Защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения

РЕКОМЕНДАЦИИ

по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ: МНИИТЭП (инж. Шапиро Г.И. — руководитель работы, инж. Эйсман Ю.А.) и НИИЖБ (д.т.н., проф. Залесов А.С.)

2. ПОДГОТОВЛЕНЫ и утверждены к изданию Управлением перспективного проектирования, нормативов и координации проектно-изыскательных работ Москомархитектуры

3. СОГЛАСОВАНЫ: НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко.

4. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Приказом Москомархитектуры от 11.07.2005 г. N 93

Введение

Рекомендации предназначены для проектирования и строительства новых, а также реконструкции и проверки построенных монолитных и сборно-монолитных жилых зданий любых конструктивных систем не ниже II степени ответственности по надежности и высотой не более 25 этажей (75 м) на устойчивость против прогрессирующего обрушения при возникновении локальных повреждений.

Необходимость в разработке данных рекомендаций возникла в связи с тем, что имеющиеся документы [1, 2, 3] не охватывают вопросов, связанных с проектированием и проверкой монолитных жилых зданий. Монолитные жилые дома имеют ряд особенностей (по сравнению со сборными зданиями), связанных с более "свободными" архитектурно-планировочными решениями, широким шагом стен (или колонн), решениями несущих и ограждающих конструкций и т.п., что обусловливает специфику расчета монолитных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения при чрезвычайных ситуациях (ЧС).

Основная цель настоящей методики — обеспечение безопасности монолитных жилых зданий при запроектных ЧС.

Чрезвычайные ситуации (ЧС), вызванные запроектными источниками, в общем случае непредсказуемы и сводятся к локальным аварийным воздействиям на отдельные конструкции одного здания: взрывы, пожары, карстовые провалы, ДТП, дефекты конструкций и материалов, некомпетентная реконструкция (перепланировка) и т.п. случаи.

Как правило, воздействие рассматриваемого типа приводит к местным повреждениям несущих конструкций зданий. При этом в одних случаях ЧС этими первоначальными повреждениями и исчерпываются, а в других — несущие конструкции, сохранившиеся в первый момент аварии, не выдерживают дополнительной нагрузки, ранее воспринимавшейся поврежденными элементами, и тоже разрушаются. Аварии последнего типа получили в литературе наименование "прогрессирующее обрушение".

1. Основные положения

1.1. Жилые монолитные здания должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения их несущих конструкций при аварийных воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (пожары, взрывы, ударные воздействия транспортных средств, несанкционированная перепланировка и т.п). Это требование означает, что в случае аварийных воздействий допускаются локальные разрушения отдельных вертикальных несущих элементов в пределах одного этажа, но эти первоначальные разрушения не должны приводить к обрушению или разрушению конструкций, на которые передается нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами, поврежденными аварийным воздействием.

Расчет здания в случае локального разрушения несущих конструкций производится только по предельным состояниям первой группы. Развитие неупругих деформаций, перемещения конструкций и раскрытие в них трещин в рассматриваемой чрезвычайной ситуации не ограничиваются.

1.2. Устойчивость монолитного жилого здания против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать наиболее экономичными средствами:

— Рациональным конструктивно-планировочным решением здания с учетом возможности возникновения рассматриваемой аварийной ситуации;

— Конструктивными мерами, обеспечивающими неразрезность конструкций;

— Применением материалов и конструктивных решений, обеспечивающих развитие в элементах конструкций и их соединениях пластических деформаций.

1.3. Реконструкция монолитного жилого дома, в частности перепланировка квартир и переустройство помещений, не должны снижать его устойчивость против прогрессирующего обрушения.

1.4. В качестве локального (гипотетического) разрушения следует рассматривать разрушение (удаление) вертикальных конструкций одного (любого) этажа здания:

а) двух пересекающихся стен на участках от места их пересечения (в частности, от угла здания) до ближайшего проема в каждой стене или до следующего вертикального стыка со стеной другого направления (но на суммарной длине не более 7 м);

б) отдельно стоящей колонны (пилона);

в) колонны (пилона) с участками примыкающих стен на их длине по п.а).

Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать лишь наиболее опасные расчетные схемы разрушения. Необходимо проверить защищенность от прогрессирующего обрушения конструкций типовых, технических и подземных этажей, а также чердака.

2 Расчетные нагрузки и сопротивление материалов

2.1 Расчет по прочности и устойчивости производят на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и длительные временные нагрузки, а также воздействие на конструкцию здания локальных гипотетических разрушений. Локальное разрушение может быть расположено в любом месте здания.

2.2 Постоянная и длительная временная нагрузки принимаются согласно действующим нормативным документам (или по специальному заданию) с коэффициентами сочетания нагрузок и коэффициентами надежности по нагрузкам, равными единице.

2.3 Расчетные прочностные и деформационные характеристики материалов принимаются равными их нормативным значениям согласно действующим нормам проектирования железобетонных и стальных конструкций.

3 Расчет монолитных жилых зданий на устойчивость

против прогрессирующего обрушения

3.1 Для расчета монолитных жилых зданий рекомендуется использовать пространственную расчетную модель. В модели могут учитываться элементы, которые при нормальных эксплуатационных условиях являются ненесущими (например, навесные наружные стеновые панели, железобетонные ограждения балконов и т.п.), а при наличии локальных воздействий активно участвуют в перераспределении усилий в элементах конструктивной системы.

Расчетная модель здания должна предусматривать возможность удаления (разрушения) отдельных вертикальных конструктивных элементов в соответствии с п.1.4.

Удаление одного или нескольких элементов изменяет конструктивную схему и характер работы элементов, примыкающих к месту разрушения либо зависших над ним, что необходимо учитывать при назначении жесткостных характеристик элементов и их связей.

Расчетная модель здания должна быть рассчитана отдельно с учетом каждого (одного) из локальных разрушений.

