Прогрессирующее обрушение и живучесть строительных конструкций: нормы, рекомендации и публикации с краткими комментариями. Терроризм и повышение устойчивости зданий и сооружений Сп прогрессирующее обрушение


В последние годы в мире нарастает опасность террористических актов, происходит расширение географии и масштабов терроризма.

Террористы обычно преследуют политические, религиозные, националистические, корыстные или другие цели и направлены на устрашение людей, общества, органов власти. При террактах обычно гибнут ни в чем не повинные люди, наносится социальный, материальный или экологический ущерб.

В отличие от ЧС техногенного и природного происхождения террористические акты относятся к ЧС, вызванным преднамеренными противоправными действиями со злым умыслом различных преступных группировок или лиц. Потому такие ЧС нельзя отнести к случайным событиям, но прогноз их возможен. Эти события прогнозируются с помощью информации, получаемой по разным каналам, в том числе агентурным, а также игровыми методами (как антогонистические игры с нулевой суммой).

В 1998 г. принят закон "О борьбе с терроризмом“, возложивший на органы МВД РФ задачи по предупреждению, выявлению и пресечению преступлений террористического характера. Однако, помимо силовых мер противодействия терроризму, предполагается использовать различные технические, организационные и режимные мероприятия и правила.

Объектами террактов обычно являются потенциально опасные производства. места скопления людей (особенно в замкнутых пространствах), транспортные объекты, общественные и административные здания, а также - многоэтажные жилые дома.

В качестве средств террора могут использоваться взрывные устройства, горючие смеси, сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ), отравляющие, радиоактивные вещества и бактериальные аэрозоли. При этом взрывные устройства могут быть замаскированы под различные бытовые изделия.

Результатом терракта может быть взрыв, пожар, заражение территории, воздуха, воды или продовольствия, эпидемии и т.д.

Известны терракты, совершенные без использования специальных средств, а путем умышленного высвобождения энергетического потенциала или активного компонента из существующих энергосетей (например, газопроводов) или емкостей-хранилищ химически опасных веществ.

Технические и конструктивные меры по противодействию террактам в зданиях целесообразно предусматривать еще на стадии его проектирования, т.к. в уже существующих зданиях выполнить эти мероприятия сложнее.

При рассмотрении комплекса мер по антитеррору исходят из следующих общих принципов:

    Выявления наиболее уязвимых мест в здании и его системах жизнеобеспечения, ограничения или полного исключения доступа посторонних лиц к этим местам;


    применения в системах жизнеобеспечения зданий оборудования, оснащенного элементами безопасности, исключающими несанкционированный запуск (останов) или преднамеренное повреждение оборудования;

    в обеспечения наблюдения (мониторинга) и контроля за ситуацией внутри здания и снаружи;

    применения современных средств и систем распознавания наличия опасностей и угроз;

    использования средств автоматической защиты, обеспечивающих срабатывание соответствующих агрегатов и устройств при распознавании опасностей;

    наличия аварийного источника электроснабжения, а также системы сигнализации и оповещения людей о возникших опасностях;

    наличия разработанных инструкций поведения людей при экстремальных ситуациях.


    Каждый объект, представляющий интерес для террористов, имеет некие уязвимые места. В жилых и общественных зданиях это подвалы, лифтовые шахты, технические этажи, воздухозаборы систем вентиляции.


    Например, наиболее уязвимыми при химическом или биологическом терроризме являются системы приточной вентиляции и центрального кондиционирования воздуха, а также крыши лифтовых кабин. В первом случае опасные вещества в виде газа или аэрозолей, попавшие в воздухозаборное устройство, распространяются по сети воздуховодов в помещения с большой скоростью, во втором - при движении лифта создается мощный воздушный поток и вещество распространяется по этажам, зятем проникает в помещения.


    При заражении наружного (атмосферного) воздуха целесообразно внутри здания предусматривать возможность создания подпора (избыточного давления) с помощью системы приточной вентиляции (при условии, что воздухозаборное устройство находится вне зоны заражения).

    В целом, для снижения результативности терракта с использованием систем вентиляции и кондиционирования здания следует при их проектировании учитывать следующие требования:


    • размещать воздухозаборы в сравнительно труднодоступных и скрытых для посторонних лиц местах и оснащать их прочными решетками; обеспечить нормативную или повышенную герметичность сети воздуховодов (согласно СНиП), устройство байпасов и оснащение участков сети заслонками с автоматическим приводом для отключения зараженных участков и изменения направления воздушных потоков;

      предусмотреть систему датчиков для обнаружения токсичных веществ вблизи возлухозабора, на выходе из вентиляторов, на входе и выходе из центрального кондиционера;

      обеспечить контроль доступа в технические этажи здания, к просмотровым люкам, вентиляторам, фильтрам, насосам, оросительным камерам, электропитающим устройствам и т.д.

      при интегрировании всех систем жизнеобеспечения здания в единую диспетчерскую компьютерную систему, что характерно для “интеллектуальных" зданий, помимо аварийного электропитания данной системы, предусматривать информационную защиту компьютерных программ от несанкционированного доступа и попыток взлома по телефонной линии или из Интернета.


В настоящее время одной из актуальных задач, касающихся защитных технологий, является создание эффективных и недорогих средств обнаружения в воздухе широкого спектра химических и биологических веществ, а также способов их нейтрализации.


      1. Прогрессирующее обрушение

        В своей первоначальной идеологии метод расчетных предельных состояний не ориентировался на анализ аварийных ситуаций, которые считались запредельными и исключались из рассмотрения на том основании, что предельные состояния первой группы предшествуют аварии и их недопущение по идее препятствует появлению аварии.

        Внедрение двухуровневого подхода к проектированию сейсмостойких сооружений, а также анализ фактических причин аварийности поколебали эту парадигму. В частности, в последнее время четко проявилась тенденция проектирования с защитой от прогрессирующего разрушения. Термин «прогрессирующее обрушение» и формулировка проблемы защиты от него панельных зданий появился в 1968 голу в докладе комиссии, расследовавшей причины известной аварии 22-этажного жилого дома Ronan Point в Лондоне. Это драматическое событие началось с взрыва газа в одной из квартир на 18-м этаже, вызванного утечкой в газовой плите. Наружные панели здания были запроектированы, чтобы выдержать только давления ветра, и после разрушении на одном этаже была потеряна возможность передачи вертикальной нагрузки от верхних этажей. Обломки из перекрытий с 18 до 22 этажа упали на перекрытие 17 этажа, что породило цепочку отказов перекрытый, поскольку нагрузка обломков превысила грузоподъемность одного перекрытия. Результатом было то, что разрушился целый угол здания выше и ниже места взрыва.

        В здании Ronan Point были выполнены все строительные нормы и правила, и было установлено отсутствие производственных дефектов. Но прогрессирующее обрушение било неизбежным, поскольку схема конструкции была аналогична карточному домику, то есть она не имела никакой возможности перераспределить нагрузку на отдельные подсистемы и тем самым локализовать отказ.

        Новую волну активности вызвали обрушения, вызванные террористическими атаками на высотное здание в Оклахома-Сити и на башни Центра мировой торговли в Нью-Йорке, а у нас - разрушение покрытия над аквапарком в Москве. Многочисленные публичные выступления, зачастую неквалифицированные, породили слухи, сомнения и нереальные требования. Даже в публикациях профессионалов встречаются ссылки на некоторые мифы, относящиеся к якобы абсолютной живучести сооружений старой проектировки, в которых могут находиться люди, или же, наоборот, к полному пренебрежению возможностью появления аварийной ситуации и необходимости абсолютной гарантии неразрушимости объектов.

        Нормативные документы по проектированию несущих конструкций в явной форме практически не говорят ничего о необходимости проведения проверки конструкций на живучесть, т. е. о необходимости отслеживать ситуацию после отказа какой-нибудь из частей или подсистем несущего каркаса. Правда, обычно нормы содержат ссылку на ГОСТ 27751-88, где в пункте 1.10 сказано, что при расчете конструкций должна рассматриваться аварийная расчетная ситуация, возникающая непосредственно после отказа какого-либо элемента конструкции. Но сама ссылка уж очень неконкретна, да и формулировка ГОСТа неточна, поскольку вряд ли можно подразумевать, что проектировщик обязан обеспечить существование объекта после отказа любого элемента конструкции. Достаточно представить себе любое купольное покрытие с разрушенным опорным кольцом или мост с разрушившейся опорой, чтобы потребовать закрытия практически всех храмов и прекращения движения по всем мостам.

        Очевидно, что для некоторых конструкций живучесть должна достигаться одновременным использованием трех типов защиты: достаточным запасом несущей способности одних конструктивных элементов, исключением прогрессирующего разрушения вследствие отказа других конструктивных элементов и комплексом защитных антитеррористических мероприятий.

        Очевидно, что требуется конкретизировать указание ГОСТ 27751-88, например, дополнив его требованием, чтобы формулировки отказных состояний содержались в нормах проектирования зданий и сооружений конкретного типа. По сути, так и поступают, например, при проектировании конструкций линий электропередачи, где в правилах указывается перечень аварийных режимов. Аналогична идеология проектирования объектом атомной энергетики, где, в частности, принципиально важным является использование таких понятий, как проектная и запроектная авария.

        Защита зданий в аварийных проектных ситуациях должна быть предусмотрена заранее и определяется соответствующими нормами проектирования, для несущих элементов она реализуется, в частности, в форме создания необходимых запасов несущей способности, обеспечивающих недопущение разрушении. Защита зданий в запроектных ситуациях ориентирована не на недопущение разрушений, а на обеспечение безопасности людей и возможности их эвакуации, на реализацию необходимого для этого запаса времени и т. п.

        Оценка возможности прогрессирующего разрушения и выработка мер его предотвращения ставит перед проектировщиками следующие нетрадиционные задачи:

          определение списка стартовых аварийных воздействий, вызывающих локальное разрушение;

          выработку методики расчета сложных многоэлементных конструкций на внезапное разрушение одного или нескольких несущих элементов;

          установление критериев выхода из строя несущих элементов, перегруженных в результате аварийного воздействия;

          выработку конструктивных мер защиты и смягчения последствий аварийного воздействия.

