Введение. Нарушение нормального режима эксплуатации зданий и сооружений приводит к появлению всевозможных признаков, влияющих на рабочее состояние конструкций и грунтов оснований не лучшим образом. Это может являться основанием для проведения обследования, позволяющего установить и оценить степень повреждения и категорию технического состояния по сравнению с проектом, техническими условиями и практикой эксплуатации, определить возможность их дальнейшей эксплуатации или необходимость усиления.Подобные вопросы возникают при реконструкции зданий и сооружений [1, 2], при длительной эксплуатации старых зданий, сносе всего здания или его части, встраивании нового здания среди старых существующих и т.п. [3, 4].Цель настоящей работы - выявить возможность изменения конструктивного решения покрытия главного корпуса Каменских РЭС с использованием облегченных конструктивных элементов без усиления существующих фундаментов.При выполнении настоящей научно-исследовательской работы были использованы следующие материалы и методы:- задание руководства ООО «Пензастройпроект» на выполнение работ по обследованию технического состояния конструкций здания Каменских РЭС и выдача заключения о возможности изменения конструктивного решения покрытия без усиления существующих фундаментов;- проект привязки «Ремонтно-производственная база электрических сетей. База тип III. Главный корпус», проект № 1228-ТМ, Энергосетьпроект, Ростов на Дону, 1966 г.;- результаты натурного визуального обследования фактического состояния конструкций, фундаментов и грунтов основания главного корпуса;- результаты исследования образцов грунта основания с определением основных физико-механических характеристик, необходимых для поверочных расчетов;- поверочные расчеты основания с учетом изменения условий эксплуатации; Характеристика объекта. Здание главного корпуса представляет прямоугольное здание в плане с полным железобетонным каркасом, двух пролетное, одноэтажное с размерами 24 х 36 м. По данным приведенным в типовом проекте № 1228 – ТМ: т.2-19 грунтами основания служит глина коричневая, коричнево-бурая, известковая, полутвердая, тугопластичная со следующими физико-механическими характеристиками (табл.1): Физико-механические характеристики грунта основания           Таблица 1НаименованиегрунтаКоэффициент пористостиеУдельное сцепление с, кПаУгол внутреннего трения φ, градМодуль деформации Е, МПаглина0,75- 0,7819,020013 Для суждения о грунте основания, определения фактических размеров фундамента, косвенного определения прочности бетона фундамента и отбора образцов грунта для лабораторных исследований был отрыт шурф с наружной стороны здания возле фундамента колонны по ряду Б, ось 7. План расположения шурфа показан на рис. 1, сечение шурфа на рис. 2.  Рис. 1. План расположения шурфа  Рис. 2. Сечение фундамента в шурфе Визуальное обследование технического состояния несущих и ограждающих конструкций зданияВизуальное обследование фактического состояния грунтов основания фундамента было выполнено в отрытом шурфе в конце мая 2018 г (рис.3). По результатам обмеров установлено, что размер подошвы фундамента по оси 7 составляет 1,6 м, что меньше принятого в проекте 1,8 м. Фундамент монолитный, железобетонный, хорошего качества. Рис. 3. Фактическое состояния грунтов основания фундамента            Определение прочности бетона органолептическим методом, путем простукивания ребром молотка показало, что на поверхности бетона остается слабо заметный след, звук звонкий. Это подтверждает, что марка бетона выше М 200. Горизонтальная гидроизоляция в уровне низа стеновой панели отсутствует.          Фактическая глубина залегания подошвы фундамента составляет 2,2 м, что на 0,4 м больше принятой в проекте. Такая глубина заложения при определении расчетного сопротивления грунта основания с запасом компенсирует некоторые уменьшения подошвы фундамента в плане [5].          Грунты основания в шурфе соответствуют приведенным в проекте привязки по наименованию. В проекте о грунтовых водах сведений не имеется, в отрытом шурфе вода грунтовая установилась на глубине 2,00 м от поверхности.          