3.2 Расчет здания можно выполнять с использованием различных программных комплексов, в том числе основанных на методе конечного элемента. Использование программных комплексов, допускающих возможность учета физической и геометриической нелинейности жесткостных характеристик элементов, обеспечивает наибольшую достоверность результатов расчета и снижение дополнительных материалозатрат.

Полученные на основании статического расчета усилия в отдельных конструктивных элементах должны сравниваться с предельными усилиями, которые могут быть восприняты этими элементами. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие clip_image001, где clip_image002 и clip_image003 соответственно усилие в конструктивном элементе, найденное из выполненного статического расчета, и его расчетная несущая способность, найденная с учетом указаний п.2.3. Конструкции, для которых требования по прочности не удовлетворяются, должны быть усилены, либо должны быть приняты другие меры, повышающие сопротивление конструкций прогрессирующему обрушению.

3.3 При определении предельных усилий в элементах (их несущей способности) следует принимать:

а) длительно действующую часть усилий — из расчета конструктивной схемы при расчетной схеме без локальных разрушений на нагрузки, указанные в п.2.2;

б) кратковременно действующую часть усилий — как разность усилий, полученных из расчета конструктивной схемы при расчетной схеме с учетом удаления (разрушения) одного из несущих элементов (см. п.1.4) на действие тех же нагрузок, и усилий, полученных из расчета по п.а).

3.4 В случае обеспечения пластичной работы конструктивной системы в предельном состоянии проверку устойчивости против прогрессирующего обрушения элементов, расположенных над локальными разрушениями, рекомендуется проводить кинематическим методом теории предельного равновесия, дающим наиболее экономичное решение. В этом случае расчет здания при каждой выбранной схеме выполняется по следующей процедуре:

— задаются наиболее вероятные механизмы прогрессирующего (вторичного) обрушения элементов здания, потерявших опору (задать механизм разрушения значит определить все разрушаемые связи, в том числе и образовавшиеся пластические шарниры, и найти возможные обобщенные перемещения (clip_image004) по направлению усилий в этих связях);

— для каждого из выбранных механизмов прогрессирующего обрушения определяются предельные усилия, которые могут быть восприняты сечениями всех пластично разрушаемых элементов и связей (clip_image005), в том числе и пластических шарниров; находятся равнодействующие (clip_image006) внешних сил, приложенных к отдельным звеньям механизма, то есть к отдельным неразрушаемым элементам или их частям, и перемещения по направлению их действия (clip_image007);

— определяются работы внутренних сил (clip_image008) и внешних нагрузок (clip_image009) на возможных перемещениях рассматриваемого механизма

clip_image010; clip_image011

и проверяется условие равновесия

clip_image012. (1)

При оценке возможности одновременного обрушения конструкций всех этажей условия равновесия (1) заменяются условием

clip_image013, (2)

где clip_image014 и clip_image015— соответственно работа внутренних и внешних сил на перемещениях конструкций одного этажа; этажи разделяются нижней поверхностью перекрытия, которое относится к этажу, расположенному над перекрытием.

Указанная расчетная процедура применима лишь при условии выполнения требований п.4.2, 4.3 об обеспечении пластичной работы отдельных конструктивных элементов и связей между ними в предельном состоянии. Если пластичность какого-либо элемента или связи не обеспечена, их работа учитываться не должна (элемент или связь считаются отсутствующими). Если таких элементов и связей, которые могут разрушаться хрупко, слишком много, и их формальное исключение слишком сильно уменьшает оценку сопротивления здания прогрессирующему обрушению, следует или обеспечить пластичность связей, или использовать другую расчетную модель здания (см. п.3.2).

При каждом выбранном локальном разрушении необходимо рассмотреть все указанные ниже механизмы профессирующего обрушения:

— Первый механизм прогрессирующего обрушения характеризуется одновременным поступательным смещением вниз всех вертикальных конструкций (или отдельных их частей), расположенных над локальным разрушением.

— Механизм прогрессирующего обрушения второго типа характеризуется одновременным поворотом каждой конструктивной части здания, расположенной над локальным разрушением, вокруг своего центра вращения. Такое смещение требует разрушения имеющихся связей этих конструкций с неповрежденными элементами здания; разрушения связей сдвига вертикальных элементов с перекрытием.

— Третий механизм обрушения — это условие необрушения только участка перекрытия, расположенного непосредственно над выбитой вертикальной конструкцией и первоначально на нее опертого.

— Четвертый механизм предусматривает перемещения конструкций лишь одного этажа, расположенного непосредственно над выбитым вертикальным элементом. В этом случае происходит отрыв вертикальных конструкций от перекрытия, расположенного над ними.

Если при какой-либо расчетной схеме условие (1) или (2) не выполняется, необходимо усилением (перераспределением) арматуры конструктивных элементов либо иными мероприятиями добиться его выполнения.

3.5 В некоторых случаях целесообразно рассматривать работу перекрытий над удаленной колонной (пилоном, стеной) при больших прогибах как элементов висячей системы или с учетом мембранного эффекта.

3.6 В несущих колоннах (пилонах, стенах), не расположенных над гипотетическим локальным разрушением, его воздействие приводит к увеличению напряжений и усилий. Необходимо сравнить усилия, действующие в колоннах (пилонах, стенах) при их максимальном загружении (п.3.3а) с усилиями, возникающими при локальном разрушении вертикального элемента, расположенного близко к рассматриваемому (нагрузки принимаются по п.2.2). Оценку усилий, действующих в элементах, допускается выполнять приближенными методами, например, с использованием грузовых площадей.

В случае если указанное увеличение усилий в колонне (пилоне, стене) превышает 30%, следует уточнить величины действующих в рассматриваемом элементе усилий (с использованием пакета прикладных программ или другими методами строительной механики) и выполнить проверку прочности колонны (пилона, стены) с учетом п.3.3, при необходимости усилить конструкцию. В противном случае допускается проверку прочности элемента не проводить.

