лек.№10

Защита зданий и сооружений
от аварийных воздействий и
«прогрессирующего»
обрушения при
чрезвычайных ситуациях
Чрезвычайные ситуации (ЧС)
1. ПРИРОДНЫЕ ЧС:
– сейсмические воздействия;
– метеоявления, приводящие к повышенным ветровым нагрузкам;
– коренные деформации основания (карстовые провалы, оползни).
2. АНТРОПОГЕННЫЕ (в т.ч. техногенные) ЧС:
– пожары;
– взрывы снаружи или внутри здания (бытовой газ и другие взрывные
устройства);
– транспортные аварии (ДТП, авиационные катастрофы);
ЧС, вызванные ЧЕЛОВЕЧЕСКИМ ФАКТОРОМ:
– ошибки в проектах, в т.ч. из-за несовершенства норм;
– недоброкачественное производство работ;
– дефекты материалов;
– недостатки эксплуатации зданий, в т. ч. их инженерного оборудования
(например, отключение отопления в холодный период);
– небрежность, некомпетентность, вандализм жильцов, технического
персонала или посторонних посетителей здания (например, самовольная
перепланировка).
О терминологии
ЛОНДОН, 16 мая 1968 г.
Произошел взрыв бытового газа в
22-этажном здании Роунан-Пойнт,
построенном по системе ЛарсонНильсен. В результате взрыва
была разрушена несущая торцевая
стена и ненесущая наружная стена
угловой квартиры на 18 этаже.
Торцевые стены и перекрытия
вышележащих этажей, потеряв
опору, обрушились, а воздействие
веса и удара падающих элементов
вызвало
разрушение
стен
и
перекрытий угла здания до самого
нижнего этажа.
Разрушение такого рода стали
называть
прогрессирующим
обрушением.
О терминологии
МОСКВА, 10 СЕНТЯБРЯ 1997 г.
Обрушение торца панельного здания
с широким шагом на Мичуринском
проспекте.
Техническая комиссия признала лишь
неточности и дефекты монтажа.
По-видимому, толчком к аварии
послужили
температурноклиматические
воздействия,
не
учтенные в проекте, которые вызвали
локальное
разрушение
несущей
торцевой стеновой панели. Из-за
несовершенного проектного решения
и низкого качества выполнения
горизонтальных
стыков
панелей
локальное разрушение привело к
прогрессирующему обрушению торца
здания до середины его ширины.
О терминологии
Прогрессирующее (лавинообразное) обрушение –
последовательное (цепное) разрушение несущих
строительных конструкций, приводящее к обрушению всего
сооружения или его частей.
Живучесть - способность конструкции выполнять основные
функции при катастрофических воздействиях.
Защита от прогрессирующего
обрушения
Обеспечение общей
устойчивости
«Непропорциональное» обрушение – полное разрушение
здания или сооружения или разрушение значительной его
части вследствие незначительного локального
разрушения.
Дискуссионные вопросы
1. Какие объекты должны проектироваться с учетом возможного
возникновения чрезвычайных ситуаций и аварийных
воздействий?
Должна быть выполнена классификация строительных объектов. Для каждого класса
должны быть даны ответы на последующие вопросы
2. Каковы виды и параметры аварийных воздействий, которые
следует учитывать при проектировании объектов данного
класса?
Какие бы аварийные воздействия не были учтены при проектировании, всегда будет
существовать опасность более сильных воздействий, способных полностью
разрушить данный объект
3. Какими мерами обеспечить защиту конструкций от аварийных
воздействий и устойчивости против прогрессирующего
обрушения?
Абсолютной защиты существовать не может, поскольку при стремлении вероятности
разрушения конструкции к нулю ее стоимость стремится к бесконечности.
Принимаемые меры должны быть «разумно достаточными»
4. Как выполнять расчет конструкций?
- динамический анализ (моделирование процесса воздействия и разрушения
конструкций во времени);
- статический расчет (линейный/нелинейный).
Нормативные документы
3.6. При проектировании жилых зданий, кроме
нагрузок
и
воздействий,
определенных
требованиями СНиП 2.01.07-85*, необходимо
учитывать воздействия, не предусмотренные
условиями их нормальной эксплуатации и
приводящие к локальным разрушениям несущих
конструкций зданий ……..
