Прогрессирующее обрушение нормы. Терроризм и повышение устойчивости зданий и сооружений

Ограждающие его объем, называют ограждающими конструкциями. К ним можно отнести, допустим, стены, пол, потолки, перегородки и т.д. Ограждающие конструкции могут быть как внешними, так и внутренними. Внешние выполняют важную функцию защиты помещения от влияния различных факторов окружающей среды. Внутренние предназначены для разделения помещения на отдельные сектора.

Особенностью устройства таких сооружений является то, что они могут быть установлены как на месте (монолитные), так и собраны их привезенных элементов - готовых блоков и т.д. Состоять ограждающие конструкции могут как из одного слоя, так и из нескольких. При многослойной конструкции основными слоями могут быть такие, как изоляционный, несущий, а также отделочный.

Значение таких элементов конструкции здания трудно переоценить. Ведь от них в основном и зависят рабочие и эксплуатационные характеристики помещений, как жилых, так и производственных. В качестве примера рассмотрим стены.

Возведение стен должно проводиться с соблюдением всех технологических требований. Если это кладка должна быть аккуратной и правильной. Обязательно заполнение всех швов, как вертикальных, так и горизонтальных, цементным раствором. Иначе через щели впоследствии в помещение может проникать влага. Кроме того, кладка должна быть выполнена абсолютно в одной плоскости.

Внешние ограждающие конструкции зданий, выполненные из готовых блоков, также необходимо монтировать правильно. Особого внимания требуют швы между плитами. Для их замазки должен использоваться качественный Между панелями не должно остаться ни одной щели. Если они останутся, это может привести к таким неприятным последствиям, как повышенная влажность помещения и

Современные требования к дизайну помещений и зданий предполагают использование новых видов ограждающих конструктивных элементов. К такому современному виду можно отнести светопрозрачные ограждающие конструкции. отличающиеся тем, что они беспрепятственно пропускают в помещение свет. Это могут быть такие элементы конструкции зданий, как окна, стеклянные двери, витражи и т.д.

Бывают типы зданий, в которых почти все ограждающие конструкции могут быть светопрозрачными. К примеру зимние сады, павильоны и т.д.

Светопрозрачные чаще всего крепятся на алюминиевый каркас. Иногда он может быть металлопластиковым, деревянным или стальным. Кроме того, такие ограждающие конструкции могут быть одинарными или двойными. В тех пакетах, где имеются два контура остекленения, они могут быть расположены на маленьком расстоянии друг от друга (15-30 см), либо это могут быть «коридорные» системы с расстоянием между стеклами до 1 м. Второй гораздо дороже и у нас в стране применяется достаточно редко.

Значение ограждающих конструкций в здании трудно переоценить. По сути - это само помещение, коробка, то есть основная его часть.

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 )**
№ n/n	Место приложения нагрузки	Вид расчета	основное	особое
	на перекрытия		(0,73 + 0,12)·1,1 = 0,94	0,71
	на перекрытия	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
	На эксплуатируемое покрытие	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
Вид конструкции	Усилие и характер армирования	основного	особого	основного	особого
Перекрытие		R s = 4430	R sn = 5100	Сжатию R b = 173	Сжатию R bn = 224
Перекрытие	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
Колонны, пилястры стены	Растяжение продольной арматуры класса А500С	R s = 4430	R sn = 5100	сжатию R b ·γ b3 = 173·0,9 = 156	сжатию R bn · γ b3 = 224·0,9 = 202

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
		усилий и армирования элементов	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

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 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.

Конструктивная система здания должна обеспечивать его прочность и устойчивость в случае локального разрушения несущих конструкций, как минимум на время, необходимое для эвакуации людей. Перемещение конструкций и раскрытие в них трещин в рассматриваемой чрезвычайной ситуации не ограничивается.

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.

В связи с тем, что элементы первого типа при нормальных эксплуатационных воздействиях подвергаются нагрузкам в два - три раза ниже разрушающих, основной задачей проектирования является обеспечение прочности и устойчивости стеновых панелей и плит перекрытий, потерявших опору в результате локального разрушения стен. Обеспечение устойчивости этих конструкций, которая зависит как от прочности самих зависших элементов, так и от прочности их связей между собой и с неповрежденными стенами, - основная задача защиты зданий от прогрессирующего обрушения.

