Расчет на прогрессирующее обрушение металлического каркаса

Обновлено: 18.06.2024

для общественных зданий и сооружений нормального уровня ответственности (на основании Распоряжения Правительства Российской Федерации от 21 июня 2010 г. № 1047-р, п. 91: СНиП 31-06-2009 "Общественные здания и сооружения". Разделы 3 (пункты 3.1 — 3.13, 3.15 — 3.20, абзац первый пункта 3.21, пункты 3.22 — 3.25), 4, 5 (пункты 5.1 — 5.19, 5.30 — 5.32, 5.34 — 5.40), 7 — 9.)

Полезные ссылки

Думаю в курсе, что автор второй работы не защитил диссертацию в совете МГСУ, поэтому и работа, выложенная вами, диссертацией не является. Есть куда более авторитетные публикации на эту тему. Например работы Алмазова В.О. и его аспирантов, Расторгуева Б.С., Плотникова А.И.

Например из нашей библиотеки:

1.Сборник трудов ИСА МГСУ - Плотников А.И., Расторгуев Б.С. - Расчет несущих конструкций монол. жб зданий на ПР с учетом динамических эффектов.

2. Мутока К.Н. - Живучесть многоэтажных каркасных железобетонных гражданских зданий при особых воздействиях.

Спасибо за ссылки, добавлю в текст статьи.
П.С. Первую главу Мутоки я полностью передрал в свою магдис =)

Поясните мне пожалуйста по примеру из СТО. Стр. 8, табл. 4 "Модуль деформации Eпр при расчете устойчивости" В этом столбце появляются коэф. 0,2 и 0,3. Откуда они?

Добрый день. Я сомневаюсь, что для этого существует какое-то обоснование. Цифры, скорее всего, основаны на личных представлениях конструктора о работе железобетона.
Как вариант, можете посмотреть СП 52-103, п.6.2.6-6.2.7

Выражу свое личное мнение. (40 лет без малого занимаюсь расчетами на ЭВМ - диплом в 1974г считал на Минске 32 - "Экспресс". Я с Украины). Расчеты на прогрессирующее обрушение проводить для зданий не менее 10 этажей. О каком прогрессирующем разрушении можно вести разговор, например, для уникальных общественных зданий, где возможно, одна опора. Т.е. такие здания не строить? И почему выбираем одну колонну, а если террор - и 2(3) колонны? А как учитывается ударная волна при взрыве? Или строить бомбоубежища надземные? А не дешевле ли организовать надежную охрану объекта, чем вкладывать огромные средства на "авось"? Это как для просадочных грунтов: делаем мероприятия, а просадку все равно учитываем (а вдруг!!). Все эти расчеты (прогрессирующее обрушение) нужны: 1) для появления новых кандидатских и докторских 2)для того, чтобы экспертиза могла легко забраковать расчет.

Необходимость выполнения расчёта можно дополнить новым пунктом госта
ГОСТ 27751-2014 п.5.2.6 + Приложение Б
так же можно учесть п.3.5 и п.3.10, в последнем про доп мероприятия о которых толкует Виктор Е.
так же перечень по 1047-р уже не действует и вместе с ним СНиП 31-06-2009. сейчас действует перечень норм по 1521 и соответственно СП 118.13330.2012 в котором пункты 5.40 и 9.8 из предыдущей редакции не фигурируют.

И, кстати говоря, п.5.2.6 ГОСТа 27751-2014 не является обязательным к применению. (ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 26 декабря 2014 года N 1521)
p.s. вообще все это странно. получается нужно рассмотреть аварийную ситуацию, но расчет на прогрессирующее разрушение не нужен, вот такой парадокс.

Я не понимаю почему рассчёт на статическую устойчивость нахывают рассчётгм на прогрессирующее обрушение.

Исходя из названия - рассчёт на прогрессирующее обрушение, результатом рассчётов должны стать несколько (десятков) динамических моделей того, как сложится здание от воздействия разных нагрузок. И как это потом использовать - понятия не имею. Не строить в зоне предполанаемого обрушения других зданий?

А если несущие элементы сносить взрывом, то ничто не поможет, никакие рассчёты не спасут. Если цель - завалить большое здание - завалят, в нью йорке подтвердят.