4 Конструктивные требования

4.1 Основное средство защиты монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения — обеспечение необходимой прочности конструктивных элементов в соответствии с расчетами; повышение пластических свойств применяемой арматуры и стальных связей между конструкциями (в виде арматуры соединяемых конструкций, закладных деталей и т. п.); включение в работу пространственной системы ненесущих элементов.

Эффективная работа связей, препятствующих прогрессирующему обрушению, возможна лишь при обеспечении их пластичности в предельном состоянии, с тем чтобы они не выключались из работы и допускали без разрушения развитие необходимых деформаций. Для выполнения этого требования связи следует предусматривать из пластичной листовой или арматурной стали, а прочность анкеровки связей должна быть больше усилий, вызывающих их текучесть.

4.2 В зданиях следует отдавать предпочтение монолитным и сборно-монолитным перекрытиям, которые должны быть надежно соединены с вертикальными несущими конструкциями здания стальными связями.

4.3 Соединения сборных элементов с монолитными конструкциями, препятствующие прогрессирующему обрушению зданий, должны проектироваться неравнопрочными, при этом элемент, предельное состояние которого обеспечивает наибольшие пластические деформации соединения, должен быть наименее прочным.

Для выполнения этого условия рекомендуется рассчитать все элементы соединения, кроме наиболее пластичного, на усилие, в 1,5 раза превышающее несущую способность пластичного элемента, например, анкеровку закладных деталей и сварные соединения рекомендуется рассчитывать на усилие в 1,5 раза больше, чем несущая способность самой связи. Необходимо особо следить за фактически точным исполнением проектных решений пластичных элементов, замена их более прочными недопустима.

4.4 Для повышения эффективности сопротивления прогрессирующему обрушению здания рекомендуется:

— надпроемные перемычки, работающие как связи сдвига, проектировать так, чтобы они разрушались от изгиба, а не от действия поперечной силы;

— шпоночные соединения в сборно-монолитных конструкциях проектировать так, чтобы прочность отдельных шпонок на срез была в 1,5 раза больше их прочности при смятии;

— обеспечивать достаточность длины анкеровки арматуры при ее работе как связи сдвига.

4.5. Минимальная площадь сечения (суммарная для нижней и верхней арматуры) горизонтальной арматуры, как продольной, так и поперечной в железобетонных перекрытиях и покрытии должна составлять не менее 0,25% от площади сечения бетона.

При этом указанная арматура должна быть непрерывной и стыковаться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов на проектирование железобетонных конструкций.

4.6 Горизонтальные связи бетонных или железобетонных навесных наружных панелей с несущими элементами здания должны воспринимать растягивающие усилия не менее 10 кН (1 тс) на 1 м длины панели при высоте этажа 3,0 м и 12 кН на 1 м длины панели при высоте этажа 3,5 м.

4.7 Вертикальная междуэтажная арматура пилона (колонны, стены) должны воспринимать растягивающие усилия не менее 10 кН (1 тс) на каждый квадратный метр грузовой площади этого пилона (колонны, стены).

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИМЕР РАСЧЕТА МОНОЛИТНОГО ЖИЛОГО ДОМА НА УСТОЙЧИВОСТЬ

ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

КИНЕМАТИЧЕСКОГО МЕТОДА ТЕОРИИ ПРЕДЕЛЬНОГО РАВНОВЕСИЯ

А1 Исходные данные.

А1.1 Описание конструктивной системы

Несущие конструкции жилого 22-этажного здания выполнены в монолитном железобетоне. План типового этажа здания представлен на рисунке А1.1. Конструктивная система здания смешанная: лестнично-лифтовой узел образует ядро жесткости, толщина несущих внутренних стен 22 см, толщина пилонов 40-50 см, длина пилонов до 240 см. Перекрытия и покрытия — монолитные, толщиной 20 см, ограждающие конструкции — навесные трехслойные панели. Все несущие конструкции здания выполнены из тяжелого бетона В25. Армирование перекрытий непрерывное симметричное одинаковое вдоль обоих направлений осей здания: верхняя арматура равна нижней и составляет clip_image01612А400 с ячейкой 30 см. Вертикальная (продольная) арматура внутренних стен и пилонов (симметричная относительно срединной плоскости стены) — 2clip_image016[1]12А400 с шагом 65 см, смежные этажи объединяются с помощью выпусков этой арматуры.

clip_image017

Рисунок A1.1. Расчетные схемы локального разрушения типового этажа

Высота этажа clip_image018 м. Несущие конструкции здания (за исключением конструкций лестнично-лифтового узла и балконов) симметричны в плане относительно оси 118 и середины пролета между осями 221-223.

А1.2 Нагрузки

Нормативные равномерно распределенные нагрузки на перекрытии: собственный вес 5,0 кН/мclip_image019; вес пола в квартирах 1,4 кН/мclip_image019[1]; вес пола на балконе 1,2 кН/мclip_image019[2]; вес перегородок внутри квартир 2,5 кН/мclip_image019[3]; длительная временная нагрузка от людей в квартирах и на балконах 0,3 кН/мclip_image019[4] [4]. Суммарная равномерно распределенная нагрузка: в квартирах 9,2 кН/мclip_image019[5]; на балконах 6,5 кН/мclip_image019[6]. Вес наружных стен 11,1 кН/пог. м; вес ограждения балконов 3,5 кН/пог. м.

А1.3 Расчетные сопротивления материалов

Буквенные обозначения величин, не оговоренные в настоящем расчете, приняты по СНиП 2.03.02-84*clip_image020, СНиП 52-01-2003clip_image019[7] и СП 52-101-03 [5, 6, 7].

________________

clip_image020[1] Действует до вступления в силу соответствующего технического регламента.

clip_image019[8] Носит рекомендательный характер до регистрации Минюстом России.

Бетон класса по прочности на сжатие В25 [7]: clip_image021 МПа; clip_image022 МПа.

Арматура clip_image016[2]12А400 [7]: сопротивление растяжению clip_image023 МПа; срезу clip_image024 МПа.

