Техническое обследование стропил и арок

Распор: почему арка ломает стены, а не себя

Главное отличие арок и висячих стропильных систем от балочных конструкций — распор. Арка передаёт на опоры не только вертикальную нагрузку, но и горизонтальную, стремящуюся раздвинуть опоры в стороны. Пока распор чем-то воспринят — затяжкой, контрфорсом, массивом примыкающей кладки, — система работает как задумано.

Проблемы начинаются, когда воспринимать распор становится нечем: затяжка корродировала, узел её крепления ослаб, элемент срезали при ремонте как мешающий. Тогда опоры начинают медленно расходиться, и разрушается при этом не арка, а то, на что она опирается: в примыкающих стенах появляются наклонные трещины, раскрываются швы кладки, верх стены отклоняется наружу.

Отсюда практический вывод, который постоянно приходится объяснять: трещины в стенах не всегда о стенах. Если над ними арочное или распорное перекрытие, обследовать нужно систему целиком — иначе усиление стены окажется лечением симптома, а расхождение опор продолжится.

То же относится к стропильным системам. Наслонные стропила опираются на стены и внутренние опоры и работают преимущественно на изгиб. Висячие образуют распорную систему, где нижний пояс-затяжка обязателен: он замыкает горизонтальные усилия. Тип системы определяет, что именно искать при обследовании, — поэтому первым делом восстанавливается фактическая схема, особенно на зданиях, где кровлю уже переделывали.

Вода и вентиляция — причина большинства повреждений

Дерево и металл под кровлей разрушает не нагрузка, а влага. Источников у неё два, и второй опаснее.

Протечки покрытия заметны: пятна, потёки, следы на перекрытии. Их находят и устраняют — как правило, до того, как повреждение станет критическим.

Конденсат не заметен вообще. Он возникает, когда нарушена вентиляция подкровельного пространства или отсутствует пароизоляция со стороны помещения: тёплый влажный воздух из здания доходит до холодного покрытия и выпадает влагой прямо на несущих элементах. Древесина увлажняется не эпизодически, а постоянно — и это именно тот режим, в котором развивается гниль.

Классический сценарий — утепление чердака под мансарду без изменения схемы вентиляции. Через несколько лет владелец обнаруживает биопоражение стропил в помещении, где никогда не было ни одной протечки. Поэтому при обследовании оценивают не только состояние конструкций, но и условия, в которых они находятся: работают ли продухи и коньковая вентиляция, не перекрыты ли вентзазоры утеплителем, есть ли пароизоляция и где расположены точки увлажнения.

Для металлических конструкций та же влага означает коррозию — и первыми страдают опорные узлы и места контакта с кладкой, где влага задерживается дольше всего.

Класс условий эксплуатации: как влажность воздуха превращается в потерю несущей способности

Деревянные стропила, фермы и арки рассчитываются по СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции». Первое, что этот свод правил требует установить, — не сечение и не пролёт, а режим, в котором конструкция живёт. Пункт 5.3 формулирует это прямо: в зависимости от температурно-влажностных условий эксплуатации (классов условий эксплуатации) следует предъявлять требования к максимальным значениям эксплуатационной влажности древесины и учитывать зависимость её прочности от этих значений.

Сами классы заданы таблицей 1:

Два примечания к таблице важны на практике: в качестве «эксплуатационной» допускается принимать «равновесную» влажность древесины, а кратковременное превышение максимальной влажности допускается не более 3 недель в году. То есть норма описывает не разовый замер, а установившийся режим: три недели сырости в год он терпит, полгода конденсата под покрытием — нет.

Дальше начинается арифметика. Класс условий эксплуатации входит в расчёт коэффициентом условий работы, значения которого даёт таблица 9:

Читается это так. Исправно проветриваемый холодный чердак — класс 2, коэффициент 1: древесина работает с полным расчётным сопротивлением. Утеплили мансарду, перекрыли продухи, не сделали пароизоляцию — влажность воздуха под покрытием ушла за 75 %, конструкция перешла в класс 3 или 4а, и расчётное сопротивление той же самой балки стало на 10–15 % меньше. В классе 4б — на четверть.

Здесь и лежит ответ на вопрос, зачем при обследовании стропил меряют не только сечения и прогибы, но и влажность древесины и режим подкровельного пространства. Потеря несущей способности начинается раньше, чем появляется гниль. Гниль — следствие; смена класса условий эксплуатации сама по себе является расчётным фактором, снижающим несущую способность, даже когда визуально с конструкцией всё в порядке.

Отдельно свод правил оговаривает предел, за которым влажность перестаёт быть вопросом коэффициента: по п. 5.5 в конструкциях из цельной древесины, эксплуатируемых в условиях классов 2, 3 и 4, когда усушка древесины не вызывает расстройства или увеличения податливости соединений, допускается применять древесину с влажностью не более 40 % — но только при условии её защиты от гниения.

