого исполнено усиление поврежденной трещинами стены и ее фундамента, деревянное междуэтажное перекрытие заменено монолитным железобетонным, заменены поврежденные гниением и грибком участки чердачного перекрытия.

В полной мере антисейсмическое усиление реализовано лишь при реконструкции здания школы № 2 в г. Улан-Удэ. Также демонтировано старое и возведено новое здание школы № 65 в г. Улан-Удэ.

Заключение

Таким образом, выявлена острая проблема неудовлетворительного технического состояния зданий школ в республике, требующая принятия неотложных мер по повышению уровня их эксплуатационной надежности. Наиболее приемлемым вариантом при этом следует считать строительство новых школ.

Необходимо разработать республиканскую программу по реконструкции, антисейсмическому усилению, строительству зданий школ, в том числе с привлечением средств федерального бюджета.