По факту имеем рассчёт на запас прочности здания и повод повымогать денег.

СП 385.1325800.2018 «Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения»
СП 296.1325800.2017 Здания и сооружения. Особые воздействия

Download this page as a pdf Download this page as a plain text
расчёты_на_прогрессирующее.txt · Последние изменения: 2013-10-26 01:17 — swell

Использование требований норм для расчета на прогрессирующее обрушение стальных конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

PROGRESSIVE COLLAPSE / STEEL CONSTRUCTIONS / CODES / STANDARTS / STRUCTURAL ANALYSIS OF THE PROGRESSIVE COLLAPSE / STRUCTURAL FAILURE / ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ ОБРУШЕНИЕ / СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ / НОРМЫ / ТРЕБОВАНИЯ / РАСЧЕТ НА ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ ОБРУШЕНИЕ / ОТКАЗ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Скачков С.В., Луптаков Р.И.

Рассмотрены основные положения Российских и зарубежных норм , указана недостаточная проработка вопроса расчета на прогрессирующее обрушение . сделаны выводы на основании анализа имеющейся литературы

Use of standarts and codes for structural analysis of the progressive collapse of steel constructions

Study the main situation of Russian and foreign codes are considered, inadequate elaboration of the problem structural analysis of the progressive collapse , conclusions are draw on the basis of analysis of the available literature.

Текст научной работы на тему «Использование требований норм для расчета на прогрессирующее обрушение стальных конструкций»

Использование требований норм для расчета на прогрессирующее обрушение стальных конструкций

С.В. Скачков, Р.И. Луптаков

Академия строительства и архитектуры. Донской Государственный Технический

Университет, Ростов н/Д, Россия

Аннотация: Рассмотрены основные положения Российских и зарубежных норм, указана недостаточная проработка вопроса расчета на прогрессирующее обрушение. сделаны выводы на основании анализа имеющейся литературы

Ключевые слова: прогрессирующее обрушение, стальные конструкции, нормы, требован ия, расчет на прогрессирующее обрушение, отказ

Отказ любого несущего элемента конструкций оценивается вероятностью их разрушения. Путем увеличения стоимости сооружения возможно уменьшить эту вероятность до нуля, что как правило экономически нецелесообразно. В действующих нормах рассматриваются варианты, работы конструкций связанных с обеспечением безопасности людей при возникновении аварийных ситуации.

Впервые термин «прогрессирующее обрушение» был сформулирован после аварии 22-этажного жилого дома в Англии 1968 году. Анализ показал, что авария вызвана взрывом бытового газа на 18 этаже [1, 2], что привело к разрушению наружной панели, вследствие вышележащие конструкции, потеряв опору обрушились. Ударным воздействием при обрушении повреждены нижележащие конструкции. На основании доклада комиссии начались исследования проблемы прогрессирующего обрушения строительных конструкций.

В нашей стране необходимость учета при проектировании конструкции прогрессирующего обрушение «лавинообразное обрушение» впервые указано в (Пособие по проектированию жилых зданий к СНиП 2.08.01-85. Вып. 3) 1986 году [3].

Причинами аварий могут быть как системные ошибки при проектировании, строительстве или эксплуатации здания, так и аварийные воздействия природного или техногенного характера [4].

В руководстве [5] прогрессирующее обрушение характеризуется следующими процессами:

- Первый процесс нужен для снижения вероятности прогрессирующего разрушения при строительстве нового здания. Производится расчет, чтобы понять соответствует конструкция требованиям анализа для прогрессирующего обрушения, если вероятность высокая, то возвращаются к расчету и перепроектируются конструктивные элементы.

- Второй процесс нужен для оценки вероятности прогрессирующего разрушения в существующем здании. Производится расчет, чтобы понять соответствует конструкция требованиям анализа для минимизации вероятности прогрессирующего разрушения, составляется отчет.

В практике строительства последних лет, а также в нормативной документации обычно используется термин «защита от прогрессирующего обрушения». При этом методики к обеспечению надежности зданий и сооружений раскрыты не достаточно подробно.