1.3. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать наиболее экономичными средствами, не требующими повышения материалоемкости сборных элементов:

- рациональным конструктивно-планировочным решением здания с учетом возможности возникновения рассматриваемой аварийной ситуации; в частности, не рекомендуется применять внутренние отдельно стоящие стеновые пилоны, связанные с остальными вертикальными конструкциями только перекрытиями; применение отдельно стоящих наружных (торцевых) стен не допускается;

- конструктивными мерами, способствующими развитию в сборных элементах и их соединениях пластических деформаций при предельных нагрузках;

- рациональным решением системы конструктивных связей, отдельных узлов и элементов соединений и стыков панелей.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ

2.1. 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.

Для панельных жилых зданий в качестве расчетной схемы локального разрушения следует рассматривать разрушение (удаление) двух пересекающихся стен одного (любого) этажа на участках от их вертикального стыка (в частности, от угла здания) до ближайшего проема в каждой стене или до следующего вертикального стыка со стеной перпендикулярного направления.

Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать лишь наиболее опасные расчетные схемы разрушения:

локальные разрушения, включающие разрушения наружных стен, ослабленных дверными проемами выходов на балконы и лоджии (схемы 1, 2, 3 на рис.1);

локальные разрушения, включающие разрушения внутренних стен, слабо связанных с остальными вертикальными конструкциями из-за наличия дверных проемов (см. схемы 2, 4, 5 на рис.1), из-за балочной разрезки большепролетных перекрытий (см. схемы 2, 4, 5 на рис.1) или из-за частичного отсутствия связей через перекрытия (стены, примыкающие к лестничным клеткам; схема 4 на рис.1).

Рис.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


Материал	Напряженное состояние или характеристика материала	Условное обозначение	Коэффициент надежности по материалу
	Сжатие
	Растяжение

Коэффициенты условий работы для бетона принимают по таблице 2, для арматуры всех классов вводится единый коэффициент .

Таблица 2


Факторы, обусловливающие введение коэффициентов	Условное обозначение	Коэффициент условий работы бетона
1. Конструкции бетонные
2. Нарастание прочности бетона во времени, кроме бетонов класса В50 и выше, бетонов на глиноземистом цементе, алюминатных и алитовых портландцементах
3. Элементы заводского изготовления (бетонные и железобетонные)

Расчетные сопротивления прокатной стали принимаются по СНиП II-23-81 * с учетом допустимости работы пластичных сталей за пределом текучести. Коэффициент условий работы для пластичных сталей принимается равным 1,1.

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 разрушениями

1 - локальные разрушения

Такая модель должна включать элементы, которые при нормальных эксплуатационных условиях являются ненесущими, а при наличии локальных разрушений активно участвуют в перераспределении нагрузки: наружные навесные панели, монтажные связи и т.п. Модель здания должна быть рассчитана при всех выбранных в соответствии с рекомендациями п.2.3 расчетных схемах локального разрушения конструкций.

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:

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

для каждого из выбранных механизмов прогрессирующего обрушения определяются прочности всех пластично разрушаемых связей (); находятся равнодействующие внешних сил, приложенных к отдельным звеньям механизма, то есть к отдельным неразрушаемым элементам или их частям (), и перемещения по направлению их действия ();

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

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.

Полученные при упругом расчете усилия в отдельных элементах должны сравниваться с их расчетными несущими способностями. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения при этом будет обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие , где и соответственно усилие в элементе, найденное из упругого расчета, и его расчетная несущая способность, найденная с учетом указаний п.2.4.

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 ТРЕБОВАНИЯ

3.1. 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:

- горизонтальные продольные и поперечные связи между плитами перекрытий, обеспечивающие необходимую прочность дисков перекрытий при растяжении и сдвиге;

- вертикальные (междуэтажные) связи между несущими стеновыми панелями одного стенового пилона, обеспечивающие необходимую прочность горизонтальных стыков стен и перекрытий при растяжении и сдвиге;

- горизонтальные связи между навесными наружными стенами и дисками перекрытий, обеспечивающие устойчивость и работу на ветровые и температурные воздействия навесных стеновых панелей.

В оптимальную систему связей не включены обычно применяемые как монтажные горизонтальные связи между стеновыми панелями одного этажа; эти связи не всегда осуществимы (возможность их постановки зависит от планировочных решений здания) и, как правило, малоэффективны в условиях, отличных от монтажных; тем не менее при использовании этих связей их необходимо конструировать так, чтобы их сопротивление прогрессирующему обрушению было максимальным, т.е. в соответствии с требованиями п.3.2.

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).