Несущие способности всех конструктивных элементов определяют по требованиям СП 52-101-03 с использованием программы ОМ "СНиП железобетон" [8].

А1.4 Расчетные схемы гипотетических локальных разрушений

Варианты расположения гипотетических локальных разрушений типового этажа, подлежащие проверке на устойчивость против прогрессирующего обрушения, показаны на рисунке А1.1.

По высоте здания локальное разрушение может быть расположено на любом этаже, поэтому если в здании несколько видов типовых этажей, то проверять нужно самый опасный (или каждый). Кроме того, необходимо проверить невозможность прогрессирующего обрушения конструкций чердака, покрытия, технических и подземных этажей. Здесь в качестве примера рассмотрены схемы разрушений N 1, N 2 и N 5 типового этажа.

Для удобства изложения материала стенам и пилонам присвоены номера, соответствующие номерам схем гипотетических локальных разрушений по рисунку A1.1.

На рисунке А1.2 представлена схема грузовых площадей в здании без повреждений.

clip_image025

Рисунок А1.2. Схема грузовых площадей в здании без повреждений

А2 Расчет конструкций, расположенных над локальным разрушением, кинематическим методом теории предельного равновесия

А2.1 Несущая способность отдельных конструктивных элементов

А2.1.1 Перекрытие.

Перекрытия всех этажей на всей площади здания ортотропны и симметрично армированы (см. п.А1).

Несущая способность поперечных сечений перекрытия шириной 1 м по изгибу: clip_image026 — при растяжении нижних (верхних) волокон при изгибе вдоль направления сотых осей; clip_image027 — при растяжении нижних (верхних) волокон при изгибе вдоль направления двухсотых осей. При армировании, описанном в п.А1, величины несущих способностей clip_image028, clip_image029, clip_image028[1] и clip_image029[1] одинаковы и определяются при clip_image030 см; clip_image031 см; растянутая арматура 3clip_image016[3]12А400; сжатая арматура не учитывается; clip_image032 МПа, бетон класса В25, clip_image033 МПа. Несущая способность сечения clip_image034 кН·м (при использовании программы [8] расчетные характеристики материалов вводились с коэффициентами надежности по материалу, равными 1, коэффициентом clip_image035). При ширине сечения clip_image036 см несущая способность сечений перекрытия составит clip_image037 кН·м /пог. м.

Площадь арматуры (как верхней, так и нижней) составляет clip_image038 смclip_image019[9]/пог. м, что соответствует clip_image039 площади сечения бетона, т.е. больше минимального армирования по п.4.5 данных Рекомендаций.

А2.1.2 Несущие пилоны.

А2.1.2.1 Пилон 1 по оси 215 между осями 113-115: длина 2,4 м; толщина 0,40 см; площадь вертикальной арматуры clip_image040 смclip_image019[10] (8clip_image016[4]12А400).

Грузовая площадь для этого пилона clip_image041 мclip_image019[11] (см. рисунок А1.2). Минимальное армирование составляет clip_image042 смclip_image019[12], требование п.4.7 выполнено: clip_image040[1] смclip_image019[13] >clip_image043 смclip_image019[14]. Несущая способность поперечного сечения по изгибу из плоскости стены при растяжении внутренних (или наружных) волокон определяется по [8] при: clip_image044 см; рабочей арматуре 4clip_image016[5]12А400; clip_image045 см;

clip_image032[1] Мпа; clip_image046 МПа (бетон класса В25), и равна clip_image047 кН м.

Несущая способность горизонтального сечения стены по растяжению clip_image048 кН.

Предельное усилие сдвига в горизонтальном сечении стены (при растяжении в вертикальном направлении) определяется без учета работы бетона clip_image049 кН.

А2.1.2.2 Пилон 2 по оси 115: длина 1,6 м; толщина 0,40 м; площадь вертикальной арматуры (6clip_image016[6]12А400) clip_image050 смclip_image019[15].

Минимальная площадь арматуры (суммарно по двум граням) в соответствии с п.4.7 данных Рекомендаций при грузовой площади (см. рисунок А1.2) clip_image051 мclip_image019[16] составляет clip_image052 смclip_image019[17]. Условие выполнено: clip_image050[1] смclip_image019[18]>clip_image053 смclip_image019[19].

Несущая способность горизонтального сечения пилона по растяжению clip_image054 кН; по сдвигу (при растяжении в вертикальном направлении) clip_image055 кН.

В соответствии с требованием об обеспечении пластичной работы конструкций п.3.3 данных Рекомендаций выполняется проверка прочности пилона по поперечной силе (п.п.3.2.3.2, 3.2.3.3 СП 52-101-03).

Прочность по бетонной полосе между наклонными сечениями:

clip_image056, где clip_image057 см; clip_image058 см; clip_image059;

clip_image060 кН.

Условие прочности выполняется.

Прочность по наклонному сечению определяется по СП 52-101-03, минимальное значение поперечного усилия, воспринимаемого бетоном

clip_image061 кН.

Условие прочности выполняется. Хрупкое разрушение невозможно.

А2.1.3 Внутренние стены толщиной 0,22 м.

Стена N 5 по оси 219 и примыкающие к ней стены (см. рисунок А1.1).

Площадь вертикальной арматуры clip_image062 смclip_image019[20]/пог. м по двум граням симметрично. Несущая способность горизонтального сечения по растяжению clip_image063 кН/м; по сдвигу clip_image064 кН/м.

А2.1.4 Наружные стены, выполненные из навесных трехслойных панелей.

Наружные стеновые панели с проемом, независимо от типа механизма прогрессирующего обрушения, работают на перекос как прямоугольные рамы. Трехслойные наружные стеновые панели с внутренним бетонным слоем толщиной не более 9 см и широкими оконными проемами (или двумя проемами: дверным и оконным, как в схемах N 1 и N 2 на рисунках А2.1 и A2.5) оказывают весьма незначительное сопротивление при перекосе, недостаточное для восприятия собственного веса панели (clip_image065, расчет здесь не приводится), и составляющее очень малую долю в суммарном сопротивлении конструкций прогрессирующему обрушению, в связи с чем принимается clip_image066.