          К научному решению многих из этих проблем и в особенности к их нормативному оформлению чаще всего еще и не приступали, хотя здесь и имеются некоторые пионерные разработки. Как показывает анализ чрезвычайных ситуации, наиболее частыми исходными событиями, приводящими к запроектным авариям, являются локальные аварийные воздействия на отдельные конструкции одного здания: взрывы, пожары, карстовые провалы, наезды транспортных средств, дефекты конструкций и материалов, аварии инженерных систем здания, некомпетентная реконструкция и т. п. Это случайные, в общем случае непредсказуемые воздействия, параметры которых очень трудно определить.

          Наши общестроительные нормы не приводят данные о значениях аварийных воздействий, такие сведения отрывочно присутствуют в нормативных документах другого типа. Представляется, что было бы полезным иметь нормативный документ, в котором приводились бы правила определения нагрузок для таких массовых ситуаций аварийного характера, как удары при наездах автотранспортных средств, падения грузов, промышленные взрывы и т. п. Данные о некоторых из нагрузок такого рода содержатся в главе Еврокода-1, многие из них традиционно учитываются при проектировании объектов атомной энергетики.

          Было также предложено вместо реальных запроектных аварийных воздействий рассматривать их условные аналоги или уже вызванные ими локальные повреждения. В частности, рекомендации приводят следующий список таких исходных событий:

          • образование карстовом воронки диаметром 6 м, расположенной в любом месте под фундаментом;

          повреждение перекрытия общей площадью до 40 м2 ;

          разрушение двух пересекающихся стен на участке от их сопряжения (в том числе и от угла) до ближайшего проема или до следующего пересечения, но на длине не более 3 м;

          разрушение любого из простенков наружной стены или внутренней стены между двумя дверными проемами;

          появление в пределах одного этажа горизонтальной нагрузки на вертикальные элементы (на стержнях сосредоточенная сила 3,5 т, на стенах и диафрагмах 1 т/м2 ).

          Этот список косвенно указывает и на то, что небольшие строения, габариты которых сопоставимы с размерами «локальных» повреждений, не имеет смысла проверять на возможность прогрессирующего разрушения. Поэтому целесообразно установить некоторые критерии для отбора объектов анализа и здесь целесообразно иметь классификацию зданий и сооружений по таким признакам:

          объекты класса 1, при проектировании которых допускается не принимать во внимание возможность возникновения аварийных ситуаций;

          объекты класса 2, в которых все конструкции могут быть защищены от аварийных повреждений неконструктивными мерами охраны и поэтому их проверка на прогрессирующее разрушение является излишней;

          объекты класса 3, некоторые конструктивные элементы которых невозможно защитить от аварийных повреждений, что потребует проверки на прогрессирующее разрушение.

          Естественно, что эта классификация не может быть инвариантной по отношению к списку исходных событий, поэтому, скорее всего, она должна быть представлена в нормах проектирования зданий и сооружений определенного типа. Там же, возможно, следует указывать список исходных ситуаций, которые могут порождать процесс прогрессирующего разрушения.

          Можно предполагать, что вероятность совпадения исходного события, инициирующего цепочку отказов, с экстремальными значениями временных нагрузок пренебрежимо мала. В частности, это положение нашло свое отражение в так называемом «принципе единичного отказа», которым используется в Общих положениях обеспечения безопасности атомных

          станций (ОПБ-88/97), где декларируется, что можно ограничиться рассмотрением случаев только одного отказа технической системы или только одной ошибки персонала.

          Но из малой вероятности реализации исходного события следует, что проверке подлежит поведение конструкции, на которую действуют только постоянные нагрузки и длительная часть временных, и важно оценивать относительный уровень загруженности конструкции именно в таком состоянии. Так, в производственных зданиях усилия в колоннах, вызванные постоянными и длительными нагрузками, редко превышают 15-20%, основной вклад в загруженность определяется действием нагрузок от мостовых кранов. Поэтому вывод колонны из строя (например, вследствие террористического акта) может и не привести к обрушению всего здания, поскольку пространственные развязки способны нести двадцатипроцентную нагрузку. В офисных, жилых и общественных зданиях усилия от собственного веса несущих и ограждающих конструкций, а также от действия длительной части полезных нагрузок составляют 70-80% от уровня несущей способности, и здесь уже трудно ожидать сохранения здания при выходе из строя какой-нибудь ив основных колонн. Поэтому вызывают определенные сомнения слова из статьи «В годы войны отступающие войска фашистов, пытаясь уничтожить наш промышленный потенциал, подрывали колонну громадного цеха, и, оглядываясь назад с удивлением видели, что он не падает... Сейчас с экранов телевизоров нас убеждают в том, что если одна колонна упадет, то и все здание обязано упасть. Если это так, то такое здание должно стоять вдали от людей с часовым у ворот, который никого бы и него не впускал, кроме авторов проекта».

      2. События 11 сентября 2001 года в здании Пентагона

Назначение здания Пентагона - офисное. Площадь этажа – 122 600 м2 . Общая площадь здания - 613000 м2 .

Здание пятиэтажное, имеет форму пятиугольника (см. рис. 87). Внутри здание разделено на корпуса, образующие пять концентрических колец, обозначенных А-Е начиная с внутреннего кольца. В верхних трёх этажах кольца здания разделены световыми пространствами. Между вторым и третьим кольцами устроен проезд, известный как АЕ- проезд.

Конструктивная система здания, включая покрытие, выполнена из монолитных железобетонных конструкций. Бетон - обычный тяжёлый.


Рисунок 87 Общий план здания Пентагона

Высота здания - 19,74 м. Высота 1-го этажа - 4,30 м. Ширина наружного кольца «Е» здания - 18‚288 м. Конструктивная схема - полный рамно-связевьпй каркас. Колонны 1-го этажа здания квадратные, сечением - 0‚53×0,53 м со спиральным армированием (рис. 89).

Перекрытия состоят из плит, ригелей и системы балок, опирающихся на колонны. Монолитные балочные перекрытия выполнены с использованием главных и второстепенных балок.


Рисунок 88 Поперечный разрез здания (для перевода фтов в метры умножать на 0,3048)

Балки и плиты имеют двойное армирование в приопорных сечениях и одинарное армирование в пролётных сечениях. Растянутая арматура пролётных и приопорных сечений соединена наклонными стержнями.

Большая часть колонн - квадратного сечения, как показано на рис. 5.12. Размеры в целом изменятся от 0‚53×0,53 м на первом этаже до 0‚35×0,35 на пятом этаже. Несущие колонны имеют спиральное армирование.

Длина колонн 1-го этажа - 4,3 м. Бетон тяжёлый на гранитном заполнителе. Диаметр стержней продольной рабочей арматуры - 20 мм.

Предел огнестойкости такого рода колонн составляет более 180 мин по потере несущей способности (> R180).

Плиты перекрытия здания Пентагона железобетонные, монолитные, высотой сечения 140 мм, имеют двойное армирование в приопорных сечениях и одинарное армирование в пролётных сечениях (рис. 90). Растянутая арматура пролетных и приопорных сечений соединена наклонными стержнями. Плиты расположены по балкам сечением 0,35×0,51 м и длиной 3 м.

Рисунок 89 Железобетонная колонна наружного кольца здания Пентагона


Рисунок 90 Конструкция плиты перекрытия здания Пентагона

Балки пролётом 3 или 6 м, иногда 4,6 м. Главная балка сечением 0,4×0.6 м перекрывает пролёт 6,1 м параллельно внешним стенам и служит опорой для второстепенной балки по середине.

Самолет рейса 77 компании American Airlines 11 сентября 2001 г. в 8:20 вылетел из аэропорта Вашингтона в Лос-Анджелес. На его борту находилось 58 пассажиров и четыре члена экипажа Приблизительно в 8:54 угонщики захватили самолет.

В 9:37 самолет рейса 77, двигающийся со скоростью 530 миль в час, столкнулся со зданием Пентагона. Погибли все находившиеся на борту самолета и большое количество гражданского и военного персонала Пентагона.

Согласно отчётам очевидцев и другой информации, Боинг-757 перед столкноввнисм со зданием Пентагона, летел на очень маленькой высоте. На расстоянии приблизительно 97 м от западного фасада здания Пентагона он летел лишь в нескольких футах от земли. Удар самолета пришёлся в первый этаж здания, под углом приблизительно 42° к внешнему фасаду здания (рис. 91).



Столкновение самолета с рассматриваемым зданием привело к возникновению и развитию ЧС в виде комбинированных особых воздействий типа «удар - взрыв - пожар».

Первое особое воздействие – удар самолёта – разрушило и повредило ряд конструктивных элементов 1-го этажа здания. Основной удар приняли на себя несущие элементы здания - железобетонные колонны.

Обломки самолета проникли внутрь здания (рис. 92). Из разрушенных баков самолета, размещенных в его крыльях, топливо было выброшено в зону удара внутри здания.

Это привело к возникновению второю особого воздействия на конструкции здания - взрыва смеси топлива с воздухом. Взрывом была разрушена и повреждена еще часть. конструктивных элементов здания.


Рисунок 92 Схема повреждений конструкций здания Пентагона на пути движения обломков самолета после его

Столкновения со зданием


После удара и взрыва внутри здания, в зоне поражения, возникает и развивается третье особое воздействие - пожар. Огонь охватывает часть помещений на пути движения обломков самолета.

Здание Пентагона в первые минуты CHE42 , несмотря на значительные повреждения конструкций в трех первых кольцах здания (рис. 92), в целом сохранило свою устойчивость.

Однако через 19 мин после начала комбинированного особого воздействия типа «удар - взрыв - пожар» произошло прогрессирующее обрушение наружного кольца здания Пентагона в зоне «СНЕ IEF43 » (рис. 94).