Рассмотрим основные методы расчета на прогрессирующее обрушение отечественных и зарубежных норм:

В (МДС 20-2.2008. Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного прогрессирующего обрушения при аварийных воздействия) приводятся два метода по предотвращению прогрессирующего обрушения. Прямой метод заключается в изъятии из расчетной схемы одного или нескольких элементов, связей и анализе оставшейся конструкции на предмет её способности перераспределять дополнительно возникающие усилия. Методика расчета, по сути, является компьютерным моделированием

форсмажорной ситуации и позволяет проследить приспособление конструкции при изменении конструктивной схемы [6]. Косвенный метод предполагает проведение мероприятий, не относящихся непосредственно к расчету сооружений. Обеспечение стойкости здания к выключению элементов обеспечивается повышением степени статической неопределимости, введением излишних связей, заменой шарнирных соединений жесткими, иными словами, снижением «значимости» конкретных элементов для системы в целом и созданием альтернативных путей восприятия нагрузки [7].

Предлагаются следующие варианты защиты от прогрессирующего обрушения в (ТНС 31-322-2006. Жилые и общественные высотные здания). Расчет устойчивости здания производится на особое сочетание нагрузок, включающее постоянные, длительные, кратковременные воздействия. Реком ендуется использовать пространственную расчетную модель здания. Резервирование прочности несущих элементов, создание неразрезности перекрытий. В высотных зданиях рекомендуется применять монолитные и сборно-монолитные перекрытия, которые соединены вертикальными несущими конструкциями здания связями. В случае локального разрушения одной вертикальной конструкции, не должно произойти обрушения перекрытия [8].

В настоящее время на ряду с нормами используются различные рекомендации. Так, в рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения [9] сказано, что в зданиях с применением металлических конструкций необходимо предусматривать сталежелезобетон ные перекрытия, избегать гибких соединений ригелей с колоннами. Горизонтальные ветровые связи должны обеспечивать объединение диска перекрытия. Необходимо использовать сталь с повышенной пластичностью и вязкостью.

В рекомендации по защите монолитных зданий от прогрессирующего обрушения [10] указываются положения для случая локального разрушения несущих конструкций производить расчет только по предельным состояниям первой группы, устойчивость обеспечивается экономичными средствами, реконструкция не должна снижать устойчивость против прогрессирующего обрушения, в качестве локального разрушения следует рассматривать разрушение вертикальных конструкций. При этом указанные рекомендации относятся к зданиям с использованием железобетонных конструкций.

В практике исследования прогрессирующего обрушения используются зарубежные нормы. В (BS EN 1991-1-7. Actions on structures. General actions. Accidental actions) приведены классификация методов расчета против прогрессирующего обрушения, стратегии, основанные на учете установленных чрезвычайных нагрузок, а также на ограничении размера локализованного разрушения. В положения (BS EN 1990. Basis of structural design) указано, что конструкции должны запроектированы и построены таким образом, чтобы они не были повреждены при наступлении таких событий как: взрыв, удар, последовательность человеческих ошибок и т.д. В (ASCE 7-05. Minimum design loads for buildings and other structures) приведены методы косвенного, прямого, альтернативного пути нагружения, особой локальной прочности.

Анализ ряда положений, норм, рекомендаций показал что в отечественной и в зарубежной документации малая часть внимания уделена стальным сооружениям, основная часть относится к железобетонным конструкциям и их расчету. Из указанных выше норм при проектировании для расчета на прогрессирующее обрушение можно воспользоваться МДС 20-2.2008 или СТО 3655401-024-2010. Объектом данных рекомендаций является большепролетные сооружения. Целью проектирования является

определение размеров основных несущих элементов, вероятность разрушения которых, определена с учетом запаса несущей способности, который необходим для восприятия возможных аварийных воздействий. В целом расчет на прогрессирующее обрушение в частности и в вопросах безопасности здания лежат в плоскости расчета элементов конструкций на конкретные воздействия (взрыв, пожар и т.п.).

1. Crowder B. Devil in détails. Navfac. 2005. 12 p.

2. Crowder B. Definition of progressive collapse. Navfac. 2005. 10 p.

3. Дробот Д.Ю. Живучесть большепролетных металлических покрытий. Москва. 2010. С. 212.

5. Грачев В.Ю. Руководство по расчету на прогрессирующее обрушение для новых и реконструируемых федеральных офисных зданий. Екатеринбург. 2010. С. 21.

6. Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 2009. №4. C. 6.

7. Грачев В.Ю., Вершина Т.А., Пузаткин А.А. Непропорциональное разрушение. Сравнение методов расчета. Екатеринбург. 2010. С. 81.

9. Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения. Москва. ГУП НИАЦ. 2006. С. 34.

10. Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения. Москва. ГУП НИАЦ. 2005. С. 24.

1. Crowder B. Devil in details. Navfac. 2005. 12 p.

3. Drobot D.Yu. Zhivuchest' bol'sheproletnykh metallicheskikh pokrytiy [Survival of metal large-span shell]. Moskva. 2010. 212 p.

5. Grachev V.Yu. Rukovodstvo po raschetu na progressiruyushchee obrushenit dlya novykh i rekonstruiruemykh federal'nykh ofisnykh zdaniy [Guide to analysis the progressive collapse for new and reconstructed federal office buildings]. Ekaterinburg. 2010. 21 p.

6. Nazarov Yu.O., Gorodetskiy A.S., Simbirkin V.N. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzheniy. 2009. №4. 6 p.

7. Grachev Y.Yu., Vershina T.A., Puzatkin A.A. Neproportsional'noe razrushenie. Sravnenie metodov rascheta [Disproportionate collapse. Analysis of methods]. Ekaterinburg. 2010. 81 p.

9. Rekomendatsii po zashchite vysotnykh zdaniy ot progressiruyushchego obrusheniya [Recommendations for the protection of high-rise buildings from the progressive collapse]. Moskva. GUP NIATs. 2006. 34 p.

10. Rekomendatsii po zashchite monolitnykh zhilykh zdaniy ot progressiruyushchego obrusheniya [Recommendations for the protection monolithic residential buildings from the progressive collapse]. Moskva, GUP NIATs. 2005. 24 p.

Проектирование многоэтажных зданий с металлическим каркасом для повышения их сопротивления прогрессирующему обрушению Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

PROGRESSIVE COLLAPSE / DURABILITY / STEEL FRAME / MULTI-STOREY BUILDINGS / CONNECTIONS STIFFNESS / DUCTILITY / ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ ОБРУШЕНИЕ / ЖИВУЧЕСТЬ / СТАЛЬНОЙ КАРКАС / МНОГОЭТАЖНЫЕ ЗДАНИЯ / ЖЕСТКОСТЬ УЗЛОВ / ПОДАТЛИВОСТЬ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Басалаев Н.А.

Прогрессирующее обрушение или, в частности, понимание механики данного явления и разработка способов его учета в рамках проектирования конструкций можно расценивать как относительно новую тему в строительной науке. В статье рассмотрены предпосылки возникновения данной темы, начиная от локальных примеров обрушения зданий и заканчивая общеизвестным обрушением Всемирного Торгового Центра. Проанализированы новейшие мировые исследования в данной области и выявлены противоречия в требованиях нормативной документации и реальной работы каркаса здания при прогрессирующем обрушении .

Design of multi-storey buildings with a metal frame to increase their resistance to progressive collapse

Progressive collapse or, in particular, an understanding of the mechanics of this phenomenon and the development of ways to consider it in the framework of structural design can be regarded as a relatively new topic in building science. The article describes the background to the emergence of this topic, ranging from local examples of the collapse of buildings and ending with the well-known collapse of the World Trade Center. Analyzed the latest world research in this area and revealed inconsistencies in the requirements of regulatory documentation and the real work of the building frame in case of progressive collapse

Текст научной работы на тему «Проектирование многоэтажных зданий с металлическим каркасом для повышения их сопротивления прогрессирующему обрушению»

Проектирование многоэтажных зданий с металлическим каркасом для повышения их сопротивления прогрессирующему обрушению

Национальный исследовательский московский государственный строительный

Аннотация: Прогрессирующее обрушение - или, в частности, понимание механики данного явления и разработка способов его учета в рамках проектирования конструкций -можно расценивать как относительно новую тему в строительной науке. В статье рассмотрены предпосылки возникновения данной темы, начиная от локальных примеров обрушения зданий и заканчивая общеизвестным обрушением Всемирного Торгового Центра. Проанализированы новейшие мировые исследования в данной области и выявлены противоречия в требованиях нормативной документации и реальной работы каркаса здания при прогрессирующем обрушении.