Наконец, в расчёт входит и возраст. Коэффициент по таблице 13 учитывает назначенный срок службы сооружения: при 50 годах и менее он равен 1,0 по всем видам напряжённого состояния, при 100 годах и более — 0,8 для изгиба, сжатия и смятия вдоль и поперёк волокон, 0,7 для растяжения и скалывания вдоль волокон и 0,5 для растяжения поперёк волокон. Промежуточные сроки берутся линейной интерполяцией. Для стропильной системы дома дореволюционной или довоенной постройки это не теоретическая поправка, а разница между «проходит» и «не проходит».

Ловушка редакции: таблица 1 переиздавалась

СП 64.13330.2017 введён в действие с 28 августа 2017 года, но с тех пор в него внесены четыре изменения: № 1 (приказ Минстроя России от 19.12.2017 № 1684/пр, с 20.06.2018), № 2 (от 30.01.2019 № 62/пр, с 31.07.2019), № 3 (от 23.12.2021 № 988/пр, с 24.01.2022) и № 4 (от 28.12.2023 № 1014/пр, с 29.01.2024). Таблица 1 приведена в изменённой редакции по Изменению № 4, таблица 9 — по Изменению № 1, пункт 5.4 переписан Изменениями № 2 и 4, пункт 8.10 — Изменением № 4.

Практический смысл прост: копия свода правил без изменений и копия «с Изменениями № 1, 2» — а именно такие чаще всего лежат в свободном доступе — по ряду пунктов дают другой текст. При приёмке заключения ссылки на СП 64 стоит сверять с действующей редакцией: расхождение в пункте, на котором держится вывод о состоянии конструкции, обесценивает сам вывод.

Опорные узлы: дефект, которого не видно

Наиболее уязвимое место деревянной стропильной системы — не пролёт, а концы элементов: опирание на мауэрлат, заделка балки в кладку, врубки и узлы примыкания.

Причина в сочетании факторов: в заделке древесина контактирует с холодной и влажной кладкой, вентиляции там нет, а гидроизоляционная прокладка либо отсутствует изначально, либо давно разрушилась. При этом зона скрыта — визуально доступна только выступающая часть элемента, которая может выглядеть безупречно, пока опорный конец уже разрушен.

Именно поэтому в программу обследования включают точечные вскрытия опорных зон и мауэрлата. Это не «на всякий случай»: без них заключение о состоянии стропильной системы опирается на осмотр той её части, где повреждения возникают в последнюю очередь.

Что об этом говорит СП 64

Раздел 9 свода правил содержит подраздел «Конструкционные требования по обеспечению надёжности деревянных конструкций». Он написан не про расчёт, а про то, как конструкция должна быть устроена, чтобы не разрушаться от влаги, — и почти каждый его пункт при обследовании превращается в проверяемый признак.

Начинается подраздел с требования, снимающего популярный аргумент «мы же обработали антисептиком»: по п. 9.44 принятие конструкционных мер, обеспечивающих просыхание элементов деревянных конструкций и их защиту от увлажнения, обязательно независимо от срока службы здания или сооружения, а также от того, производят химическую защиту древесины или нет. Химические меры — консервирование, антисептирование, гидрофобизация, нанесение влагозащитных покрытий — предусмотрены для случаев, когда быстрое просыхание затруднено или когда конструкционными мерами устранить постоянное или периодическое увлажнение нельзя. То есть химия дополняет вентиляцию, а не заменяет её.

Сами конструкционные меры перечислены в п. 9.45: предохранение древесины конструкций от непосредственного увлажнения атмосферными осадками, грунтовыми и талыми водами, эксплуатационными и производственными водами — и систематическая просушка древесины конструкций путём создания осушающего температурно-влажностного режима: естественная и принудительная вентиляция помещения, устройство в конструкциях и частях зданий осушающих продухов, аэраторов.

Следующий пункт прямо касается доступности стропил для осмотра. По п. 9.46 несущие деревянные конструкции (фермы, арки, балки и др.) должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, по возможности доступными во всех частях для осмотра, а также проведения профилактического ремонта. Если добраться до узлов нельзя — это не «особенность объекта», а отступление от свода правил, и именно оно объясняет, почему в программу приходится закладывать вскрытия.