42 Комбинированное особое воздействие (CHE) – чрезвычайная ситуация, связанная с возникновением и развитием нескольких видов особых воздействий на объект в различных сочетаниях и последовательностях. В качестве аббревиатуры этого понятия используется английский вариант названия “combined hazardous effect” – CHE.

43 Основные особые воздействия техногенного характера на строительные объекты: удар(I ), взрыв(E ), пожар(F )

и т. д.



Рисунок 93 Вид фасада наружного кольца здания Пентагона в первые минуты после удара самолета и взрыва топлива

(прогрессирующего обрушения конструкций еще не произошло)



Рисунок 94 Прогрессирующее обрушение конструкций наружного кольца здания Пентагона во время событий 11 сентября 2001 г.

Таким образом, аналогично поведению башен ВТЦ в Нью- Йорке во время событий 11 сентября 2001 г.‚ несмотря на то что способность сопротивлялся воздействию пожара основных несущих конструкций здания Пентагона (предел огнестойкости по потере несущей способности) превышала 180 мин, прогрессирующее обрушение конструкций наружного кольца здания Пентагона 11 сентября 2001 г. произошло гораздо быстрее - через 19 мин после начала террористической атаки.

ЦНИИПромзданий МНИИТЭП

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ
ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО
ОБРУШЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ

Проектирование и расчет

СТО-008-02495342-2009

Москва

2009

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила разработки и применения - ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организации. Общие положения».

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН рабочей группой в составе: д.т.н., проф. Гранев В.В., инж. Келасьев Н.Г., инж. Розенблюм А.Я. - руководитель темы, (ОАО «ЦНИИПромзданий»), инж. Шапиро Г.И. (ГУП «МНИИТЭП»), д.т.н., проф. Залесов А.С.

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Генерального директора ОАО «ЦНИИПромзданий» от 7 сентября 2009г № 20.

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

с одержание

СТО-008-02495342-2009

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Проектирование и расчет

Дата введения - 7.09.2009 г.

Введение

Прогрессирующее обрушение (progressive collapse ) обозначает последовательное разрушение несущих строительных конструкций здания (сооружения), обусловленное начальным локальным повреждением отдельных несущих конструктивных элементов и приводящее к обрушению всего здания или его значительной части.

Начальное локальное повреждение конструктивных элементов здания возможно при аварийных ситуациях (взрывы газа, теракты, наезды автотранспорта, дефекты проектирования, строительства или реконструкции и т.п.), не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации здания.

В несущей системе здания допускается разрушение при аварийной ситуации отдельных несущих конструктивных элементов, однако эти разрушения не должны приводить к прогрессирующему обрушению, т.е. к разрушению смежных конструктивных элементов, на которые передается нагрузка, воспринимавшаяся ранее элементами, разрушенными в результате аварийной ситуации.

При разработке стандарта учтены положения СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (изд. 2003 г.) , СНиП 52-01-03 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» , СП 52-101-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры» и СТО 36554501-014-2008 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» .

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт организации устанавливает правила проектирования железобетонных монолитных конструкций жилых, общественных и производственных зданий, подлежащих защите от прогрессирующего обрушения при аварийных ситуациях.

1.2 К объектам, разрушение которых может привести к большим социальным, экологическим и экономическим потерям и 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 одновременно в пределах блока, ограниченного деформационными швами, в т.ч.:

Учебно-воспитательного назначения;

Здравоохранения и социального обслуживания;

Сервисного обслуживания (торговля, питание, бытовое и коммунальное обслуживание, связь, транспорт, санитарно-бытовое обслуживание);

Культурно-досуговой деятельности и религиозных обрядов (физкультура и спорт, культурно-просветительские и религиозные организации, зрелищные и досугово-развлекательные организации);

Административного и пр. назначения (органы управления РФ, субъектов РФ и местного самоуправления, офисы, архивы, научно-исследовательские, проектные и конструкторские организации, кредитно-финансовые учреждения, судебно-юридические учреждения и прокуратура, редакционно-издательские организации);

Для временного пребывания (гостиницы, санатории, общежития и т.п.).

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

*) Классификация общественных зданий по назначению приведена в СНиП 2.08.02-89* «Общественные здания и сооружения» и СНиП 31-05-2003 «Общественные здания административного назначения» .

1.3 Объекты жизнеобеспечения городов и населенных пунктов, а также особо опасные, технически сложные и уникальные объекты **) следует проектировать в соответствии со специальными техническими условиями.

**) Классификация особо опасных, технически сложных и уникальных объектов приведена в Градостроительный кодекс РФ , ст. 48 1 .

1.4 Применительно к конкретному объекту требование о недопущении прогрессирующего обрушения при аварийных ситуациях принимается в соответствии с заданием на проектирование, согласованным в установленном порядке и утвержденным заказчиком и/или инвестором.

2 Термины и определения

2.1 Прогрессирующее обрушение - последовательное разрушение несущих конструкций здания (сооружения), обусловленное начальным локальным повреждением отдельных несущих конструктивных элементов и приводящее к обрушению всего здания или его значительной части (двух и более пролетов и двух и более этажей).

2.2 Нормальная эксплуатация здания - эксплуатация в соответствии с условиями, предусмотренными СНиП 2.01.07-85 и СНиП 52-01-03 .

2.3 Первичная конструктивная система здания - система, принятая для условий нормальной эксплуатации здания.

2.4 Вторичная конструктивная система здания - первичная конструктивная система, измененная путем исключения одного вертикального несущего конструктивного элемента (колонны, пилястры, участка стены) в пределах одного этажа.

3 Основные положения

3.1 Конструктивная система здания не должна быть подвержена прогрессирующему обрушению в случае локального разрушения отдельных конструктивных элементов при аварийных ситуациях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации здания. Это означает, что при особом сочетании нагрузок допускаются локальные разрушения отдельных элементов конструктивной системы здания, но эти разрушения не должны приводить к разрушению других конструктивных элементов измененной (вторичной) конструктивной системы.

3.2 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 разрушение отдельных конструктивных элементов здания.

3.3 При проектировании здания наряду с расчетами для нормальной эксплуатации должны быть:

Произведены статические расчеты измененных конструктивных систем здания с выбывшими в результате аварии конструктивными элементами (вторичных конструктивных систем) и, соответственно, измененными расчетными схемами на действие особого сочетания нагрузок. Расчет оснований следует производить только по несущей способности для условий, предусмотренных п. 2.3. СНиП 2.02.01-83* ;

Установлены запасы устойчивости вторичных конструктивных систем и при их недостаточности увеличены размеры сечения элементов или изменено конструктивно-планировочное решение здания;

Определены совместно с результатами расчета для условий нормальной эксплуатации требуемые класс бетона и армирование конструктивных элементов.

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

3.5 Условиями обеспечения недопущения прогрессирующего обрушения вторичных конструктивных систем здания являются:

Непревышение в конструктивных элементах значений усилий (напряжений), определенных при значениях нагрузок по , по отношению к усилиям (напряжениям) в них, определенным при предельных значениях характеристик материалов с применением соответствующих коэффициентов надежности;

Недопущение уменьшения запаса устойчивости системы по отношению к коэффициенту надежности по устойчивости γ s = 1,3.

При этом коэффициент надежности по ответственности следует принимать равным γ n = 1.0, если иное не предусмотрено в техническом задании на проектирование.

Перемещения, раскрытие трещин и деформации элементов не ограничиваются.

4 Конструктивно - планировочные решения

Рациональным конструктивно - планировочным решением здания с точки зрения предотвращения прогрессирующего обрушения является конструктивная система, обеспечивающая при выбывании отдельного (любого) вертикального несущего конструктивного элемента здания превращение конструкций над выбывшим элементом в «подвешенную» систему, способную передать нагрузки на сохранившиеся вертикальные конструкции.

Для создания такой конструктивной системы следует предусматривать:

Монолитное сопряжение конструкций перекрытий с железобетонными вертикальными конструкциями (колоннами, пилястрами, наружными и внутренними стенами, ограждениями лестничных клеток, вентиляционных шахт и т.д.);

Железобетонные монолитные пояса по периметру перекрытий, объединенные с конструкциями перекрытий и выполняющие функции надоконных перемычек;

Железобетонные монолитные парапеты, объединенные с конструкциями покрытия;

Железобетонные стенки в верхних этажах здания или железобетонные балки в покрытии, объединяющие колонны (пилястры) между собой и с другими вертикальными железобетонными конструкциями (стенами, ограждениями лестничных клеток, вентиляционных шахт и др.);

Проемы в железобетонных стенах не на всю высоту этажа, оставляя, как правило, участки глухих стен над проемами.

5 Нагрузки

5.1 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.

5.2 К постоянным нагрузкам следует относить собственный вес несущих железобетонных конструкций, вес частей здания (пола, перегородок, подвесных потолков и коммуникаций, навесных и самонесущих стен и т.п.) и боковое давление от веса грунта и веса дорожного покрытия и тротуаров.

5.3 К длительно действующим временным нагрузкам следует относить:

Пониженные нагрузки от людей и оборудования по табл. 3 СНиП 2.01.07-85* ;

35% полной нормативной нагрузки от автотранспорта;

50% полной нормативной снеговой нагрузки.

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

6 Характеристики бетона и арматуры

6.1 При расчете железобетонных конструктивных элементов на недопущение прогрессирующего обрушения следует принимать:

а) расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию, равным их нормативным значениям, умноженным для конструкций, бетонируемых в вертикальном положении, на коэффициент условия работы γ b 3 = 0,9;

б) расчетные значения сопротивления бетона осевому растяжению, используемые при расчете на действие поперечных сил и на местное действие нагрузок, равными их нормативным значениям, деленным на коэффициент надежности по бетону γ n = 1,15;

в) расчетные значения сопротивления продольной арматуры конструкций растяжению, равными их нормативным значениям;

г) расчетные значения сопротивления продольной арматуры конструкций сжатию, равными нормативным значениям сопротивления растяжению, за исключением арматуры класса А500, для которой R s = 469 МПа (4700 кгс/см 2), и арматуры класса В 500, для которой R s = 430 МПа (4400 кгс/см 2);

д) расчетные значения сопротивления поперечной арматуры конструкций на растяжение, равными их нормативным значениям, умноженным на коэффициент условия работы γ s 1 = 0,8;

е) нормативные значения сопротивлений бетона и арматуры, а также значения модуля упругости арматуры E s и начального модуля упругости бетона E b по СП 52-101-2003 .

