CC BY
671
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 18, 2010. -\-
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА
УДК 624
К. Р. Айдемиров
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО РАЗРУШЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАДАЧ И ПОДХОДЫ К ИХ РЕШЕНИЮ
Проведен анализ причин аварий зданий и сооружений и их обрушений. Сделан обзор постановок задач прогрессирующего разрушения (ПР), подходов к ним и их решению. Выделены особые сочетания воздействий при чрезвычайных ситуациях, учитываемые при расчете зданий на устойчивость против ПР. Сделан обзор методов оценки живучести объектов при различных воздействиях. Проведена классификация задач ПР объектов по причинам разрушения в зависимости от воздействий и по типу разрушений. Определены уровни как требований к задачам ПР, так и состояний зданий и сооружений в процессе последовательного разрушения.
Ключевые слова: прогрессирующее разрушение, аварии, особые воздействия.
Проблема обеспечения безопасности зданий и сооружений стала особенно актуальной в последние годы. Аварии объектов капитального строительства приводят к существенным экономическим потерям и человеческим жертвам [1,2,3,4].
Аварийные разрушения зданий и сооружений происходят как в России, так и в других странах.
За период с 1981 года по 2003 год установлено, что 85% аварий от общего количества приходится на эксплуатируемые здания и сооружения [2,5]. Основными причинами аварий, как показывает анализ [1], являются грубейшие нарушения правил технической эксплуатации зданий и сооружений (по данным компании ВЕЛД - 26% за 1993 - 2008 годы).
Наиболее вероятными причинами этих разрушений являются:
- недостатки и ошибки проектных решений;
- нарушение технологии изготовления конструкций и низкое качество выполнения строительно-монтажных работ при возведении зданий и сооружений.
- использование некачественных материалов;
- нарушение условий транспортировки и хранения;
- упрощения и нарушения правил эксплуатации сооружения;
- недостатки норм проектирования, правил изготовления и монтажа конструкций;
- локальное аварийное воздействие.
Перечень используемых строительных конструкций, так же как и перечни строительных материалов и действующих нагрузок весьма разнообразны. Например, особенностями эксплуатации зданий промышленного назначения с металлическими конструкциями являются:
- широкий диапазон температурных воздействий с неравномерным распределением в пространстве и по времени от -60оС до 300оС и выше;
- малоцикловые нагрузки (40 - 120 циклов/сутки), приводящие к появлению многочисленных трещин усталостного характера;
- механическая и физико-химическая неоднородность в зоне сварных соединений. Зафиксирован ряд аварий и обрушений сборных железобетонных связевых
каркасных зданий от воздействий, не предусмотренных нормативной документацией (террористические акты, бытовые взрывы, пожар, механические удаления опор при наезде автотранспорта и т. д.), которые требуют изменения расчетной схемы сооружения, иначе
-\-
на практике возможно лавинообразное обрушение, которое называется прогрессирующим.
Наиболее опасными с точки зрения прогрессирующего обрушения являются конструкции большепролетных и высотных (уникальных) систем вследствие отказа конструктивных элементов - опорного контура висячих или выпуклых оболочек, несущих пилонов или колонн высотного здания, подвесок вантовых систем и т. д.
В большинстве случаев катастрофические ситуации становятся результатом комплекса ошибок, в ряду которых первое место занимают просчеты проектировщиков. Поэтому особо следует обратить внимание на недостатки проектных решений отдельных зданий и сооружений, которые в совокупности с низким качеством строительно-монтажных работ могут привести к обрушениям: недостаточное обеспечение пространственной жесткости и устойчивости полносборных зданий как в процессе монтажа, так и при их эксплуатации; неправильный учет действующих на системы нагрузок и других силовых воздействий; ошибки в расчетах конструкций; изменения проектных решений в процессе строительства; недостаточная проработка отдельных узлов, стыков сопряжений несущих конструкций; отсутствие в проектах указаний о мерах по обеспечению устойчивости конструкций при строительстве зданий на просадочных грунтах и др.
Порой, к обрушению сооружений приводит применение новых конструкций без ясного представления об их работе в процессе возведения и эксплуатации, без должной изученности и экспериментальной проверки. Так, недостаточная жесткость и устойчивость монолитного шедового покрытия, обладающего к тому же свойством последовательного разрушения при потере устойчивости отдельного щеда, в совокупности с нарушениями в процессе производства работ приводят к его обрушению.