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).
Нормативные документы
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).
При буквальном соблюдении п. 1.10 реальное проектирование
объектов с применением пространственных конструкций становится
невозможным ввиду нечеткости и неопределенности требований
данного раздела ГОСТ, и эти требования не определены никакими
нормативными документами.
Статья 16. Требования к обеспечению механической безопасности здания или
сооружения
1. Выполнение требований механической безопасности в проектной документации здания или
сооружения должно быть обосновано расчетами и иными способами, указанными в части 6 статьи
15 настоящего Федерального закона, подтверждающими, что в процессе строительства и
эксплуатации здания или сооружения его строительные конструкции и основание не достигнут
предельного состояния по прочности и устойчивости при учитываемых в соответствии с частями 5
и 6 настоящей статьи вариантах одновременного действия нагрузок и воздействий.
2. За предельное состояние строительных конструкций и основания по прочности и устойчивости
должно быть принято состояние, характеризующееся:
1) разрушением любого характера;
2) потерей устойчивости формы;
3) потерей устойчивости положения;
4) нарушением эксплуатационной пригодности и иными явлениями, связанными с угрозой
причинения вреда жизни и здоровью людей, имуществу физических или юридических лиц,
государственному или муниципальному имуществу, окружающей среде, жизни и здоровью
животных и растений.
3. В расчетах строительных конструкций и основания должны быть учтены все виды нагрузок,
соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению здания или
сооружения, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также
усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и основания. Для элементов
строительных конструкций, характеристики которых, учтенные в расчетах прочности и
устойчивости здания или сооружения, могут изменяться в процессе эксплуатации под
воздействием климатических факторов или агрессивных факторов наружной и внутренней среды,
в том числе под воздействием технологических процессов, которые могут вызывать усталостные
явления в материале строительных конструкций, в проектной документации должны быть
дополнительно указаны параметры, характеризующие сопротивление таким воздействиям, или
мероприятия по защите от них.
4. Расчетные модели (в том числе расчетные схемы, основные предпосылки расчета) строительных
конструкций и основания должны отражать действительные условия работы здания или сооружения,
отвечающие рассматриваемой расчетной ситуации. При этом должны быть учтены:
1) факторы, определяющие напряженно-деформированное состояние;
2) особенности взаимодействия элементов строительных конструкций между собой и с основанием;
3) пространственная работа строительных конструкций;
4) геометрическая и физическая нелинейность;
5) пластические и реологические свойства материалов и грунтов;
6) возможность образования трещин;
7) возможные отклонения геометрических параметров от их номинальных значений.
5. В процессе обоснования выполнения требований механической безопасности должны быть учтены
следующие расчетные ситуации:
1) установившаяся ситуация, имеющая продолжительность того же порядка, что и срок эксплуатации
здания или сооружения, в том числе эксплуатация между двумя капитальными ремонтами или
изменениями технологического процесса;
2) переходная ситуация, имеющая небольшую по сравнению со сроком эксплуатации здания или
сооружения продолжительность, в том числе строительство, реконструкция, капитальный ремонт
здания или сооружения.
6. При проектировании здания или сооружения повышенного уровня ответственности должна быть учтена
также аварийная расчетная ситуация, имеющая малую вероятность возникновения и небольшую
продолжительность, но являющаяся важной с точки зрения последствий достижения предельных
состояний, которые могут возникнуть при этой ситуации (в том числе предельных состояний при
ситуации, возникающей в связи со взрывом, столкновением, с аварией, пожаром, а также
непосредственно после отказа одной из несущих строительных конструкций).
7. Расчеты, обосновывающие безопасность принятых конструктивных решений здания или сооружения,
должны быть проведены с учетом уровня ответственности проектируемого здания или сооружения. С
этой целью расчетные значения усилий в элементах строительных конструкций и основании здания
или сооружения должны быть определены с учетом коэффициента надежности по ответственности,
принятое значение которого не должно быть ниже:
1) 1,1 - в отношении здания и сооружения повышенного уровня ответственности;
2) 1,0 - в отношении здания и сооружения нормального уровня ответственности;
3) 0,8 - в отношении здания и сооружения пониженного уровня ответственности.