Ключевые слова: прогрессирующее обрушение, живучесть, стальной каркас, многоэтажные здания, жесткость узлов, податливость.

Развитие строительной науки, как и многих других, носит эволюционный характер. Появление новых материалов и технологий, поиск новых методик расчета является следствием все более требовательных запросов общества. Особенно это проявляется после аварий в зданиях, происходивших из-за обстоятельств, ранее не рассматривавшихся в строительной науке.

методы установки газа, таким образом строительная наука продвинулась на уроках из аварии. Однако руководства по проектированию, подготовленные в то время, которые по-прежнему лежат в основе нынешних положений, являются по существу предписывающими по своему характеру без реальной связи с фактической работой каркаса.

Последующие случаи прогрессирующего обрушения, такие как здание Мэрраг и башни Всемирного Торгового центра, привлекли повышенное внимание к фактическому учету данного явления и к вопросам о том, как его можно разумно предотвратить в тех зданиях, где это считается целесообразным. При этом, конечно же, необходимо включать в расчет как риск инициирующего обрушение инцидента, так и возможные последствия данного инцидента, что накладывает более жесткие требования к конструкции. Несомненно, непропорциональное увеличение сложности и стоимости здания в случаях, когда риски/последствия очень низки или незначительны, может быть столь же некорректным, как и отказ от рассмотрения тех случаев, когда риски/последствия являются серьезными.

В этой статье рассмотрены современные подходы к проектированию многоэтажных зданий со стальным каркасом, для предотвращения прогрессирующего обрушения, используемые в зарубежной и российской практике. Рассмотрена новая методика, разработанная в Imperial College London, целью которой было нахождение простого, отражающего реальную работу конструкции метода, более подходящего для использования в процессе проектирования. Показаны существенные особенности метода, его использование в нескольких примерах, описаны и представлены результаты, чтобы проиллюстрировать, как это ведет к лучшему пониманию как механики прогрессирующего обрушения, так и путей, которыми инженеры-конструкторы могут наилучшим образом обеспечить конструкциям требуемое сопротивление прогрессирующему обрушению.

Проектирование здания на сопротивление прогрессирующему обрушению.

Имеется два наиболее часто используемых подхода к проектированию, предназначенные для решения проблемы живучести зданий: -Обеспечение достаточных связей между элементами; -Проверка альтернативных путей распространения нагрузок.

Рис. 1. - Направления усилий в каркасе здания

Первый подход по существу является предписывающим и состоит в том, чтобы балки, колонны, узлы и перекрытия (или покрытие) могли работать совместно, для обеспечения минимального необходимого сопротивления растягивающим усилиям в элементах, для которых требуемое фактическое сопротивление в зарубежных руководствах обычно связано с вертикальной нагрузкой. Рисунок 1[1], иллюстрирует принцип данного

Периферийные святи (штриховая линия)

подхода. Этот подход прост для понимания, требует минимальных дополнительных расчетов и в ситуациях, когда изначальное решение не удовлетворяет требованиям, можно добиться работы конструкции путем обеспечения более существенных связей в узлах и/или дополнительным армированием в плите перекрытия/покрытия.

Вследствие одного из недавних исследований, в котором признаются осевые закрепления элементов как причина цепной реакции, руководства США [1] ограничивают использование усиленных связей между элементами каркаса ситуациями, когда соединенные элементы могут воспринимать требуемые нагрузки при повороте сечения балки на 0,2 радиана (11,4 градуса). Где это невозможно, связевые усилия должны распределяться между элементами каркаса через перекрытия. Однако, недавние исследования [2, 3] показали, что достаточная несущая способность узлов плохо коррелируется с фактической устойчивостью здания к прогрессирующему обрушению. Более того, будучи предписывающим правилом, оно не допускает значимого сравнения альтернативных механизмов - фундаментной черты инженерного проектирования.

Второй подход к проектированию каркаса, устойчивого к прогрессирующему обрушению, в своей наиболее часто используемой форме предполагает мгновенную потерю одной колонны, а затем требуется подтвердить расчетом, что поврежденная конструкция способна воспринять все действующие на нее нагрузки [4]. Этот подход может быть реализован на разных уровнях сложности с точки зрения расчета. Метод перераспределения усилий также может быть использован в качестве основы для более сложных численных исследований конкретных конструкций и конкретных аварий, например, в судебной экспертизе.