А2.2 Проверка устойчивости здания при локальном разрушении его несущих конструкций по схеме N 1

Расчет выполняется в соответствии с п.3.4 настоящих Рекомендаций.

Рассматривается обрушение конструктивной ячейки в осях 113-116 и 215-217 (рисунок А1.1). Первично разрушается пилон 1 clip_image067-го этажа по оси 215 между осями 113 и 115. Проверяется невозможность обрушения зависших над локальным разрушением пилонов и участков перекрытий. Поскольку пилон 1 с другими вертикальными конструкциями соединяется только через перекрытие, прогрессирующему обрушению в данном случае сопротивляются на каждом этаже только перекрытия, разрушающиеся с образованием пластических шарниров, и стык перекрытия с пилоном.

А2.2.1 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения первого типа.

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А2.1. Пилоны 1 на всех этажах, зависших над "исчезнувшим" пилоном на clip_image067[1]-том этаже, поступательно смещаются вниз вместе с примыкающими участками перекрытий. В перекрытии образуются пластические шарниры.

clip_image068

Рисунок А2.1. Схема 1. Механизм обрушения первого типа

А2.2.1.1 Работа пилона 1.

Пилон поступательно смещается вниз, не разрушаясь. Работа внутренних сил clip_image069. Вес пилона clip_image070 кН; вертикальное перемещение под центром тяжести пилона clip_image071. Работа внешних сил clip_image072 кН.

А2.2.1.2 Сопротивление обрушению перекрытий.

Работа внутренних сил перекрытия суммируется по всем показанным на рисунке А2.1 и пронумерованным римскими цифрами пластическим шарнирам clip_image073 (clip_image0741,…clip_image075). Для каждого пластического шарнира clip_image076, где clip_image077 — изгибающий момент, воспринимаемый сечением перекрытия вдоль рассматриваемого пластического шарнира; clip_image078 — угол излома плиты.

Для шарнира I (с верхней растянутой зоной) при вертикальном перемещении clip_image0791 работу внутренних сил удобнее вычислять как clip_image080, где clip_image081 и clip_image082 — соответствующие размеры пластического шарнира в плане.

Работа внутренних сил на перемещениях пластических шарниров:

шарнир I: clip_image083 кН;

шарнир II: clip_image084 кН; clip_image085;

clip_image086 кН;

шарнир III: clip_image087 кН; clip_image088;

clip_image089 кН;

шарнир IV: clip_image090 кН; clip_image091; clip_image092 кН;

шарнир V: clip_image093 кН;

всего по перекрытию clip_image094 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

clip_image095 кН.

А2.2.1.3 Наружные стены и ограждение балконов.

Работа внутренних сил clip_image066[1].

Работа внешних сил clip_image096 кН.

А2.2.1.4 Проверка общего условия невозможности образования механизма первого типа.

Проверка производится по формуле (2)

clip_image097 кН;

clip_image098 кН.

Условие устойчивости нарушено. Необходимо усиление.

Поскольку доля перекрытия в суммарном сопротивлении прогрессирующему обрушению значительно больше, чем стен, усиление армирования следует принять для перекрытия. Принимается: верхняя и нижняя арматура 9clip_image016[7]12А400. Предельный изгибающий момент в сечении определяется по [6, 7, 8]:

clip_image099 кН·м/пог.*

__________________

* Соответствует оригиналу. — Примечание изготовителя базы данных.

Работа внутренних сил перекрытия с усиленным армированием:

шарнир I: clip_image100 кН;

шарнир II: clip_image101 кН;

шарнир III: clip_image102 кН;

шарнир IV: clip_image103 кН;

шарнир V: clip_image104 кН;

всего по перекрытию clip_image105 кН.

Всего по механизму первого типа: clip_image106 кН; clip_image107 кН.

При усилении армирования условие необрушения конструкций выполнено clip_image108.

А2.2.2 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения второго типа.

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А2.2. В перекрытии образуется диагональный пластический шарнир с растяжением верхней арматуры. Пилоны всех этажей, зависшие над "исчезнувшей" стеной на clip_image067[2]-том этаже, поворачиваются вместе с нижним перекрытием вокруг мгновенной оси вращения, совпадающей с пластическим шарниром в перекрытии, стык пилона 1 с верхним перекрытием разрушается по срезу.

clip_image109

Рисунок А2.2. Схема 1. Механизм обрушения второго типа

А2.2.2.1 Работа пилона

Предельное усилие сдвига в сечении стены clip_image110 кН (см. п.А2.3.1). Перемещение по линии действия усилия сдвига clip_image111, где расстояние от наружного торца стены до центра вращения clip_image112 м; clip_image113.

Работа внутренних сил clip_image114 кН.

Вес пилона clip_image115 кН; перемещение под центром тяжести пилона clip_image116; работа внешних сил clip_image117 кН.

А2.2.2.2 Сопротивление обрушению перекрытий.

Работа внутренних сил перекрытия (один пластический шарнир с верхней растянутой зоной)

clip_image118 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

clip_image119 кН.

А2.2.2.3 Наружные стены и ограждение балконов.

Работа внутренних сил clip_image066[2].

Работа внешних сил clip_image120 кН.

А2.2.2.4 Проверка общего условия невозможности образования механизма второго типа.

Проверка производится по формуле (2)

clip_image121 кН;

clip_image122 кН.

Условие необрушения конструкций выполнено.

А2.2.3. Оценка возможности возникновения механизма п/о третьего типа.

Для третьего механизма обрушения (рисунок А2.3) рассматривается отрыв перекрытия, расположенного непосредственно над локальным разрушением, от расположенного на нем пилона, пластический шарнир в плите тот же, что и в п.А2.2.2.

clip_image123

Рисунок А2.3. Схема 1. Механизм обрушения третьего типа

Для пилона: предельное усилие растяжения clip_image124 кН (см. п.А2.1.2), вертикальное перемещение clip_image125; работа внутренних сил clip_image126 кН; работа внешних сил clip_image127.

