что такое прогрессирующее обрушение
Прогрессирующее обрушение
Обрушение несущих конструкций на нескольких этажах здания или на одном этаже площадью более 80м2, возникающее в результате локального разрушения.
Приложение 1 МГСН 4.19-2005.
Смотреть что такое «Прогрессирующее обрушение» в других словарях:
Прогрессирующее обрушение — это обрушение конструкций здания (или его части высотой два и более этажей), потерявших опору в результате локального разрушения какого либо этажа. Источник: МГСН 3.01 01: Жилые здания г. Москва … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Прогрессирующее обрушение жилого дома — Прогрессирующее обрушение это обрушение конструкций здания (или его части высотой два и более этажей), потерявших опору в результате локального разрушения какого либо этажа. Источник: ПОСТАНОВЛЕНИЕ Правительства Москвы от 02.10.2001 N 894 ПП ОБ … Официальная терминология
прогрессирующее обрушение (в зданиях) — прогрессирующее обрушение Обрушение несущих конструкций на нескольких этажах здания или на одном этаже площадью более 80 м2, возникающее в результате локального разрушения. [МГСН 4.19 05] Тематики здания, сооружения, помещения … Справочник технического переводчика
Лавинообразное (прогрессирующее) обрушение. — Лавинообразное (прогрессирующее) обрушение. Большинство зарубежных стандартов строительного проектирования учитывают возможность возникновения и потенциальные последствия лавинообразного (прогрессирующего) обрушения от аварийных воздействий.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Обрушение прогрессирующее — – 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… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Обрушение прогрессирующее (лавинообразное) — – последовательное (цепное) разрушение несущих строительных конструкций и основания, приводящее к обрушению всего сооружения или его частей вследствие начального локального повреждения. [ГОСТ 27751 88] Рубрика термина: Разрушения материалов… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
прогрессирующее (лавинообразное) обрушение — 2.29 прогрессирующее (лавинообразное) обрушение: Последовательное (цепное) разрушение несущих строительных конструкций, приводящее к обрушению всего сооружения или его частей вследствие начального локального повреждения. Источник: ГОСТ Р 54257… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МДС 20-2.2008: Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях — Терминология МДС 20 2.2008: Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях: Аварийная расчетная ситуация явление, представляющее… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
МГСН 3.01-01: Жилые здания г. Москва — Терминология МГСН 3.01 01: Жилые здания г. Москва: Бизнес центр помещения развитого состава и служб, связанные с обеспечением деловой деятельности и высоким уровнем предоставляемых услуг. Определения термина из разных документов: Бизнес центр… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Что такое прогрессирующее обрушение?
Российские градостроительные нормы содержат такой термин, как «прогрессирующее обрушение».
Понятие относится к расчёту зданий на возможность возникновения аварийных ситуаций по причинам, неучтённым в проекте строительства.
О том, что такое прогрессирующее обрушение и какие расчётные модели применяются сегодня, расскажем далее.
Суть понятия
Термин «прогрессирующее обрушение» применяют к ситуации, когда повреждение небольшого элемента конструкции ведёт к полному или почти полному разрушению всего здания.
Утрата отдельными несущими частями каркаса строения своих прочностных свойств может вызвать эффект «домино», т.е. повлечь за собой последовательное разрушение остальных элементов конструкции.
Аварийные ситуации могут быть вызваны как природными явлениями, так и антропогенными факторами, т.е. деятельностью человека. К последним случаям относятся:
Аварийные ситуации могут быть вызваны ураганами, землетрясениями, оползнями.
Прогрессирующее, или лавинообразное обрушение — это полный или частичный обвал конструкции здания высотой 2 и более этажей, потерявших опору в результате разрушения одного из этажей.
Родственным понятием является «живучесть» сооружения, здания, технического устройства или системы к выполнению своих ключевых функций, несмотря на полученные повреждения.
В современном мире риск прогрессирующего разрушения значителен, поэтому существует острая необходимость в точных расчётных схемах, новых надёжных и экономически целесообразных методах конструктивного укрепления несущего каркаса здания, в наличии чёткой законодательной базы проектирования и расчёта с учётом возможных запредельных воздействий.
Причины прогрессирующего обрушения
При проектировании конструкций специалистам необходимо учитывать не только стандартные условия их функционирования, но и возможные аварийные ситуации. Прогрессирующее обрушение может возникнуть по причине техногенных воздействий, которые делятся на силовые, коррозионные и деформационные.
