CC BY
25РАЗДЕЛ 2.
СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
УДК 624.046; 624.012.45
Кореньков П.А., аспирант, Жигна В.В., к.т.н., доцент
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО КАРКАСА 22-Х ЭТАЖНОГО ТОРГОВО-ОФИСНОГО
ЦЕНТРА В Г. СЕВАСТОПОЛЕ
Приведены результаты расчетного анализа проекта 22-этажного торгово-офисного центра в г. Севастополе на устойчивость к прогрессирующему обрушению и различной интенсивности сейсмического воздействия
Здания многоэтажные, сейсмостойкость, железобетонные каркасы, аварии, постпредельное состояние, прогрессирующее обрушение
Введение.
В инженерной практике специалистам часто приходится производить расчеты на различные нагрузки аварийного характера: учет сейсмического воздействия, взрывы, явления прогрессирующего обрушения. Очевидно, что учет этих факторов применительно к железобетонным зданиям может привести к увеличению количества арматуры и как следствие отразится на стоимости здания. Какой из этих неблагоприятных факторов аварийных воздействий будет наиболее однозначно ответить сложно.
Рис.1. Проектируемое здание
Анализ публикаций.
Согласно Приложения «Е» ДБН В.2.2-24:2009 [3] c 1 сентября 2009 г. для всех высотных железобетонных монолитных зданий при проектировании рекомендуется выполнять оценку сопротивляемости конструктивной системы прогрессирующему обрушению. Методик проведения оценки ДБН не приводит, однако предписывает производить расчет конструктивных систем методом конечных элементов с использованием специальных сертифицированных в Украине компьютерных программ.Допускается вместо расчета против ПО рассчитывать здания на сейсмическое воздействие эквивалентное 6 баллам [8].
Ранее группой специалистов НИИЖБ (д.т.н. Залесов А.С.), МНИИТЭП (инженеры Шапиро Г.И., Эйсман Ю.А., к.т.н. Коровкин В.С.), РААСН (д.т.н. Травуш В.И.) и нИц СтаДиО (к.т.н. Стругацкий Ю.М.) были разработаны рекомендации [1-5]. Рекомендации имеют схожее содержание, отличаясь лишь в разделе конструктивных решений, где учитывается специфика конкретного типа здания. Эти рекомендации предписывают производить расчет кинематическим методом теории предельного равновесия, задаваясь четырьмя наиболее опасными механизмами возможного прогрессирующего обрушения. Реализация данных механизмов для каждого здания индивидуальна.
Цель и постановка задачи исследований.
Целью данной работы является сравнительная оценка двух типов аварийного воздействия. Для получения сравнительных величин расчет каркаса выполнен в двух вариантах:
1. Оценка опасности прогрессирующего обрушения (ПО) по методике, приведенной в [5,6];
2. Расчет на различную интенсивность сейсмического воздействия (6, 7 и 8,5 баллов) в
ПК «Лира 9.6».
Методика исследований.
Поскольку проектируемое здание относится к категории высотных [3,4] (отметка верха покрытия +78,000), то требуется обеспечить его сопротивляемость к прогрессирующему обрушению (ПО). Проектом была обеспечена пластическая работа элементов конструктивной системы в предельном состоянии. Анализ опасности ПО выполнен в соответствии с Рекомендациями [5,6]. В настоящей работе производилось удаление двух крайних пилонов, как наиболее уязвимых, а также среднего пилона с наибольшей грузовой площадью. Удаляются пилоны, обозначенные символами #1, #2 и #3 (Рис.2.)
Расчет произвели на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные длительные нагрузки, а также воздействие гипотетических локальных разрушений несущих конструкций. Величины нагрузок определеляли в соответствии с [2]. При этом коэффициенты сочетаний нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузке приняты равными единице.
Расчетные прочностные и деформационные характеристики материалов приняты равными их нормативным значениям согласно действующим нормам проектирования [2].
Варианты расположения гипотетических локальных разрушений типового этажа, подлежащие проверке на устойчивость к прогрессирующему обрушению показаны, на Рис.2.. Границы грузовых площадей для вертикальных конструкций показаны линиями, в правом нижнем углу указано значение грузовой площади каждого пилона на стадии эксплуатации.