Для перекрытия — аналогично механизму прогрессирующего обрушения второго типа: clip_image128 кН; clip_image129 кН.

Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[3]; clip_image130 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма третьего типа:

clip_image131 кН;

clip_image132 кН.

Условие устойчивости выполнено. Прогрессирующее обрушение третьего типа невозможно.

А2.2.4 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения четвертого типа.

Рассматривается отрыв перекрытия, расположенного непосредственно над локальным разрушением, вместе с расположенным на нем пилоном — от верхнего перекрытия (рисунок А2.4), пластический шарнир в плите тот же, что и в п.А2.2.3.

clip_image133

Рисунок А2.4. Схема 1. Механизм обрушения четвертого типа

Для пилона: предельное усилие растяжения clip_image124[1] кН (см. п.А2.1.2), перемещение clip_image125[1]; работа внутренних сил clip_image134 кН. Работа внешних сил clip_image135 кН.

Для перекрытия: clip_image128[1] кН; clip_image129[1] кН.

Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[4]; clip_image130[1] кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма четвертого типа:

clip_image131[1] кН;

clip_image136 кН.

Условие устойчивости выполнено. Прогрессирующее обрушение четвертого типа невозможно.

А2.3 Проверка устойчивости здания при локальном разрушении его несущих конструкций по схеме N 2.

Рассматривается обрушение конструктивной ячейки в осях 115-117 и 215-217 (рисунок А1.1). Первично разрушается пилон 2 clip_image067[3]-го этажа, расположенный по оси 115’ у фасада по оси 215. Проверяется невозможность обрушения пилона, зависшего над локальным разрушением, и примыкающих участков перекрытия. Поскольку зависшие пилоны с другими вертикальными конструкциями соединяются только через перекрытие, прогрессирующему обрушению в данном случае сопротивляются на каждом этаже только перекрытия, разрушающиеся с образованием пластических шарниров, и стык перекрытия со стеной.

А2.3.1 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения первого типа

Пилоны всех этажей, зависших над "исчезнувшим" пилоном на clip_image067[4]-том этаже, одновременно поступательно смещаются вниз, в перекрытии образуются пластические шарниры с растяжением верхней (сплошная линия) или нижней (пунктирная линия) арматуры. Излом перекрытия возможен в двух вариантах.

А2.3.1.1 Вариант 1 прогрессирующего обрушения первого типа

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А2.5.

clip_image137

Рисунок А2.5 Схема 2. Механизм обрушения первого типа. Вариант 1

Пилон поступательно смещается вниз без разрушения, clip_image069[1].

Вес пилона clip_image138 кН; перемещение clip_image071[1]; работа внешних сил clip_image139 кН.

Работа внутренних сил перекрытия суммируется по всем показанным на рисунке А2.5 и пронумерованным римскими цифрами пластическим шарнирам clip_image073[1], (clip_image140I,…VII).

Работа внутренних сил на перемещениях пластических шарниров в перекрытии:

шарнир I: clip_image141 кН;

шарнир II: clip_image142 кН;

шарнир III: clip_image143 кН;

шарнир IV: clip_image144 кН;

шарнир V: clip_image145 кН;

clip_image146; clip_image147кН;

шарнир VI: clip_image148кН;

шарнир VII: clip_image149 кН;

всего по перекрытию clip_image150 кН.

Суммарная работа внутренних сил clip_image151 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

clip_image152 кН.

Работа внутренних сил наружных стен и ограждения балконов clip_image066[5].

Работа внешних сил clip_image153 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма первого типа (вариант 1) производится по формуле (2)

clip_image151[1] кН;

clip_image154 кН.

Условие необрушения конструкций выполнено clip_image155.

А2.3.1.2 Вариант 2 прогрессирующего обрушения первого типа

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А2.6 и отличается от рассмотренной в варианте 1 только изломом (и работой) перекрытия. Пластические шарниры с растяжением верхней фибры проходят по торцам пилонов, соседних с "разрушенным".

clip_image156

Рисунок А2.6. Схема 2. Механизм обрушения первого типа. Вариант 2

Для пилона clip_image069[2]; clip_image071[2]; clip_image157 кН.

Работа внутренних сил на перемещениях в пластических шарнирах в перекрытии:

шарнир I: clip_image158 кН;

шарнир II: clip_image159 кН (линия шарнира практически параллельна оси 117);

шарнир III: clip_image160 кН;

шарнир IV: clip_image161 кН;

шарнир V: clip_image162 кН;

шарнир VI: clip_image163 кН;

всего по перекрытию clip_image164 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

clip_image165 кН.

Работа внешних сил для наружных стен и ограждения балконов clip_image16666 кН.

Работа внутренних сил clip_image066[6].

Всего по варианту 2:

clip_image167 кН;

clip_image168 кН.

Условие устойчивости конструкций против прогрессирующего обрушения нарушено, фонового армирования недостаточно.

Увеличение пролетной арматуры (нижней) вдвое (шаг 150 мм одинаково вдоль направлений сотых и двухсотых осей) на полосе, указанной на рисунке А2.6, приведет к увеличению несущей способности сечений перекрытия в пластических шарнирах V и VI, а следовательно, и увеличению величины работы внутренних сил в этих шарнирах на треть:

шарнир V: clip_image169 кН;

шарнир VI: clip_image169[1] кН;

всего по перекрытию clip_image170 кН.

При указанном усилении армирования перекрытия условие устойчивости выполнено.

А2.3.2. Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения второго типа.

