4 основы прогрессирующего обрушения высотных зданий. Терроризм и повышение устойчивости зданий и сооружений. Конструктивно - планировочные решения

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.

Опубликовано: Март 8, 2008

Мероприятия по защите от прогрессирующего обрушения

6.1.1.Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующегообрушения в случае локального разрушения несущих конструкций в результате возникновения аварийных чрезвычайных ситуаций (ЧС).

К последним относятся:

Природные ЧС –опасные метеорологические явления, образование карстовых воронок и провалов в основаниях зданий;

Антропогенные (в том числе техногенные) ЧС – взрывы снаружи или внутри здания, пожары, аварии или значительные повреждения несущих конструкций вследствие дефектов в материалах,некачественного производства работ и др.

6.1.2. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения должна проверяться расчетом иобеспечиваться конструктивными мерами, способствующими развитию в несущих конструкциях и их узлах пластических деформаций при предельных нагрузках(Рекомендации по защите жилыхзданий стеновых конструктивных систем при чрезвычайных ситуациях. М., 2000. Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях. М., 2002).

6.1.3. Расчетустойчивости здания необходимо производить на особое сочетание нагрузок, включающее постоянные и длительные нагрузкипри следующих возможныхсхемах локальных разрушений:

Разрушение(удаление)двухпересекающихсястенодного(любого)этажанаучасткахотихпересечения(вчастности,отуглаздания)доближайшихпроемоввкаждойстенеилидоследующегопересечениясдругойстенойдлинойнеболее 10м,чтосоответствуетповреждениюконструкцийвкругеплощадьюдо80м 2 (площадь локального разрушения);

Разрушение(удаление)колонн(пилонов)либоколонн(пилонов)спримыкающимикнимучасткамистен,расположенных на одном (любом) этажена площадилокального разрушения;

Обрушениеучасткаперекрытияодногоэтажа наплощади локального разрушения.

Дляоценкиустойчивостизданияпротивпрогрессирующегообрушениядопускаетсярассматриватьлишьнаиболееопасныесхемылокальногоразрушения.

6.1.4.Проверка устойчивости зданияпротив прогрессирующего обрушения включает расчет несущих конструкций в местах локальныхразрушений по предельным состояниямпервой группы с расчетными сопротивлениями материалов (бетона и арматуры), равными нормативнымзначениям.

При этом величина деформацийи ширина раскрытия трещин в конструкциях не регламентируются.

6.1.5. Постоянные и временныедлительныенагрузки при расчете устойчивости здания против прогрессирующего обрушения следует принимать по табл.5.1 настоящих норм.При этомкоэффициенты сочетаний нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузкампринимаютсяравными единице.

6.1.6.Для расчета зданий против прогрессирующего обрушенияследует использовать пространственную расчетную модель, которая может учитывать элементы,являющиеся при обычных эксплуатационных условиях ненесущими, а при наличии локальных воздействий активно участвуют в перераспределении нагрузки.

Расчетная модель здания должнаотражать все схемылокальных разрушений,указанныхвп. 6.1.3.

6.1.7.Основное средство защиты зданий от прогрессирующего обрушения – резервирование прочности несущих элементов, обеспечение несущей способности колонн, ригелей, диафрагм, дисков перекрытий и стыков конструкций; созданиенеразрезности и непрерывностиармированияперекрытий,повышение пластическихсвойств связей между конструкциями, включение в работу пространственной системы ненесущих элементов.

Эффективнаяработасвязей,препятствующихпрогрессирующемуобрушению,возможнаприобеспеченииихпластичностивпредельномсостоянии,чтобыпослеисчерпаниянесущейспособностисвязьневыключаласьизработыидопускалабезразрушениянеобходимыедеформации.Длявыполненияэтоготребованиясвязидолжныпредусматриватьсяизпластичнойлистовойилиарматурнойстали,апрочностьанкеровкисвязейдолжнабытьбольшеусилий,вызывающихихтекучесть.

6.1.8. В высотных зданиях следует отдавать предпочтение монолитным и сборно-монолитным перекрытиям, которые должны быть надежно соединены с вертикальными несущими конструкциями зданиясвязями.

Связи, соединяющиеперекрытия с колоннами, ригелями, диафрагмами и стенами, должны удерживать перекрытие от падения (в случае его разрушения) на нижележащий этаж.Связи должны рассчитываться на нормативный вес половины пролетаперекрытия с расположенным на нем полом и другими конструктивными элементами.

От: zina,

В Департаменте градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации в рамках компетенции рассмотрено письмо по вопросу требований нормативно-технических документов, и сообщается следующее.

Термин «несущие конструкции» практически не используется в нормативно- технических документах, так как определение несущих конструкций приведено в учебниках по строительной механике и является понятным для каждого проектировщика. Определение несущей способности установлено только в СП 13-102-2003* «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» (далее - СП 13-102-2003), который в настоящее время не является действующим документов по стандартизации. Согласно СП 13-102-2003* несущие конструкции - это строительные конструкции, воспринимающие эксплуатационные нагрузки и воздействия и обеспечивающие пространственную устойчивость здания.

В соответствии с положениями ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения» расчет на прогрессирующее обрушение проводится для зданий и сооружений класса КС-3, а также (на добровольной основе) зданий и сооружений класса КС-2.

Требование о необходимости расчета на прогрессирующее обрушение всех производственных зданий, установленное в пункте 5.1 СП 56.13330.2011 «СНиП 31-03-2001 «Производственные здания» (далее - СП 56.13330.2011), является избыточным и противоречащим федеральному закону № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений. Данное требование будет откорректировано в 2018 году путём внесения изменения в СП 56.13330.2011.

В 2017 году утвержден СП 296.1325800.2017 «Здания и сооружения. Особые воздействия» (далее - СП 296.1325800.2017), который вступает в силу с 3 февраля 2018 г. для применения на добровольной основе. В данном своде правил указано, что при проектировании сооружений должны быть разработаны сценарии реализации наиболее опасных аварийных расчетных ситуаций и разработаны стратегии для предотвращения прогрессирующего обрушения сооружения при локальном разрушении конструкции. Каждый сценарий соответствует отдельному особому сочетанию нагрузок и, в соответствии с указаниями СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» (далее - СП 20.13330), должен включать в себя одно из нормируемых (проектных) особых воздействий или один вариант локальных разрушений несущих конструкций для аварийных особых воздействий. Перечень сценариев аварийных расчетных ситуаций и соответствующих им особых воздействий устанавливается Заказчиком в задании на проектирование по согласованию с Генпроектировщиком.

Для каждого сценария следует определить несущие элементы, выход из строя которых влечет за собой прогрессирующее обрушение всей конструктивной системы. В этих целях следует выполнить анализ работы конструкции при действии особых сочетаний нагрузок, в соответствии с указаниями СП 20.13330.

В пункте 5.11 СП 296.1325800.2017 указаны условия, при которых допускается не учитывать аварийные воздействия:

Разработаны Специальные технические условия на проектирование сооружения;

Проведено научно-техническое сопровождение на всех этапах проектирования и строительства сооружения, а также изготовления этих элементов;

Проведен расчет сооружения на действие проектных (нормируемых) особых воздействий, указанных в СП 296.1325800.2017, задании на проектирование и действующих нормативных документах;

Введены дополнительные коэффициенты условий работы, понижающие расчетные сопротивления этих элементов и узлов их крепления (для большепролетных сооружений указанные дополнительные коэффициенты-условий работы приведены в приложении В указанного СП);

Проведены организационные мероприятия, в том числе, в соответствии с СП 132.13330.2011 «Обеспечение антитеррористической защищенности зданий и сооружений. Общие требования проектирования», и согласованные с заказчиком (см. приложение Г указанного свода правил).

Научно-техническое сопровождение проводится организацией (организациями), отличными от тех, которые разрабатывают проектную документацию. Работы по научно-техническому сопровождению должны проводить организации (как правило, научно-исследовательские) имеющие опыт работ в соответствующих областях и необходимую экспериментальную базу.

Обзор документа

Даны разъяснения по вопросу применения нормативно-технических документов при квалификации несущих конструкций. В частности, отмечено следующее.

Термин "несущие конструкции" практически не используется в нормативно- технических документах, т. к. определение приведено в учебниках по строительной механике и является понятным для каждого проектировщика. Дано определение понятию "несущая способность".

В соответствии с положениями ГОСТ 27751-2014 "Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения" расчет на прогрессирующее обрушение проводится для зданий и сооружений класса КС-3, а также (на добровольной основе) зданий и сооружений класса КС-2.

В 2017 г. утвержден СП 296.1325800.2017 "Здания и сооружения. Особые воздействия", который вступает в силу с 3 февраля 2018 г. для применения на добровольной основе. При проектировании сооружений должны быть разработаны сценарии реализации наиболее опасных аварийных расчетных ситуаций и стратегии для предотвращения прогрессирующего обрушения сооружения при локальном разрушении конструкции. Каждый сценарий соответствует отдельному особому сочетанию нагрузок. Перечень сценариев аварийных расчетных ситуаций и соответствующих им особых воздействий устанавливается заказчиком в задании на проектирование по согласованию с генпроектировщиком.

Разъяснен порядок научно-технического сопровождения работ.

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ: МНИИТЭП (инженеры 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