7 Расчет

7.1 Расчет вторичных конструктивных систем здания на недопущение прогрессирующего обрушения следует производить отдельно для каждого (одного) локального разрушения.

Допускается производить расчет только наиболее опасных случаев разрушения, которыми могут быть схемы с разрушением поочередно вертикальных несущих конструктивных элементов:

а) имеющих наибольшую грузовую площадь;

б) расположенных у края перекрытия;

в) расположенных в углу,

и распространять результаты этих расчетов на другие участки конструктивной системы.

7.2 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.

7.3 В качестве одной исключаемой вертикальной несущей конструкции следует принимать колонну (пилон) либо участок пересекающихся или примыкающих под углом несущих стен. Общая длина этих участков стен отсчитывается от места пересечения или примыкания до ближайшего проема в каждой стене или до сопряжения со стеной другого направления, но не более 7 м.

7.4 Вертикальные конструкции системы следует считать жестко защемленными на уровне верха фундаментов.

7.5 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.

При расчете с учетом геометрической и физической нелинейности жесткость сечений конструктивных элементов следует принимать в соответствии с указаниями СП 52-101-2003 с учетом продолжительности действия нагрузок и наличия или отсутствия трещин.

При расчете с учетом только геометрической нелинейности жесткость сечений B конструктивных элементов следует определяется как произведение модуля пропорциональности E пр на момент инерции железобетонного сечения J b .

Модуль пропорциональности E пр следует принимать:

при определении усилий - E пр = 0,6Е b E пр = Е b для вертикальных элементов;

При расчете устойчивости - E пр = 0,4Е b для горизонтальных элементов и E пр = 0,6Е b для вертикальных элементов

7.6 Расчет сечений конструктивных элементов следует производить в соответствии с Пособием на усилия, определенные в результате статического расчета принимая их кратковременными.

7.7 В результате расчета первичной и вторичных конструктивных систем определяются усилия (напряжения) в конструктивных элементах, назначается результирующие класс бетона и армирование элементов и узлов их сопряжений и устанавливается запас устойчивости каркаса, а при его недостаточности увеличиваются размеры сечений элементов или изменяется конструктивное решение здания.

8 Конструктивные требования

8.1 Конструирование элементов и их сопряжений следует производить в соответствием с Пособием и СП 52-103-2007 .

8.2 Класс бетона и армирование конструктивных элементов следует назначать наибольшими из сопоставления результатов расчетов для условий нормальной эксплуатации здания и на недопущение прогрессирующего обрушения.

8.3 При армировании конструктивных элементов следует обратить особое внимание на надежность анкеровки арматуры, особенно в местах пересечений конструктивных элементов. Длины анкеровки и перехлеста арматурных стержней должны быть увеличены на 20% по отношению к требуемым по .

8.4 Продольная арматура конструктивных элементов должна быть непрерывной. Площадь сечения продольной арматуры (отдельно нижней и отдельно верхней) плит безбалочных перекрытий и балок балочных перекрытий должна составлять не менее μ s,min = 0,2% площади сечения элемента.

8.5 Продольное армирование вертикальных несущих конструктивных элементов должно воспринимать усилие растяжения не менее 10 кН (1 тс) на каждый квадратный метр грузовой площади этого конструктивного элемента.

Пример расчета каркаса здания на предотвращение прогрессирующего обрушения *)

*) Составитель инж. А.П. Черномаз

Здание гостинично-офисного комплекса переменной этажности ( и ). Наибольшее число надземных этажей 14, подземный - 1. Максимальный размер в плане 47,5×39,8 м. Расположено в Московской области. Ветровой район IB , снеговой район III .

Здание каркасное с центральным лестнично-лифтовым ядром жесткости и двумя боковыми лестничными клетками. Прочность, устойчивость и жесткость каркаса здания обеспечивается дисками перекрытий и системой колонн и стен, заделанных в фундамент.

Основная сетка колонн 7,5×7,2 м. Колонны квадратного сечения от 400×400 до 700×700 мм. Перекрытие безбалочное толщиной 200 мм с капителями.

Конструкции каркаса (колонны, перекрытия), фундаменты, лестницы, стены лестничных клеток, лифтовых и коммуникационных шахт, наружные стены подземных и XI-го (технического) этажей, частично, внутренние стены - монолитные железобетонные. Бетон класса В30, продольная рабочая арматура класса А500С.

Для недопущения прогрессирующего обрушения при аварийной ситуации предусмотрены специальные конструктивные элементы (железобетонные стены по периметру технического XI этажа, стена по оси 11 начиная с XII этажа и до покрытия, стена по оси 1 начиная с X этажа и до покрытия), обеспечивающие наряду с конструктивными элементами, необходимыми для функционирования здания при нормальной эксплуатации, превращение конструкций в «подвешенную» систему над гипотетически выбывшими в результате аварийной ситуации колоннами по периметру здания и, частично, средними. Зоны вокруг части средних колонн, не превращающиеся в «подвешенные» системы при разрушении этих колонн в случае аварийного на них воздействия, при необходимости дополнительно армируются (см. ниже).

Расчетная схема здания принята в виде пространственной системы из заделанных в фундамент колонн и стен, объединенных перекрытиями и лестницами (). Расчет произведен по программному комплексу SCAD Office 11.3.

По уровню ответственности здание отнесено к I-му (повышенному) уровню. Коэффициент надежности по ответственности принят равным γ n = 1,1 для основного сочетания нагрузок.

Расчет каркаса здания произведен на основное сочетание нагрузок для стадии эксплуатации (первичная конструктивная система) и на особое сочетание нагрузок на предотвращение прогрессирующего обрушения (вторичные конструктивные системы).

Величины нагрузок приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Место

Вертикальные нагрузки тс/м² (без собственного веса)

нормативные

расчетные

постоянные

временные

основное сочетание

особое сочетание

полн.

в т.ч. длит.

постоянные

временные на

перекрытие.

каркас

полн.

длит

полн.

длит.

Перекры­тие

0,15+0,45+0,04 = 0,64 (пол, перегородки, подвес)

0,07

0,18+0,50+0,05 = 0,73

0,24

0,09

0,12

0,09

0,64+0,07 = 0,71

Покр. экспл.

0,39 (кровля, подвес)

0,13 (снег)

0,07

0,48

снег мешок

0,09

0,20

0,09

0,39+0,07 = 0,46

Нагрузка от наружных стен принята равной q н = 0,4 тс/м² стены и q р = 0,56 тс/м² стены.

Таблица 2

№ n/n

Место приложения нагрузки

Вид расчета

Сочетания расчетных вертикальных нагрузок (без собственного веса), тс/м ² *)

основное

особое

на перекрытия

(0,73 + 0,12)·1,1 = 0,94

0,71

расчет перекрытия

(0,73 + 0,24)·1,1 = 1,07

0,71

На эксплуатируемое покрытие

расчет фундамента, колонн и каркаса

(0,48 + 0,2)·1,1 = 0,75

0,46

расчет покрытия

(0,48 + снег)·1,1

0,46

от стен

расчет всех конструкций

0,56∙1,1 = 0,62

0,40

*) - значения всех нагрузок, кроме стен, даны на м² перекрытия и покрытия, а от стен - на м² стены.

Значения расчетных сопротивлений арматуры и бетона приведены в табл. 3.

Таблица 3

Вид конструкции

Усилие и характер армирования

Расчетное сопротивление арматуры, кгс/см² для сочетания нагрузок

Расчетное сопротивление бетона, кгс/см² для сочетания нагрузок

основного

особого

основного

особого

Перекрытие

R s = 4430

R sn = 5100

Сжатию

R b = 173

Сжатию

R bn = 224

Поперечная арматура класса А240

R sw = 1730

R sn · γ s 1 = 2450·0,8 = 1960

Растяжению

R bt = 11,7

Растяжению

Колонны, пилястры стены

Сжатие продольной арматуры класса А500С

R sc = 4080

R s = 4700

сжатию

R b ·γ b3 = 173·0,9 = 156

сжатию

R bn · γ b3 = 224·0,9 = 202

Растяжение продольной арматуры класса А500С

R s = 4430

R sn = 5100

Таблица 4

Элемент каркаса

Начальный модуль упругостибетона E б × 10 -6 тс/м²

Модуль деформации E пр при расчете тс/м² × 10 -6

усилий и армирования элементов

устойчивости

на основное сочетание нагрузок

на особое сочетание нагрузок

Плиты перекрытий

3,31

3,31·0,6 = 2,0

3,31·0,2 = 0,66

3,31·0,4 = 1,3

Балки

3,31

3,31·0,6 = 2,0

3,31·0,2 = 0,66

3,31·0,4 = 1,3

Колонны

3,31

3,31

3,31·0,3 = 1,0

3,31·0,6 = 2,0

Стены

3,31

3,31

3,31·0,3 = 1,0

3,31·0,6 = 2,0

Модули деформации железобетонных конструкций приняты по табл. 4.

При расчете вторичных конструктивных систем на особое сочетание нагрузок рассматриваются случаи исключения поочередно средней колонны № 14, крайней колонны № 21 и угловой колонны № 23 на I и XIII этажах (см. , )

Расчеты показали, что по сравнению с первичной конструктивной системой при исключении поочередно указанных колонн запас общей устойчивости каркаса здания практически не меняется, однако происходит очевидное перераспределение усилий в конструкциях.

Некоторые результаты расчетов первичной и вторичной систем при удалении колонны № 14, представлены в табл. 5 и 6 и на рис. 5÷8.