Имели место обрушения подкрановых балок в связи с усталостью металла и недостаточным учетом горизонтальных нагрузок от мостовых кранов; обрушение силосов для хранения сыпучих материалов (цемента, зерна) вследствие недостаточной изученности силовых воздействий на стенки силосов; обрушение стальных резервуаров для воды и нефтепродуктов, вызванное неудовлетворительным качеством сварных швов и недостаточным исследованием работы тонкостенных оболочек; обрушение стальных конструкций конвейерных галерей вследствие недостаточной изученности явлений хрупкого разрушения металла; обрушение железобетонного монолитного шедового покрытия из-за отсутствия своевременной экспериментальной проверки этих конструкций.
Имели случаи деформации инженерных сооружений вследствие грубых дефектов, допущенных при проектировании. Примером может служить авария на складе влажного концентрата горно-обогатительного комбината: вследствие игнорирования законов строительной механики и требований строительных норм и правил по расчету основания штабеля концентрата и фундаментов несущих конструкций на устойчивость.
В практике строительства имеют место аварии из-за дефектов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий: недостаточной полноты исследований, что приводит к неполноценным проектным решениям фундаментов зданий и сооружений; недостаточного учета влияния подземных коммуникаций, расположенных вблизи строящихся зданий и др.
Обрушаются конструкции, а порой здания и сооружения в процессе эксплуатации в результате перенапряжения несущих конструкций и их элементов из-за установки дополнительного оборудования, не предусмотренного технологическим проектом, замены одного оборудования другим с большими динамическими нагрузками, дополнительной пробивки отверстий и борозд в конструкциях. Дефекты возникают также вследствие значительной вибрации оборудования.
-\-
Большое число обрушений покрытий производственных зданий произошло из-за
скопления на кровлях значительного количества пыли, особенно цементной, и несвоевременной ее уборки в процессе эксплуатации ( утяжеление конструкций).
Что касается расчетной части, то без четкого представления о работе конструкции увлечения компьютерными расчетами провоцируют появление грубых ошибок в проектах.
Сложные конструктивные системы рассматриваются без учета физической и геометрической нелинейности, в железобетонных элементах не принимаются во внимание нарастание прогибов от влияния длительной ползучести бетона и образование трещин от вибрационной нагрузки.
Динамические характеристики сооружений не выявляются, хотя в ряде случаев только динамическими расчетами можно выявить недостатки выбранных расчетных схем.
В России, начиная с 70-х годов, Стругацким Ю.Н. (МНИИТЭП) были начаты работы по разработке рекомендаций по защите крупнопанельных зданий от прогрессирующего обрушения. Существующие нормативные методики расчета опираются на рекомендации по защите жилых зданий стеновых конструктивных систем, жилых каркасных зданий, монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения [4,6 - 10]. Авария жилого дома Ронан Пойнт в Лондоне в 1968 г. выявила проблему обрушения зданий как лавинообразного процесса. После этого случая в строительные нормы Великобритании были введены требования обязательного учета воздействий, вызываемых непропорциональными местными отказами [34,35]. В США подобные рекомендации были включены в нью-йоркские «Строительные нормы и правила» [36] в 1973 г. Начиная с взрыва в Центре международной торговли в 1993 г., была признана опасность террористических нападений на здания и сооружения, ситуация усугублялась последующими терактами (Оклахома-Сити_в1995 г., Саудовская Аравия в 1996 г., американские посольства в Кении и Танзании в 1998 г, а также обрушение башен ВТЦ в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г.). Эти нападения привели к ужесточению американских строительных норм в части защиты зданий от лавинообразного обрушения, необходимости учета потенциальной угрозы террористического нападения и разработки проектных мероприятий по ограничению последствий. В европейские и американские строительные нормы были включены требования по недопущению прогрессирующего обрушения [10,12,16,38 - 40].
В настоящее время не существует единой методики расчета зданий и сооружений на прогрессирующее обрушение и следует указать на неготовность к решению таких задач из-за отсутствия как нормативной базы, так и уровня исследований. Г.А. Гениевым, Н.И. Карпенко, В.И. Колчуновым в 2004 году сделана важная констатация: «Имеются лишь отдельные указания общего характера в отношении крупнопанельных зданий в части конструктивных мероприятий, препятствующих лавинообразным разрушениям этих зданий, и общие указания в МГСН о необходимости проверки расчетом на подрыв колонн в высотных зданиях. Необходима разработка теоретических подходов к анализу деформирования и разрушения конструктивных схем при внезапных техногенных воздействиях»
В России этим вопросом занимаются специалисты МНИИТЭП, ЦНИИЭПжилища, НИИЖБ им.А.А.Гвоздева, МГСУ, ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко и другие научные коллективы.