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А2.7. Пилоны всех этажей, зависших над "исчезнувшим" пилоном на clip_image067[5]-том этаже, поворачиваются вокруг мгновенного центра вращения, расположенного у торца ближайшего пилона внутри здания (на пересечении осей 116 и 217), стык пилона с верхним перекрытием разрушается по срезу. В перекрытии образуются пластические шарниры с растяжением верхней или нижней арматуры.

clip_image171

Рисунок А2.7. Схема 2. Механизм обрушения второго типа

А2.3.2.1 Работа пилона

Предельное усилие сдвига в сечении пилона clip_image172 кН (см. п.А2.4). Перемещение по линии действия усилия сдвига clip_image173, где расстояние от центра вращения до центра тяжести пилона по горизонтали clip_image174м;

clip_image175. Работа внутренних сил clip_image176 кН.

Вес пилона clip_image177 кН; вертикальное перемещение под центром тяжести пилона clip_image178; работа внешних сил clip_image179 кН.

А2.3.2.2 Сопротивление обрушению перекрытий

Перекрытие над локальным обрушением складывается "книжкой", причем центральный пластический шарнир скорее будет реализован двумя трещинами (пластическими шарнирами), охватывающими пилон по оси 115’, показанными на рисунке А2.7 штриховыми линиями. Для подсчета работ внутренних и внешних сил два шарнира заменяются одним, проходящим по биссектрисе (штрих-пунктирная линия), что идентично.

Работа внутренних сил перекрытия

шарнир I: clip_image180 кН;

шарнир II: clip_image181 кН;

шарнир III: clip_image182 кН;

clip_image183; clip_image184 кН;

всего по перекрытию clip_image185 кH.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

clip_image186 кН.

А2.3.2.3 Наружные стены и ограждение балконов.

Работа внутренних сил clip_image066[7].

Работа внешних сил clip_image187 кН.

А2.3.2.4 Проверка общего условия невозможности образования прогрессирующего обрушения механизма второго типа

Проверка производится по формуле (2)

clip_image188 кН;

clip_image189 кH.

Условие устойчивости выполнено.

А2.3.3 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения третьего типа.

Для третьего механизма обрушения (рисунок А2.8) рассматривается отрыв перекрытия, расположенного непосредственно над локальным разрушением от пилона верхнего этажа, пластические шарниры в плите те же, что и в п.А2.3.2.

clip_image190

Рисунок А2.8. Схема 2. Механизм обрушения третьего типа

Предельное усилие растяжения в сечении пилона clip_image191 кН (см. п.А2.4), перемещение clip_image192; работа внутренних сил clip_image193 кН; работа внешних сил (пилон остается на месте) clip_image127[1].

Для перекрытия: аналогично механизму прогрессирующего обрушения второго типа clip_image194 кН; clip_image195 кН.

Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[8]; clip_image196 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма третьего типа:

clip_image197 кH;

clip_image198 кН.

Условие устойчивости выполнено. Прогрессирующее обрушение третьего типа невозможно.

А2.3.4 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения четвертого типа.

Рассматривается отрыв перекрытия, расположенного непосредственно над локальным разрушением, вместе с расположенным на нем пилоном — от верхнего перекрытия (рисунок А2.9), пластические шарниры в плите те же, что и для механизма прогрессирующего обрушения третьего типа.

clip_image199

Рисунок А2.9. Схема 2. Механизм обрушения четвертого типа

Для пилона работа внутренних и внешних сил clip_image200 кН, clip_image201 кН.

Для перекрытия: clip_image194[1] кН; clip_image202 кН.

Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[9]; clip_image196[1] кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма четвертого типа:

clip_image203 кН;

clip_image204 кH;

Условие устойчивости выполнено. Прогрессирующее обрушение четвертого типа невозможно.

А2.4 Проверка устойчивости здания при локальном разрушении его несущих конструкций по схеме N 5

Рассматривается обрушение конструктивной ячейки в осях 120’-123 и 217-221 (рисунок А1.1). Первично разрушается участок стены clip_image067[6]-го этажа, расположенный по оси 219 между осями 120’-123 и примыкающие простенки наружной стены. Проверяется невозможность обрушения стен, зависших над локальным разрушением, и примыкающих участков перекрытий.

А2.4.1 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения первого типа

Поскольку зависшая над локальным разрушением стена не имеет проемов, первый механизм обрушения невозможен (см. п.3.3).

А2.4.2. Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения второго типа.

Участки стены по оси 219 (от фасада до оси 120’) всех этажей, зависших над локальным разрушением на clip_image067[7]-том этаже, поворачиваются вокруг мгновенного центра вращения, расположенного на пересечении осей 219 и 120’, стык стены с верхним перекрытием разрушается по срезу по всей длине.

В перекрытии образуются пластические шарниры с растяжением верхней или нижней арматуры. В расчете рассмотрено два варианта разрушения перекрытия.

А2.4.2.1 Вариант 1

Первый вариант гипотетического обрушения показан на рисунке А2.10. Короткая стена отрезается от стены по оси 219 и остается на месте.

clip_image205

Рисунок А2.10. Схема 5. Механизм обрушения второго типа. Вариант 1

а) Работа внутренних сил для стены по оси 219 складывается из двух величин: работа вертикальной (продольной) арматуры на срез и излом вертикального сечения по изгибающему моменту у оси 120’.

— Предельное усилие сдвига в горизонтальном сечении стены

clip_image206 кН (см. п.А2.1.2). Горизонтальное перемещение по линии действия усилия сдвига (стык стены с верхним перекрытием) clip_image207. Работа сил сдвига clip_image208 кН.

— На изгиб в своей плоскости стена работает как балка-стенка. В рассматриваемом случае несущая способность при изгибе стены определяется большим из двух значений, определенных в соответствии с рекомендациями СП 52-101-03:

— как изгибаемого бетонного элемента clip_image209,

— как изгибаемого железобетонного элемента определяется по [8].

Момент сопротивления сечения стены clip_image210 мclip_image211; несущая способность бетонного сечения clip_image212 кН·м. Несущая способность железобетонного сечения с горизонтальной арматурой 2clip_image016[8]8А400 с шагом 30 см (учтены 4 верхних ряда стержней) — clip_image213 кН·м.