Таблица 5

№ № колонн 4)

Расчетная суммарная площадь продольной арматуры колонн, см 2

при первичной конструктивной системе 1)

при удалении колонны №14 на I этаже 2)

при удалении колонны № 14 на XIII этаже 2)

результирующее

I этаж

XIII этаж 3)

I этаж

XIII этаж

I этаж

XIII этаж

I этаж

XIII этаж

13

Ключевые слова: прогрессирующее обрушение, нормы.

Введение . Цель заметки - сформировать перечень существующих материалов нормативного характера по тематике прогрессирующего обрушения. По возможности заметка будет пополняться.

Среди нижеперечисленных документов приводятся как те, которые только предъявляют требования, так и те, которые указывают, как надо рассчитывать и какие при этом необходимо соблюдать конструктивные требования.

Субъективно, на текущий день наиболее "насыщенные" нормативные документы - этоиностранные (США): UFC 4-023-03 (актуал. 2016г.) иGSA "Alternate path analysis & design guidelines for progressive collapse resistance" (2016г.). Ими рекомендуется ознакомиться в первую очередь.Остальные из нижеприведенных, за исключением некоторых отечественных рекомендаций и русскоязычного приложения Е ТКП 45-3.02-108-2008, малополезны для практического применения и представляют интерес только в исследовательском плане (посмотреть на эволюцию норм, терминов, концептуальных подходов, расчетных методик).

При сравнении норм/рекомендаций РФ с иностранными (США) очевидно, что первые серьезно отстают в содержательном плане. Если отечественные рекомендации, содержащие массу противоречий, в основном были написаны в начале-середине 2000-х годов и на этом процесс их обновления «застопорился»*, то нормы США продолжают постепенно развиваться. В отличии от наших рекомендаций, которые уделяют в основном внимание ж.б. конструкциям, нормы США содержат конкретные требования к конструкциям и из других видов материалов - металлическим, каменным и пр.

Поэтому, как видится, по истечении определенного времени (около 5-10 лет) нас ждет неизбежный копипаст отдельных положений еврокодов и норм США.

* - выпущенные в 2016-2017гг. (проект СП "Защита зданий от прогрессирующего обрушения...", СП 296.1325800.2017 "Здания и сооружения. Особые воздействия") с трудом можно назвать как следует проработанными документами. Относительно СП 296.1325800.2017 последнее утверждение касается только его первой части, посвященной ПО.

I. РФ (в хронологическом порядке)

1 . Пособие по проектированию жилых зданий. Вып. 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85). - ЦНИИЭП жилища. - М. - 1986. (см. приложение 2) .

Обратите внимание на год этого документа - 1986г. Он опровергает ошибочный стереотип, что в СССР проблемой прогрессирующего обрушения не занимались.

2 . ГОСТ 27751-88 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету. - 1988г.

См. п. 1.10: "При расчете конструкций должны рассматриваться следующие расчетные ситуации:

...аварийная, имеющая малую вероятность появления и небольшую продолжительность, но являющаяся весьма важной с точки зрения последствий достижения предельных состояний, возможных при ней (например, ситуация, возникающая в связи со взрывом, столкновением, аварией оборудования, пожаром, а также непосредственно после отказа какого-либо элемента конструкции)...".

3 . ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения». - 1989г.

Данный ГОСТ крайне важен тем, что пытается разъяснить область разграничения понятий надежности, живучести, безопасности (см. стр. 20): «…для объектов, которые являются потенциальным источником опасности, важными понятиями являются “безопасность” и “живучесть”. Безопасность − свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения ра-ботоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды. Хотя безопасность не входит в общее поня-тие надежности, однако при определенных условиях тесно связана с этим понятием, например, если отказы могут привести к условиям, вредным для людей и окружающей среды сверх предельно допустимых норм. Понятие “живучесть” занимает пограничное место между понятиями “на-дежность” и “безопасность”. Под живучестью понимают: - свойство объекта, со-стоящее в его способности противостоять развитию критических отказов из дефектов и повреждений при установленной системе технического обслужива-ния и ремонта, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при воздействиях, не предусмотренных условиями эксплуатации, или свойство объекта сохранять ограниченную работоспособность при наличии дефектов или повреждений определенного вида, а также при отказе некоторых компонентов .

Примером служит сохранение несущей способности элементами конструкции при возникновении в них усталостных трещин, размеры которых не превышают заданных значений… т ермин “живучесть” соответствует международному термину “fail-safe concept”. Для характеристики отказоустойчивости по отношению к челове-ческим ошибкам в последнее время начали употреблять термин “fool-proof concept”».

5 . МГСН 3.01-01 «Жилые здания», - 2001г. пункты 3.3, 3.6, 3.24.

6 . НП-031-01 Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций, - 2001г. Примечание: каких-либо расчетных методик здесь нет, но зафиксирован принцип единичного отказа. Это важно.

10 . МГСН 4.19-05 Многофункциональные высотные здания и комплексы. - 2005г. пункты 6.25, 14.28, приложение 6.1.

- Если проект будет введен в действие, то он станет первым нормативным документом в РФ, содержащим методику динамического расчета на прогрессирующее обрушение (см. параграф 16 и приложение "И").

II . СНГ

Украина

1.1 .ДБН В.1.2-14-2009 Общие принципы обеспечения надежности и конструктивной безопасности зданий, сооружений строительных конструкций и оснований. Пункт 4.1.6 предъявляет требования к обеспечению живучести строительных конструкций (определение дается в п. 3.18).

1.2 . ДБН В.2.2-24-2009 Приложение Е "Методика расчета высотного здания на сопротивление к прогрессирующему обрушению".

Белоруссия

2 . ТКП 45-3.02-108-2008 (02250) Высотные здания. Рекомендуется обратить внимание на Приложение Е, «впитавшее с переводом на русский язык» подходы зарубежных норм.

Кдин=2 (см. пункт E.3.1.2.6).

7 . EN 1992-1-1-2009 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1.

Великобритания

8 . BS 5950-1:2000 (издание 2008г.: Incorporating Corrigenda Nos. 1 and 2 and Amendment No. 1) Structural use of steelwork in building. См. раздел 2.4.5 Structural integrity.

9 . BS 8110-1:1997 (издание 2007г.: Incorporating Amendments Nos. 1, 2, 3 and 4) Structural use of concrete. см раздел 2.2.2.2 Robustness. Документ ссылается на п. 2.6 BS 8110-2:1985.

10 . BS 8110-2:1985 (издание 2005г.: Reprinted, incorporating Amendments Nos. 1, 2 and 3) Structural use of concrete. Part 2: Code of practice for special circumstances. см раздел 2.6 Robustness.

11 . BS 5628-1:2005 Code of Practice for Use of Masonry (издание 2005г.). См. Sections 5 Design: accidental damage.

Канада

12. NBCC 1977 National Building Code of Canada (NBCC), Part 4, Commentary C, National Research Council of Canada, Ottawa, Ontario, 1985.

13. CSA Standard S16-01 Limit States Design of Steel Structures. См. п. 6.1.2 Structural Integrity.

Hong Kong

14. Code of practice for structural use of concrete, - 2013. См. п. 2.2.3.2 Check of structural integrity, п. 2.3.2.7 Fire, п. 6.4 Design for robustness against disproportionate collapse.

15. Code of practice for structural use of steel, - 2011.

См. п. 1.2.1, 1.2.3 Structural system, integrity and robustness, п. 2.3.4 Structural integrity and robustness, п. 2.3.4.3 Avoidance of disproportionate collapse, п. 12.1.1, 12.1.3, 13.1.4.1 Robustness.

16. Code of Practice for Dead and Imposed Loads, - 2011.

Australian/New Zealand

17 . AS/NZS 1170.0:2002 Structural design actions. Part 0: General principles (издание 2011г.). См. Section 3.2 Design requirements, Section 6 Structural robustness.

1 . Тур В.В. Оценка рисков конструктивных систем в особых расчетных ситуациях. Вестник Полоцкого Гос. Унив. серия F, стр. 2-14, - 2009г.

2.1 . Грачев В.Ю., Вершинина Т.А., Пузаткин А.А. Непропорциональное разрушение. Сравнение методов расчета. Екатеринбург, Издательство «Ажур», - 2010г., 81 с.

2.2 . Грачев В.Ю. и партнеры. Выборочный перевод "Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Modernization Projects". GSA. (Прим .: перевод уже неактуальной версии от 2003г .; перевод местами не "the best", но в целом работа проделана большая).

3 . Еремеев П.Г. Предотвращение лавинообразного (прогрессирующего) обрушения несущих конструкций уникальных большепролетных сооружений при аварийных воздействиях. Строительная механика и расчет сооружений, - 2006г., № 02.

4 . Review of international research on structural robustness and disproportionate collapse. London, Department for Communities and Local Government, - 2011.

5 . А. Way SCI P391 Structural Robustness of Steel Framed Buildings. - 2011. UK.

6 . Brooker O. How to design concrete buildings to satisfy disproportionate collapse requirements.

В Департаменте градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации в рамках компетенции рассмотрено письмо по вопросу требований нормативно-технических документов, и сообщается следующее.

Термин «несущие конструкции» практически не используется в нормативно- технических документах, так как определение несущих конструкций приведено в учебниках по строительной механике и является понятным для каждого проектировщика. Определение несущей способности установлено только в СП 13-102-2003* «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» (далее - СП 13-102-2003), который в настоящее время не является действующим документов по стандартизации. Согласно СП 13-102-2003* несущие конструкции - это строительные конструкции, воспринимающие эксплуатационные нагрузки и воздействия и обеспечивающие пространственную устойчивость здания.

В соответствии с положениями ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» расчет на прогрессирующее обрушение проводится для зданий и сооружений класса КС-3, а также (на добровольной основе) зданий и сооружений класса КС-2.

Требование о необходимости расчета на прогрессирующее обрушение всех производственных зданий, установленное в пункте 5.1 СП 56.13330.2011 «СНиП 31-03-2001 «Производственные здания» (далее - СП 56.13330.2011), является избыточным и противоречащим федеральному закону № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений. Данное требование будет откорректировано в 2018 году путём внесения изменения в СП 56.13330.2011.