Для обеспечения пластичности соединений сборных элементов их конструктивные решения должны включать специальные пластичные элементы, выполненные из пластичной листовой или арматурной стали.

Растянутая линейная связь между сборными элементами, как правило, представляет цепочку последовательно соединенных элементов - анкер закладной детали, закладная деталь, собственно связь, закладная деталь второго элемента и ее анкер. В силу случайной изменчивости сопротивлений отдельных элементов этой цепи и их соединений предельное состояние всего стыка определяется слабейшим звеном. Соответственно реальная пластичность всего соединения зависит от того, какой элемент окажется слабейшим:

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);

если разрушится одно из сварных соединений, то, хотя при качественной сварке пластичность и проявится, в силу малой протяженности самого разрушаемого звена абсолютные деформации, предшествующие выключению связи из работы, будут сравнительно невелики (рис.3, б);

только в том случае, когда слабейшим звеном соединения окажется собственно металлическая связь, все соединение проявит максимально возможные пластические свойства (рис.3, б).

Рис.3. Диаграмма деформирования растянутой линейной связи при разрушении различных ее элементов

а) - при выкалывании анкерующего бетона; б) - при разрушении сварных соединений;
в) - при разрушении листовой или стержневой связи

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

Для выполнения этого условия рекомендуется рассчитать все элементы соединения, кроме наиболее пластичного, на усилие в 1,5 раза превышающее несущую способность пластичного элемента, например, анкеровку закладных деталей и сварные соединения рекомендуется рассчитывать на усилие в 1,5 раза большее, чем несущая способность самой связи. При этом несущую способность связи следует определять в соответствии со СНиП II-23-81 * по формуле

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:

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

шпоночные соединения проектировать так, чтобы прочность отдельных шпонок на срез была в 1,5 раза больше их прочности при смятии.

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:

для горизонтальных связей, расположенных в перекрытиях вдоль длины протяженного в плане здания, - 15 кН (1,5 тc) на 1 м ширины здания;

для горизонтальных связей, расположенных в перекрытиях перпендикулярно длине протяженного в плане здания, а также для горизонтальных связей в зданиях с компактным планом - 10 кН (1,0 тс) на 1 м длины здания; для горизонтальных связей между бетонными и железобетонными навесными наружными панелями с дисками перекрытий - не менее 10 кН (1 тс) на 1 м длины стены;

для вертикальных междуэтажных связей, оптимальное конструктивное решение которых предусматривает использование деталей для подъема панелей (подъемные петли, штыри и т.п.) - не менее, чем прочность соответствующей детали для подъема;
при других конструктивных решениях не менее 25 кН (2,5 тс) на 1 м ширины стены.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное). МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ ПЕРЕКРЕСТНО-СТЕНОВОЙ СИСТЕМЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
(обязательное)

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:

разрушение панели торцевой поперечной стены, примыкающей к углу здания;

разрушение панели внутренней поперечной стены, несущей нагрузку от навесных лоджий или балконов и притом ослабленной дверными проемами.

Количество расчетных локальных разрушений указанных типов в каждом конкретном случае определяется индивидуально в зависимости от особенностей плана здания и принятых конструктивных решений. При унифицированном решении сборных элементов и связей между ними и относительно простом плане здания можно ограничиться рассмотрением двух-трех опасных локальных разрушений.

При каждом выбранном локальном разрушении необходимо рассмотреть все указанные в пп.2-5 механизмы прогрессирующего обрушения и проверить условие равновесия

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 типа

При оценке возможности одновременного обрушения конструкций всех этажей условие равновесия (1) заменяется условием

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.

Если плиты перекрытий не заведены в продольные несущие стены, обрушению препятствуют лишь связи сдвига между панелями разрушенной поперечной стены и продольной стены (рис.4, а). В этом случае условие равновесия (2) эквивалентно требованию

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.

Если плиты перекрытия заведены в продольные и поперечные стены (платформенные стыки), то они образуют между ними практически неразрушимую связь сдвига. В этом случае рассматриваются лишь такие разновидности механизма обрушения I типа, которые возможны при ослаблении поперечной стены проемами (см. рис.4, б, в). При этом условие (2) принимает вид

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.

Работа определяется сопротивлением изгибу над- и подпроемных перемычек и в общем случае определяется соотношением

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.

