Основные положения расчета и проектирования зданий с учетом прогрессирующего обрушения.

Прогрессирующее обрушение (progressivecollapse) – последовательное разрушение несущих конструкций здания из-за начального локального повреждения отдельных несущих элементов, приводящее к обрушению всего здания или его части.

Начальные локальные повреждения возникают при аварийных ситуациях и не предусмотрены условиями нормальной эксплуатации здания (взрывы газа, теракты, наезды автотранспорта, дефекты проектирования, строительства и реконструкции и т.п.)

В конструктивной системе здания допускается разрушение отдельных несущих элементов, но они не должны приводить к разрушению других элементов.

К объектам, при проектировании которых должно быть обеспечено недопущение прогрессирующего обрушения, относят:

• Жилые здания высотой более 10 этажей;

• Общественные, производственные и вспомогательные зданияс пребыванием 200 чел. и более одновременно в пределах блока, ограниченного деформационными швами.

• Здания, утвержденные заказчиком в задании на проектирование.

• Объекты жизнеобеспечения городов (Электростанции)

• Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты

Недопущение прогрессирующего обрушения следует обеспечивать:

• Рациональным конструктивно-планировочным решением здания с учетом вероятности возникновения аварийной ситуации;

• Конструктивными мерами, увеличивающими статическую неопределимость системы;

• Применением конструктивных решений, обеспечивающих развитие в несущих элементах пластических деформаций;

• Необходимой прочностью несущих конструктивных элементов и устойчивостью системы.

Для проектирования здания по прогрессирующему обрушению, кроме расчетов нормальной эксплуатации, должны быть:

• Произведены статические расчеты вторичных КС на действие особого сочетания нагрузок. [Расчет оснований производят только по несущей способности];

• Обеспечены запасы устойчивости вторичных КС;

• Определены требуемые класс бетона и армирование конструктивных элементов.

Первичная конструктивная система здания – система, принятая для условий нормальной эксплуатации здания.

Вторичная конструктивная система здания – первичная КС, измененнаяпутем исключения одного вертикального несущего конструктивного элемента (колонны, участки стен) в пределах одного этажа.

Вторичная конструктивная системы

[ Условиями обеспечения недопущения ПО вторичных КС здания являются:

• Не превышение в конструктивных элементах значений усилий, определенных при особых сочетаниях нагрузок

• Недопущение уменьшения запаса устойчивости системы по отношению к коэффициенту надежности по устойчивости γ_S = 1,3.

(Перемещения, раскрытие трещин и деформации элементов не ограничиваются.)]

Расчет

Расчет вторичных КС на недопущение ПО производят отдельно для каждого локального разрушения.

[Допускается производить расчет только для наиболее опасных случаев разрушения – схемы с разрушением вертикальных элементов:

• имеющие наибольшую грузовую площадь;

• расположенные у края перекрытия;

• расположенные в углу.]

В качестве исключаемой конструкции принимают колонну (пилон) либо участок пересекающихся или примыкающих под углом несущих стен. Длина участка стены принимается до места пересечения со стеной другого направления или до проема, но не более 7 м.

[Статический расчет вторичной системы производят как упругой системы с учетом геометрической и физической нелинейности. Допускается учет только геометрической нелинейности. Жесткость сечений принимают с учетом продолжительного действия нагрузок и наличия или отсутствия трещин.

Расчет сечений элементов производят на усилия, определенные в результате статического расчета принимая их кратковременными.]

По результатам расчета первичной и вторичных КС назначаются результирующие класс бетона и армирование элементов и узлов, устанавливается запас устойчивости каркаса. При необходимости увеличиваются размеры сечения элементов, меняется КС здания

Конструктивно-планировочные решения

При выбывании вертикального несущего элемента, конструкции над выбывшим элементов должны превратиться в «подвешенную» систему и передать нагрузки на соседние вертикальные конструкции

Для создания такой КС следует предусматривать:

• монолитное сопряжение конструкций перекрытий с железобетонными вертикальными элементами;

• ж/б монолитные пояса по периметру перекрытий, объединенные с конструкциями перекрытий и выполняющие функции надоконных перемычек;

• ж/б монолитные парапеты, объединенные с конструкциями покрытия;

• ж/б стенки в верхних этажах здания или ж/б балки в покрытии, объединяющие колонны между собой и с другими вертикальными ж/б конструкциями (стенами);

• Проемы в ж/б стенах должны быть не на всю высоту этажа, оставляя, как правило, участки глухих стен над проемами.

Расчетные параметры

Расчетное сопротивление бетона:

• Сжатию равен нормативному значению (для конструкций, бетонируемых в вертикальном положении умножают на коэффициент условия работы γ_b3 = 0,9);

• Растяжению равен нормативному значению, деленному на коэффициент надежности по бетону γ_n = 1,15;

Расчетное сопротивление арматуры:

• Продольной на сжатие и растяжение равны нормативным значениям

• Поперечной на растяжение равен нормативному, умноженному на коэффициент условия работы γ_s1 = 0,8;

Нагрузки:

• расчетные значения равны нормативному значению нагрузок(γ_f =1);

• коэффициент особого сочетания нагрузок равны ψ=1

Конструктивные требования

• Класс бетона и армирование назначают наибольшими из сопоставления результатов нормальной эксплуатации и недопущения ПО;

• Длины анкеровки и перехлестаарматуры должны быть увеличены 20% по отношению к требуемым.

• Продольная арматура конструктивных элементов должна быть непрерывной. Процент армирования (отдельно нижней и отдельно верхней) плит безбалочных перекрытий и балок балочных перекрытий должна составлять не менее μ_S,min = 0,2%.

• Продольное армирование вертикальных несущих конструктивных элементов должно воспринимать усилие растяжения не менее 10 кН (1 тс) на каждый квадратный метр грузовой площади этого конструктивного элемента.