В 2017 году утвержден СП 296.1325800.2017 «Здания и сооружения. Особые воздействия» (далее - СП 296.1325800.2017), который вступает в силу с 3 февраля 2018 г. для применения на добровольной основе. В данном своде правил указано, что при проектировании сооружений должны быть разработаны сценарии реализации наиболее опасных аварийных расчетных ситуаций и разработаны стратегии для предотвращения прогрессирующего обрушения сооружения при локальном разрушении конструкции. Каждый сценарий соответствует отдельному особому сочетанию нагрузок и, в соответствии с указаниями СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (далее - СП 20.13330), должен включать в себя одно из нормируемых (проектных) особых воздействий или один вариант локальных разрушений несущих конструкций для аварийных особых воздействий. Перечень сценариев аварийных расчетных ситуаций и соответствующих им особых воздействий устанавливается Заказчиком в задании на проектирование по согласованию с Генпроектировщиком.

Для каждого сценария следует определить несущие элементы, выход из строя которых влечет за собой прогрессирующее обрушение всей конструктивной системы. В этих целях следует выполнить анализ работы конструкции при действии особых сочетаний нагрузок, в соответствии с указаниями СП 20.13330.

В пункте 5.11 СП 296.1325800.2017 указаны условия, при которых допускается не учитывать аварийные воздействия:

Разработаны Специальные технические условия на проектирование сооружения;

Проведено научно-техническое сопровождение на всех этапах проектирования и строительства сооружения, а также изготовления этих элементов;

Проведен расчет сооружения на действие проектных (нормируемых) особых воздействий, указанных в СП 296.1325800.2017, задании на проектирование и действующих нормативных документах;

Введены дополнительные коэффициенты условий работы, понижающие расчетные сопротивления этих элементов и узлов их крепления (для большепролетных сооружений указанные дополнительные коэффициенты-условий работы приведены в приложении В указанного СП);

Проведены организационные мероприятия, в том числе, в соответствии с СП 132.13330.2011 «Обеспечение антитеррористической защищенности зданий и сооружений. Общие требования проектирования», и согласованные с заказчиком (см. приложение Г указанного свода правил).

Научно-техническое сопровождение проводится организацией (организациями), отличными от тех, которые разрабатывают проектную документацию. Работы по научно-техническому сопровождению должны проводить организации (как правило, научно-исследовательские) имеющие опыт работ в соответствующих областях и необходимую экспериментальную базу.

Обзор документа

Даны разъяснения по вопросу применения нормативно-технических документов при квалификации несущих конструкций. В частности, отмечено следующее.

Термин "несущие конструкции" практически не используется в нормативно- технических документах, т. к. определение приведено в учебниках по строительной механике и является понятным для каждого проектировщика. Дано определение понятию "несущая способность".

В соответствии с положениями ГОСТ 27751-2014 "Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения" расчет на прогрессирующее обрушение проводится для зданий и сооружений класса КС-3, а также (на добровольной основе) зданий и сооружений класса КС-2.

В 2017 г. утвержден СП 296.1325800.2017 "Здания и сооружения. Особые воздействия", который вступает в силу с 3 февраля 2018 г. для применения на добровольной основе. При проектировании сооружений должны быть разработаны сценарии реализации наиболее опасных аварийных расчетных ситуаций и стратегии для предотвращения прогрессирующего обрушения сооружения при локальном разрушении конструкции. Каждый сценарий соответствует отдельному особому сочетанию нагрузок. Перечень сценариев аварийных расчетных ситуаций и соответствующих им особых воздействий устанавливается заказчиком в задании на проектирование по согласованию с генпроектировщиком.

Разъяснен порядок научно-технического сопровождения работ.

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ: МНИИТЭП (инженеры Шапиро Г.И. - руководитель работы, Эйсман Ю.А.) и РААСН (академик, д.т.н. Травуш В.И.).

2. ПОДГОТОВЛЕНЫ к изданию ГУП МНИИТЭП.

3. СОГЛАСОВАНЫ: ЦНИИСК им. Кучеренко, ЦНИИЭП жилища.

4. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Распоряжением Управления научно-технической политики, развития и реконструкции города Москвы от 16.02.2006 г. N 9.

Введение

Введение

Рекомендации предназначены для проектирования и строительства новых, а также реконструкции и проверки построенных высотных (многофункциональных, административных, жилых) зданий, или высотной части разноэтажного здания, любых конструктивных систем высотой более 25 этажей (75 м) на устойчивость против прогрессирующего обрушения при возникновении локальных повреждений.

Необходимость в разработке данных рекомендаций возникла в связи с тем, что имеющиеся документы не охватывают вопросов, связанных с проектированием и проверкой высотных зданий. Высотные дома имеют ряд особенностей, связанных с более "свободными" архитектурно-планировочными решениями, широким шагом стен (или колонн), решениями несущих и ограждающих конструкций и т.п., что обусловливает специфику расчета высотных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения при чрезвычайных ситуациях (ЧС).

Основная цель настоящей методики - обеспечение безопасности высотных зданий при запроектных ЧС.

Чрезвычайные ситуации (ЧС), вызванные запроектными источниками, в общем случае непредсказуемы и сводятся к локальным аварийным воздействиям на отдельные конструкции одного здания: взрывы, пожары, карстовые провалы, ДТП, дефекты конструкций и материалов, некомпетентная реконструкция (перепланировка) и т.п. случаи.

Как правило, воздействие рассматриваемого типа приводит к местным повреждениям несущих конструкций зданий. При этом в одних случаях ЧС этими первоначальными повреждениями и исчерпываются, а в других - несущие конструкции, сохранившиеся в первый момент аварии, не выдерживают дополнительной нагрузки, ранее воспринимавшейся поврежденными элементами, и тоже разрушаются. Аварии последнего типа получили в литературе наименование "прогрессирующее обрушение".

1 Основные положения

1.1 Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения их несущих конструкций при аварийных воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (пожары, взрывы, ударные воздействия транспортных средств, несанкционированная перепланировка и т.п). Это требование означает, что в случае аварийных воздействий допускаются локальные разрушения отдельных вертикальных несущих элементов в пределах одного этажа или участка перекрытия одного этажа, но эти первоначальные разрушения не должны приводить к обрушению или разрушению конструкций, на которые передается нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами, поврежденными аварийным воздействием.

Расчет здания в случае локального разрушения несущих конструкций производится только по предельным состояниям первой группы. Развитие неупругих деформаций, перемещения конструкций и раскрытие в них трещин в рассматриваемой чрезвычайной ситуации не ограничиваются.

1.2 Устойчивость высотного здания против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать наиболее экономичными средствами:

- Рациональным конструктивно-планировочным решением здания с учетом возможности возникновения рассматриваемой аварийной ситуации;

- Конструктивными мерами, обеспечивающими неразрезность конструкций;

- Применением материалов и конструктивных решений, обеспечивающих развитие в элементах конструкций и их соединениях пластических деформаций.

1.3 Реконструкция высотного здания, в частности перепланировка и переустройство помещений, не должны снижать его устойчивость против прогрессирующего обрушения.

1.4 В качестве локального (гипотетического) разрушения следует рассматривать разрушение (удаление) вертикальных конструкций одного (любого) этажа здания, ограниченных кругом площадью до 80 м (диаметр 10 м) для зданий высотой до 200 м и до 100 м (диаметр 11,5 м) для зданий выше 200 м:

а) двух пересекающихся стен на участках от места их пересечения (в частности, от угла здания) до ближайшего проема в каждой стене или до следующего вертикального стыка со стеной другого направления или участке указанного размера;

б) колонн (пилонов) или колонн (пилонов) с примыкающими к ним участками стен, в том числе навесных ограждающих панелей, расположенных на участке, не превышающем указанный размер локального разрушения;

в) перекрытия на указанной площади.

Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать лишь наиболее опасные расчетные схемы разрушения. Необходимо проверить защищенность от прогрессирующего обрушения конструкций всех типовых, технических и подземных этажей, а также чердака.

2 Расчетные нагрузки и сопротивление материалов

2.1 Расчет по прочности и устойчивости производят на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и длительные временные нагрузки, а также воздействие на конструкцию здания локальных гипотетических разрушений по п.1.4. Локальное разрушение может быть расположено в любом месте здания.

2.2 Постоянная и длительная временная нагрузки принимаются согласно действующим нормативным документам (или по специальному заданию) с коэффициентами сочетания нагрузок и коэффициентами надежности по нагрузкам, равными единице.

2.3 Расчетные прочностные и деформационные характеристики материалов принимаются равными их нормативным значениям согласно действующим нормам проектирования железобетонных и стальных конструкций.

3 Расчет высотных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения

3.1 Для расчета высотных зданий рекомендуется использовать пространственную расчетную модель. В модели могут учитываться элементы, которые при нормальных эксплуатационных условиях являются ненесущими (например, навесные наружные стеновые панели, железобетонные ограждения балконов и т.п.), а при наличии локальных воздействий активно участвуют в перераспределении усилий в элементах конструктивной системы.

Расчетная модель здания должна предусматривать возможность удаления (разрушения) отдельных вертикальных конструктивных элементов в соответствии с п.1.4.

Удаление одного или нескольких элементов изменяет конструктивную схему и характер работы элементов, примыкающих к месту разрушения либо зависших над ним, что необходимо учитывать при назначении жесткостных характеристик элементов и их связей.

Расчетная модель здания должна быть рассчитана отдельно с учетом каждого (одного) из локальных разрушений.

3.2 Расчет здания можно выполнять с использованием различных программных комплексов, в том числе основанных на методе конечного элемента. Использование программных комплексов, допускающих возможность учета физической и геометрической нелинейности жесткостных характеристик элементов, обеспечивает наибольшую достоверность результатов расчета и снижение дополнительных материалозатрат.