Статья 4. Идентификация зданий и сооружений
1. Для применения настоящего ФЗ здания и сооружения идентифицируются в порядке, по следующим признакам:
1) назначение;
2) принадлежность к объектам транспортной инфраструктуры и к другим объектам, функционально-технологические
особенности которых влияют на их безопасность;
3) возможность опасных природных процессов и явлений и техногенных воздействий на территории, на которой будут
осуществляться строительство, реконструкция и эксплуатация здания или сооружения;
4) принадлежность к опасным производственным объектам;
5) пожарная и взрывопожарная опасность;
6) наличие помещений с постоянным пребыванием людей;
7) уровень ответственности.
2. Идентификация здания или сооружения по признакам, предусмотренным пунктами 1 и 2 части 1 настоящей статьи, должна
проводиться в соответствии с законодательством РФ. В случае отсутствия предусмотренных законодательством РФ
общероссийских классификаторов технико-экономической и социальной информации застройщик (заказчик) вправе для
идентификации здания или сооружения по указанным признакам использовать классификаторы, включенные в нормативные
правовые акты, утвержденные федеральными органами исполнительной власти.
3. Идентификация здания или сооружения по признакам, предусмотренным пунктом 3 части 1 настоящей статьи, должна
проводиться в соответствии с районированием территории РФ по уровню опасности природных процессов и явлений,
утвержденным уполномоченным федеральным органом исполнительной власти, данными многолетних наблюдений за
природными процессами и явлениями, проводимых в соответствии с законодательством РФ, а также результатами
инженерных изысканий на территории, на которой будут осуществляться строительство, реконструкция и эксплуатация
здания или сооружения.
4. Идентификация здания или сооружения по признакам, предусмотренным пунктом 4 части 1 настоящей статьи, должна
проводиться в соответствии с законодательством РФ в области промышленной безопасности.
5. Идентификация здания или сооружения по признакам, предусмотренным пунктом 5 части 1 настоящей статьи, должна
проводиться в соответствии с законодательством РФ в области пожарной безопасности.
6. Идентификация здания или сооружения по признакам, предусмотренным пунктом 6 части 1 настоящей статьи, должна
проводиться в соответствии с требованиями застройщика (заказчика).
7. В результате идентификации здания или сооружения по признаку, предусмотренному пунктом 7 части 1 настоящей статьи,
здание или сооружение должно быть отнесено к одному из следующих уровней ответственности:
1) повышенный;
2) нормальный;
3) пониженный.
8. К зданиям и сооружениям повышенного уровня ответственности относятся здания и сооружения, отнесенные в
соответствии с Градостроительным кодексом РФ к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам.
9. К зданиям и сооружениям нормального уровня ответственности относятся все здания и сооружения, за исключением
зданий и сооружений повышенного и пониженного уровней ответственности.
Статья 48.1. Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты
1. К особо опасным и технически сложным объектам относятся:
1) объекты использования атомной энергии (в том числе ядерные установки, пункты хранения ядерных материалов и
радиоактивных веществ);
2) гидротехнические сооружения первого и второго классов, устанавливаемые в соответствии с законодательством о
безопасности гидротехнических сооружений;
3) линейно-кабельные сооружения связи и сооружения связи, определяемые в соответствии с законодательством
Российской Федерации;
4) линии электропередачи и иные объекты электросетевого хозяйства напряжением 330 киловольт и более;
5) объекты космической инфраструктуры;
6) аэропорты и иные объекты авиационной инфраструктуры;
7) объекты инфраструктуры железнодорожного транспорта общего пользования;
8) метрополитены;
9) морские порты, за исключением морских специализированных портов, предназначенных для обслуживания спортивных
и прогулочных судов;
10.1) тепловые электростанции мощностью 150 мегаватт и выше;
11) опасные производственные объекты, на которых:
а) получаются, используются, перерабатываются, образуются, хранятся, транспортируются, уничтожаются опасные
вещества в количествах, превышающих предельные. Такие вещества и предельные количества опасных веществ
соответственно указаны в приложениях 1 и 2 к Федеральному закону от 21 июля 1997 года N 116-ФЗ "О промышленной
безопасности опасных производственных объектов" (далее - Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных
производственных объектов"). Не относятся к особо опасным и технически сложным объектам газораспределительные
системы, на которых используется, хранится, транспортируется природный газ под давлением до 1,2 мегапаскаля
включительно или сжиженный углеводородный газ под давлением до 1,6 мегапаскаля включительно;
б) утратил силу с 1 января 2008 г.;
в) получаются расплавы черных и цветных металлов и сплавы на основе этих расплавов;
г) ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также работы в подземных условиях;
д) используются стационарно установленные канатные дороги и фуникулеры.