Возможными техногенными причинами возникновения локальных повреждений могут стать:
Так, например, причиной обрушения 9-этажного панельного жилого дома 6 марта 1982 года в Волгодонске стала некачественная заделка раствором на замораживание горизонтальной штробы, которая образовалась после замены цокольной панели. В момент оттаивания раствора стеновая панель потеряла устойчивость, в результате чего обрушились все 9 этажей дома.
К прогрессирующему обрушению ведут также ошибки, допущенные на стадии проектирования. В качестве примера такого случая можно привести обрушение 24-тонного козырька станции метро «Сенная площадь», произошедшего 10 июня 1999 г. в результате неправильно спроектированного крепления.
Не исключён также риск обрушения конструкции по причинам разнородности прочностных и других технических свойств стройматериалов, невозможности идеального моделирования системы даже с применением всех возможностей современных программных комплексов.
Самыми распространёнными формами разрушения металлических конструкций считаются потеря устойчивости и хрупкое разрушение, произошедшее из-за неконтролируемого развития микротрещин материала.
Так, например, прогрессирующее обрушение моста может начаться всего лишь с одной микроскопической трещины в металле несущих конструкций; это означает, что прочностные свойства материалов необходимо изучать и проверять с точки зрения теории надёжности.
История изучения прогрессирующего обрушения
Первые исследования данной темы начались после разрушения 22-этажного дома в Лондоне, которое произошло 16 мая 1968 г. в результате взрыва бытового газа. Жертвами трагедии стали 22 человека.
Случай привёл к серьёзным изменениям в законодательстве: в 1970 году внесена поправка к строительным нормам Великобритании, касающаяся непропорционального разрушения. Поправка содержала требование о том, чтобы не допускать прогрессирующего обрушения зданий.
Самым трагическим случаем прогрессирующего обрушения конструкций признан обвал всемирного торгового центра в Нью-Йорке; событие произошло 11 сентября 2011 г. в результате теракта. Последствия этой катастрофы ужасны: жертвами стали 2750 человек.
К 2021 году газификация России составила более 65 %, а это значит, что для большинства жилых многоэтажек риск прогрессирующего обрушения довольно высок.
Примерами подобных аварий в России могут служить:
Самыми крупными авариями с последующим обрушением зданий считаются в России:
Жертвами этих катастроф стали тысячи людей. По мнению специалистов, этих трагедий можно было бы избежать, если бы предварительно производился расчёт на прогрессирующее обрушение.
Соблюдение рекомендаций по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения позволит предотвратить катастрофические последствия возможных аварийных ситуаций.
Законодательные нормы
Существенной проблемой российского законодательства в сфере строительства считается сегодня отсутствие чётких нормативных документов, регламентирующих порядок проектирования зданий с учётом сопротивления прогрессирующему обрушению и определяющих требования к расчёту несущего каркаса высотного здания.
Ключевым документом в области обеспечения живучести строительных конструкций можно назвать ФЗ — №384. В ст. 16.6 обозначено, когда требуется расчёт на прогрессирующее обрушение: для сооружений и зданий повышенного уровня ответственности, к которым относятся технически сложные и уникальные объекты.
Перечень конструкций, подлежащих расчёту, указан в ГОСТ 27751-2014. В соответствие с пунктами 2, 5, 6, расчёт следует производить для зданий класса КС-2 и КС-23 при условии большого скопления людей.
С 1 июля 2015 г. расчёт следует производить для большинства жилых и общественных зданий. При этом до сих пор ещё не разработано чёткого алгоритма расчёта, а также детальных рекомендаций по выбору зоны аварий. Особенно много вопросов возникает по выбору необходимого числа разрушаемых несущих элементов.
Эти вопросы освещаются в ряде рекомендаций по проектированию, выпущенных МНИИТЭП и НИИЖБ в 2000-ых, однако ни один из этих документов к 2021 году не получил законодательной силы.
Существенный пробел наблюдается в области расчётов стальных каркасов зданий для обеспечения их живучести. Существующая нормативная документация (МДС 20-2.2008; СТО 36554501-024-2010) акцентирует внимание только на большепролётных сооружениях.
В этих положениях утверждается необходимость проведения оценки живучести несущего каркаса для всех железобетонных монолитных зданий, но не приводится почти никаких методологических указаний, за исключением рекомендации выполнять расчёт методом конечных элементов с применением сертифицированных в России программных комплексов.
Во многих программах предусмотрен встроенный модуль расчёта на прогрессирующее обрушение, однако результаты расчёта пока ещё призрачны, официально не подтверждены и требуют дополнительного исследования.