Исследования в области прогрессирующего разрушения проводили Алмазов В.О., Еремеев П.Г., Еремин К.И., Тамразян А.Г., Мкртычев О.В., Расторгуев Б.С., Ройтман В.М, Перельмутер А.В. и другие, и появляются первые их работы в печатных изданиях.[1,13 -26].
Для обеспечения устойчивости каркасных зданий рамной конструктивной схемы из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона применяются рамные узлы сопряжения колонн с ригелями или плитами перекрытия для безбалочных систем. При
удалении колонны или опоры верхняя и нижняя арматуры сопряжения воспринимают возникающие усилия и предотвращают прогрессирующее обрушение. Горизонтальные соединения несущих элементов сборных связевых каркасов предназначены для восприятия нагрузок при монтаже и ветре. Поэтому в таких конструкциях необходимы конструктивные схемы, трансформирующие их в рамную или рамно-связевую расчетную схему каркаса.
В обзорном докладе О. В. Мкртычева "Проблемы расчета зданий и сооружений на прогрессирующее обрушение. Варианты решений и программной реализации"(28.03.2006 г.) рассмотрены проблемы расчета на прогрессирующее обрушение, подходы к их решению, указаны недостатки и достоинства существующих методов и сделаны определенные выводы. При постановке задач указано на следующие особенности рассматриваемых задач:
- неопределенность и большую изменчивость внешних воздействий;
- сложности в постановке задачи расчета;
- нелинейную сущность задачи расчета;
- необходимость учета динамического эффекта. Подходы к решению задач ПР:
Линейно статический расчет: упругий расчет; метод предельного равновесия. Нелинейно статический расчет: физически нелинейный расчет; геометрически нелинейный расчет; физически и геометрически нелинейный расчет. Нелинейно динамический расчет. Линейно статический упругий расчет:
1.Нагрузка, ассоциированная с отказавшим элементом g = 2(gnocT + 0,25g ). Критерий отказа сечения элемента k - demand-capacity ratio (DCR)
k=Q,
Q„
где Q - действующее усилие; Q^ - предельное усилие, воспринимаемое сечением. Нормативные значения - k = 1 ^ 2
2. Нагрузка, ассоциированная с отказавшим элементом
g = g + 0,5g + 0,2g
о о пост ? о врем ? оветр
В результате дальнейших отказов элементов при перераспределении нагрузки ее величина удваивается (динамический эффект). Критерием локализации разрушения является условие s < 70 м2 и s < 0,15 • £этажа. По методике GSA:
- при отказе крайней колонны S < 70 м2;
- при отказе средней колонны s < 140 м2.
3.Возможные критерии прогрессирующего обрушения
А. Ограничение, предложенное проф. ЯМ. Айзенбергом для сейсмостойкого строительства
N
а<-
N.
N - вертикальная нагрузка на конструкцию;
N^ - несущая способность конструкции на вертикальную нагрузку. Б. Интегральные деформационные критерии:
- относительное горизонтальное смещение этажей;
- максимальное вертикальное перемещение конструкций над отказавшим элементом.
Нелинейно статический расчет
Методы решения задач при нелинейно статическом расчете
-\-
1.Первая группа - это итерационные численные методы, связанные с определением
предельной точки В на кривой равновесных состояний Р = Р(ц) (рис. 1).
2.Вторая группа - это приближенные методы, позволяющие определять значение параметра предельной нагрузки на раму Ри , например:
Рис 1. Диаграммы состояний равновесия рамы, выполненной из различных
материалов:
1 - кривая равновесных состояний рамы из неограниченно линейно упругого материала;
2 - кривая равновесных состояний рамы из жесткопластического материала; Ри - искомый параметр предельной нагрузки на раму;
Ри - параметр предельной нагрузки для рамы из жесткопластического материала; Ре - параметр критической нагрузки для рамы из линейно упругого материала.
Расчет по методу предельного равновесия
Решение сводится к задаче линейного программирования
^ ^ тах;
[К ]{м }<{м 0}; -[К ]{м }<{м о};
^о м-[а]{м }= 0.
Статическая формулировка
{мо}Т(£™п; [к# }-[к$ }-[а]{и}= о
Ш}=1;
0;{т}> 0.
Кинематическая формулировка
Существующая нормативная методика МГСН основана на кинематической теореме предельного равновесия: из всех возможных механизмов разрушения действительным
-\-
является тот, для которого параметр предельной нагрузки имеет минимальное
значение.