Самое конкретное — п. 9.48, про заделку опорных концов:

• для зданий классов функционального назначения 1а, 1б и 2а не допускается заделка поясов, опорных и промежуточных узлов, концов элементов решётки ферм в толщу стен, совмещённых покрытий или чердачных перекрытий;
• опорные части несущих конструкций (ферм, арок, балок и др.) при их размещении в гнёздах каменных стен должны быть открыты, при этом запрещается заделывать наглухо зазоры между стенками гнёзд и опорными частями конструкций кирпичом, раствором, герметизирующими материалами и т. п.;
• в наружных каменных стенах отапливаемых зданий и сооружений, а также во внутренних стенах, разделяющих отапливаемые и неотапливаемые помещения, стенки гнёзд следует утеплять во избежание их промерзания — в соответствии с теплотехническим расчётом.

Картину дополняют ещё три пункта. По п. 9.50 в местах опирания несущих конструкций на фундамент, каменные стены, пилястры, железобетонные колонны между древесиной конструкций и более теплопроводным материалом опоры следует вводить гидроизоляционные прокладки; если опорную часть устанавливают на деревянные подкладки, их тоже отделяют от материала опоры гидроизоляцией, а сами подкладки изготавливают из древесины твёрдых лиственных пород и консервируют невымываемыми или трудновымываемыми биозащитными составами. По п. 9.51 там, где возможно выпадение конденсата на металлических поверхностях, между древесиной и металлическим крепёжным элементом — накладкой, уголком, шайбой под болт — вводится гидроизоляционный слой. По п. 9.52 обрез опоры деревянных рам, арок и стоек внутри помещения устраивается на такой высоте от уровня пола, чтобы в процессе эксплуатации исключалась возможность увлажнения опорного узла.

Набор превращается в чек-лист по опорным зонам: открыто гнездо или замоноличено; есть ли гидроизоляционная прокладка между древесиной и кладкой; утеплены ли стенки гнезда в наружной стене; нет ли контакта древесины с металлом в зоне выпадения конденсата. Любой нарушенный пункт из этого списка — готовый ответ на вопрос, почему сгнил именно этот конец балки, когда остальная система цела. И обратный вывод, важный при согласовании сметы: если конструкция заделана наглухо, свод правил уже нарушен, а состояние заделанной части неизвестно по определению — вскрытие здесь не перестраховка, а единственный способ получить обоснованное заключение.

Снеговая нагрузка и её неравномерность

Опасна не средняя снеговая нагрузка, а её распределение. Снег скапливается там, где ветер его складывает: у перепадов высот кровли, за парапетами, в ендовах, у слуховых окон, вокруг надстроек и вентиляционных шахт. Локальная нагрузка в таком мешке кратно превышает среднюю по кровле — и приходится ровно на те участки, которые редко проверяют.

Последствия остаются после того, как снег сошёл: остаточные прогибы, раскрывшиеся узловые соединения, трещины в опорных зонах, ослабшие крепления. От сезона к сезону они накапливаются. Отдельный источник повреждений — сама уборка снега: сброс лопатами и ломом повреждает покрытие и создаёт новые пути для воды.

Поэтому обследование после снежных зим и ураганов — не формальность, а самый результативный момент для проверки: повреждения ещё свежие и однозначно связываются с событием.

Состав работ по материалам

Деревянные конструкции. Микологические исследования и определение состояния узловых соединений — основа обследования деревянных стропил и арок. Оценивается влажность древесины, глубина поражения гнилью и насекомыми, состояние опорных узлов, врубок и креплений, наличие прогибов и раскрытия соединений.

Металлические конструкции. Замеры геометрических размеров конструкций покрытия и узлов сопряжения, оценка фактических сечений с учётом коррозионного износа, контроль сварных швов и болтовых соединений. При необходимости выполняется ультразвуковая толщинометрия элементов и отбор образцов металла для лабораторных исследований.

Железобетонные конструкции. Замеры геометрических размеров арок и узлов сопряжения, определение местоположения и диаметра арматуры, измерение прочности бетона и толщины защитного слоя, фиксация трещин с измерением ширины раскрытия.

Кирпичные конструкции. Инструментальные измерения прочности кирпича и раствора разрушающими и неразрушающими методами, оценка состояния кладки арки и её опорных участков, выявление признаков распора — характерной причины трещин в примыкающих стенах.

Врубки и болты: что проверяют в узле деревянной фермы

Узлы деревянных стропильных ферм и арок чаще всего выполняются на лобовых врубках, и СП 64.13330.2017 нормирует их геометрию числами, которые можно проверить рулеткой прямо на чердаке.

По п. 8.9 узловые соединения элементов из брусьев и круглого леса на лобовых врубках следует выполнять с одним зубом, а элементы, соединяемые на лобовых врубках, должны быть стянуты болтами. Тот же пункт задаёт положение рабочей плоскости смятия: при соединении элементов, не испытывающих поперечного изгиба, она должна быть расположена перпендикулярно оси примыкающего сжатого элемента; если примыкающий элемент помимо сжатия испытывает поперечный изгиб — перпендикулярно равнодействующей осевой и поперечной сил. Врубка с двумя зубьями, отсутствующий стяжной болт и перекошенная после переделки плоскость смятия — типовые находки на узлах, отремонтированных хозяйственным способом.