Основные особенности прогрессирующего обрушения

В исследовании [5] были определены три свойства, которые являются существенными компонентами любого, наиболее приближенного к реальности подхода к проектированию зданий на сопротивление прогрессирующему обрушению:

«-Инциденты происходят в очень коротких временных промежутках, поэтому фактически воздействия являются динамическими;

-Появляются значительные деформации, генерирующие значительные напряжения, что приводит к неупругой работе материалов;

-Отказ конструкции в основном соответствует ее неспособности в поврежденном состоянии принять новое положение равновесия без разрыва связующих элементов.» [5]

Рис. 2. - Упрощенный многоуровневый подход для оценки устойчивости прогрессирующему обрушению

В приведенном выше исследовании были также предложены дополнительные свойства, призванные сделать данный подход простым для использования в инженерной практике:

«- Процесс расчета должен состоять из серии этапов, которые в целом аналогичны тем, которые используются для типового, без проверки на прогрессирующее обрушение, проектирования конструкций;

- Расчет, предпочтительно, должен быть подходящим к реализации на разных уровнях сложности, с выбором в зависимости от ответственности конструкции;

- Любой требуемый анализ должен использовать известные элементарные методы расчета. Если требуются более сложные вычисления, которые нельзя выполнить вручную, необходимо, чтобы их можно было выполнить на основе широко доступного программного обеспечения;

- Необходимо использовать отражающие реальную работу и понятные критерии определения отказа конструкции;

- Метод расчета должен позволять выявлять причины и следствия и быть подходящим для проведения количественных сравнений параметров каркаса.» [5]

Именно по этим принципам было проведено исследование в Лондонском колледже (Imperial College London) 6. Первоначально был разработан метод, включающий три основных свойства, но с учетом пяти дополнительных характеристик [10]. Данный метод в последствии был усовершенствован. [11]. Хотя основной отправной точкой нового метода было удаление колонн, он содержит ряд отличительных особенностей:

- Для данного метода возможен динамический анализ, но достаточно проведения только статического анализа [6];

- Этот подход может быть реализован на различных уровнях детализации (вся конструкция, часть конструкции, подверженной влиянию

удаленного элемента, балочная клетка в пределах этажа или отдельная балка, см. рис.2);

- Используется доступный критерий отказа конструкции, соответствующий достижению пределов пластичности в узлах конструкции;

- Возможно выполнить количественные сравнения между альтернативными типами конструкции;

- Данный метод может быть реализован с использованием обычных явных формул, тем самым позволяя произвести простой и быстрый ручной расчет.

Полные детали метода, как в его первоначальной форме, использующей ЛОЛРТ1С для выполнения расчетов, так и в упрощенной форме, приведены в серии работ [6-9, 12].

Анализ проведенных расчетов

Из анализа существующих международных нормативных документов в области обеспечения сопротивления прогрессирующему сопротивлению зданий [1] следует, что ключом к пониманию сложного взаимодействия основных несущих элементов каркаса во время прогрессирующего обрушения является зависимость прогиба от нагрузок в конкретной балке, что определяет предел, при котором балка начинает работать по принципу ванты. Однако при анализе последних исследований [9, 5], в которых проведены многочисленные исследования различного типа балок и узлов, выявлена недостаточность данного подхода. В приведенных исследованиях рассматривались стальные балки с моментными фланцевыми узлами примыкания к колонне, которые обладают достаточной несущей способностью на действие нормальных сил, обладают нелинейностью в работе материала и возможностью образования больших прогибов. Но в представленных расчетах потеря несущей способности узла (разрушение болтов или фланца) наступала значительно раньше, чем балка могла

деформироваться для перехода в работу по принципу ванты и образования расчетных растягивающих усилий в узлах.

