Нормативные документы по прогрессирующему обрушению. Прогрессирующее обрушение и живучесть строительных конструкций: нормы, рекомендации и публикации с краткими комментариями. Методика расчета панельных зданий на устойчивость против прогрессирующего обруш
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 |
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: 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.
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». 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. ПРЕДИСЛОВИЕ 1. РАЗРАБОТАНЫ: МНИИТЭП
(инженеры Г.И.Шапиро, Ю.А.Эйсман) и НИЦ СтаДиО (к.т.н.
Ю.М.Стругацкий - руководитель темы) 2. ПОДГОТОВЛЕНЫ к
утверждению и изданию Управлением перспективного проектирования и
нормативов Москомархитектуры (инженеры Ю.П.Ванян, Ю.Б.Щипанов) 3. СОГЛАСОВАНЫ: ЦНИИСК
им.Кучеренко, ЦНИИЭП жилища 4. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В
ДЕЙСТВИЕ Указанием Москомархитектуры от 24.08.1999 N 36 1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Конструктивная
система жилых панельных зданий должна быть защищена от
прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения
ее несущих конструкций при аварийных воздействиях, не
предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (взрывы,
пожары, ударные воздействия транспортных средств и т.п.). Это
требование означает, что в случае аварийных воздействий допускаются
локальные разрушения несущих конструкций (полное или частичное
разрушение отдельных стен в пределах одного этажа и двух смежных
осей здания), но эти первичные разрушения не должны приводить к
обрушению или к разрушению конструкций, на которые передается
нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами, поврежденными
аварийным воздействием. 1.2 При проектировании
защиты панельных зданий от прогрессирующего обрушения следует
выделять два типа неповрежденных конструктивных элементов. В
элементах первого типа воздействия локальных разрушений не вызывают
качественного изменения напряженного состояния, а приводят лишь к
увеличению напряжений и усилий (неповрежденные стеновые диафрагмы и
плиты перекрытий, не расположенные над локальным разрушением). В
элементах второго типа (к ним относятся конструкции, потерявшие
первоначальные опоры - стеновые панели и плиты перекрытий,
расположенные над локальным разрушением) в рассматриваемом
состоянии здания качественно меняется напряженное состояние. 1.3. Устойчивость здания
против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать наиболее
экономичными средствами, не требующими повышения материалоемкости
сборных элементов: 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ2.1. Устойчивость здания
против прогрессирующего обрушения проверяется расчетом на особое
сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные
длительные нагрузки, а также воздействие гипотетических локальных
разрушений несущих конструкций. 2.2. Постоянная и
временная длительная нагрузка должна определяться по СНиП
2.01.07-85 *. При этом коэффициенты сочетаний нагрузок и
коэффициенты надежности по нагрузкам к постоянным и длительным
нагрузкам следует принимать равными единице. 2.3 Воздействие локальных
разрушений несущих конструкций учитывается тем, что расчетная
модель конструктивной системы здания рассматривается в нескольких
вариантах, каждый из которых соответствует одному из возможных
локальных разрушений конструкций при аварийных воздействиях. Рис.1. Фрагмент жилого домаРис.1. Фрагмент жилого дома 2.4. При расчете
панельных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения
нормативные сопротивления материалов принимаются в соответствии со
СНиП 2.03.01-84* и СниП
II-23-81 *. Расчетные характеристики сопротивления материалов,
определяемые делением нормативных сопротивлений на коэффициенты
надежности для бетонных и железобетонных конструкций, повышают за
счет использования коэффициентов надежности, указанных в таблице 1.
Кроме того, расчетные сопротивления умножают на коэффициенты
условий работы, учитывающие малую вероятность аварийных воздействий
и интенсивный рост прочности бетона в первый период после
возведения здания, а также возможность использования арматуры за
пределом текучести материала. Таблица 1
Таблица
2
2.5. Для расчета
панельных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения
рекомендуется использовать пространственную расчетную модель в виде
системы пластинок (с проемами или без проемов), соединенных между
собой сосредоточенными связями, прочность которых эквивалентна
прочности фактических связей между панелями (рис.2, а). Рис.2. Расчетная модель здания с локальными разрушениямиРис.2. Расчетная модель здания с локальными
разрушениями 1 - локальные разрушения
2.6. В случае обеспечения
пластичной работы конструктивной системы в предельном состоянии
расчет рекомендуется проводить кинематическим методом теории
предельного равновесия. В этом случае допускается проверять
устойчивость лишь элементов, расположенных над локальным
разрушением, и расчет здания при каждой выбранной схеме локального
разрушения сводится к следующей процедуре: и
проверяется условие равновесия Указанная расчетная
процедура детально изложена в обязательном Приложении 1 и применима
лишь при условии выполнения требований п.3.2, 3.3 об обеспечении
пластичной работы отдельных панелей и связей между ними в
предельном состоянии. Если пластичность какой-либо связи не
обеспечена, ее работа учитываться не должна (связь считается
отсутствующей). Если таких связей и элементов, 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 - упругую расчетную модель здания
(см. п.2.7 и 2.8). 2.7. Упругая расчетная
модель здания, как и упруго-пластическая, должна включать расчетное
локальное разрушение и позволять учитывать изменившийся характер
работы элементов, потерявших опору. 2.8. Допускается вместо
расчета на устойчивость против прогрессирующего обрушения
рассчитывать здания на сейсмическое воздействие равное 6 баллам в
соответствии со СНиП
II-7-81 *, принимая необходимые коэффициенты по экстрополяции.
По результатам этого расчета должны быть запроектированы узлы и
связи в соответствии со СНиП
2.03.01-84* и СНиП
II-23-81 *. 3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ3.1. Для защиты
крупнопанельных зданий от прогрессирующего обрушения связи между
сборными элементами, устанавливаемые по расчету на нормальные
эксплуатационные или монтажные нагрузки или по конструктивным
соображениям, следует проектировать с учетом возможности аварийных
локальных разрушений. Для эффективного решения проблемы защиты
крупнопанельных зданий от прогрессирующего обрушения с учетом всех
задач проектирования при нормальных эксплуатационных и монтажных
условиях наиболее предпочтительна следующая система связей: 3.2. Эффективная работа
связей, препятствующих прогрессирующему обрушению, возможна лишь
при обеспечении их пластичности в предельном состоянии: необходимо,
чтобы после исчерпания несущей способности связь не выключалась из
работы и допускала без разрушения сравнительно большие абсолютные
деформации (порядка нескольких миллиметров). если произойдет
выкалывание бетона, в котором анкеруется закладная деталь, то
разрушение будет носить хрупкий характер с весьма незначительными
абсолютными деформациями, предшествующими выключению связи из
работы (рис.3, а); Рис.3. Диаграмма деформирования растянутой линейной связи при разрушении различных ее элементовРис.3. Диаграмма деформирования растянутой линейной связи
при разрушении различных ее элементов а) - при выкалывании анкерующего бетона; б) - при
разрушении сварных соединений;
При , . Необходимо особо следить за фактическим
точным исполнением проектных решений пластичных элементов, замена
их более прочными недопустима. 3.3. Эффективность
сопротивления прогрессирующему обрушению здания требует пластичной
работы в предельном состоянии не только связей, но и других
конструктивных элементов. В частности необходимо: 3.4. Сечение всех
перечисленных в п.3.1 типов связей должно определяться расчетом на
эксплуатационные, монтажные или рассматриваемые здесь аварийные
воздействия, но не менее требуемых для обеспечения восприятия
растягивающих усилий следующих величин: ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное). МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ ПЕРЕКРЕСТНО-СТЕНОВОЙ СИСТЕМЫПРИЛОЖЕНИЕ 1 1. Методика расчета зданий с ненесущими продольными наружными стенами из легких небетонных материалов 1. Для зданий с несущими
поперечными и внутренними продольными стенами и ненесущими
