В соответствии с ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» [1] мониторингу технического состояния подлежат уникальные здания и сооружения для повышения степени обеспечения их безопасного функционирования, а также для отслеживания степени и скорости изменения технического состояния их несущих конструкций и своевременного принятия, в случае изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, экстренных мер по предотвращению их обрушений.

По терминологии Градостроительного Кодекса РФ [2] и статьи 15 Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [3] к уникальным относятся здания и сооружения с высотой, превышающей 100 м, а также сооружения, где используются конструкции и конструктивные схемы с применением нестандартных или специально разработанных методов расчета или методов, требующих проверки на физических моделях.

Башня, поддерживающая конструкции газоочистки аглофабрики в г. Новокузнецке, имеет «повышенный» уровень ответственности сооружения, класс сооружения – КС-3 по классификации ГОСТ 27751-2014 [4], высота по проекту – 160 м. Именно поэтому она относится к уникальным сооружениям, для которых предусмотрена процедура научно-технического сопровождения (НТС) и мониторинга.

Для поддержания конструкций вытяжки газоочистки аглофабрики были запроектированы несущие конструкции башни (высотой 160 м), элементы которой изготавливались и предварительно собирались на Нижнетагильском заводе металлических конструкций (ООО «НТЗМК», г. Нижний Тагил).

Для выполнения проектных указаний при изготовлении металлоконструкций башни в заводских условиях проводился дополнительный выборочный входной контроль, выборочный операционный контроль и контроль качества сварных соединений, выборочный приемочный контроль материалов и элементов конструкции (рис. 1).

При выборе поставляемого проката, для изготовления элементов конструкций, были проведены консультации по подбору и сплошная проверка сертификатов на материал на соответствие предъявляемым требованиям нормативно-технических документов и проектной документации. Также проведены консультации по выбору сварочных материалов, оборудования и наполнению технологических карт на проведение сварочных и контрольных работ.

На каждую принятую партию проката были дополнительно проконтролированы сортамент и классы прочностей сталей, клейма поставщика проката, бирки на пачках и маркировка на листах и сертификатах качества. Также выборочно проконтролирован прокат на отсутствие видимых расслоений, раковин, трещин, закатов, вмятин и деформаций, превышающих допустимые по нормативно-техническим документам на прокат.

Специалисты ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко совместно с представителями завода-изготовителя и Заказчика проводили контрольную сборку элементов башни при последовательном укрупнении. В ходе контрольной сборки проверялось соответствие изготовленных конструкций требованиям проекта и нормативной документации, величины зазоров во фланцевых соединениях.

При изготовлении металлических конструкций применялись следующие неразрушающие методы качества: визуально-измерительный, ультразвуковой контроль и метод капиллярной (цветной) дефектоскопии (рис. 1).

В 2024 г. в г. Новокузнецке для поддержки конструкции газовой очистки аглофабрики была смонтирована четырехугольная башня с сечением, уменьшающимся к верху, по высоте и по форме напоминающая Эйфелеву башню в Париже. Монтаж конструкций осуществлялся с помощью двух кранов, установленных на отдельных фундаментах.

В ходе НТС башни на строительной площадке специалистами ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко проводились следующие работы:

– выборочный входной контроль конструкций башни;

– выборочный визуальный контроль качества поступающих на стройплощадку материалов и конструкций в объеме 5 % от общего объема контрольных мероприятий;

– участие в укрупнительной контрольной сборке металлоконструкций на площадке завода-изготовителя и строительной площадке, установке, выверке и закреплении металлоконструкций башни;

– разработка рекомендаций по устранению выявленных дефектов в ходе выполнения работ по монтажу металлоконструкций башни;

– оказание научно-технического содействия при решении технических вопросов, возникающих в ходе работ по укрупнению и монтажу стальных строительных конструкций башни;

– участие в работе совещаний и видеоконференций.

Процесс возведения башни показан на рис. 2.

Для проведения НТС и мониторинга напряженного состояния конструкций башни на ее опорных стойках были установлены механические тензометры ТМИ-500М с использованием деформометров ИЧ-10 (рис. 3 и 4), разработанные в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко и получившие патенты РФ № 135927, № 220058, № 2808937 (рис. 5). С их помощью по методике, описанной в [5], определялись деформации и напряжения в элементах поддерживающей конструкции газовой очистки на металлургическом заводе ЕВРАЗ в г. Новокузнецке.

Схема мест расположения датчиков определения напряжений, их вид в установленном состоянии и снятии данных представлены на рис. 3. и 6. Установка базы под механические тензометры типа ТМИ со съемными деформометрами и настройка самих приборов показаны на рис. 4, 7, 8. Всего было установлено и настроено 30 датчиков: 16 были установлены на отм. +1,700 м от верха четырех фундаментов и 14 датчиков – на отм. +17,000 м.

По результатам выполненного мониторинга напряженно-деформированного состояния определено, что уровни напряжений в элементах, смонтированных в проектное положение конструкций, увеличивались равномерно до момента начала работ по забиванию свай на соседнем участке во время проведения строительно-монтажных работ. В дальнейшем подтвердилось, что негативное влияние от динамического воздействия на грунты забиваемых свай в непосредственной близости с опорными железобетонными фундаментами привело к локальному снижению напряжения сжатия в наиболее нагруженных элементах опорных частей башни. При этом величины снижения напряжений сжатия и значения перемещений фундаментов на смонтированные конструкции влияют незначительно.

Анализ периодически представляемых монтажной организацией ООО «Мост» результатов геодезической съемки в процессе укрупнения и монтажа показывал, что зафиксированные фактические величины отклонений от проектных значений не превышали предельных допустимых значений, установленных СП 70.13330.2012 [6].

Качество нанесенных лакокрасочных покрытий по баллу адгезии и толщине сухой пленки соответствует требованиям ГОСТ 23118-2019 [7] и проекта. На поверхностях металлических конструкций были выявлены повреждения нанесенного лакокрасочного покрытия. Повреждения имели локальный характер и устранялись на приобъектном участке монтажной организацией. Причиной локального повреждения лакокрасочного покрытия являлись погрузо-разгрузочные работы при транспортировании конструкций. После ремонта участки подвергались контролю.