Колонны каркаса здания железобетонные по серии КЭ 01-49, вып. II сечением 400х400 мм. Визуальное обследование колонн по оси 3-5 ряду В и пробах бетона ударом молотка по зубилу, установленному перпендикулярно боковой поверхности колонны, показало, что от зубила почти не остается след, пластина не отделяются, след от царапанья зубилом не виден. Это говорит о том, что марка бетона колонны выше М 200. Общее состояние колонны удовлетворительное.          Ограждение здания выполнено из панелей ячеистого бетона толщиной 240 мм. В связи с отсутствием горизонтальной гидроизоляции многие панели замочились и видны следы проявившегося грибка. Сами панели стен не имеют видных деформаций, находятся в удовлетворительном состоянии. В некоторых швах, в местах стыков панелей имеются трещины.           Другие конструкции не обследовались, однако снизу в покрытии видны следы замачивания в следствии протекании кровли.     В покрытии приняты 12-ти метровые двускатные балки по серии ПК 01-66 вып. VIII. Кровля рулонная по утеплителю из пенобетона толщиной 100 мм с плотностью 500 кг/м. Крыша течет. Фотофиксация объекта исследования представлена на рис.4.  Рис.4. Фотофиксация исследуемого объекта Определение физико-механических характеристик грунтов          Физико-механические характеристики грунтов основания определялись в лаборатории механики грунтов Пензенского государственного университета архитектуры и строительства на образцах грунта ненарушенной структуры, отобранных с площадки строительства. Определялись основные характеристики, необходимые для расчета фундаментов. Все испытания проводились в соответствии с действующими ГОСТами.          Природная влажность ω. Влажность грунта природная определялась в соответствии с [6] весовым методом путем высушивания образцов грунта в сушильном шкафу при температуре 100 – 105 0 С. Всего было испытано 6 образцов грунта. Результаты испытания представлены в табл.2. Определение природной влажности грунта                             Таблица 2Номер бюксаМасса пустого бюкса, гМасса бюкса с влажным грунтом, гМасса бюкса с сухим грунтом, гПриродная влажность, Среднее значение10822.276.564.328.025.322522.7102.985.527.737023.475.665.723.439622.874.464.523.712922.783.171.224.537423.382.270.724.3Нормативное значение природной влажности 25.3% .          Природная плотность ρ. Плотность грунта природная определялась методом режущего кольца в соответствии с [6]. Всего было испытано 3 образца грунта. Результаты испытания представлены в табл. 3. Определение плотности грунта                                         Таблица 3№ кольцаМасса пустого кольца, гОбъем кольца, см3Масса кольца с грунтом, гПриродная плотность, г/см3Среднее значение1444.450.0143.81.992.01942.3144.62.04341.7142.02.01Нормативное значение природной плотности 2,01 г/см3.Плотность минеральных частиц ρs. Плотность минеральных частиц грунта для отдельных разновидностей грунтов меняется в небольших приделах, нами не определялась, а взята по результатам наших испытаний подобных грунтов и по литературным данным равной 2,73 г/см3.Коэффициент пористости  е . Коэффициент пористости рассчитывается по формуле:где е   – коэффициент пористости,ρs  – плотность минеральных частиц,ρ  – плотность природная,ω  – влажность природная.Пористость грунта  n . Пористость грунта рассчитывается по формуле:где n  – пористость грунта,е – коэффициент пористости,   Степень влажности грунта Sr. Степень влажности грунта, или доля заполнения пор водой, рассчитывается по формуле: где Sr – степень влажности грунта,ρs – плотность минеральных частиц,ω – природная влажность,е – коэффициент пористости,ρw – плотность воды, равная 1.0 г/см3.  Согласно [7] – грунт водонасыщенный. Определение прочностных характеристик грунтаПрочностные характеристики грунта определяются в соответствии с [8] путем испытания образцов грунта на срез в сдвиговом приборе. Всего было испытано 6 образцов грунта.Результаты испытания следующие:Таблица 4Вертикальное (уплотняющее) давление σ, кг/см2Горизонтальное (сдвигающее) давление τ, кг/см21.000.601.500.802.000.902.000.901.500.801.000.60 Количество испытаний образцов достаточно для статической обработки результатов методов наименьших квадратов. По этому методу в соответствии с [9] прочностные характеристики определяются по формуле:где   – угол внутреннего трения грунта,C – удельное сцеплениеn  – число определений.