Несущая система здания представляет собой стены из монолитного железобетона с отдельными пилонами прямоугольной и крестообразной формы. Толщина пилонов 40 см, длина пилонов до 350 см. Перекрытия и покрытия - монолитные, толщиной 20 см, приняты ортотропными, симметрично армированные. Ограждающие конструкции выполнены из трехслойных панелей. Все несущие конструкции здания выполнены из тяжелого бетона класса В25. Рабочая арматура А400. План типового этажа здания представлен на Рис.2.
Нормативные равномерно распределенные нагрузки на перекрытии: собственный вес 5,5 кН/м2; вес пола в здании 2 кН/м2; длительная временная нагрузка от людей в здании и на балконах 2,5 кН/м2 [2]. Суммарная равномерно распределенная нагрузка: в здании 10 кН/м2; Вес наружных стен 7,7 кН/пог. м.
гш зш
0®© 0 © © О ©О —
Рис.2. План типового этажа
При каждом выбранном локальном разрушении были рассмотрены все указанные ниже возможные механизмы прогрессирующего обрушения применительно к рассматриваемой конструктивной схеме:
- Первый механизм прогрессирующего обрушения характеризуется одновременным поступательным смещением вниз всех вертикальных конструкций (или отдельных их частей), расположенных над локальным разрушением (Рис.3).
Схема образования пластических шарниров
Разрез 1-1
© © © © © Расположение центров тяжести участков перекрытия
© © © Разрез 2-2
О © ©
Л
-к! -й-.
1 I
Рис.3. Первый механизм ПО
- 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 (Рис.4).
Схема образования пластических шарниров
Разрез 1-1
© © © о © © ©
Рис.4. Второй механизм ПО
- Третий механизм обрушения - это условие не обрушения только участка перекрытия, расположенного непосредственно над выбитой вертикальной конструкцией и первоначально на нее опертого (Рис.5).
Схема образования пластических шарниров Разрез 1-1
О © ©
Расположение центров тяжести участков перекрытия
Г*
© © Разрез 2-2
©
© ©
Рис.5. Третий механизм ПО
©
©
Схема образования пластических шарниров Разрез 1-1
- 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 (Рис.6).
Результаты. Ниже приведены таблицы, в которых приведены данные о количестве арматуры, необходимой для защиты конструкций здания от прогрессирующего обрушения и для различной интенсивности сейсмического воздействия для рассматриваемых гипотетических схем локального обрушения для пилонов 1, 2 и 3 соответственно.
Таблица 1
Количество арматуры в перекрытии над пилонами 1 и 2_
Направление арматуры Площадь арматуры, см2 /м.пог.
Для расчетной интенсивности сейсмического воздействия Для защиты здания от прогрессирующего обрушения
6 баллов 7 баллов 8.5 баллов
Вдоль Х 4.02 6.44 11.3 5.15
ВдольУ 4.02 6.16 15.39 5.15
Сумма 8.04 12.6 26.69 10.3
Таблица 2 Количество арматуры в перекрытии над пилоном 3
Направление арматуры Площадь арматуры, см2 /м.пог.
Для расчетной интенсивности сейсмического воздействия Для защиты здания от прогрессирующего обрушения
6 баллов 7 баллов 8.5 баллов
Вдоль Х 4.02 6.44 11.3 9.86
ВдольУ 4.02 6.16 15.39 9.86
Сумма 8.04 12.6 26.69 19.72
В ходе проведенных исследований было установлено, что для проекта данного здания при локальном разрушении отдельных опор (пилонов) в пределах одного этажа, из четырех возможных механизмов обрушения наиболее опасным является механизм первого типа.
В конструкциях перекрытия, запроектированных под интенсивность сейсмической нагрузки 6 баллов для противодействия прогрессирующему обрушению количество арматуры необходимо увеличить в 2 - 2,5 раза. Для конструкций, рассчитанных при учете сейсмического воздействия равного 7 баллов в некоторых случаях потребуется увеличение площади арматуры в 1,2 - 1,5 раза.