Геометрия врубки задана п. 8.11:

• длину скалываемого участка следует принимать не менее 1,5h, где h — полная высота сечения скалываемого элемента;
• глубину врубки — не более ¼h в промежуточных узлах сквозных конструкций и не более ⅓h в остальных случаях;
• при этом глубина врубок в брусьях должна быть не менее 2 см, а в круглых лесоматериалах — не менее 3 см.

Это редкий случай, когда вывод обследования получается прямым измерением: глубина врубки и длина скалываемого участка меряются на месте, и выход за границы сразу указывает на узел, работающий не так, как заложено расчётом. Опасность здесь в характере разрушения — скалывание вдоль волокон происходит хрупко, без предупреждающих деформаций, поэтому укороченная площадка скалывания страшнее, чем выглядит: прогиба, который бы насторожил эксплуатирующую службу, может не быть до самого разрушения.

Антисептирование и огнезащита — разные составы и разный контроль

Раздел 10 СП 64 отводит огнезащитным составам отдельный подраздел, и из него следуют вещи, о которых обычно не думают при заказе обработки.

По п. 10.20 составы делятся на лаки, образующие на защищаемой поверхности тонкую прозрачную плёнку; краски, образующие тонкую непрозрачную плёнку; пасты и обмазки, образующие слой покрытия большей толщины, чем лаки и краски; составы пропиточные, в том числе огнебиозащитные; составы комбинированные. По условиям эксплуатации (п. 10.21) они предназначаются для применения на открытом воздухе или под навесом, в закрытом неотапливаемом помещении, в закрытом отапливаемом помещении либо в иных специально оговорённых условиях. Пропиточные составы, в свою очередь, делятся на предназначенные для поверхностной и для глубокой пропитки (п. 10.23).

Три требования, которые нарушают чаще остальных:

• сертификация. По п. 10.24 к применению допускаются составы, которые прошли в установленном порядке сертификацию и полностью соответствуют требованиям технической документации.
• совместимость. По п. 10.25 нанесение состава на поверхности, ранее обработанные пропиточными, лакокрасочными и другими составами, в том числе составами других марок, допускается при положительных результатах исследований на их совместимость.
• старение и контроль. По п. 10.27 составы, срок службы огнезащитной обработки которыми установлен более одного года, должны выдерживать испытания на устойчивость к старению, а контроль качества выполненных работ включает проверку состояния огнезащищённой поверхности на наличие дефектов и повреждений, соблюдения технологии нанесения и качественную оценку огнезащитной обработки.

Практический вывод для чердака, который «уже обрабатывали»: нанесение нового состава поверх старого без проверки совместимости — не формальное нарушение, а способ получить покрытие, которое не работает ни как огнезащита, ни как биозащита. Поэтому в рекомендациях по результатам обследования защитная обработка всегда идёт последним шагом — после устранения источника увлажнения и восстановления режима, на подготовленную поверхность.

Типовые дефекты

Для стропил характерны биоповреждения, деформации, ослабление узловых соединений, коррозия металлических элементов, трещины, нарушение целостности сварных соединений, ослабление болтовых соединений.

По практике обследования арочных конструкций встречаются трещины и деформации, коррозия арматуры и металлических элементов, разрушение раствора и выветривание кладки в кирпичных арках, признаки распора на опорных участках.

Что делают с результатом

Заключение отвечает на вопрос, что делать с конкретными элементами, — и вариантов больше, чем «оставить» или «заменить».

• Восстановление режима. Если причина — конденсат, первоочередное мероприятие не касается самих конструкций: восстанавливают вентиляцию подкровельного пространства, продухи, вентзазоры, пароизоляцию. Без этого любой ремонт повторится.
• Протезирование опорных концов. Поражённый участок балки удаляют, а рабочую часть сопрягают с новым элементом — так сохраняют конструкцию, у которой пострадала только заделка.
• Усиление элементов и узлов. Накладки, дополнительные подкосы, восстановление или замена затяжки, усиление узлов крепления.
• Замена отдельных элементов — когда поражение прошло по всему сечению.
• Антисептирование и огнезащитная обработка сохранившейся древесины после устранения источника увлажнения.

Обследование стропильной системы почти всегда идёт вместе с обследованием кровли: протечки покрытия и есть причина большинства повреждений несущих элементов. Если планируется изменение нагрузок — мансарда, тяжёлое покрытие, подвесное оборудование, — обследование дополняется поверочными расчётами. А если картина повреждений указывает на распор, в работу включают и обследование стен: трещины в них — следствие, а не самостоятельная проблема.