VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Прогрессирующее разрушение(обрушение) (progressive collapse) обозначает последовательное разрушение несущих строительных конструкций здания или сооружения, обусловленное начальным локальным повреждением отдельных несущих конструктивных элементов в виде цепной реакции от элемента к элементу, приводящее к обрушению всего здания или его значительной части.

Причиной возникновения начального локального повреждения конструктивных элементов здания может быть любая из множества аварийных ситуаций, таких как взрывы газа, теракты, дефекты проектирования, строительства или реконструкции, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации здания или сооружения. В несущей системе здания, при аварийной ситуации, допускается разрушение отдельных несущих конструктивных элементов. Но стоит заметить, что эти разрушения не должны приводить к обрушению смежных конструктивных элементов, на которые передается нагрузка, воспринимаемая ранее элементами, разрушенными в результате аварийной ситуации.

К объектам, разрушение которых может привести к большим социальным, экологическим и экономическим потерям, при проектировании которых должно быть обеспечено недопущение прогрессирующего обрушения, относятся:

а) Здания жилые высотой более 10 этажей;

б) Здания общественные* с пребыванием 200 чел. и более в пределах блока, ограниченного деформационными швами;

в) Здания производственные и вспомогательные с пребыванием 200 чел. и более в пределах блока, ограниченного деформационными швами.

*) Классификация общественных зданий по назначению приведена в СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения» и СНиП 31-05-2003 «Общественные здания административного назначения».

Недопущение прогрессирующего обрушения здания следует обеспечивать:

• Рациональным конструктивно-планировочным решением здания с учетом вероятности возникновения аварийной ситуации;

• Конструктивными мерами, увеличивающими статическую неопределимость системы;

• Применением конструктивных решений, обеспечивающих развитие в несущих конструктивных элементах и их соединениях пластических (неупругих) деформаций;

• Необходимой прочностью несущих конструктивных элементов и устойчивостью системы для условий нормальной эксплуатации здания и для случаев локального разрушения отдельных конструктивных элементов здания.

При проектировании здания, наряду с расчетами для нормальной эксплуатации, должны быть произведены статические расчеты измененных конструктивных систем здания с выбывшими конструктивными элементами (вторичных конструктивных систем), в том числе, измененными расчетными схемами на действие особого сочетания нагрузок. Необходимо установить запасы устойчивости вторичных конструктивных систем, и при их недостаточности увеличить размеры сечения элементов или изменить конструктивно-планировочное решение здания.

В качестве гипотетического локального разрушения следует рассматривать разрушение в пределах одного (каждого) этажа здания поочередно с одной (каждой) колонны (пилона), либо ограниченного участка стен.

Условиями предотвращения прогрессирующего обрушения вторичных конструктивных систем здания являются:

• Непревышение в конструктивных элементах значений усилий, определенных при значениях нагрузок, по отношению к напряжениям в них, которые были определенны при предельных значениях характеристик материалов с применением соответствующих коэффициентов надежности;

• Недопущение уменьшения запаса устойчивости системы по отношению к коэффициенту надежности по устойчивости γs=1,3. Коэффициент надежности по ответственности следует принимать γn=1,0, если иное не предусмотрено в техническом задании на проектирование. Перемещения и деформации элементов не ограничиваются.

Рациональным конструктивно - планировочным решением здания, с точки зрения предотвращения прогрессирующего обрушения, является конструктивная система, обеспечивающая при выбывании отдельного вертикального несущего конструктивного элемента здания - превращение конструкций над выбывшим элементом в «подвешенную» систему, способную передать нагрузки на сохранившиеся вертикальные конструкции. Расчет вторичных конструктивных систем на недопущение прогрессирующего обрушения следует производить на особое сочетание нагрузок, включающее нормативные значения постоянных и длительно действующих временных нагрузок, с коэффициентом сочетания равным Ψ = 1,0.

К постоянным нагрузкам следует относить собственный вес несущих металлических конструкций, вес частей здания (пола, перегородок, подвесных потолков и коммуникаций, навесных и самонесущих стен и т.п.).

К длительно действующим временным нагрузкам следует относить:

• пониженные нагрузки от людей и оборудования по СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»;

• 35% полной нормативной нагрузки от автотранспорта;

• 50% полной нормативной снеговой нагрузки.

Все нагрузки следует рассматривать как статические с коэффициентом надежности по нагрузке γ_f = 1,0.

Расчет вторичных конструктивных систем здания на недопущение прогрессирующего обрушения следует производить отдельно для каждого локального разрушения. В качестве исходной следует принимать расчетную схему, принятую при расчете первичной конструктивной системы здания для условий нормальной эксплуатации, и превращать ее во вторичную систему путем исключения поочередно вертикальных несущих конструктивных элементов для наиболее опасных случаев разрушения. При этом рекомендуется включать в работу конструктивные элементы, обычно не учитываемые при расчете первичной системы. Вертикальные конструкции системы следует считать жестко защемленными на уровне верха фундаментов.

Статический расчет вторичный системы следует производить как упругой системы по сертифицированным программным комплексам (SCAD, Лира, STARK - ES и др.) с учетом геометрической и физической нелинейности. Допускается производить расчет с учетом только геометрической нелинейности. Расчет сечений конструктивных элементов следует производить на усилия, определенные в результате статического расчета, принимая их кратковременными. В результате расчета первичной и вторичных конструктивных систем определяются усилия (напряжения) в конструктивных элементах, устанавливается запас устойчивости каркаса, а при его недостаточности увеличиваются размеры сечений элементов или изменяется конструктивное решение здания.

В заключение важно отметить, что каждое здание является индивидуальным в отношении архитектурно-планировочного и конструктивного решения. В связи с этим, очевидно, что не существует единственного подхода к расчету зданий с различной конструктивной схемой и мероприятий по обеспечению стойкости зданий при прогрессирующем обрушении. Усиление рационально проводить методами, основанными как на общем усилении прочности и жесткости всей схемы, так и методами, основанными на эффективном перераспределении усилий в конструктивной схеме. Результаты расчета наиболее опасных участков конструкции при прогрессирующем обрушении позволяют провести их местное усиление, что впоследствии приведет к сокращению объемов разрушений и исключит возможность распространения лавинообразного обрушения элементов каркаса здания, при перераспределении веса конструкции.

Список использованной литературы

1. СП 118.13330.2012 «Общественные здания и сооружения»

2. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»

3. «Повреждения зданий» сокр. перев. с англ. Г.А. Ивановой под ред. И.А. Петрова.-М.: Стройиздат, 1982.-143с.

4. В.О. Алмазов «Сопротивление прогрессирующему разрушению: расчеты и конструктивные мероприятия//Вестник ЦНИИСК им. В.А, Кучеренко «Исследования по теории сооружений» N1(XXVI),2009.-1.179-194.