Таким образом, выявляется очевидная особенность - отражающий реальную работу конструкции расчет на прогрессирующее обрушение должен учитывать все формы поведения конструкции, которые не учитываются в традиционных методиках. Интересно, что для отдельной краевой балки конструкции [9] потеря несущей способности, в плане достижения критических деформаций наиболее ответственного узла происходит до того, как появятся какие-либо цепные реакции. Это причина, почему ставится под сомнение релевантность обеспечения достаточных связей между элементами для обеспечения сопротивления прогрессирующему обрушению. В подавляющем большинстве рассмотренных примеров несущие элементы просто не начинают работать по принципу ванты до того, как соединения достигают критического состояния.

Данные результаты, вместе с другими, полученными в сопутствующих исследованиях, продемонстрировали, что сочетание несущей способности узлов по моменту, жесткости и деформативности узлов, а не сопротивление растяжению в узлах в большей степени определяет способность конструкции сохранять устойчивость при внезапном удалении колонны. Поэтому необходима дальнейшая работа по изучению способов балансировки этих характеристик, чтобы обеспечить отвечающую требованиям живучести работу конструкции.

Было определено появление темы прогрессирующего обрушения как «новой темы» в рамках инженерной практики, а также рассмотрены аспекты его появления на практике и в нормативной литературе. Избранные результаты мировых исследований были использованы для анализа некоторых особенностей реальной работы стальных перекрытий

многоэтажных каркасных зданий. Эти результаты ставят под сомнение некоторые хорошо разработанные подходы к проектированию, в частности, связь между увеличением осевых раскреплений элементов и фактической устойчивостью к прогрессирующему обрушению, и иллюстрируют важность обеспечения надлежащего баланса между прочностью, жесткостью и пластичностью в соединениях.

1. SEI Disproportionate Collapse Standards and Guidance Committee. Design Procedures, Draft Committee. 2010. рр. 42-51.

2. Nethercot D.A., Stylianidis P., Izzuddin B.A., Elghazouli A.Y. Resisting Progressive Collapse by the Use of Tying Resistance // 4th International Conference on Steel & Composite Structures Sydney Australia. 2010. рр. 55-72.

3. Nethercot D.A., Blundell D., Stylianidis P. Progressive Collapse Behaviour of Bare Steel Frames // Ivanyi Conference. 2010. рр. 143-178.

4. Gudmundsson G.V., Izzuddin B.A. The Sudden Column Loss Idealisation for Disproportionate Collapse Assessment // The Structural Engineer. 2010. №88. рр. 22-26.

5. Nethercot D.A. Progressive Collapse Analysis of Steel and Composite Frame Structures // AIAS Maratea. 2010. №7 - 10 Sept. рр. 5-15.

8. Izzuddin B.A., Vlassis A.G., Elghazouli A.Y., Nethercot D.A. Progressive Collapse of Multi-Storey Buildings due to Sudden Column Loss - Part II, Applications // Engineering Structures. 2008. №30. рр. 1424 - 1438.

10. Vlassis A.G., Progressive Collapse Assessment of Tall Buildings; PhD Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Imperial College London. 2007. рр. 93-105.

11. Stylianidis P.M., PhD Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Imperial College London, in Preparation. 2010. рр. 25-32.

12. Nethercot D.A., Stylianidis P., Izzuddin B.A., Elghazouli A.Y. Enhancing the Robustness of Steel and Composite Buildings // ICASS'09 Hong Kong. 2009. рр. 105-122.

2. Nethercot D.A., Stylianidis P., Izzuddin B.A., Elghazouli A.Y. Resisting Progressive Collapse by the Use of Tying Resistance, 4th International Conference on Steel & Composite Structures Sydney Australia. 2010. рр. 55-72.

3. Nethercot D.A., Blundell D., Stylianidis P. Progressive Collapse Behaviour of Bare Steel Frames, Ivanyi Conference. 2010. рр. 143-178.

4. Gudmundsson G.V., Izzuddin B.A. The Structural Engineer. 2010. №88. рр. 22-26.

5. Nethercot D.A. AIAS Maratea. 2010. №7 - 10 Sept. рр. 5-15.

8. Izzuddin B.A., Vlassis A.G., Elghazouli A.Y., Nethercot D.A. Engineering Structures. 2008. №30. рр. 1424 - 1438.

12. Nethercot D.A., Stylianidis P., Izzuddin B.A., Elghazouli A.Y. Enhancing the Robustness of Steel and Composite Buildings, ICASS'09 Hong Kong. 2009. рр. 105-122.