2. К уникальным объектам относятся объекты капитального строительства, в проектной документации которых
предусмотрена хотя бы одна из следующих характеристик:
1) высота более чем 100 метров;
2) пролеты более чем 100 метров;
3) наличие консоли более чем 20 метров;
4) заглубление подземной части (полностью или частично) ниже планировочной отметки земли более чем на 10 метров;
5) наличие конструкций и конструкционных систем, в отношении которых применяются нестандартные методы расчета с
учетом физических или геометрических нелинейных свойств либо разрабатываются специальные методы расчета.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАДЕЖНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ОСНОВАНИЙ
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
(проект)
НИЦ «СТРОИТЕЛЬСТВО». ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко
3.2.9. Прогрессирующее (лавинообразное) обрушение –
последовательное разрушение несущих строительных конструкций,
приводящее к обрушению всего сооружения или его частей.
5.1.1. Виды предельных состояний:
- аварийное предельное состояние, соответствующее разрушению
зданий и сооружений при аварийных воздействиях и ситуациях с
катастрофическими последствиями;
- первая группа предельных состояний – состояния строительных
объектов, реализация которых приводит к потере несущей
способности строительных объектов;
- вторая группа предельных состояний – состояния, при реализации
которых нарушается нормальная эксплуатация строительных объектов
или исчерпывается их ресурс и долговечность;
- другие предельные состояния, затрудняющие нормальную
эксплуатацию строительных объектов.
4.1.3. При аварийных воздействиях надежность строительных
конструкций … следует обеспечивать за счет одного или нескольких
мероприятий, включающих в себя:
- предупреждение, исключение или снижение опасности разрушения
строительных объектов и, в первую очередь, их несущих элементов;
- выбор материалов и конструктивных решений, которые при
аварийном выходе из строя или локальном повреждении отдельных
несущих элементов не ведут к прогрессирующему разрушению
сооружения;
- использование комплекса специальных организационных
мероприятий, обеспечивающих ограничение и контроль доступа к
основным несущим конструкциям сооружения.
5.2.7. Расчет на прогрессирующее разрушение при действии особых
нагрузок должен проводиться для сооружений I и II классов
ответственности.
10.1. Примерная классификация сооружений по степени ответственности:
I:
- объекты жизнеобеспечения городов и населенных пунктов;
- объекты добычи, переработки и хранения нефтяной и газовой промышленности, а также
других отраслей, оборудованные пожаро- и взрывоопасными емкостями и хранилищами
жидкого топлива и газа (газопродуктов);
- объекты химической, нефтехимической, биотехнологической и других отраслей, связанные с
использованием, переработкой, изготовлением и хранением химически агрессивных,
токсичных, взрыво- и пожароопасных веществ, биологически опасных материалов и т.п.;
- объекты гидро- и теплоэнергетики мощностью более 1 млн. кВт;
- объекты угольной и горнорудной промышленности, опасные по пожару, взрыву и газу;
- объекты атомной энергетики, включая хранилища и заводы по переработке ядерного топлива
и радиоактивных отходов, а также другие радиационно-опасные объекты;
- магистральные трубопроводы для транспортировки нефти и газа.
II:
- здания основных музеев, государственных архивов, административных органов управления;
здания хранилищ национальных и культурных ценностей;
- зрелищные объекты с массовым нахождением людей (стадионы, театры, кинозалы, цирки и
т.п.);
- большепролетные здания и сооружения;
- здания высших и средних учебных заведений, школ, дошкольных учреждений;
- жилые здания высотой более 75 метров;
- крупные (с пребыванием более 200 чел. одновременно) больницы и учреждения
здравоохранения, универсамы и другие торговые предприятия, железнодорожные вокзалы,
аэропорты и автовокзалы, административные здания;
- мачты и башни сооружений связи и телерадиовещания, трубы высотой более 100 м;
- мосты, тоннели, трубопроводы на дорогах высшей категории или имеющие протяженность
более 500 м; шлюзы и основные портовые сооружения;
- объекты гидро- и теплоэнергетики мощностью менее 1 млн. кВт.
Примерная классификация сооружений по степени ответственности (продолжение):
III:
- жилые здания высотой менее 75 м и другие объекты массового строительства (не
вошедшие в I, II и IV классы);
- основные объекты машиностроения, перерабатывающих и других отраслей;
- мосты и тоннели протяженностью менее 500 м.
IV:
теплицы, парники, мобильные здания (сборно-разборные и контейнерного типа), склады
временного содержания, бытовки вахтового персонала и другие подобные сооружения
с ограниченными сроками службы и пребыванием в них людей.
Снижение опасности аварийных воздействий и
лавинообразного (прогрессирующего)
обрушения большепролетных сооружений
(д.т.н., проф. П.Г. Еремеев, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко)
«Для большепролетных пространственных сооружений, в
т.ч. для несущих металлических конструкций покрытия над
трибунами нового футбольного стадиона в западной части
Крестовского острова г. Санкт-Петербурга, требование о
необходимости учета отказа какого-либо элемента
конструкции не применимо.»
Мероприятия по снижению опасности
(предотвращению) лавинообразного обрушения
1. Исключение или предупреждение опасности аварийных
воздействий (превентивные меры).
2. Выбор рациональных КР и материалов,
обеспечивающих несущую способность конструкции при
наличии локальных повреждений второстепенных и
связевых элементов.
3. Проектирование «ключевых» элементов, способных
воспринимать аварийные воздействия, с
дополнительными коэффициентами надежности.
4. Мониторинг состояния несущих конструкций и
организация надлежащей эксплуатации сооружений.
Защита зданий. Рекомендации МНИИТЭП (1999-2006 гг.)
Авторы: МНИИТЭП (Г.И. Шапиро, Ю.А. Эйсман),
НИИЖБ (А.С. Залесов)
Постановка задачи
- аварийное воздействие заменяется списком выключенных из
работы здания вертикальных элементов одного этажа (одной
колонны/пилона, участка стены длиной до 7 м)
-
«эти первоначальные разрушения не должны приводить к
обрушению конструкций, на которые передается нагрузка,
ранее воспринимавшаяся выключенными элементами» (т.е.
Будет ли продолжаться разрушение?)
-
ответ на поставленный вопрос находят на основе
статического расчета, выполненного на действие
нормативных постоянных и длительных нагрузок:
a) с помощью МКЭ (для экономичности – нелинейный расчет)
b) с помощью метода предельного равновесия
ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ
Московские городские строительные нормы
ВРЕМЕННЫЕ
НОРМЫ И ПРАВИЛА
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫСОТНЫХ
ЗДАНИЙ И ЗДАНИЙ-КОМПЛЕКСОВ
В ГОРОДЕ МОСКВЕ
МГСН 4.19-2005
2005
6.26. При проектировании высотных зданий необходимо учитывать
вероятность локальных разрушений несущих конструкций. Эти
разрушения не должны приводить к прогрессирующему обрушению
здания. Мероприятия по защите от прогрессирующего обрушения
приведены в прил. 6.1.
6.1.3. Расчет устойчивости здания необходимо производить на особое
сочетание нагрузок, включающее постоянные и длительные нагрузки
при следующих возможных схемах локальных разрушений:
- разрушение (удаление) двух пересекающихся стен одного (любого)
этажа на участке от их пересечения (в частности, от угла здания)
до ближайших проемов в каждой стене или до следующего
пересечения с другой стеной длиной не более 10 м, что
соответствует повреждению конструкций в круге площадью до 80
м2 (площадь локального разрушения);
- разрушение (удаление) колонн (пилонов) либо колонн (пилонов) с
примыкающими к ним участками стен, расположенных на одном
(любом) этаже на площади локального разрушения;
- обрушение участка перекрытия одного этажа на площади
локального разрушения.