Рассмотрев все возможные механизмы разрушения и составив для них выражение суммы работ внешних и внутренних сил на возможных перемещениях
п т
У рДг. - У = 0, находится значение предельной нагрузки, что идет в запас прочности.
К недостаткам вышеперечисленных подходов при упругом расчете можно отнести неучет перераспределения усилий в элементах, пластических свойств материала (нелинейная работа материала), работы мембранной группы усилий. При нелинейном расчете возникают проблемы, связанные с неустойчивостью методов при величине нагрузки близкой к предельной (особенно при одновременном учете физической и геометрической нелинейностей); недостаточной мощностью вычислительной техники; чувствительностью решения к граничным условиям, диаграмме работы материалов, выбранному шагу и т.д. При расчете методом предельного равновесия к недостаткам следует отнести неучет продольных усилий в элементах, работы мембранной группы усилий (работа перекрытия как висячей конструкции), неопределенность деформаций и перемещений (определены скорости деформаций и перемещений); неучет опасности потери устойчивости элементами (например, нагруженные стойки, стены, пилоны нижних этажей многоэтажных зданий).
В итоге получается завышенное (не в запас) значение предельной нагрузки на здание или сооружение. Погрешность возрастает с увеличением количества этажей.
К достоинствам подходов при упругом расчете следует отнести простоту, прозрачность, применение уже хорошо апробированных программных комплексов и сертифицированных в части проведения статических линейных упругих расчетов. Нелинейный подход к решению задачи позволяет построить наиболее достоверную модель поведения конструкции, обладает большей универсальностью, применим при расчете любых типов конструкций, рекомендуется в качестве альтернативного в нормативных документах многих стран. При расчете методом предельного равновесия к достоинствам следует отнести простоту метода, удобство в использовании при расчете панельных зданий, применение методики в отечественных нормах, как единственной и до конца проработанной и целостной.
На основе обобщения зарубежных норм и изучения отечественного опыта сопротивления аварийным воздействиям в работах [13,15] сформулированы методы противодействия ПР. Это:
1. Снижение уровня риска. (прямой расчет "риска"; коэффициенты обеспеченности больше 1; дифференцированная надежность); Эффективный, но чрезмерно расходный путь. Основной недостаток - метод дает необходимый, но не достаточный результат - удаление элемента приводит к изменению расчетной схемы, на что метод снижения риска не реагирует.
2. Увеличение «лишних» неизвестных в каркасе. (применение более надежных конструктивных схем - "дублирование"); Этот путь - создание избыточной статической неопределимости и частая расстановка колонн, не современен и противоречит тенденциям в архитектуре. Но, в некоторых случаях, он является решением проблемы безопасности и может оказаться весьма эффективным при проектировании большепролетных систем с решетчатыми конструкциями.
3. Расчетно-конструктивные «ответы» на возможные повреждения. Этот метод предусматривает проектирование систем, способных сопротивляться эксплуатационным и аварийным воздействиям при изменениях расчетной и конструктивной схемы после локального повреждения.
-\-
Преимущество того или иного направления, в первую очередь, оценивается
экономическими показателями: это соотношение затрат на усиление конструкций и потерь, вызванных аварией.
Возможны три уровня требований и, соответственно, три варианта решения проблемы:
- сооружение после аварийного воздействия не получает повреждений за пределами локального участка;
- сооружение после аварийного воздействия сохраняет несущую способность, но становится непригодным к нормальной эксплуатации;
- сооружение после аварийного воздействия не пригодно к эксплуатации, но сохраняет свою форму настолько, чтобы люди могли безопасно его покинуть.
В соответствии с этим, состояние зданий и сооружений получили классификацию по следующим уровням разрушения:
1 уровень - отдельных конструктивных элементов здания.
2 уровень - характерных групп конструктивных элементов здания.
3 уровень - пространственной системы из нескольких характерных групп
конструктивных элементов.
4 уровень - здания в целом как объекта, состоящего из нескольких характерных
групп конструктивных элементов пространственной системы, тем или иным способом связанных друг с другом. Расчеты на особые сочетания нагрузок включают постоянные и временные длительные нагрузки с учетом возможных непроектных нагрузок ( особых, чрезвычайных воздействий).
Согласно рекомендаций и норм [4,6 - 8,29] при расчете на ЧС производится проверка устойчивости здания против ПР на особое сочетание воздействий, в которое включаются:
- постоянные нагрузки - А (вес несущих и ограждающих конструкций);
- временные длительные нагрузки - Б (вес временных перегородок, вес стационарного оборудования, вес складируемых материалов, пониженное значение нагрузок от людей, пониженное значение снеговой нагрузки);
- особые нагрузки - В (сейсмическое воздействие; взрывные воздействия -например, внутренний взрыв газо-воздушной смеси, способен вызвать разрушение капитальной стены, перекрытия над или под очагом взрыва, при этом, интенсивность дополнительного воздействия на элемент перекрытия в соответствии с [11] равна 34 кН/м2); удаление несущей колонны (участка стены) любого этажа в результате контактного взрыва; удар транспортного средства о колонну (стену) 1 -го и подземных этажей с паркингами и проездами к ним силой 3,5 т на высоте 1 м от уровня пола; нагрузки от карстовых и просадочных явлений, к примеру, карстовая воронка диаметром 6 м, неравномерная осадка основания;
- дополнительные усилия (как нагрузки) возникающие в процессе локальных разрушений, например, одно из гипотетических воздействий (утрата колонны или участка стены), горизонтальная нагрузка на вертикальные несущие элементы 3,5 т для стержневых и 1т/м2 - для пластинчатых элементов; расчет перекрытия от обрушения перекрытия вышележащего этажа площадью до 80 м2 с коэффициентом динамичности 1,5 в соответствии с [7 - 8];
- кратковременные нагрузки, которые следует учитывать в высотных зданиях (от аварийно-спасательной кабины пожарного вертолета на покрытие, от транспортных средств, в том числе пожарного автотранспорта на покрытия стилобатных и подземных частей здания).
-\-
Постоянные и длительные нагрузки принимаются по [29] с учетом уточнений,
отражающих специфику высотных зданий, приведенных в [6]. Формула особого сочетания нагрузок при аварийном воздействии имеет вид [15]:
у/ (А + 0,95Б + В), (1)
где: А, Б и В - нормативные значения нагрузок; уf - коэффициент надежности по нагрузке (у/ = 1); у1=0,95 - коэффициент для длительных нагрузок при особом сочетании нагрузок.
Важной характеристикой сооружения с точки зрения противостояния прогрессирующему обрушению является его «живучесть». «Живучесть» - это свойство конструкции частично или полностью обеспечивать ее функциональное назначение (работоспособность) при отказе отдельных конструктивных элементов, противостоять развитию критических отказов из-за дефектов и повреждений, сохраняя ограниченную работоспособность при выходе из строя некоторых конструктивных компонентов [30].
В то же время существующие методы для оценки живучести объектов в условиях различных воздействий [9,10,21,31,32]:
- используют принцип единичного отказа и основаны на рассмотрении практически мгновенного разрушения одного элемента системы в произвольной точке (эти разрушения в данном случае и являются особым воздействием);
- не позволяют рассмотреть утрату несущей способности характерными группами ключевых элементов объекта в различные моменты времени особых воздействий;
- не позволяют оценить время сопротивления объекта особым воздействиям с участием пожара как основного, важнейшего фактора, определяющего уровень безопасности объекта в рассматриваемых условиях;
- не учитывают, что в нормах уже заложена возможность прогрессирующего обрушения объектов в случае распространенном и самом опасном особом воздействии при ЧС, каковым является пожар - комбинированное воздействие на конструкции рабочей нагрузки и высокой температуры пожара;
- не учитывают, что возможность прогрессирующего обрушения объекта при ЧС с участием пожара уже регламентирована в нормах в виде международного показателя «огнестойкость», как времени от начала воздействия пожара до наступления того или иного предельного состояния.
Согласно [22 - 24,33] и другим источникам причинами прогрессирующего разрушения могут служить такие воздействия и их комбинации, как:
1. Землетрясения большой силы.
2. Ураган.
3. Цунами.
4. Осадки и карстовые явления.
5. Пожар.
6. Взрыв (контактный, объемный).
7. Удар.
8. Взрыв +пожар.
9. Удар +пожар.
10. Взрыв +удар +пожар.
11. Удар+взрыв.
12. Удар+взрыв+пожар- (при столкновении летящих объектов).
Ярким примером необходимости учета комбинированных особых воздействий с учетом пожара является прогрессирующее обрушение зданий ВТЦ в Нью Йорке - пожар на двух этажах после удара лайнера - потеря устойчивости колоннами в зоне пожара -движение верхней зоны здания - удар верхней зоны о нижнюю - разрушение оставшейся части здания - удар верхней части здания об остатки нижней части - результат полного разрушения.
-\-
Следуя предложению У. Староссека, в работах [15,17], обрушения получили
классификацию по типу разрушений:
1. Плоское или «блинчатое» разрушение. (пример - обрушение ВТЦ в Нью Йорке).
2. ПР«молния». (пример - крушение Такомского моста в США, 1940 год,).
3. «ПР сечения». Превращение статически неопределимой системы в статически определимую, а потом и в изменяемую, путем последовательного образования пластических шарниров в сечениях и узлах системы.
4. ПР типа «динамо». Последовательный и безостановочный процесс движения системы с заменой положения и формы равновесия до полного крушения.
5. ПР типа неустойчивости.( примеры - крушения стальных ферм, оболочек покрытия, резервуаров и других тонкостенных пространственных систем,).
6. ПР смешанного типа. Неоднородность формирования структур подсистем полной схемы сооружения. Реальные случаи ПР одновременно или последовательно включают один или несколько предыдущих типов.
В частности, авария покрытия аквапарка «Трансвааль» имела последовательную цепь событий, которая и подобные ей содержат несколько типов ПР: хрупкое разрушение по сварке или по телу «блюмса», выполненного из твердой стали марки «СтальЗО», не рекомендуемой для строительных конструкций; выпадение колонны, утратившей связь с опорным контуром монолитной железобетонной оболочкой; дальнейшая горизонтальная деформация контурного пояса, лишенного горизонтальной жесткости опорного контура; нелинейные вертикальные деформации оболочки, достигающие 400 - 750 мм, обрушившие большую часть поля оболочки.
В заключении следует отметить, что все рассмотренные подходы, применяемые к расчету на прогрессирующее обрушение, имеют определенные достоинства и недостатки, а также свою область применения. В настоящее время МНИИТЭП разработаны рекомендации по защите кирпичных, каркасных и монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения, которые используются в практике расчета и проектирования строительных конструкций. Однако, изложенная в рекомендациях методика не учитывает причины выхода из строя отдельных элементов, динамический характер воздействий, нелинейность процесса деформирования сооружений. В области расчета большепролетных сооружений имеется лишь один документ - «Рекомендации по снижению опасности (предотвращению) аварийных воздействий и лавинообразного (прогрессирующего) обрушения для большепролетных зданий», разработанных в ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, где даны положения общего характера относительно оценки устойчивости пространственных конструкций к прогрессирующему разрушению.
Оценивая состояние проблемы расчета зданий и сооружений на устойчивость к прогрессирующему разрушению можно наметить ряд задач и направлений в указанной области.
1. Требуется выполнить исследования по нормированию и уточнению внешних аварийных воздействий, а также определить дополнительные параметры особых и чрезвычайных воздействий и их сочетаний с учетом их большой изменчивости и неопределенности.
2. Возникает необходимость изучения особых воздействий внутреннего характера, появляющиеся как дополнительные нагрузки от последовательного разрушения элементов или групп элементов в процессе ПР (определение реакций отказов импульсивного характера с учетом динамического эффекта, ударных нагрузок от падения разрушенных элементов или частей конструкций; дополнительных усилий нагружающих сохранившуюся систему к данному моменту времени из-за перераспределения усилий от вышедших из строя элементов).
-\-
3. Требуется более полно изучить особенности поведения конкретных типов
конструкций (рамных, сборных панельных, монолитных и др.) при аварийных воздействиях.
4. В зависимости от класса рассматриваемых сооружений следует определиться в постановке задачи расчета, выбрать расчетные модели конструкций и предложить метод расчета на каждом этапе процесса разрушения. При этом, расчет сооружений (особенно уникальных) должен выполняться как для единой пространственной системы, включающей основание, фундаменты, каркас, большепролетное покрытие. Достоверность предлагаемых методик должна обеспечиваться определенным объемом численных и экспериментальных исследований, сравнением результатов, полученных с использованием различных программных комплексов.
5. Поскольку при различного рода аварийных воздействиях несущие конструкции зданий и сооружений получают большие перемещения, а ряд элементов выключаются из работы, расчет таких конструктивных систем должен производиться с учетом геометрической, физической и конструктивной нелинейностей.
6. При расчетах на всевозможные чрезвычайные воздействия в системе происходят чрезмерно быстрые изменения напряженно-деформированного состояния, которые вызывают колебания системы, приводят к большим деформациям, образованию трещин и т д. В связи с этим при численном анализе конструкций зданий и сооружений необходим учет динамического эффекта, возникающего в момент отказа элементов.