Расчет на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение

Термин "прогрессирующее обрушение" относится к ситуации, когда разрушение или повреждение какой-либо малой части конструкции ведет к полному или почти полному разрушению всей конструкции. Аварийные ситуации могут быть вызваны как деятельностью человека, так и природными явлениями. В первом случае к ним относятся взрывы газа, теракты, пожары, наезды транспорта, дефекты проектирования, строительства и эксплуатации зданий, неквалифицированная их реконструкция (с надстройкой, пристройкой, перепланировкой помещений), сопровождаемая ослаблением или перегрузкой несущих элементов и оснований и др. Аварийные ситуации могут вызываться такими природными явлениями как землетрясения, ураганы, оползни, неравномерные деформации оснований.

Поскольку невозможно полностью исключить вероятность возникновения аварийных воздействий или ситуаций, то необходимо обеспечить определенную степень безопасности находящихся в зданиях людей и сохранности их имущества за счет уменьшения вероятности прогрессирующего обрушения при локальных разрушениях несущих конструкций.

Для предупреждения прогрессирующего обрушения может быть предусмотрено общее упрочнение всего здания, местное усиление и взаимосвязь элементов. В большинстве американских норм предпочтение отдается общему упрочнению, при котором разрушение одного из элементов здания не приводит к разрушению всего строения. Местное усиление, т.е. упрочнение наиболее чувствительных мест, трудно поддается стандартизации для включения в нормы проектирования, т.к. для этого нужно четко представлять характер возможных воздействий на здание, в т.ч. террористических атак. Конструктивная взаимосвязь элементов или непрерывность конструкции, также является способом общего или местного упрочнения.

Основные положения действующих рекомендаций по предотвращению прогрессирующего обрушения могут быть представлены следующими пятью пунктами:

Несущая система жилых зданий должна быть устойчива к прогрессирующему (цепному) обрушению в случае локального разрушения отдельных конструкций при аварийных воздействиях (взрыв бытового газа, пожар и т.п.)
Допускаются локальные разрушения отдельных несущих конструкций, но эти первичные разрушения не должны приводить к обрушению соседних конструкций, на которые передается нагрузка, воспринимавшаяся ранее элементами, поврежденными в результате аварийного воздействия.
Конструктивная система здания должна обеспечивать его прочность и устойчивость, как минимум на время, необходимое для эвакуации людей. Перемещения конструкций и раскрытие трещин в них не ограничивается.
Устойчивость к прогрессирующему обрушению проверяется расчетом на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные длительные нагрузки, а также воздействие гипотетических локальных разрушений несущих конструкций.
Расчетные характеристики материалов повышают за счет специальных коэффициентов надежности. Кроме того, расчетные сопротивления умножают на коэффициенты условий работы, учитывающие малую вероятность аварийных воздействий и рост прочности бетона после возведения здания, а также возможность работы арматуры за пределом текучести.

В комплексе SCAD режим реализован в соответствии с действующими рекомендациями и предназначен для моделирования поведения конструкции зданий и сооружений в случае аварийных воздействий, вызвавших локальные разрушения отдельных вертикальных несущих элементов. При реализации авторами принималась во внимание очевидная условность исходных предпосылок, заключающаяся в следующем:

нет достоверной информации о месте и причине возникновения процесса и характере его протекания;
реальные параметры разрушения могут далеко отстоять от условий прочности, приведенных в нормах, т.к. известно, что расчетные значения параметров прочности могут существенно отличаться от наблюдаемых в натуре.

Сооружения не могут быть совершенно свободными от риска обрушения из-за неопределенностей требований к системе, разброса технических свойств строительных материалов, трудностей адекватного моделирования поведения системы даже с использованием современных программных комплексов. Кроме того, невозможно запроектировать и построить абсолютно безопасное сооружение и при этом не учитывать стоимость предотвращения аварийных ситуаций.

Таким образом, в результате численного моделирования можно получить качественную оценку характеристик устойчивости конструкции по отношению к прогрессирующему обрушению, а также сопоставить несколько возможных сценариев обрушения с целью выявления слабых мест конструкции.

В основу расчета на прогрессирующее обрушение положены следующие положения:

Читайте также: