УЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ ИХ НА ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ РАЗРУШЕНИЕ

УЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ МНОГОЭТАЖНЫХ
ЗДАНИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ ИХ НА ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ
РАЗРУШЕНИЕ
Шаповалов А.Н., канд. техн. наук, Руденко В.В.
Харьковская национальная академия городского хозяйства
61002, Украина, г. Харьков, ул. Революции, 12
E-mail: rudik [email protected]
Вопросы надежности и безопасности строительных конструкций в
условиях возможного прогрессирующего разрушения строительных конструкций являются актуальными как с точки зрения расчетного аппарата, так
и с точки зрения прогнозируемого проектирования.
Аварийные воздействия могут быть вызваны деятельностью человека
(теракты, взрывы газа, наезды транспорта, пожары, дефекты проектирования, строительства, перепланировка помещений) или природными явлениями (землетрясения, ураганы, оползни, резкие осадки грунтового основания и
другие). Необходимо минимизировать результаты таких воздействий как на
все здание в целом, так и на людей, находящихся в этих зданиях.
Практика эксплуатации жилых, гражданских и промышленных зданий
в последнее десятилетие показывает, что возникающие непредвиденные обстоятельства, ведущие к разрушению отдельных элементов в здании, приводят к лавинообразному обрушению целой зоны конструкций этого здания,
что приводит к человеческим жертвам и значительным материальным затратам. Эти явления были отмечены в последние годы в Евпатории, Днепропетровске, Киеве, Харькове, Астрахани и в других городах Украины, России и
странах дальнего зарубежья.
Четких и дифференцированных рекомендаций по предотвращению
возможных схем разрушения отдельных видов зданий не существует, не разработаны также и рекомендации по проектированию отдельных элементов и
узлов зданий, предусматривающих возможные компенсационные реакции на
случай аварийного разрушения некоторых элементов здания.
В практике современного проектирования рассматривается три способа решения поставленной задачи: 1) общее упрочнение здания в направлении вертикальных несущих элементов и горизонтальных; 2) местное усиление наиболее ослабленных элементов, попадающих в зону разрушения; 3)
взаимосвязь несущих элементов – это обеспечение устойчивости основных
несущих конструкций, их взаимоподдержка в случае возникновения локальных разрушений.
Методика расчета многоэтажных каркасных зданий сводится к тому,
что на первом этапе выполняется стандартный статический расчет с определением внутренних усилий M, N, Q во всех элементах здания.
Затем эти элементы армируются в соответствии с нормативными документами и практикой проектирования.
После этого выбирается произвольно какой-то вариант разрушения локального несущего элемента (чаще всего колонны или пилона первого этажа), удаляется этот элемент из расчетной схемы и статический расчет повторяется. Такой подход носит, как правило, сугубо теоретический характер и
для реальных зданий он носит абстрактный характер. Наличие диафрагм
жесткости, лестничных и лифтовых шахт практически не учитывается, не
дается при этом оценка степени влияния данных жесткостных элементов на
приспособляемость здания к возникшим аварийным ситуациям.
На рисунке приведены две схемы расположения диафрагм жесткости в
многоэтажном здании каркасного типа. На рисунке (а) показано расположение диафрагм традиционного проектного решения, а на рисунке (б) показан
предлагаемый вариант. Этот вариант позволяет подстраховать все участки
здания в плане в случае аварийного разрушения одной из существующих колонн, особенно это относится к колоннам наружных рядов. Жесткие угловые
элементы способны существенно перераспределить и выровнять верхнюю
нагрузку на все остальные несущие элементы первого этажа.
à)
á)
Рис. – Расположение диафрагм жесткости: а – несимметричное расположение диафрагм; б – симметричное с устройством жестких углов
К числу конструктивных мероприятий, обеспечивающих надежность и
безопасность эксплуатации многоэтажного здания в случае аварийной ситуации для одного из несущих элементов, является устройство аутригерных
этажей через определенные участки здания по всей высоте, то есть через 30,
40, 50 м по высоте.
К числу проектных решений, повышающих надежность и ремонтоспособность зданий, следует отнести устройство связевых элементов в виде
стержневых диагональных связей, располагаемых по всей высоте здания, то
есть устройство пространственных структурных элементов.
Расчетная методика многоэтажных зданий на прогрессирующее разрушение базируется на допущении о динамическом характере воздействия
постоянной и длительной составляющей переменной нагрузки на существующие конструкции. Учитывается этот фактор с помощью коэффициента динамичности  :

K pl
K pl  0,5
,
(1)
где K pl  коэффициент пластичности, равный отношению полного прогиба
элемента к предельному упругому.
Наряду с имеющейся схемой расчета каркасных зданий на прогрессирующее путем выделения коэффициента динамичности существует кинематический метод оценки степени опасности разрушения какого-либо элемента
одного этажа. Данные метод предусматривает выполнение условия
W  f U  f ,
(2)
где W  f и U  f  соответственно работа внутренних и внешних сил на перемещениях конструкций одного этажа.
В состав этих конструкций могут входить плиты перекрытий, вертикальные стены и ограждения балконов.
Проведенный анализ существующих конструктивных схем многоэтажных зданий и методик их расчета в случае оценки прогрессирующего
разрушения показал, что на сегодняшний день всесторонней оценки сопротивления зданий прогрессирующему разрушению не существует. Выполнены только первые шаги в учете различных факторов, влияющих на развитие
процесса разрушения. Несовершенна пока и методика расчета зданий. Совершенно отсутствуют данные экспериментальных исследований. Все это
говорит о том, что в настоящий период необходимы широкомасштабные как
теоретические исследования в указанном направлении, так и экспериментальные подтверждения принятым исходным предпосылкам в расчете зданий на прогрессирующее разрушение.