Так же производилась проверка устойчивости конструкций, расположенных рядом с гипотетическим разрушением в соответствии с п.3.6 [5,6]. Были определены расчетные равномерно распределенные нагрузки на перекрытии для основного сочетания нагрузок на стадии эксплуатации (с коэффициентами надежности по нагрузкам), и вес вертикальных элементов (на один этаж). По этим данным и по величинам грузовых площадей (Рис.2, 7-9) определены расчетные нагрузки, передающиеся на стены и пилоны с одного этажа. Границы грузовых площадей показаны линиями, в правом нижнем углу указано значение
Рис.7. Схема грузовых площадей при возникновении ПО
Таблица 3
Нагрузки, передающиеся на пилоны № 4 и № 6 и стену №5 при локальном _разрушении ^ пилона в осях «4/Б» __
Нагрузка на пилон Ед. изм. Пилон (стена) Наружные стены Плита Всего
Пилон № 4
При локальном разрушении кН 418.5 52.206 445.9 916.6
При эксплуатации кН 721.7
Перегруз 1.27
Пилон № 6
При локальном разрушении кН 349.3 50.82 493.2 893.4
При эксплуатации кН 844.1
Перегруз 1.06
Стена № 5
При локальном разрушении кН 527.9 0 488.5 1016.4
При эксплуатации кН 931.7
Перегруз 1.09
Рис.8. Схема грузовых площадей при возникновении ПО
Таблица 4
Нагрузки, передающиеся на пилоны № 8 и № 9 и стены №7 и №10 при локальном
тт Ед. Пилон Наружные п „ Нагрузка на пилон , ч Плита Всего | изм. | (стена) | стены | |
Стена № 7
При локальном разрушении кН 995.6 0 1213.5 2209.1
При эксплуатации кН 2266.7
Перегруз 0.97
Пилон № 8
При локальном разрушении кН 135.9 57.288 361.4 554.6
При эксплуатации кН 429.9
Перегруз 1.27
Пилон № 9
При локальном разрушении кН 321.4 50.82 364.6 736.8
При эксплуатации кН 671.8
Перегруз 1.10
Стена № 10
При локальном разрушении кН 784.5 41.503 763.5 1589.5
При эксплуатации кН 1608.3
Перегруз 0.99
Рис.9. Схема грузовых площадей при возникновении ПО
Таблица 5
Нагрузки, передающиеся на пилоны № 8 и № 11 и стену №7 при локальном _разрушении пилона в осях «6/К»__
Нагрузка на пилон Ед. изм. Пилон (стена) Наружные стены Плита Всего
Стена № 7
При локальном разрушении кН 988.6 0 1327.1 2315.7
При эксплуатации кН 2266.7
Перегруз 1.02
Пилон № 8
При локальном разрушении кН 96.8 57.288 285.2 439.3
При эксплуатации кН 429.9
Перегруз 1.02
Пилон № 11
При локальном разрушении кН 96.8 52.668 272.7 422.1
При эксплуатации кН 410.3
Перегруз 1.03
После выполнения расчета вертикальных конструкций, расположенных рядом с начальным повреждением можно утверждать, что в данном здании догружение близлежащих элементов составляет от 2 до 27 %. В таких случаях, согласно ДБН и рекомендаций [5,6], регламентирующих защиту зданий от прогрессирующего обрушения усиления не требуется.
Выводы.
На основании полученных результатов, можно утверждать, что при проектировании зданий с рассматриваемой конструктивной схемой, располагающихся в районе с сейсмичностью 8,5 и более баллов нет необходимости производить оценку опасности прогрессирующего обрушения, профицит несущей способности составляет 26 - 46%. Однако следует предусмотреть специфические конструктивные мероприятия, касающиеся обеспечения непрерывности и обязательной стыковки арматуры перекрытия, а так же надежность анкеровки арматуры на крайних опорах. Важной составляющей в защите от ПО является обеспечение пластического характера разрушения.
Предложенная методика расчёта кинематическим методом теории предельного равновесия крайне трудоёмка в применении на практике. При рассмотрении сложных вариантов объемно-планировочных решений, наиболее опасную форму разрушения надо устанавливать перебором всех возможных вариантов схем локального разрушения. В Рекомендациях не оговаривается оценка прогибов и перемещений плит, что в свою очередь может повлиять на планирование путей эвакуации из поврежденного здания.
На сегодняшний день нет единого алгоритма по проектированию зданий и сооружений, защищенных от прогрессирующего обрушения. Нет единой методики расчета в программных комплексах. Практически отсутствуют опубликованные за последнее время в Украине статьи на тему живучести зданий. Практика проектирования свидетельствует об острой необходимости простых инженерных решений, не требующих детального анализа каждой конкретной конструкции. Решение вышеперечисленных задач носит разносторонний характер и требует проведения дальнейших исследований.
Список использованных источников
1. ДБН В 1.1 -12:2006 Строительство в сейсмических районах Украины./ Министерство строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства Украины. -К.: Укрархбудинформ, 2006. - 84с.
2. ДБН В.1.2-2:2006 Нагрузки и воздействия./ Минстрой Украины. -К.: Издательство «Сталь», 2006.-60 с.
3. ДБН В.2.2-24 2009 Проектування висотних житлових i громадських будинюв. К., Укрархбудинформ, 2006. - 105с.
4. ДБН В.1.2 - 7 - 2008 Основш вимоги до буд1вель i споруд. Пожежна безпека. К., Мшрегюнбуд Украши. 2008. - 53с.
5. «Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения». М., Москомархитектура. 2005. - 40с.
6. «Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения». М., Москомархитектура. 2006. - 34с.
7. Мутока К. Н. Живучесть многоэтажных каркасных железобетонных гражданских зданий при особых воздействиях: дисс. канд. техн. наук: 05.32.01/ Мутока Кяло Ндунда. - М. МГСУ, 2005. - 185 с.
8. Руденко Д.В. Защита каркасных зданий от прогрессирующего обрушения: дис. маг. техн. наук. - С.-П.: СПГУ. - 2009. - 91 с.
УДК 621.791.052
ПРОЧНОСТЬ СОЕДИНЕНИЙ РАБОЧЕЙ АРМАТУРЫ КЛАССА А500С В ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
Меннанов Эльмар М., старший преподаватель каф. МиДК, Меннанов Эльдар М., ассистент каф. ГС
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Лебедева Л.И., генеральный директор,
Институт экономики и технологий в строительстве, г. Киев.
Рассматриваются особенности конструирования стыков продольной арматуры в
конструкциях мостов. Даются рекомендации по выполнению сварных стыков из
термоупрочненной стали..
арматура, накладки, каркас, сейсмика, стык, электроды.
Введение
В Украине основным видом арматуры для железобетонных конструкций являлась арматура периодического профиля класса А400 (А-III). В Украине эта арматура изготавливается из стали марок 35ГС и 25Г2С, которые (особенно 35ГС) по общепринятым нормам являются ограниченно свариваемыми. В частности, для стали 35ГС запрещена дуговая сварка в крест, которая, к сожалению, до сих пор повсеместно применяется.
В результате большинство серьезных аварий ответственных, несущих конструкций в процессе строительства происходит именно по причине дуговых прихваток стали 35ГС, а в отдельных случаях и 25Г2С. Несмотря на высокую прочность сварных соединений этих сталей, выполненных контактной стыковой и другими видами сварки с большими тепловложениями, пластичность получаемых соединений очень низка. Это вынуждает при строительстве зданий из железобетона с использованием арматуры класса А400 (А-III) из стали марки 35ГС полностью отказаться от сварки при выполнении арматурных работ и принимать значительные запасы по сечению арматуры (для вязанных каркасов), так как есть опасность дуговых прихваток сваркой, а надлежащий контроль за качеством арматуры и арматурных работ обеспечивать трудно.
11 декабря 2006 года, вступил в силу ДСТУ 3760:2006, который по аналогии с EN 10080 и ISO/DIS 6935-2 регламентирует нормы химического состава, механические свойства и другие нормативные требования к арматурной стали класса А500С. В соответствии с этими требованиями арматурная сталь выпускается термомеханически упрочненной в потоке проката, горячекатаной с микролегированием или холоднодеформированной.