7. Для сетчатых и тонкостенных оболочечных конструкций, которые могут подвергаться быстротекущим аварийным воздействиям, требуется расчет на динамическую устойчивость с определением критической нагрузки, соответствующей переходу в закритическое состояние.
8. В качестве одной из методик расчета большепролетных сетчатых и тонкостенных пространственных конструкций на устойчивость против прогрессирующего обрушения может рассматриваться методика, основанная на выделении ключевых элементов, при удалении которых невозможно обеспечить несущую способность конструкции в целом без дублирования данных ключевых элементов. При определенных видах аварийных воздействий дублирование указанных ключевых элементов не обеспечивает увеличение надежности сооружения (например, при взрывных воздействиях, направленных на разрушение колонны вероятность разрушения дополнительных, дублирующих элементов очень велика). Выявленные ключевые элементы (колонны, опорные пояса оболочечных конструкций) следует рассчитать на фиксированные дополнительные, определенные действующими нормами, воздействия (взрывные, ударные) на предмет обеспечения их несущей способности. Для выявленных ключевых элементов следует предусмотреть мероприятия по защите от предполагаемых воздействий конструктивного и административного характера.
9. Требуют дальнейшего исследования вопросы живучести сложных систем при особых воздействиях, которая должна достигаться, в первую очередь, необходимыми запасами несущей способности основных элементов конструкций, исключением лавинообразного обрушения системы вследствие отказа второстепенных элементов конструкций, узлов и деталей.
Библиографический список
1. Предотвращение аварий зданий и сооружений /Под ред. К.И. Еремина// Сборник научных трудов, выпуск 8. - М.: 2009. - 560 с.
2. Письмо Госстроя России от 05.04.1999 г. № БЕ-1080/19 «О мерах по предотвращению аварий на строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях».
3. Теличенко В.И. Концепция законодательного обеспечения безопасности среды жизнедеятельности: Труды общего собрания РААСН, 2006. В 2 т. -СПб., Т.1. С.236-241.
-\-
4. Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения. — М.: «НИАЦ», 2005.
5. Отчет «Аварии зданий и сооружений на территории Российской федерации в 2003 году»/Общероссийский общественный фонд «За качество строительства»//Москва, 2004.
6. МГСН 4.19-2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов в городе Москве.
7. Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения (МНИИТЭП) - 2006 г.
8. Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях. — М.: «НИАЦ», 2002.
9. Общие положения к техническим требованиям по проектированию жилых зданий высотой более 75 м. - М.: Москомархитектура, 2002. 69 с.
10. Методика расчета монолитных жилых зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения: Научн.-техн.отчет /Дог.№Н2-410/. - М.: МНИИТЭП, 2004. 40 с.
11. Унифицированные критерии устройств (UFC). (Проектирование зданий, сопротивляющихся прогрессирующему разрушению). USA. 2005.
12. Еврокод 2 . Проектирование железобетонных конструкций (ред. 2003 г.)
13. Алмазов В. О. Проблемы прогрессирующего разрушения строительных объектов. // Межотраслевой альманах «Деловая слава России» IV выпуск 2008 г. Стр. 74 - 77.
14. Алмазов В. О. Железобетонные каркасы без прогрессирующего разрушения. Москва МГСУ. 2007 г.
15. Алмазов В. О. Сопротивление прогрессирующему разрушению: Расчетные и конструктивные мероприятия. Электронный журнал «Предотвращение аварий зданий и сооружений» (свидетельство Эл №ФС 77-35253 от 16.02.2009 г.)// Сб. научн. статей под ред.
д.т.н., профессора Еремина К.И., ООО «велд», 2009
16. Еремеев П.Г. Особенности проектирования уникальных большепролетных сооружений. «Строительная механика и расчет сооружений». №1, 2005. с.
17. Еремеев П.Г. Предотвращение лавинообразного (прогрессирующего) обрушения несущих конструкций уникальных большепролетных сооружений при аварийных воздействиях. - Строительная механика и расчет сооружений № 2, 2006 с. 65 - 72.
18. Тамразян А.Г. Методы обеспечения безопасности большепролётных сооружений от прогрессирующего обрушения при аварийных воздействиях. СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ "ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ АВАРИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ - 2007", под ред. д.т.н., профессора Еремина К.И., ООО «ВЕЛД», 2007.
19. Тамразян А.Г.Оценка риска и надежности несущих конструкций и ключевых элементов - необходимое условие безопасности зданий и сооружений. Вестник ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. - Исследования по теории сооружений № 1 (ххvi) Москва. 2009 с.160-171.
