Отверстие в железобетонной плите
В обычной монолитной плите верхняя и нижняя арматура воспринимают растягивающие усилия в разных участках. В зоне колонн дополнительно возникает риск продавливания — локального разрушения плиты вокруг опоры.
Поэтому главный вопрос не «какого диаметра отверстие?», а где оно находится.
Особенно опасны отверстия:

• рядом с колоннами и пилонами;
• возле стен и опор;
• в зоне действия сосредоточенной нагрузки;
• рядом с краем плиты;
• в узких простенках между проёмами;
• в участках с высокой плотностью рабочей арматуры;
• в местах перехода толщины плиты.

СП 63.13330.2018 учитывает отверстия при расчёте на продавливание. Если отверстие расположено ближе установленного нормативом расстояния к площадке передачи нагрузки, часть расчётного контура между касательными к отверстию исключается из работы [2].
Упрощённо бетонная составляющая сопротивления продавливанию зависит от площади расчётного поперечного сечения:
Fᵦ,ult = Rᵦₜ · u · h₀,
где:

• Rᵦₜ — расчётное сопротивление бетона растяжению;
• u — периметр расчётного контура;
• h₀ — рабочая высота плиты.

Допустим, до появления отверстия расчётный периметр составлял 3,6 м. После исключения участка возле отверстия осталось 3,0 м.
Потеря бетонной составляющей сопротивления в первом приближении:
1 − 3,0 / 3,6 = 0,167, или около 17 %.
Это ещё до проверки передачи момента, работы поперечной арматуры и перераспределения усилий в плите. Исследования плоских плит подтверждают: отверстия возле колонны могут заметно снижать сопротивление продавливанию, причём результат зависит от размера, формы, количества и расположения проёмов [3].

А если отверстие посреди пролёта?
Риск продавливания ниже, но остаются другие проверки:

• прочность по изгибающему моменту;
• поперечная сила;
• трещиностойкость;
• прогиб;
• анкеровка арматуры возле проёма;
• локальная концентрация напряжений;
• перераспределение усилий между соседними участками плиты.

Если проём запроектирован заранее, часть пересекаемой рабочей арматуры обычно переводят к его краям и анкеруют за опасным сечением. Но правило «сколько стержней вырезали — столько положили рядом» не заменяет расчёт. Важно, смогут ли новые стержни включиться в работу и куда после появления отверстия пойдёт нагрузка.

Отверстие в железобетонной балке
В балке работа распределяется условно так:

• бетон сжатой зоны и продольная арматура воспринимают изгиб;
• бетон стенки и поперечная арматура участвуют в восприятии поперечной силы;
• возле опор формируются наклонные сжатые полосы и трещины.

Поэтому отверстие рядом с опорой обычно опаснее, чем аналогичное отверстие в средней части пролёта. Оно может перерезать хомуты и нарушить путь передачи поперечной силы.
Исследования железобетонных балок с отверстиями показывают, что крупные проёмы в стенке способны существенно снизить несущую способность по поперечной силе. В одном из экспериментальных исследований снижение достигало 35 % по сравнению со сплошными балками [4].
Возле большого отверстия балка перестаёт работать как обычное сплошное сечение. Над и под проёмом образуются короткие элементы, которые воспринимают сочетание продольных сил, сдвига и локального изгиба. Возникает механизм, похожий на работу рамы Виренделя.
Особенно плохой сценарий — сначала пробурить отверстие, а потом обнаружить внутри:

• нижнюю рабочую арматуру;
• верхнюю арматуру над опорой;
• хомуты;
• предварительно напряжённые канаты.

Например, если в балке было восемь одинаковых рабочих стержней, а при устройстве отверстия перерезали два, площадь продольной арматуры уменьшилась на 25 %. Несущая способность не обязана снизиться ровно на 25 %: изменятся высота сжатой зоны, ширина раскрытия трещин, пластичность и характер разрушения. Но даже такая грубая оценка показывает, что фраза «задели всего пару стержней» звучит слишком оптимистично.

Отверстие в стальной балке
У двутавровой стальной балки пояса в основном работают на изгиб, а стенка передаёт значительную часть поперечной силы.
Отверстие в поясе почти всегда критичнее отверстия в стенке: уменьшается наиболее эффективная часть сечения, расположенная дальше всего от нейтральной оси.
Но и отверстие только в стенке нельзя оценивать по принципу «пояса же целые». Необходимо проверить:

• прочность ослабленного сечения;
• взаимодействие изгиба и поперечной силы;
• локальный изгиб участков над и под отверстием;
• местную устойчивость стенки;
• устойчивость перемычки между соседними отверстиями;
• концентрацию напряжений в углах;
• прогиб и вибрации;
• работу сварного усиления.

Для прямоугольных отверстий углы становятся концентраторами напряжений. Скругления уменьшают локальные пики, но сами по себе не делают решение безопасным.
Зарубежные руководства по проектированию стальных и сталежелезобетонных балок с отверстиями рассматривают такие проёмы как отдельную расчётную задачу. Проверяются не только ослабленная площадь стенки, но и локальные механизмы разрушения возле отверстия [5].
Российский СП 16.13330.2017 остаётся основным документом для проверки прочности, устойчивости и жёсткости стальной конструкции. Специальные зарубежные руководства можно использовать как дополнительную методическую базу, но не вместо требований российских норм.

Предварительно напряжённые конструкции: отдельный уровень тревоги
Если плита пустотная, преднапряжённая или выполнена с постнапряжением, сверление без информации о расположении канатов особенно опасно.
Предварительно напряжённая арматура находится под значительным усилием. Её повреждение может вызвать:

• резкое изменение напряжённого состояния;
• потерю несущей способности участка;
• образование трещин;
• отрыв бетона;
• травмирование работников при высвобождении энергии.

Для пустотных плит расположение отверстий желательно определять ещё на стадии рабочих чертежей. Профильные рекомендации прямо запрещают перерезать напрягаемые канаты без согласования изготовителя или ответственного проектировщика [6].
Экспериментальные исследования пустотных плит также показывают, что даже добавление канатов в соседние рёбра не гарантирует полного восстановления несущей способности. Каждый случай требует отдельной оценки [7].