Так, например, разработчики таких программных комплексов, как Лира и SCAD, предлагают свои алгоритмы расчёта на прогрессирующее обрушение, однако на официальном уровне достоверность полученных результатов пока ещё не подтверждена.
Какие здания считают на прогрессирующее обрушение? Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения, разработанные МНИИТЭП и НИИЖБ, содержат схемы проведения расчёта посредством кинематического метода теории предельного равновесия для таких категорий зданий, как:
К сожалению, исключить вероятность возникновения аварийных ситуаций в полной мере невозможно, поэтому необходимо обеспечить максимальную степень безопасности граждан, находящихся в зданиях, и сохранности их имущества за счёт уменьшения риска прогрессирующего обрушения конструкции при локальных повреждениях несущих элементов.
Для снижения вероятности прогрессирующего обрушения необходимо предусмотреть общее упрочнение всего сооружения, здания, локальное усиление и взаимосвязь элементов.
В законах строительства США акцент ставится на общее упрочнение, при котором разрушение одного из элементов конструкции не приводит к разрушению всего строения.
Упрочнение наиболее уязвимых мест пока не поддаётся стандартизации для включения их в нормы проектирования, поскольку для этого необходимо знать характер возможных воздействий на здание, в том числе терактов.
Основных рекомендаций по предотвращению лавинообразного обрушения всего 5:
В програмном комплексе SCAD модель расчёта реализована в соответствие с вышеуказанными рекомендациями и предназначена для моделирования поведения конструкции строений в случае аварийных воздействий, вызвавших локальные разрушения отдельных вертикальных несущих частей.
При разработке программы авторами принималась во внимание очевидная условность исходных предпосылок, которая заключается в следующем:
Сооружения и здания не могут быть абсолютно свободными от риска обрушения из-за неопределённостей требований к системе, разброса технических свойств стройматериалов, трудностей точного моделирования поведения системы даже с применением современных программных комплексов.
Помимо того, невозможно спроектировать и построить совершенно безопасную конструкцию и при этом не учитывать стоимость предотвращения возможных аварийных ситуаций.
Вместе с тем численное моделирование позволяет получить качественную оценку характеристик устойчивости здания по отношению к прогрессирующему обрушению и сопоставить несколько гипотетических сценариев обрушения с целью выявления самых уязвимых мест конструкции.
Расчётные методы
При оценивании сопротивления конструкции здания прогрессирующему обрушению применяются следующие расчётные методы:
Таким образом, в связи с увеличением количества аварий, вызывающих прогрессивное обрушение зданий, существует необходимость в точных расчётных методиках, новых надёжных и экономически выгодных программах конструктивного усиления несущего каркаса здания, чёткой законодательной базы, определяющей порядок проектирования и расчёта с учётом возможных глобальных воздействий.
Что такое прогрессирующее обрушение
ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ
Правила проектирования. Основные положения
Protection of buildings and structures against progressive collapse. Design code. Basic statements
ОКС 21.120.25*
_____________________
* По информации Росстандарта ОКС 91.120.01,
Дата введения 2019-01-06
Предисловие
Сведения о своде правил
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных
Введение
Настоящий свод правил разработан с учетом обязательных требований, установленных в [1]-[3], и содержит основные положения, общие требования по проектированию защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения при аварийной расчетной ситуации вследствие предполагаемого начального локального разрушения, приводящего к изменению конструктивной системы.
1 Область применения
1.1 Настоящий свод правил устанавливает основные положения по проектированию новых и реконструкции зданий и сооружений различных конструктивных систем с обеспечением их защиты от прогрессирующего обрушения на стадии эксплуатации.
1.2 Настоящий свод правил не распространяется на проектирование транспортных, линейных объектов, гидротехнических сооружений, инженерных сооружений типа резервуаров и бункеров, подземных сооружений и объектов, на которых ведутся горные работы и работы в подземных условиях.
Раздел 1. (Измененная редакция, Изм. N 1).
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение
ГОСТ 4784-2019 Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния
СП 15.13330.2012 «СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции» (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 22.13330.2016 «СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений» (с изменениями N 1, N 2)
СП 63.13330.2018 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» (с изменениями N 1, N 2, N 3)
СП 128.13330.2016 «СНиП 2.03.06-85 Алюминиевые конструкции»
СП 131.13330.2018 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология»
СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования (с изменением N 1)
СП 296.1325800.2017 Здания и сооружения. Особые воздействия
СП 311.1325800.2017 Бетонные и железобетонные конструкции из высокопрочных бетонов. Правила проектирования
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены термины по [1], ГОСТ 27751, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 аутригерные конструкции: Пересекающиеся фермы, связи, диафрагмы или балки (балки-стенки), обеспечивающие повышенную жесткость здания или сооружения.
3.2 демпфирование: Процесс рассеивания (диссипации) энергии механических колебаний в конструкциях и материалах здания или сооружения.
конструктивная система: Совокупность взаимосвязанных строительных конструкций и основания.
3.4 коэффициенты надежности: Коэффициенты, учитывающие возможные неблагоприятные отклонения значений нагрузок, характеристик материалов и расчетной схемы строительного объекта от реальных условий его эксплуатации, а также уровень ответственности строительных объектов.
3.5 нормативные характеристики физических свойств материалов: Значения физико-механических характеристик материалов, устанавливаемые в нормативных документах, технических условиях или задании на проектирование и контролируемые при их изготовлении, строительстве и эксплуатации объекта.
3.6 особое предельное состояние: Состояние конструкций после превышения границы несущей способности по первому и деформативности по второму предельным состояниям, в котором они не полностью соответствуют функциональным требованиям, дальнейшее увеличение нагрузок и (или) воздействий приводит к их разрушению.
3.7 предполагаемое начальное локальное разрушение (локальное разрушение): Удаление несущего конструктивного элемента, имитирующее потерю несущей способности и (или) устойчивости, а также приводящее к изменению конструктивной системы здания и сооружения.
прогрессирующее (лавинообразное) обрушение: Последовательное (цепное) разрушение несущих строительных конструкций, приводящее к обрушению всего здания или сооружения или его частей вследствие начального локального разрушения.
расчетная схема (модель): Модель конструктивной системы, используемая при проведении расчетов.
3.10 расчетные ситуации: Учитываемый при расчете зданий или сооружений комплекс наиболее неблагоприятных условий, которые могут возникнуть при его эксплуатации.
Раздел 3. (Измененная редакция, Изм. N 1).
4 Общие требования
4.1 Проектирование защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения осуществляется при аварийной расчетной ситуации вследствие предполагаемого начального локального разрушения (см. 3.7), приводящего к изменению конструктивной системы. Для этого необходимо выполнить расчет по особому предельному состоянию (см. 3.6) с учетом критериев, указанных в разделе 5, обеспечив несущую способность, деформативность и устойчивость формы деформации как конструктивной системы здания и сооружения в целом, так и отдельных элементов и узлов сопряжений, за исключением удаляемого, при локальном разрушении (см. 4.5).
4.2 Требования к проектированию защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения в настоящем своде правил приведены для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности, а также для зданий и сооружений нормального уровня ответственности с массовым пребыванием людей (см. ГОСТ 27751).
4.3 При реконструкции необходимо обеспечить защиту от прогрессирующего обрушения для здания или сооружения в целом или самостоятельного конструктивного блока в частях, ограниченных деформационными швами, в границах которых проводят реконструкцию.
Допускается расчет на защиту от прогрессирующего обрушения не проводить и ограничиться организационно-техническими мероприятиями для реконструируемых зданий и сооружений нормального уровня ответственности при одновременном выполнении условий:
— по результатам инструментального обследования по ГОСТ 31937 определено работоспособное техническое состояние;
— не предусматриваются усиление несущих конструкций и (или) изменение функционального назначения здания и сооружения;
— несущая способность и деформативность подтверждены поверочным расчетом на особое сочетание нагрузок с учетом экстремальных климатических воздействий по СП 296.1325800;
— вертикальные несущие элементы, от которых зависит общая устойчивость здания и сооружения, по результатам поверочных расчетов способны воспринимать особые воздействия от горизонтальной нагрузки 35 кН для стержневых элементов и 10 кН для пластинчатых на 1 м поверхности рассматриваемого элемента в пределах одного этажа.
Прогрессирующее обрушение: нормы, расчет и рекомендации
Тема прогрессирующих обрушений сегодня актуальна и упоминаема. До сих пор людей ужасает известная катастрофа подобного рода, которая произошла 11.09.2011 г. в Нью-Йорке. Миллионы людей наблюдали по видеозаписи эти трагические события, которые унесли жизни 2977 человек.
В 8 часов 46 минут 40 секунд по направлению с севера между 93-м и 95-м этажами северной башни Всемирного торгового центра врезался ведомый террористами «Боинг 767» (рейс 11). В 9 часов 3 минуты 11 секунд между 78 и 85 этажами по направлению с юга Южную башню Всемирного торгового центра на скорости 959 км/час пробил насквозь самолет «Боинг 767» (рейс 175).
Прогрессирующее обрушение (ПО) Южной башни ВТЦ произошло через 55 минут и 51 секунду, в 9 часов 58 минут, а Северной башни — через 1 час 41 минуту 51 секунду, в 10 часов 28 минут. В обеих небоскребах были разрушены конструктивные элементы, удерживающие этажные перекрытия, фермы этажей области удара.
К сожалению, большинство ПО случаются из-за ненадлежащего контроля технического обслуживания зданий. Благодаря прессе мы узнаем о фактах обвала жилых подъездов, которые, к сожалению, наиболее часты.
Заметим, что в американском примере разрушение произошло вследствие случая экстраординарного, а конструкция близнецов-башен соответствовала техническим требованиям. Соответственно, ни строители, ни проектировщики не имели возможности предвидеть такого рода направленные удары, которые произвели локальные разрушения, приведшие к критическому цепному разрушению и, как результат, — обрушению зданий. Однако, как утверждает статистика, в большинстве случаев ПО происходит под воздействием факторов, которые просчитать можно. Кроме того, учеными и инженерами разработаны действенные методы расчета конструкции зданий, мало подверженных таким критическим разрушениям.
История категории «прогрессирующее обрушение»
Сам этот термин появился в 1968 году после работы строительной комиссии, изучавшей полное разрушение взрывом бытового газа 22-этажного лондонского здания «Ронан Пойнт». Британские проектировщики восприняли эту трагедию как вызов их профессионализму. Масштаб трагедии, повлекшей в мирное время десятки гражданских жертв, нашел отклик в обществе. В результате инженерных изысканий в 1970 году к парламентскому рассмотрению были предложены изменения в законодательство — новая редакция строительных норм. В основе изменений лежал принцип соразмерности аварии локальному воздействию, приводящему к обрушениям.
Вам будет интересно: Значение слова ненавидеть и примеры предложений
Для этого в обязанность проектантам был вменен расчет на прогрессирующее обрушение. Необходимость его с 1970 г. регламентировалась законом и, соответственно, с тех пор в Британии он выполняется неукоснительно. Таким образом, было нормативно установлено:
Защита зданий от прогрессирующего обрушения производится комплексно, учитывая все эти факторы. Год назад разработан российский свод правил, регламентирующий соблюдение условий живучести зданий и сооружений на этапах их проектирования, реконструкции и капитального ремонта.
Актуальность проблемы. Причины
Как свидетельствует статистика ПО, такое глобальное разрушение возникает из-за воздействий коррозионного, силового или деформационного характера. Вариантами подобных техногенных событий могут быть:
Часто происходит прогрессирующее обрушение вследствие хрупкого разрушения при увеличении количества микротрещин. Очевидно, первый случай подобного разрушения, случившегося в 23 г. н. э. с амфитеатром г. Фидены, описан историком Древнего Рима Корнелием Тацитом. Возникшее ПО в день гладиаторских сооружений в переполненном здании, по свидетельствам этого летописца, забрало жизней столько, как это бы сделала война. Речь идет о нескольких десятках тысяч человек.
Приведем более поздний исторический пример. Прогрессирующее обрушение при увеличении количества микротрещин стало причиной обрушения в 1786 г. арочного моста через реку Уай (Великобритания, графство Херефордшир). Еще один арочный мост под названием Лсен-Бенезе через реку Роне (Франция), построенный в XII веке, столько раз обрушивался вследствие неблагоприятного воздействия среды и внутренней деградации так часто, что в XVII веке его прекратили восстанавливать (разные пролеты моста обваливались 1 раз — в 1603 г., 3 раза — в 1605 г., 1 раз — в 1633 и в 1669 г — окончательно).
Вам будет интересно: График изотермического процесса. Основные термодинамические процессы
Следует отметить, что современные градостроительные технологии, к сожалению, не деактуализировали прогрессирующее обрушение зданий и сооружений. Печальная статистика продолжается и в XXI веке:
Нормативное регулирование
Прежде чем рассмотреть проблему, логично было бы ознакомиться с нормативными документами, ее рассматривающими и организующими соответствующую профилактику. Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения в РФ регламентируется нормативными документами, перечень которых представлен ниже:
В последнее время проблема ПО нашла более полное освещение в новейших отечественных нормативных источниках. Любая строительная документация зданий нормального и повышенного уровня ответственности обязательно должна учитывать требования свода правил (СП) 385.1325800.2018, регламентирующего защиту зданий от прогрессирующего разрушения.
ПО и несущая способность зданий
Согласно п. 4.1 этих правил, заказчик вправе изначально требовать включения в проект строящегося здания (сооружения) дополнительных элементов, обеспечивающих повышение несущей способности конструкции.
Этот же СП «Расчет на прогрессирующее обрушение» наиболее полно представляет в двух вариантах проектирования защиты от ПО при капитальном ремонте. Первый — в случае капремонта зданий и сооружений повышенного уровня ответственности и второй — для этих же объектов нормального уровня ответственности. В первом случае несущая способность повышается кратно относительно второго.
Главным условием соблюдения требований защиты от ПО является соблюдение условия превышения несущей способности конструктивных элементов и их соединений над усилиями, ведущими к локальным обрушениям в этих конструктивных элементах и соединениях. Если какая-либо конструкция не удовлетворяет этому требованию, то ее следует либо усилить, либо заменить.
Если же речь идет о реконструкции зданий (сооружений), то вначале обязательно производится их техническое обследование согласно ГОСТ 31937, а уже затем производят саму реконструкцию в целом, или же в границах деформационных швов (в зависимости от выбранной стратегии реконструкции).
Сектор локального разрушения
Диагностируя живучесть зданий по отношению к ПО, планировщики на стадии проекта детализируют возможные его источники — точки локальных разрушений. Каждое такое разрушение рассматривается ими отдельно и пространственно. В частности, рассматриваемый нами СП расчет на прогрессирующее обрушение начинает с прогноза секторов локального разрушения при проектировании несущих конструкций:
Вам будет интересно: Осадить — это. Толкование слова
Для многоэтажных, большепролетных зданий рассматриваются локальные разрушения в виде повреждения любой из несущих конструкций. При этом зона локального разрушения должна локализироваться конструкцией и ни в коем случае не перерастать в ПО.
СП «Защита зданий от прогрессирующего обрушения» предусматривает в качестве профилактических мер, препятствующих глобальным разрушениям подобного рода:
Вынужденно употребив специальный термин, поясним его. СН-системы — комплексная характеристика взаимодействия конструкции зданий и приложенных сил к ней. Другими словами, в СН-системах, в отличие от статически-определенных, распределение усилий зависимо не только от приложенных к зданиям (сооружениям) сил внешнего характера, но и от распределения этих усилий на конструктивные элементы, которые, в свою очередь, характеризуются модулями упругости.
Именно действующие несущие конструктивные элементы (так называемые связи) при локальных воздействиях препятствуют превращению цельной статически неопределенной системы в геометрически изменяемую (последнее предполагает возможность ПО). Таким образом, именно связи делают невозможным прогрессирующее обрушение. Нормы строительства — вот, что должно учитывать и регламентировать профилактику ПО.
Кратко о нормативной документации
Вас, очевидно, интересует, какая нормативная документация относительно ПО — самая передовая в мире. Следует признать, несмотря на отечественные разработки последних лет, учет противодействия ПО сегодня наиболее детально представлен (актуальность — 2016 г.) в американских стандартах UFC 4-023-03 и GSA.
Дело в том, что в них учитываются новейшие строительные материалы, а также различные конструкции зданий. В то же время российский сборник Е ТКП 45-3.02-108-2008 составлен на основании рекомендаций, написанных в двухтысячных годах относительно железобетонных конструкций.
Отметим явный прогресс российской нормативной документации последних лет и очевидные усилия по упорядочению имеющихся разрозненных и многочисленных источников норм. Однако будет справедливым сказать о недостатках. Взять хотя бы нормативную документацию. Специалисты отмечают, что сегодня разные источники отечественной нормативной документации часто противоречивы, а также содержат недоработки. Приведем лишь несколько примеров:
Очевидно, что этот список можно продолжить. Значительно ускорившийся в последние годы прогресс строительной индустрии обусловил устаревание большей части имеющихся нормативных документов, регламентирующих область ПО. Очевидно, что действенное предотвращение прогрессирующего обрушения вскоре потребует адаптации к отечественным реалиям уже обобщенного зарубежного опыта. Имеются в виду стандарты США UFC 4-023-03 и GSA, содержащие не размыто, а весьма четко сформулированные требования к конструкциям и материалам конкретных типов зданий.
К сожалению, многие отечественные специалисты считают недостаточно проработанными в этом плане и СП «Защита зданий от ПО. », СП «Здания и сооружения. Особые воздействия»).
Особенности рекомендаций относительно ПО высотных зданий
В частности, регламентирует рассматриваемый нами СП прогрессирующее обрушение для высотных зданий. Особенность расчета ПО высотных зданий определяются более широким шагом в расположении стен или колонн. При этом общая конструкция, в случае аварийном воздействия, допускает локальные обрушения несущих элементов, но лишь в пределах одного этажа, без дальнейшего цепного продолжения данного разрушения. Сборник правил содержит рекомендации, касающиеся проектирования и возведения новых, а также проверки и реконструкции уже построенных высотных зданий и сооружений. (Для справки, критерием высотности является отметка высоты более 75 м, что эквивалентно 25-этажному дому.)
Расчет методом предельного равновесия
Расчет проекта высотного здания выполняется, исходя из предположения, что оно под влиянием локальных разрушений трансформируется в состояние, условно называемое «предельным состояниям первой группы». Поясним этот термин. Предельным называют такое состояние конструкции, когда она перестает противодействовать разрушению или же повреждается (претерпевает деформацию). Всего различают две группы предельных состояний. Первой условно называют состояние полной эксплуатационной непригодности. Второй именуют состояние повреждения, которое позволяет частичную эксплуатацию.
Технически расчет производится при помощи моделирования системой дифференциальных уравнений нелинейных жесткостных характеристик конструкции высотного здания. Расчет высотного здания производится на основании выстраивания пространственной модели, в которой учитываются и элементы ненесущие, но способные взять на себя перераспределение усилий при локальных воздействиях. При этом принимаются во внимание жесткостные характеристики элементов конструкции, примыкающих к месту разрушения. Сама расчетная модель рассчитывается многократно, каждый раз с учетом конкретного локального разрушения. Этот способ позволяет достичь максимально достоверных результатов. При этом в выстраиваемой модели рассматривается фактор уменьшения избыточных материалозатрат.
Как производится анализ пространственной модели? С одной стороны, усилия в конструктивных элементах приравниваются к предельно-возможным, которые могут быть выдержаны ими. Считается, что прогрессирующее обрушение высотных зданий становится невозможным, когда усилия оказываются меньшими, чем несущая способность конструкции. Если не соблюдены требования прочности, то несущая способность здания должна быть усилена за счет дополнительных или усиленных несущих элементов.
Предельные усилия в элементах определяются дифференцировано: для длительной части усилий и кратковременной.
Кинематический метод
В случае, если конструкция высотного здания деформируется пластично, то актуальным для расчета ПО становится кинематический метод. При этом расчет здания производится следующим образом:
Если материал, из которого изготовлен конструктивный элемент, не способен на пластическую деформацию, то этот элемент при расчетах просто не берется во внимание.
Исследование возможного развития ПО после локального разрушения
В рекомендациях по прогрессирующему обрушению советуют проектантам исследовать четыре типовых варианта развития ПО:
СП «Защита от прогрессирующего обрушения» главным образом предусматривает профилактику развития именно этих четырех сценариев.
Рекомендации ПО блочных зданий
При объемно-блочном (модульном) строительстве значительная часть процессов производится в заводских условиях. Монтаж облегчается еще и тем, что блоки обладают определенным объемом. Поэтому модули, составляющие конструкцию, заведомо изготовляются из материалов, мало восприимчивых к разрушению. Коррозии материалов препятствует многослойное их покрытие защитными спецсоставами, использование оцинкованной стали.
В рассматриваемом нами СП прогрессирующее обрушение для блочно-модульных зданий имеет свои особенности. Для этого типа зданий уделяется внимание таким конструктивным элементам, как узлы примыкания блоков рассматриваемых к блокам соседним. Контрольным критерием выступает несущая способность этих узлов, благодаря которой здание в целом противостоит локальным разрушениям и выдерживает приходящиеся на них усилия из-за своей несущей способности.
Прогрессирующее обрушение зданий блочной структуры также может возникнуть из-за локального повреждения блока, выполняющего несущие функции. Чтобы этому противостоять, важна последующая компенсация перераспределения усилий с блока разрушенного на блоки соседние. Такому положению дел должна содействовать значительная несущая способность и способность к пластическим деформациям узловых межблочных соединений, с одной стороны, и качественный заводской монтаж усиленных арматурой блоков, с другой.
Вам будет интересно: Формулы вычисления ускорения через скорость. Пример задачи
Расчет здания на прогрессирующее обрушение производится методом предельного равновесия, а также методом конечных элементов. Поскольку метод предельного равновесия мы рассмотрели ранее, то подробней расскажем о втором способе.
Метод конечных элементов широко используется в механике твердого тела для расчета деформаций. Его сущность заключается в решении системы дифференциальных уравнений. Затем область решения (в зависимости от различных коэффициентов) разбивается на ряд сегментов, каждый из которых исследуется на оптимальность.
Исходя из выбранных коэффициентов при переменных дифференциальных уравнениях, определяются оптимальные несущие элементы.
Рекомендации ПО монолитных зданий
Расчет на прогрессирующее обрушение монолитных зданий также исходит из того, что локальные разрушения вертикальных несущих конструкций, в случае их возникновения, не должны выходить за пределы одного этажа. В качестве подобного локального разрушения рассматриваются нарушение целостности двух пересекающихся стен (от угла до ближайшего проема), отдельно стоящих колонн, чередующиеся колонн с примыкающими участками стен.
Рекомендации по защите от прогрессирующего обрушения предписывают рассматривать пространственную модель, в которую, кроме несущих, включаются и другие элементы, способные перераспределить на себя несущие функции.
При моделировании учитываются:
Кроме того, для монолитного здания должны быть соблюдены расчетные значения:
Конструктивные требования
Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения основана на предусмотрении динамики развития влияния различных локальных разрушений на общую конструкцию здания (сооружения). Сейчас особенно активно изучается ПО различных по своей геометрии каркасов большепролетных высотных зданий как на стадии их проектирования, так и при восстановлении после получения ими локальных повреждений. Разрабатываются сборники рекомендаций и правил, утверждаются обязательные для исполнения стандарты.
Следует упомянуть, что многократно упомянутый нами СП «Защита от прогрессирующего обрушения», как нормативный свод правил, составлен совместно НИИ центр «Строительство» и Федеральным Юго-Западным государственным университетом с учетом федеральных законов № 184-ФЗ и № 384-ФЗ, регламентирующих техническое регулирование и меры безопасности при этом. Он адаптирован для регламентации:
В рассматриваемом СП регламентированы:
Особенности компьютерного расчета
Как мы уже неоднократно упоминали, защита от прогрессирующего обрушения предполагает компьютерное моделирование методами конечных элементов и предельного равновесия. Полезно знать, что инструментом моделирования методом предельных состояний выступают специализированные программные пакеты СТАДИО, ANSYS, SCAD, Nastran. При этом создается полноценная модель, поскольку благодаря упомянутому методу достигается практически полное соответствие модели динамике реакции здания на локальные разрушения.
Кинематический метод использует те же программы, однако он менее формализован и требует от исполнителя построения личной методики расчета.
В результате вычислений кинематическим методом:
Заключение
Наше время отличается появлением все большего количества высотных жилых и офисных зданий. В последние годы прослеживается рост интереса общества к проблемам повышения надежности производственных и жилых зданий. В том числе, не последнее место занимает вопрос: «Как наиболее гарантировано можно предотвратить прогрессирующее обрушение?» И это не случайно, ведь такого рода аварии приносят наиболее значительные материальные потери и вызывают глубокие отрицательные социальные последствия. Ведь подобные аварии способны унести сотни, и даже тысячи жизней.
Исследования ведутся в трех направлениях:
Проектные бюро, специальные строительные и научно-исследовательские компании не превращают свои исследования в ноу-хау, последние публикуются и обобщаются. И это понятно, ведь проблема ПО является не только конструктивно, но и социально значимой. Однако пока что нормативная документация требует доработки. Кроме того, разрозненный опыт специалистов в области диагностики возможных ПО должен быть сначала стандартизирован и обновлен, а затем — трансформирован в практическую профилактическую диагностику, проводимую планово, регулярно и на некоммерческой основе.
Очевидно, что сейчас расчет на ПО должен стать для владельцев жилых и производственных фондов более доступным и облегченным в процедуре проведения. Ведь существует проблема старения жилого фонда, а речь при таких авариях идет о потере человеческих жизней.
Налаженная система предварительных расчетов на ПО, будь она обоснована юридически и запущена фактически, стала бы действенным инструментом предотвращения новых трагедий.
Возможно, своевременная профилактика может предотвратить такие ПО, как обрушение подъезда жилого дома 31.12.2018 г. в Магнитогорске, унесшей жизни 39 человек. Нормативно следует установить перечень ситуаций, когда не только обязательно, но и срочно, следует проводить расчет на прогрессирующее обрушение. Необходимость такого расчета особенно насущна, когда владелец квартиры решается произвести перепланировку, часто не подозревая, что затрагивает несущие конструктивные элементы. Именно такое непроконтролированное нарушение послужило причиной вышеупомянутого ПО.