Полученные на основании статического расчета усилия в отдельных конструктивных элементах должны сравниваться с предельными усилиями, которые могут быть восприняты этими элементами. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие , где и соответственно усилие в конструктивном элементе, найденное из выполненного статического расчета, и его расчетная несущая способность, найденная с учетом указаний п.2.3. Конструкции, для которых требования по прочности не удовлетворяются, должны быть усилены, либо должны быть приняты другие меры, повышающие сопротивление конструкций прогрессирующему обрушению.

3.3 При определении предельных усилий в элементах (их несущей способности) следует принимать:

а) длительно действующую часть усилий - из расчета конструктивной схемы при расчетной схеме без локальных разрушений на нагрузки, указанные в п.2.2;

б) кратковременно действующую часть усилий - как разность усилий, полученных из расчета конструктивной схемы при расчетной схеме с учетом удаления (разрушения) одного из несущих элементов (см. п.1.4) на действие тех же нагрузок, и усилий, полученных из расчета по п.а).

3.4 В случае обеспечения пластичной работы конструктивной системы в предельном состоянии проверку устойчивости против прогрессирующего обрушения элементов, расположенных над локальными разрушениями, рекомендуется проводить кинематическим методом теории предельного равновесия, дающим наиболее экономичное решение. В этом случае расчет здания при каждой выбранной схеме выполняется по следующей процедуре:

- задаются наиболее вероятные механизмы прогрессирующего (вторичного) обрушения элементов здания, потерявших опору (задать механизм разрушения значит определить все разрушаемые связи, в том числе и образовавшиеся пластические шарниры, и найти возможные обобщенные перемещения () по направлению усилий в этих связях);

- для каждого из выбранных механизмов прогрессирующего обрушения определяются предельные усилия, которые могут быть восприняты сечениями всех пластично разрушаемых элементов и связей (), в том числе и пластических шарниров; находятся равнодействующие () внешних сил, приложенных к отдельным звеньям механизма, то есть к отдельным неразрушаемым элементам или их частям, и перемещения по направлению их действия ();

- определяются работы внутренних сил () и внешних нагрузок () на возможных перемещениях рассматриваемого механизма

и проверяется условие равновесия

При оценке возможности одновременного обрушения конструкций всех этажей условия равновесия (1) заменяются условием

Где и - соответственно работа внутренних и внешних сил на перемещениях конструкций одного этажа; этажи разделяются нижней поверхностью перекрытия, которое относится к этажу, расположенному над перекрытием.

Указанная расчетная процедура применима лишь при условии выполнения требований п.4.2, 4.3 об обеспечении пластичной работы отдельных конструктивных элементов и связей между ними в предельном состоянии. Если пластичность какого-либо элемента или связи не обеспечена, их работа учитываться не должна (элемент или связь считаются отсутствующими). Если таких элементов и связей, которые могут разрушаться хрупко, слишком много, и их формальное исключение слишком сильно уменьшает оценку сопротивления здания прогрессирующему обрушению, следует или обеспечить пластичность связей, или использовать другую расчетную модель здания (см. п.3.2).

При каждом выбранном локальном разрушении необходимо рассмотреть все указанные ниже механизмы прогрессирующего обрушения:

- Первый механизм прогрессирующего обрушения характеризуется одновременным поступательным смещением вниз всех вертикальных конструкций (или отдельных их частей), расположенных над локальным разрушением.

- Механизм прогрессирующего обрушения второго типа характеризуется одновременным поворотом каждой конструктивной части здания, расположенной над локальным разрушением, вокруг своего центра вращения. Такое смещение требует разрушения имеющихся связей этих конструкций с неповрежденными элементами здания; разрушения связей сдвига вертикальных элементов с перекрытием.

- Третий механизм обрушения - это условие необрушения только участка перекрытия, расположенного непосредственно над выбитой вертикальной конструкцией и первоначально на нее опертого.

- Четвертый механизм предусматривает перемещения конструкций лишь одного этажа, расположенного непосредственно над выбитым вертикальным элементом. В этом случае происходит отрыв вертикальных конструкций от перекрытия, расположенного над ними.

Если при какой-либо расчетной схеме условие (1) или (2) не выполняется, необходимо усилением конструктивных элементов либо иными мероприятиями добиться его выполнения.

3.5 В некоторых случаях целесообразно рассматривать работу перекрытий над удаленной колонной (пилоном, стеной) при больших прогибах как элементов висячей системы или с учетом мембранного эффекта.

3.6 В несущих колоннах (пилонах, стенах), не расположенных над гипотетическим локальным разрушением, его воздействие приводит к увеличению напряжений и усилий. Необходимо выполнить проверку прочности этих элементов. Оценку усилий, действующих в элементах, допускается выполнять приближенными методами.

3.7 Каждое перекрытие высотного здания должно быть рассчитано на восприятие веса участка перекрытия вышележащего этажа (постоянная и длительная нагрузки с коэффициентом динамичности =1,5) на площади 80 м для зданий до 200 м и 100 м для зданий выше 200 м.

4 Конструктивные требования

4.1 Основное средство защиты высотных зданий от прогрессирующего обрушения - обеспечение необходимой прочности конструктивных элементов в соответствии с расчетами; повышение пластических свойств применяемой арматуры и стальных связей между конструкциями (в виде арматуры соединяемых конструкций, закладных деталей и т.п.); включение в работу пространственной системы ненесущих элементов. Эффективная работа связей, препятствующих прогрессирующему обрушению, возможна лишь при обеспечении их пластичности в предельном состоянии, с тем чтобы они не выключались из работы и допускали без разрушения развитие необходимых деформаций. Для выполнения этого требования связи следует проектировать из пластичной листовой или арматурной стали, а прочность анкеровки связей должна быть больше усилий, вызывающих их текучесть.

4.2 В зданиях следует отдавать предпочтение монолитным и сборно-монолитным перекрытиям, которые должны быть надежно соединены с вертикальными несущими конструкциями здания стальными связями.

4.3 Соединения сборных элементов с монолитными конструкциями, препятствующие прогрессирующему обрушению зданий, должны проектироваться неравнопрочными, при этом элемент, предельное состояние которого обеспечивает наибольшие пластические деформации соединения, должен быть наименее прочным.

Для выполнения этого условия рекомендуется рассчитать все элементы соединения, кроме наиболее пластичного, на усилие, в 1,5 раза превышающее несущую способность пластичного элемента, например, анкеровку закладных деталей и сварные соединения рекомендуется рассчитывать на усилие в 1,5 раза больше, чем несущая способность самой связи. Необходимо особо следить за фактически точным исполнением проектных решений пластичных элементов, замена их более прочными недопустима.

4.4 Для повышения эффективности сопротивления прогрессирующему обрушению здания рекомендуется:

- надпроемные перемычки, работающие как связи сдвига, проектировать так, чтобы они разрушались от изгиба, а не от действия поперечной силы;

- шпоночные соединения в сборно-монолитных конструкциях проектировать так, чтобы прочность отдельных шпонок на срез была в 1,5 раза больше их прочности при смятии;

- обеспечивать достаточность длины анкеровки арматуры при ее работе как связи сдвига;

- опорные сечения балок и ригелей, а также узлы их соединений с колоннами (стенами, пилонами), должны иметь прочность по поперечной силе в 1,5 раза выше, чем их несущая способность по изгибу с учетом пластических свойств в пролете.

4.5 Минимальная площадь сечения (суммарная для нижней и верхней арматуры) горизонтальной арматуры, как продольной, так и поперечной в железобетонных перекрытиях и покрытии должна составлять не менее 0,25% от площади сечения бетона.

При этом указанная арматура должна быть непрерывной и стыковаться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов на проектирование железобетонных конструкций.

4.6 Горизонтальные связи бетонных или железобетонных навесных наружных панелей с несущими элементами здания должны воспринимать растягивающие усилия не менее: 10 кН (1 тс) на 1 м длины панели при высоте этажа 3,0 м; 12 кП на 1 м длины панели при высоте этажа 3,5 м; 14 кН на 1 м длины панели при высоте этажа 4,0 м и выше, если по расчету не требуется более.

4.7 Продольная (вертикальная) междуэтажная арматура пилона (колонны, стены) должна воспринимать растягивающие усилия не менее 10 кН (1 тс) на каждый квадратный метр грузовой площади этого пилона (колонны, стены).

4.8 В зданиях с применением металлических конструкций предусматривать сталежелезобетонные перекрытия, избегать гибких соединений ригелей с колоннами. Горизонтальные ветровые связи должны обеспечивать объединение диска перекрытия. Использовать стали с повышенной пластичностью и вязкостью.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

В данном приложении рассмотрены два примера расчета*:
_______________
* В расчете примеров принимал участие студент МГСУ Юрьев Р.В.

- В первом примере А1 рассмотрена устойчивость против прогрессирующего обрушения для нескольких схем локального разрушения несущих конструкций одной секции жилого тридцатипятиэтажного дома высотой 123,2 м. Расчет перекрытий проведен с использованием кинематического метода предельного равновесия, а вертикальных конструкций - с использованием программного комплекса "Мономах 4.0".

- Во втором примере А2 рассмотрена устойчивость против прогрессирующего обрушения многофункционального 74-этажного дома подобного башне Москва-Сити, высотой 266,4 м. Расчет конструкций для отдельных схем локальных разрушений проведен с использованием программных комплексов "Лира 9.2" и "ОМ СНиП Железобетон - прогрессирующее обрушение".

Для обоих примеров приведены результаты расчетов отдельных схем локального разрушения.

А1 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРИДЦАТИПЯТИЭТАЖНОГО МОНОЛИТНОГО ЖИЛОГО ДОМА
НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ

А1.1 Исходные данные

А1.1.1 Описание конструктивной системы

Несущие конструкции здания выполнены в монолитном железобетоне. План типового этажа здания представлен на рисунке А1. Конструктивная система здания смешанная. Лестнично-лифтовой узел образует ядро жесткости. Толщина несущих внутренних стен 35 см, толщина пилонов 40-50 см, длина пилонов до 200 см. Перекрытия и покрытие - монолитные, толщиной 22 см, защитный слой бетона 2,5 см. Все вертикальные несущие конструкции здания выполнены из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В45, перекрытие из бетона класса В25. Фоновое армирование перекрытий непрерывное симметричное одинаковое вдоль обоих направлений осей здания: верхняя арматура равна нижней и составляет 12А400 с ячейкой 30 см. Высота этажа =3,52 м. Наружные стены навесные из небетонных мелкоштучных материалов.

РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМА

РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМА

А1.1.2 Нагрузки

Нормативные равномерно распределенные нагрузки на перекрытии: собственный вес 5,5 кН/м; вес пола в квартирах 2 кН/м; вес пола на балконе 1,2 кН/м; вес перегородок внутри квартир 1,1 кН/м; длительная временная нагрузка от людей в квартирах и на балконах 0,3 кН/м . Полная равномерно распределенная нагрузка: в квартирах 8,9 кН/м; на балконах 7 кН/м. Вес наружных стен 11,1 кН/пог.м; ограждения балконов 3,5 кН/пог.м.

А1.1.3 Расчетные сопротивления материалов

Буквенные обозначения величин, не оговоренные в настоящем расчете, приняты по СНиП 2.03.02-84*, СНиП 52-01-2003 и СП 52-101-03 [ , , ].
_______________
Действует до вступления в силу соответствующего технического регламента.

Носит рекомендательный характер до регистрации Минюстом России.

Вероятно ошибка оригинала. Следует читать СНиП 2.03.02-86 . - Примечание изготовителя базы данных.

Бетон класса по прочности на сжатие В25 : 18,5 МПа;
1,55 МПа.

Бетон класса по прочности на сжатие В45 : 32 МПа;
2,2 МПа.

Арматура 12А400 : сопротивление растяжению 400 МПа;
срезу 400*0,8=320 МПа.

Несущие способности элементов определяются по требованиям СП 52-101-03 с использованием программы ОМ "СНиП железобетон" .

А1.1.4 Расчетные схемы гипотетических локальных разрушений

Варианты расположения гипотетических локальных разрушений типового этажа, рассмотренные в настоящем примере, показаны на рисунке А1.

По высоте здания локальное разрушение может быть расположено на любом этаже, поэтому если в здании несколько видов типовых этажей, то проверять нужно самый опасный (или все). Кроме того, необходимо проверить невозможность прогрессирующего обрушения конструкций чердака, технических и подземных этажей. Здесь в качестве примера рассмотрены три наиболее опасные схемы локальных разрушений конструкций типового этажа, отвечающих требованию п.4.5, в том числе три возможных варианта образования пластических шарниров для схемы 1.

А1.2 Расчет конструкций, расположенных над локальным разрушением, кинематическим методом теории предельного равновесия

А1.2.1 Несущая способность отдельных конструктивных элементов

А1.2.1.1 Перекрытие

Погонная несущая способность поперечных сечений с фоновым армированием по изгибу при растяжении нижних (или верхних) волокон при изгибе вдоль направлений буквенных и цифровых осей одинакова, определяется при =100 см; =19,5 см; =3,77 см (3,3 стержня диаметром 12 мм из стали класса А400); =400 МПа, бетон класса В25, =18,5 МПа и равна 28 кН·м/пог.м. Площадь арматуры составляет: =3,77*2/(22*100)*100%=0,34%>0,25%, т.е. больше минимального армирования по п.4.5 данных рекомендаций.

А1.2.2 Проверка устойчивости здания при локальном разрушении его несущих конструкций по схеме N 1

РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПА

РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПА

Рассматривается обрушение конструктивной ячейки между осями А-В и 1-3. Первично разрушается пилон -го этажа на пересечении осей 1 и Б. Проверяется невозможность обрушения зависших над локальным разрушением участков перекрытий и пилонов. Поскольку пилон с другими вертикальными конструкциями соединяется только через перекрытие, прогрессирующему обрушению в данном случае сопротивляется на каждом этаже только перекрытие, разрушающееся с образованием пластических шарниров, и стык перекрытия с пилоном.

А1.2.2.1 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения первого типа

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А1.2. Пилоны всех этажей, зависших над "разрушенным" пилоном на -том этаже, поступательно смещаются вниз вместе с примыкающими участками перекрытий, в перекрытиях образуются пластические шарниры с растяжением верхней (на рисунках обозначены сплошной линией) и нижней (пунктирной линией) арматуры.

Работа пилона

Пилон (сечение 40х200 см) поступательно смещается вниз без разрушения, работа внутренних сил =0. Вес пилона =25*0,4*2*3,3=66 кН; вертикальное перемещение =1; работа внешних сил =66*1=66 кН.

Сопротивление обрушению перекрытий

Работа внутренних сил перекрытия суммируется по всем показанным на рисунке А1.2 и пронумерованным цифрами в кружках пластическим шарнирам (=1, ...8). Для каждого пластического шарнира , где - изгибающий момент, воспринимаемый сечением перекрытия вдоль рассматриваемого пластического шарнира; - угол излома плиты, - длина пластического шарнира. Для шарниров, наклонных к направлению осей здания, , где - острый угол между направлением -го шарнира и направлением цифровой оси.

В целях стандартизации расчета углы излома перекрытия в пластических шарнирах, образованные двумя наклонными плоскостями, рассматривались как сумма двух углов (каждой наклонной плоскости с горизонтальной), например шарниры 7 и 8. Тогда , где - длина перпендикуляра к линии -го пластического шарнира, соединяющего 2 точки рассматриваемой плоскости, разность перемещений которых равна единице.



шарнир 1: =28*2,2=60,6 кНм; =1/4,4=0,22 м; =60,6*0,22=13 кН;

шарнир 2: =28*2,2=60,6 кНм; =1/4,3=0,233 м; =60,6*0,233=14 кН;

шарнир 3: =28*(соs3°+sin3°)*6,7=187 кНм; =1/4,3=0,233 м; =187*0,233=44 кН;

шapниp 4: =28*(cos14°+sin14°)*15,4=431 кНм; =1/4,2=0,24 м; =431*0,24=104 кН;

шapниp 5: =28*(cos35°+sin35°)*9,7=272 кНм; =1/5,7=0,175 м; =272*0,175=48 кН;

шарнир 6: =28*(cos45°+sin45°)*5,8=162 кНм; =1/6,3=0,16 м; =162*0,16=26 кН;

шарнир 7: =28*(cos7°+sin7°)*12=336 кНм; =1/4,5=0,222 м; =336*0,222=75 кН;

шарнир 8: =336 кНм; =1/6,5=0,154 м; =336*0,154=52 кН;

всего по перекрытию =13+14+44+104+48+26+75+52=374 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

(=1, 2, 3). , где - распределенные внешние нагрузки; - площадь обрушаемой части плиты перекрытия, к которой эти нагрузки приложены; - перемещение центра тяжести части плиты. Величины и указаны на рисунке А1.2. Работа внешних сил

=8,9*(38*0,381+14,4*0,325+27,6*0,333)=255 кН.

Наружные стены (условно на рисунке А1.2 показаны только на планах)

Работа внутренних сил =0.

Работа внешних сил на перемещениях наружных стен (=1, 2). , где - распределенные по длине внешние нагрузки от веса наружных стен или ограждения балконов; - длина наружной стены; - вертикальное перемещение центра тяжести наружной стены.

=11,1*(5,6*0,5+4,7*0,5)=57 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма первого типа

Проверка производится по формуле (2) данных Рекомендаций

377 кН;

66+255+57=378 кН377 кН.

Условие устойчивости конструкций выполнено . Прогрессирующее обрушение первого типа невозможно.

А1.2.2.2 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения второго типа

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А1.3. В перекрытии образуются пластические шарниры с растяжением верхней и нижней арматуры. Пилоны всех этажей, зависших над "исчезнувшим" пилоном на -том этаже, поворачиваются вместе с нижним перекрытием вокруг мгновенного центра вращения на пересечении осей Б и 3, стык пилона с верхним перекрытием разрушается по срезу.

РИСУНОК А1.3 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ВТОРОГО ТИПА


Работа пилона

Вес пилона =66 кН; перемещение под центром тяжести пилона =13/14=0,93; работа внешних сил =66*0,93=61 кН.

Сопротивление обрушению перекрытия

Работа внутренних сил перекрытия суммируется по всем показанным на рисунке А1.3 и пронумерованным цифрами пластическим шарнирам (=1, ...4).

Для каждого пластического шарнира , где - изгибающий момент, воспринимаемый сечением перекрытия вдоль рассматриваемого пластического шарнира; - угол излома плиты.

Работа внутренних сил на перемещениях пластических шарниров:

шарнир 1: =28*(cos24°+sin24°)*16,3=456 кНм; =1/4,3=0,233 м; =456*0,233=106 кН;

шарнир 2: =28*(cos14°+sin14°)*15,5 =434 кНм; =1/4,7=0,213 м; =434*0,213=92 кН;

шарнир 3: =28*(cos6°+ sin6°)*14,2=398 кНм; =1/4,5=0,222 м; =398*0,222=88 кН;

шарнир 4: =398 кНм; =1/5=0,2 м; =398*0,2=80 кН

Всего по перекрытию: =106+92+88+80=366 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия (см. рисунок А1.3)

=8,9*(38*0,34+29*0,28)=187 кН.

Наружные стены

Работа внутренних сил =0.

Работа внешних сил =11,1*(5,4*0,5+6*0,5)=61 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма второго типа

Проверка производится по формуле (2) данных Рекомендаций

366 кН (без учета работы пилона на срез);

61+187+61+309 кН<366 кН.

Условие устойчивости выполнено даже без учета работы пилона на срез. Прогрессирующее обрушение второго типа невозможно.В этом случае вы можете повторить покупку документа с помощью кнопки справа.

Произошла ошибка

Платеж не был завершен из-за технической ошибки, денежные средства с вашего счета
списаны не были. Попробуйте подождать несколько минут и повторить платеж еще раз.

  • Сергей Савенков

    какой то “куцый” обзор… как будто спешили куда то

© 2024 Банковский консультант