Основные конструктивные меры по снижению
опасности «прогрессирующего» обрушения зданий
1. Повышение «неразрезности» и степени статической
неопределимости несущей системы
- конструирование бесшарнирных узлов
- применение монолитного и сборно-монолитного железобетона
- непрерывное армирование железобетонных конструкций
- перевязка стыков стен
2. Обеспечение пластичной работы материалов и узлов
конструкций
- применение мягких сталей для армирования
- ограничение процента армирования сечений растянутой
арматурой
3. Использование ненесущих (в проектном состоянии)
элементов
4. Проектирование «ключевых» элементов или частей
конструкции, способных воспринимать запроектные
воздействия
Проектирование усиленных этажей в многоэтажных и
высотных зданиях
Пример расчета с помощью ПК STARK_ES
Оценка возможности лавинообразного разрушения
Колонны:
30х60 см, бетон В30, арматура А400
6ф25 мм (29.45 см2)
Плиты перекрытий:
Толщина – 18 см, бетон В25,
арматура А400: верхняя – ф12 шаг
200 мм, нижняя – ф10 шаг 150 мм
(0.25% от площади бетона).
Диафрагмы жесткости:
Толщина – 25 см, бетон В25,
арматура А400: вертикальная – 2ф12
шаг 150 мм, горизонтальная – 2ф10
шаг 150 мм.
1. Выключение одной колонны подвала
(в средней части)
Статический расчет
Приведение к нормативным
длительным нагрузкам
Оценка прочности элементов
Приведение к
нормативным
сопротивлениям
(ввод γb и γs)
Оценка прочности элементов
2. Выключение одной колонны подвала
(угловой)
Выключение одной колонны подвала
(угловой)
Увеличено армирование плит
перекрытий:
верхнее – ф12 шаг 100 мм
(в 2 раза);
нижнее – ф12 шаг 150 мм
(в 1.5 раза)
Разрушение средней колонны.
Расчет с учетом геометрической и физической нелинейности
Верхнее и нижнее армирование:
ф12 шаг 100 мм
Разрушение средней колонны.
Линейный расчет
Верхнее армирование:
ф16 шаг 100 мм
Нижнее армирование:
ф14 шаг 100 мм
Конструкция Басманного рынка
и ее анализ
Обрушение конструкций здания произошло 23.02.2006 г. в 05.45.
В результате аварии погибли десятки людей.
1. Анализ проектных решений
Диаметр – 80 м
Высота – 12 м
Наклонные стальные колонны переменного сечения
Несущие элементы оболочки покрытия
Сборно-монолитная оболочка
Монолитные кольцевые швы
Натяжение тросов и бетонирование радиальных швов
Антресоль – ж/б сб.-мон. перекрытие по стальным балкам
Подвески и подкосы, несущие антресоль
Недостатки проекта
1.
Высокая
деформативность
каркаса
и
его
чувствительность к действию горизонтальных и
несимметричных вертикальных нагрузок
Максимальное горизонтальное перемещение при неблагоприятном
сочетании нагрузок составило 60 мм, т.е. Н/200, при допустимом
значении Н/300 по СНиП II-В.3-72 «Стальные конструкции»
Формы собственных колебаний
Формы 1-2. T=5.36 с.
Форма 4. T=1.19 с.
Форма 3. T=2.69 с.
Формы 5-6. T=1.07 с.
Формы потери устойчивости
Формы 1-2. Pcr=2.29.
Форма 4. Pcr=3.35.
Формы 3-18. Pcr=2.85.
Недостатки проекта
2. Недостаточно развитое сечение колонн в нижней
части
Оценка прочности элементов
При симметричном нагружении
Кu,max=1.41 (перенапряжение 41%)
Оценка прочности элементов
При несимметричном нагружении
Кu,max=1.78 (перенапряжение 78%)
Недостатки проекта
3. Технология монтажа оболочки не обеспечивала ее
обжатие в кольцевом направлении
При действии внешней нагрузки на
оболочку
в
ней
возникали
растягивающие кольцевые усилия,
которые могли вызвать образование
радиальных трещин и способствовать
коррозии канатной арматуры
Недостатки проекта
4. Недостаточно надежное решение узла опирания
железобетонного кольца на колонны
2. Возможный механизм разрушения конструкций
Обрушение конструкции здания
происходит в случае разрушения
внешнего железобетонного кольца
оболочки покрытия
Причинами разрушения кольца могли быть:
1) отказ одной из стальных колонн каркаса, связанный со
значительными перемещениями ее оголовка;
2) последовательный обрыв канатов оболочки покрытия и
увеличение свободной длины части кольца:
Напряженно-деформированное состояние
конструкций при отказе колонны
Прочность элементов при действии
нормативных длительных нагрузок
Кu,max=2.23 (перенапряжение 223%)
Причины отказа колонны каркаса
- разрушение узла сопряжения опорного железобетонного кольца
оболочки покрытия с оголовком несущей стальной колонны:
- нарушение связи колонны с конструкциями антресоли, например,
вследствие потери устойчивости подкоса:
Упражнение №1. Проверочный расчет ж/б «каркаса»
здания при аварийном воздействии
Имеется линейно-упругая
расчетная модель
железобетонного каркаса здания
(Karkas0.fea), известно
армирование элементов каркаса.
Требуется выполнить
геометрически нелинейный
расчет каркаса с учетом
физической нелинейности плит
перекрытий с целью оценки
возможности прогрессирующего
обрушения каркаса при
аварийном выходе из строя его
колонн.
Шаг 1. Исходную модель Karkas0.fea сохраняем под новым
именем KarkasPC.fea.
Шаг 2. Удаляем стержневой элемент, моделирующий
«вышедшую из строя» колонну нижнего этажа.
Шаг 3. Описываем нелинейный слоистый материал плит.
Шаг 3. Описываем нелинейный слоистый материал плиты.
Шаг 3. Описываем нелинейный слоистый материал плиты.
Свойства бетона В25 при длит. нагрузке по СП 52-101-2003
Шаг 3. Описываем нелинейный слоистый материал плиты.
Свойства верхней арматуры А400 по СП 52-101-2003
Шаг 3. Описываем нелинейный слоистый материал плиты.
Свойства нижней арматуры А400 по СП 52-101-2003
Шаг 4. Присваиваем нелинейный слоистый материал
элементам плит перекрытий нижних этажей.
Шаг 5. Задаем комбинацию нормативных постоянных и
длительных нагрузок.
1.0
1.0:1.2
0.2:1.3
Для перевода расчетных полных нагрузок в нормативные
длительные используем коэффициенты для нагружений, равные
отношению Кд/Кн (к-тов длительности и надежности по нагрузке).
Шаг 6. Выполняем статический расчет при следующих
установках:
Учет геометрической нелинейности
Учет физической нелинейности
При успешном выполнении расчета прочность плит
перекрытий считаем обеспеченной.
При сообщении об изменяемой системе прочность плит
перекрытий не обеспечена. Необходимо увеличить
армирование и/или толщину плит перекрытий.
Шаг 7. Выполняем расчет армирования вертикальных
элементов каркаса
Шаг 7.1. Выполняем расчет РСУ в колоннах нижних этажей
Шаг 7.2. Выполняем расчет армирования колонн
Ввод коэффициентов надежности по материалу для
приведения к нормативным сопротивлениям
Шаг 7.3. Выполняем вывод армирования по
конструктивным элементам с унификацией
Наибольшее требуемое колво арматуры (26.04 см2) не
превышает расчетное
значение при проектных
воздействиях (73.89 см2 =
=12ф28 мм).
Увеличивать армирование не
требуется.
Устойчивость каркаса при данной схеме локального
разрушения считаем обеспеченной.
Аналогичным образом рассматриваются другие опасные
схемы первоначальных локальных разрушений.
Для получения более экономичного варианта
проектирования можно учитывать в расчете участие в
работе каркаса при аварийных воздействиях поэтажно
опертых стен и перегородок.