Определение расчетного сопротивления грунтаПри подборе размеров подошвы фундамента в соответствии с [10], среднее давление под подошвой фундамента от нормативных нагрузок не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания. Расчетное сопротивление грунта основания определяется по формуле:   В нашем случае имеем:Тогда расчетное сопротивление грунта основания будет равно: Оценка несущей способности основания с учетом изменения конструктивного решения покрытияНеобходимость изменения конструктивного решения покрытия вызвана тем, что существующая крыша с мягкой кровлей и внутренним водостоком за пятьдесят с лишним лет эксплуатации частично разрушена, частично некачественно выполнена часть водосточных труб. Система внутреннего водостока перестала удовлетворять эксплуатационным требованиям.Изначально крыша была двускатной над каждым пролетом здания. После реконструкции и изменения конструктивного решения покрытия с использованием облегченных металлических конструкций крыша станет двускатной над всем зданием. Внутренний водосток ликвидируется, и отвод воды с крыши станет наружным неорганизованным. Старая крыша практически останется, а новая устраивается дополнительно. Нагрузки на фундамент возрастут. Проверим возможность устройства новой крыши без усиления фундамента и произведем сбор нагрузок (табл. 5). Сбор нагрузок                                                     Таблица 5№ п/пНаименование нагрузокНормативная нагрузка, кг/м3Существующее зданиеПостоянные1Слой гравия, втопленный в мастику 15 мм27.022 слоя стеклоткани на мастике8.033 слоя рубероида на мастике15.04Асфальтовая стяжка 20 мм36.05Утеплитель – пенобетон 100 мм50.06Пароизоляция5.07Железобетонная плита покрытия300.0Временные8.Снеговая126.09На покрытие75.0Дополнительная нагрузка – новая крышаПостоянные10 Кровля металлическая по деревянной обрешетке из досок24.011Металлическая ферма20.012Бетонные столбики26.013Стойки каркаса8.014Распределительные балки35.0 ИТОГО755.0  Требования [10] удовлетворяются с небольшим запасом.  По данным П.А.Коновалова [11], А.Г. Ройтмана [12] и других исследователей [13], установлено, что для глинистых грунтов с показателем текучести IL ≤ 0,5 при длительной эксплуатации зданий (более 15 лет) значения характеристик расчетного сопротивления грунта основания R обычно увеличиваются за счет улучшения свойств грунтов при их уплотнении давлением зданий и могут несколько уменьшаться (в меньшей степени) в результате повышения влажности грунта в пределах пятна застройки.Профессора Е.В. Поляков и В.К. Соколов [14], обобщая большой опыт реконструкции зданий и сооружений, учитывая оппрессовку грунта в процессе длительной эксплуатации рекомендуют увеличивать расчетное сопротивление уплотненного грунта повышающими коэффициентами, которые зависят от соотношения фактического среднего давления под подошвой и расчетного сопротивления грунта природного состояния  Р/R = 0,94.Таким образом, уплотнение грунтов под подошвой фундаментов в процессе длительной эксплуатацией позволяет принять еще на 10-30% более высокое сопротивление грунта. Основные выводы и рекомендации:1. Визуальные обследования фактического технического состояния несущих и ограждающих конструкций главного корпуса Каменских РЭС показало, что все они не имеют недопустимых деформаций, дефектов и разрушений, препятствующих нормальной эксплуатации и находятся в удовлетворительном состоянии.2. Проверочные расчеты основания с учетом изменения условий эксплуатации в связи со строительством новой крыши, некоторые увеличения давления под подошвой фундамента не выходит за пределы требований СП 22.13330.2016.3. Для исключения дальнейшего постоянного замачивания нижних стеновых панелей за счет капиллярного подсоса грунтовой влаги необходимо восстановить горизонтальную гидроизоляцию.4. Изменения конструкции покрытия главного корпуса Каменских РЭС может выполняться без усиления существующих фундаментов.