небетонными продольными наружными стенами опасность локального
разрушения определяется лишь его расположением на плане здания и не
зависит от расположения по его высоте. Наиболее опасными и,
следовательно, расчетными локальными разрушениями являются: Где , - соответственно работы внутренних сил
() и внешних нагрузок () на возможных перемещениях рассматриваемого
механизма: 2. Первый механизм
прогрессирующего обрушения характеризуется одновременным
поступательным смещением вниз всех стеновых панелей (или отдельных
их частей), расположенных над локальным разрушением (рис.4). Такое
смещение возможно при разрушении связей сдвига между продольными и
поперечными стенами (рис.4,а) или при разрушении надпроемных
перемычек и плит перекрытий (рис.4,б,в). Рис.4. Вариант механизма прогрессирующего разрушения I типаРис.4. Вариант механизма прогрессирующего разрушения I типа
Где и - соответственно работа внутренних и
внешних сил на перемещениях элементов одного этажа; этажи
разделяются нижней поверхностью перекрытия, которое относится к
этажу, расположенному над перекрытием. Где - прочность связей сдвига в вертикальном
стыке между продольными и поперечными стенами; , - соответственно вес панели поперечной
стены и приходящаяся на нее нагрузка от лоджии; , - соответственно веса панелей наружных
стен, примыкающих с двух сторон к разрушенной поперечной стене;
, - равномерно распределенная нагрузка на
плиты перекрытия; , , , - размеры плит перекрытий, опирающихся на
разрушенную стену. где
, - соответственно работа внутренних и
внешних сил на перемещениях отдельных частей панели внутренней
стены; , - соответственно работа внутренних и
внешних сил, приложенных к плитам перекрытий; - работа внешних сил, приложенных к
наружным панелям. где , , , - соответственно прочности при изгибе левого и правого опорных сечений верхней и нижней перемычек, а - пролет перемычек. Если поперечная стена
отделена от продольной дверным проемом и связь между ними
отсутствует, то =0. Если связь между поперечной и продольной
стеной осуществляется перемычкой - "флажком" (см. рис.4, в), то
прочность опорного сечения () определяется прочностью горизонтальной
линейной связи (); при этом прочность сдвиговой связи в
соответствии с рекомендациями п.4 должна удовлетворять условию Работа определяется весом обрушающейся части
панели внутренней стены , (где - вес всей панели, 0< <1) и приложенной к ней вертикальной
нагрузкой от навесной лоджии() Работа внешних и
внутренних сил, приложенных к плитам перекрытий, первоначально
опертых по трем сторонам, определяется их пластическим изломом по
схеме, показанной на рис.4, б, в, и вычисляется по формулам Пролет -й плиты в направлении продольных стен и пролет в поперечном для здания направлении; , - изгибающие моменты, воспринимаемые -той плитой перекрытия при ее изгибе по балочной схеме соответственно вдоль пролетов и при растяжении нижних волокон (верхних волокон); - ширина дверного проема во внутренней стене (см рис. 4, б, в); - привязка проема к внутреннему торцу. Если перекрытие выполнено
из балочных плит, то в неравенстве (9) принимается Работа сил, обусловленных
весом наружных панелей, примыкающих к поврежденной стене слева и
справа ( и ), приблизительно вычисляется так: Выполнение требования (4)
является необходимым условием предотвращения прогрессирующего
обрушения здания, при сравнительно небольших перемещениях (менее 10
см) конструкций, потерявших опору. Если оно выполнено, следует
перейти к проверке дополнительных условий, изложенных в пп.3-5. 3. Механизм
прогрессирующего обрушения второго типа характеризуется
одновременным поворотом каждой стеновой панели, расположенной над
локальным разрушением, вокруг своего центра вращения (рис.5). Такое
смещение требует разрушения растянутых связей этих панелей с
неповрежденной стеной ( на рис.5, а), разрушения связей сдвига
стеновых панелей с плитами перекрытий в горизонтальных стыках
( на рис.5) и пластического излома плит
перекрытий, первоначально опертых по трем сторонам, по схеме,
приведенной на рис.5, г. где
, , , - то же, что и величины , , , в (4), а - работа сил сопротивления связей
( и ) стеновых панелей, потерявших опору, с
неповрежденными конструкциями. Отдельные слагаемые из (12)
вычисляются следующим образом: где , , - расстояния от центра вращения до линии действия усилий и и силы тяжести (см. рис.5); Вычисляются по формулам (8) при
соответствующей замене верхнего индекса, причем Здесь все величины имеют
тот же смысл, что и в (9); величина вычисляется по формуле (11). Рис.5. Механизм прогрессирующего разрушения II типаРис.5. Механизм прогрессирующего разрушения II