20. Мкртычев О.В., Мкртычев А.Э. Расчет большепролетных и высотных сооружений на устойчивость к прогрессирующему обрушению при сейсмических и аварийных воздействиях в нелинейной динамической постановке. - Строительная механика и расчет сооружений № 4, 2009. с. 43 - 46.
21. Расторгуев Б.С., Плотников А.И., Хуснутдинов Д.З. Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях: Учебное пособие. - М.: Изд. АСВ, 2007. -152 с.
22. Ройтман В.М. Инженерные решения по оценке огнестойкости проектируемых и реконструируемых зданий. - М.: Пожнаука, 2001. -383 с., ил.
23. Ройтман В.М. Оценка стойкости зданий при прогрессирующем разрушении при комбинированных особых воздействиях с участием пожара. - Жилищное строительство, № 8, 2008. С. 20-22.
24. Ройтман В.М. Инженерная оценка одного из «мифов» о событиях 11 сентября 2001 года. - Инженерные системы: АВОК-Северо-Запад, № 4, 2008. С. 26-29.
25. Криксунов Э.З., Мосина Н.В., Перельмутер А.В. Реализация расчета монолитных жилых зданий на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение в среде вычислительного комплекса SCAD Office. Выпуск: CADmaster #43/3.2008 (июль-сентябрь). Раздел: Архитектура и строительство
26. Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. - Киев: Изд-во «Сталь», 2002.
27. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Обеспечение устойчивости сборных железобетонных связевых каркасных зданий от прогрессирующего обрушения/ Предотвращение аварий зданий и сооружений/Под редакцией д.т.н., профессора К.И. Еремина// Сборник научных трудов, выпуск 8. - Москва, 2009. - 560 с.
28. Комаров А. А. Разрушения зданий при аварийных взрывах бытового газа.// Пожаровзрывобезопасность №9. 2006 г.
29. СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия. М. 2003.
30. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М., 1989. - 32 с.
31. К оценке безопасности большепролетных мембранных перекрытий / Н.В. Канчели, Ю.И. Кудишин, П.А. Батов, Д.Ю. Дробот // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. № 5. 2008. С.80-83.
32. Кудишин Ю.И. Живучесть конструкций - важный фактор снижения потерь в условиях аварийных ситуаций // Вопросы обеспечения надежности и живучести большепролетных конструкций покрытий: Тезисы к НТС МГСУ. - М.: НТС МГСУ, 2008. С. 4-5.
33. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
34. Burnett E.F. P. «The avoidance of progressive collapse: Regulatory approaches to the problem», National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD 20899, 1975.
35. MSO, 1976, Ministry of Housing and Local Government, «Building Regulations, Statutory Instrument 1976, No. 1676». Her Majesty's Stationary Office, London, 1976.
36. NYC, 1973, «Chapter 18, Resistance to Progressive Collapse Under Extreme Local Loads, Appendix A — Rules of the City of New York, Building Code of the New York City». Gould Publications, Binghamton, NY 13901, 2001.
37. World Trade Center Building Performance Study: Data Collection, Preliminary Observations, and Recommendations. Federal Emergency Management Agency (FEMA), 403 /May 2002, New York.
38. H. S. Lew Best Practices Guidelines For Mitigation of Building Progressive Collapse.1 Senior Research Engineer, Building and Fire Research Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, U.S.A 20899-8611, [email protected]
39. ASCE 7-02, «Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, 2002 edition» American Society of Civil Engineers, Reston, VA, 2002.
40. UFC 4-023-03, «Unified Faclities Criteria (UFC). Design of Buildings to Resist Progressive Collapse», Department of Defense USA, 2005.
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 18, 2010.
-\-
K.R. Aydemirov
Stating the problems of the progressive destruction, approach to him and their decision
There organized analysis of the building damage reasons and buildings and their crushing. It is made review of the stating the problems of the progressive destruction (PR), approach to him and their decision. The special combinations influence are chosen on stability of the buildings against PR under exceeding situation. Review of the methods is made on estimation of vitality object under different influence. The organized categorization of the problems PR object on type design and their material; the reason of the destruction on influence; crushing on type of the destructions; The certain level both requirements to problem PR, and conditions of the buildings and buildings in process of the consequent destruction. Keywords: progressing destruction, damages, special influences.
Айдемиров Курбан Рабаданович (р. 1949) Доцент кафедры СМТиСМ Дагестанского государственного технического университета. Кандидат технических наук (1979). Окончил Дагестанский государственный университет им. В.И.Ленина (1972). Область научных интересов - строительная механика. Автор 41 публикации.