Если же условие (4) не соблюдается, возможны два варианта:

первый - усилением (или перераспределением) арматуры перемычек внутренних стен и плит перекрытий добиться его выполнения;

второй - перейти к другим конструктивным способам защиты от прогрессирующего обрушения, допускающим очень большие перемещения (десятки сантиметров) элементов, потерявших опору и требующих соответственно выполнять расчет по деформированной схеме (см. п.6).

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.

В рассматриваемом случае условие (2) принимает вид

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).

Выполнения условия (12) следует добиваться прежде всего за счет увеличения связей сдвига (), так как увеличение прочности растянутой связи () не всегда возможно (рис.5, б), а иногда и нецелесообразно: если к продольной стене прикрепляется поперечная стена лишь с одной стороны, то для учета этой связи в расчете необходимо оценить прочность продольной стены на изгиб из ее плоскости (см. рис.5, в).

Рис.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).

Для того, чтобы эти плиты не обрушивались, достаточно выполнить условие

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 перекрытий

Если перекрытия выполнены из балочных плит, условие (16) не выполняется (); поэтому в этом случае постановка связей рассматриваемого типа обязательна. При этом их прочность определяется величиной опорных реакций каждой балочной плиты.

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.

Условие невозможности образования механизма рассматриваемого типа

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.

Если при отсутствии связей шестого типа (=0) условие (19) не выполняется, не рекомендуется добиваться его выполнения за счет усиления связей пятого типа - это неэкономично, поскольку эти связи, как следует из уравнения (20), работают неравномерно. В этом случае наиболее рациональное решение - поставить связи шестого типа и образовать междуэтажные связи.

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 этажа

Рис.8. Работа плит перекрытий как элементов висячей системы

Требования, которым должны удовлетворять связи и плиты, образующие висячую систему, вытекают из расчета по деформированной схеме (см. рис. 8.б): цепь последовательно соединенных элементов (связь - плита - связь - плита - связь) должна включать очень пластичное звено, которое обеспечивало бы общее удлинение цепи порядка нескольких процентов (естественно, при этом в плитах допускаются какие угодно трещины). Для выполнения этого условия необходимо, чтобы

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 .

Максимально возможное относительное удлинение плиты существенно зависит от конструктивного решения ее арматуры и связей между плитами, от соотношения прочностей отдельных элементов, от их пластичности, от прочности соединения этих элементов; теоретически определить эту величину в общем случае не удается и поэтому каждое конкретное конструктивное решение рекомендуется оценивать экспериментально.

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.

Наружные стеновые панели с проемом, независимо от типа механизма общего прогрессирующего обрушения, работают на перекос как прямоугольные рамы (рис.9). При этом, если плиты перекрытий заведены в наружные стены, то они тоже вовлекаются в работу, и характер их разрушения меняется - к основным пластическим шарнирам, показанным на рис.4 и 5, добавляются шарниры, связанные с изломом внешнего края плиты (рис.10). При проверке возможности обрушения одних плит перекрытий (см. п.10) этих шарниров нет.

Для того, чтобы учесть сопротивление наружных стен прогрессирующему обрушению и связанное с ними дополнительное сопротивление плит перекрытий, нужно вычислить работу соответствующих внутренних сил () по п.14 и использовать ее при проверке условий равновесия, указанных в п.15.

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 стен

Рис.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
дальнейших расчетах учитывается меньшее.

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 тех случаях, когда условие (25) не выполняется (), весь дальнейший расчет проводится точно так же, как для зданий с продольными ненесущими стенами из легких небетонных материалов - по рекомендациям пп.25 с той лишь разницей, что во всех соотношениях работа заменяется величиной . Если же условие (25) выполняется, то дальнейший расчет определяется конструктивным решением сопряжения плит перекрытий и наружной продольной стены.

Если плиты перекрытия не заведены в наружную стену, необходимо, чтобы прочность соединения внутренней панели поперечной стены и панелей наружных стен при их взаимном сдвиге () удовлетворяла условию

В этом случае проверка возможности прогрессирующего обрушения проводится последовательно по рекомендациям пп.8-11 со следующими незначительными изменениями:

в соотношениях (4) и (12) работа заменяется величиной - ;

в формулах (16), (17) принимается, что ;

в формуле (19) принимается .

Если плиты перекрытий заведены в наружную стену, то сдвиговая связь между внутренней поперечной и продольной наружной стенами может не ставиться (=0), и для оценки защиты здания от прогрессирующего обрушения проверяются лишь условия (4) и (12) при

Ключевые слова: прогрессирующее обрушение, нормы.

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

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

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

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

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

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

I. РФ (в хронологическом порядке)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

II . СНГ

Украина

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

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

Белоруссия

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

Кдин=2 (см. пункт E.3.1.2.6).

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

Великобритания

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

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

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

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

Канада

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

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

Hong Kong

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

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

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

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

Australian/New Zealand

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

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

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

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

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

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

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

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

ПРЕДИСЛОВИЕ

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

2. ПОДГОТОВЛЕНЫ к изданию ГУП МНИИТЭП.

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

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

Введение

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

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

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

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

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

1 Основные положения

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

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

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

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

- Конструктивными мерами, обеспечивающими неразрезность конструкций;

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

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

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

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

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

в) перекрытия на указанной площади.

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

2 Расчетные нагрузки и сопротивление материалов

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

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

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

3 Расчет высотных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

и проверяется условие равновесия

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4 Конструктивные требования

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

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

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

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

4.4 Для повышения эффективности сопротивления прогрессирующему обрушению здания рекомендуется:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

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

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

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

Для обоих примеров приведены результаты расчетов отдельных схем локального разрушения.

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

А1.1 Исходные данные

А1.1.1 Описание конструктивной системы

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

РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМА

А1.1.2 Нагрузки

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

А1.1.3 Расчетные сопротивления материалов

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

Носит рекомендательный характер до регистрации Минюстом России.

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

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

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

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

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

А1.1.4 Расчетные схемы гипотетических локальных разрушений

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

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

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

А1.2.1 Несущая способность отдельных конструктивных элементов

А1.2.1.1 Перекрытие

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

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

РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПА

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

А1.2.2.1 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения первого типа

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

Работа пилона

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

Сопротивление обрушению перекрытий

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

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

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

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

Работа внутренних сил =0.

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

=11,1*(5,6*0,5+4,7*0,5)=57 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма первого типа

Проверка производится по формуле (2) данных Рекомендаций

377 кН;

66+255+57=378 кН377 кН.

Условие устойчивости конструкций выполнено . Прогрессирующее обрушение первого типа невозможно.

А1.2.2.2 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения второго типа

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

РИСУНОК А1.3 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ВТОРОГО ТИПА

Работа пилона

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

Сопротивление обрушению перекрытия

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

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

Работа внутренних сил на перемещениях пластических шарниров:

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

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

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

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

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

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

=8,9*(38*0,34+29*0,28)=187 кН.

Наружные стены

Работа внутренних сил =0.

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

Проверка общего условия невозможности образования механизма второго типа

Проверка производится по формуле (2) данных Рекомендаций

366 кН (без учета работы пилона на срез);

61+187+61+309 кН<366 кН.

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

Произошла ошибка

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

В особняке бывшего главы марий эл маркелова нашли произведения искусства, находящиеся в международном розыске Что нашли у маркелова

Разное 2021-05-31 05:42:52

Прогрессирующее обрушение нормы. Терроризм и повышение устойчивости зданий и сооружений

Введение

1 Область применения

2 Термины и определения

3 Основные положения

4 Конструктивно - планировочные решения

5 Нагрузки

6 Характеристики бетона и арматуры

7 Расчет

8 Конструктивные требования

Пример расчета каркаса здания на предотвращение прогрессирующего обрушения *)

Перекры­тие

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ

Рис.1. Фрагмент жилого дома

Рис.2. Расчетная модель здания с локальными разрушениями

3. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

Рис.3. Диаграмма деформирования растянутой линейной связи при разрушении различных ее элементов

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное). МЕТОДИКА РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ ПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ ПЕРЕКРЕСТНО-СТЕНОВОЙ СИСТЕМЫ

Рис.4. Вариант механизма прогрессирующего разрушения I типа

Рис.5. Механизм прогрессирующего разрушения II типа

Рис.6. Схема обрушения плит перекрытий

Рис.7. Схема обрушения конструкций одного этажа

Рис.8. Работа плит перекрытий как элементов висячей системы

Рис.9. Работа элементов наружных стен

Рис.10. Работа плит перекрытий в зданиях с железобетонными наружными стенами

Введение

1 Основные положения

2 Расчетные нагрузки и сопротивление материалов

3 Расчет высотных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения

4 Конструктивные требования

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМА

РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПА

Популярное

ВЫБОР РЕДАКТОРА

ПОПУЛЯРНЫЕ ЗАПИСИ

ПОПУЛЯРНАЯ КАТЕГОРИЯ

Перекрытие