типа 4. Помимо условий
необрушения (4) и (12) необходимо оценить возможность обрушения
лишь одних плит перекрытий, расположенных непосредственно над
выбитой панелью поперечной стены и первоначально опертых по трем
сторонам (третий механизм). где - прочность сдвиговой связи между навесной панелью и поперечной стеной (рис.6); в формуле (16) принимается по расчету, но не более величины . Если соотношение (16) не
выполняется, это значит, что плиты необходимо прикрепить к
вышерасположенной поперечной стене связями, воспринимающими
растяжение (рис.6). Тогда условие (16) заменяется следующим: Где - работа сил растяжения связей . Эта работа вычисляется по формуле Число связей; - координата, определяемая линией действия
равнодействующей реакции рассматриваемых связей в предположении,
что все они достигли своего предельного значения - . Рис.6. Схема обрушения плит перекрытийРис.6. Схема обрушения плит перекрытий
5. Четвертый механизм
обрушения предусматривает перемещения конструкций лишь одного
этажа, расположенного непосредственно над выбитой панелью
поперечной стены (рис.7). Этот механизм предполагает сочетание
поступательного перемещения поперечной стены (как в первом
механизме) с изломом плит, характерным для второго механизма (см.
рис.5, в, г). Такой механизм возможен лишь при ослаблении
поперечной стены дверными или оконными проемами. где
- работа сил растяжения вертикальных связей
типа и ; Где - число связей шестого типа; , - предельные усилия в связях шестого и
пятого типа; - перемещения по направлению -й связи пятого типа, они определяются как
разность перемещений точки прикрепления связи к плите и точки
прикрепления связи к панели поперечной стены. 6. Если при локальном
разрушении внутренней поперечной стены не удается обеспечить
выполнение условия (4), то есть не удается предотвратить
прогрессирующее обрушение по первой схеме (см. рис.4),
рекомендуется специальными связями плит перекрытий обеспечить их
эффективное сопротивление прогрессирующему обрушению при больших
прогибах как элементов висячей системы (рис.8). Такой прием обычно
оказывается целесообразен и необходим при локальном разрушении
поперечной стены, значительно удаленной от остальных несущих стен и
связанной с ними только балочными плитами перекрытий или
слабоармированными большепролетными плитами, первоначально опертыми
по трем сторонам. Рис.7. Схема обрушения конструкций одного этажаРис.7. Схема обрушения конструкций одного этажа Рис.8. Работа плит перекрытий как элементов висячей системыРис.8. Работа плит перекрытий как элементов висячей системы
Где - погонная нагрузка, приходящаяся на
разрушенную стену с каждого этажа Погонная несущая способность слабейшего звена висячей цепи; - расчетное относительное удлинение плиты с меньшим пролетом (точнее относительное увеличение расстояния между точками стыковки этой плиты с другими плитами); - прогиб, при котором достигается равновесие; , - соответственно минимальный и максимальный пролеты. Соотношения (21) получены
из предположения, что в силу случайной изменчивости сопротивлений
материалов максимальное возможное удлинение реализуется лишь в
одной плите. Таким образом, в случае при из (21) следует, что и . 2. Методика расчета зданий с наружными стенами из бетонных или железобетонных панелей 7. Для расчета зданий с
железобетонными наружными стенами следует использовать те же
основные типы механизмов прогрессирующего обрушения, что и для
зданий с ненесущими наружными стенами из легких небетонных
материалов. При этом однако необходимо учитывать, что для
образования этих механизмов требуется разрушение не только
внутренних стеновых панелей и плит перекрытий, но и наружных
стеновых панелей, которые в рассматриваемом случае обязательно
включаются в работу, даже если они запроектированы навесными. 8. Для того, чтобы учесть
сопротивление наружной стены прогрессирующему обрушению, нужно
вычислить работу внутренних сил при разрушении панелей наружных
стен типового этажа (). Поскольку при локальном разрушении
внутренней стены прогрессирующему обрушению на каждом этаже
сопротивляются две панели наружной стены (или одна двухмодульная),
величина в общем случае рассматривается как сумма
слагаемых Величина работы () зависит от соотношения геометрических
размеров панели и армирования ее перемычек и простенков, а также от
наличия в ней проема для балконной двери. В общем случае любую
наружную панель можно рассматривать как раму, разрушающуюся
вследствие образования в ней четырех пластических шарниров (см.
рис.9.б, в), так что При этом предельные
изгибающие моменты, действующие в угловых шарнирах (например,
- в левом верхнем углу), определяют как
наименьшую из двух величин несущих способностей по изгибу перемычки
и простенка, образующих этот угол. Рис.9. Работа элементов наружных стенРис.9. Работа элементов наружных стен Рис.10. Работа плит перекрытий в зданиях с железобетонными наружными стенамиРис.10. Работа плит перекрытий в зданиях с железобетонными
наружными стенами В
случае локального разрушения поперечной стены, примыкающей к углу
здания, панель наружной стены может разрушиться по схеме поворота
жесткого диска (см. рис.9, а); при этом работа внутренних сил будет
определяться прочностью сдвиговой связи этой панели с вышележащим
перекрытием () и растянутой связи с соседней фасадной
панелью () Из двух возможных
значений , определенных по формулам (23) и (24),
в 9. Для учета
сопротивления наружной стены прогрессирующему обрушению прежде
всего необходимо убедиться в том, что она "несет сама себя", то
есть проверить условие В котором работа внешних сил определяется по формуле (11). В
этом случае проверка возможности прогрессирующего обрушения
проводится последовательно по рекомендациям пп.8-11 со следующими
незначительными изменениями: 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 документаДаны 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. ВведениеВведение 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. 1 Основные положения1.1 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. 1.2 Устойчивость
высотного здания против прогрессирующего обрушения следует
обеспечивать наиболее экономичными средствами: 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. 2 Расчетные нагрузки и сопротивление материалов2.1 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 обрушения3.1 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. 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. 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: 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. 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 требования4.1 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. 4.4 Для повышения
эффективности сопротивления прогрессирующему обрушению здания
рекомендуется: 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. 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 РАСЧЕТАПРИЛОЖЕНИЕ А В
данном приложении рассмотрены два примера расчета*: А1 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРИДЦАТИПЯТИЭТАЖНОГО МОНОЛИТНОГО
ЖИЛОГО ДОМА А1.1 Исходные
данные
А1.1.1 Описание
конструктивной системы
РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМАРИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО
ДОМА А1.1.2
Нагрузки
А1.1.3 Расчетные
сопротивления материалов
Бетон класса по прочности
на сжатие В25 : 18,5 МПа; А1.1.4 Расчетные схемы
гипотетических локальных разрушений
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
А1.2.2 Проверка
устойчивости здания при локальном разрушении его несущих
конструкций по схеме N 1
РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПАРИСУНОК 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
66+255+57=378 кН377 кН. А1.2.2.2 Оценка
возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения
второго типа
РИСУНОК А1.3 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ВТОРОГО ТИПА
Всего по перекрытию: =106+92+88+80=366 кН. 366 кН (без учета работы пилона на
срез); Произошла ошибка Платеж не был завершен из-за технической ошибки, денежные средства с вашего счета |