В качестве расчетной величины принимается clip_image214 кН·м. Угол излома в сечении clip_image215. Работа внутренних сил при изломе стены по изгибу clip_image216 кН. Всего для поперечной стены clip_image217 кН.

Вес стены clip_image218 кН; вертикальное перемещение под центром тяжести стены clip_image219; работа внешних сил clip_image220 кН.

б) Сопротивление обрушению перекрытий определяется работой на углах поворота в пластических шарнирах.

Работа внутренних сил перекрытия

clip_image221 кН;

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия:

— в квартире clip_image222 кН;

— на балконе

clip_image223 кН;

— всего clip_image224 кН.

в) Работа внутренних сил наружных стен и ограждения балконов clip_image066[10]. Работа внешних сил clip_image187[1] кН.

г) Проверка общего условия невозможности образования механизма второго типа (вариант 1) производится по формуле (2)

clip_image225 кН;

clip_image226 кН.

Условие необрушения конструкций выполнено clip_image155[1].

А2.4.2.2 Вариант 2

Второй вариант гипотетического обрушения показан на рисунке А2.11. Поворот внутренней стены по оси 219 такой же, что и в варианте 1, поэтому работа внутренних и внешних сил при разрушении этой стены принимается из варианта 1:

clip_image227 кН; clip_image228 кН.

Работа внутренних сил перекрытия:

шарнир I: clip_image229 кН;

шарнир II: clip_image230 кН;

шарнир III: clip_image231 кН;

шарнир IV: clip_image232 кН;

шарнир V: clip_image233 кН;

всего по перекрытию clip_image234 кН.

clip_image235

Рисунок А2.11. Схема 5. Механизм обрушения второго типа. Вариант 2

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия:

— в квартире

clip_image236 кН;

clip_image237

— всего по перекрытию clip_image238 кН.

Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[11]; clip_image196[2] кН.

Всего по варианту 2:

clip_image239 кН > clip_image240 кН.

Условие устойчивости против прогрессирующего обрушения выполнено.

А2.4.3 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения третьего типа

Для третьего механизма обрушения (рисунок А2.12) рассматривается отрыв перекрытия, расположенного непосредственно над локальным разрушением, от стены верхнего этажа. Так же как во втором механизме прогрессирующего обрушения, здесь возможны два варианта возникновения пластических шарниров в перекрытии, на рисунке А2.13 показан первый вариант.

clip_image241

Рисунок А2.12. Схема 5. Механизм обрушения третьего типа

clip_image242

Рисунок А2.13. Схема 5. Механизм обрушения четвертого типа

Предельное усилие растяжения в сечении стены clip_image243 кН (п.2.1.2), вертикальное перемещение в середине стены clip_image244. Работа внутренних сил clip_image245 кН. Работа внешних сил (стена остается на месте) clip_image127[2].

Для перекрытия: аналогично механизму прогрессирующего обрушения второго типа clip_image246 кН; clip_image247 кН. Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[12]; clip_image248 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма третьего типа (вариант 1):

clip_image249 кН;

clip_image250 кН.

Условие устойчивости выполнено. Прогрессирующее обрушение третьего типа по варианту 1 невозможно.

Для варианта 2 условие устойчивости также выполняется, вычисления здесь не приводятся.

А2.4.4 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения четвертого типа

Рассматривается отрыв перекрытия, расположенного непосредственно над локальным разрушением, вместе с расположенным на нем участком стены — от верхнего перекрытия (рисунок А2.13), пластические шарниры в плите те же, что и для механизма прогрессирующего обрушения третьего типа. Вычисления приводятся для варианта 1 разрушения перекрытия.

Для стены по оси 219 работа внутренних сил clip_image251 кН; работа внешних clip_image228[1] кН (см. п.А2.4.2).

Для перекрытия: clip_image246[1] кН; clip_image247[1] кН.

Наружные стены и ограждение балконов: clip_image066[13]; clip_image196[3] кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма четвертого типа:

clip_image249[1] кН;

clip_image252 кH;

Условие устойчивости выполнено. Прогрессирующее обрушение четвертого типа по варианту 1 невозможно.

Для варианта 2 условие устойчивости также выполняется, вычисления здесь не приводятся.

A3 Расчет вертикальных элементов, расположенных рядом с локальным разрушением

Расчет выполняется по п.3.6 настоящих Рекомендаций.

В таблице А3.1 определены расчетные равномерно распределенные нагрузки на перекрытии для основного сочетания нагрузок на стадии эксплуатации (с коэффициентами надежности по нагрузкам [4]), а в таблице A3.2 — вес вертикальных элементов (на один этаж). По этим данным и по величинам грузовых площадей (рисунок А1.2) в таблице А3.3 определены расчетные нагрузки, передающиеся на стены 5,12 и пилоны 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11 с одного этажа.

Нормативные и расчетные нагрузки на перекрытии для основного сочетания нагрузок на стадии эксплуатации

Таблица A3.1

Вид нагрузки

 

Нормативное значение

Коэффициент надежности

Расчетное значение

   

кН/мclip_image019[21]

 

кН/мclip_image019[22]

Вес плиты

 

5,00

1,1

5,50

Пол

в квартире

1,40

1,3

1,82

 

на балконе

1,20

1,3

1,56

Перегородки

 

2,50

1,2

3,00

Временная нагрузка

 

1,50

1,3

1,95

Наружные стены

 

11,10

1,1

12,21

Ограждение балкона

 

3,50

1,1

3,85

Всего

в квартире

10,40

 

12,27

 

на балконе

7,70

 

9,01

Вес вертикальных элементов на этаж

Таблица A3.2

Пилон (стена)

Толщина

Длина

Вес

нормативный

расчетный

м

м

кН

кН

1

0,40

2,4

66,8

73,5

2

0,40

1,6

44,5

49,0

3

0,40

2,4

66,8

73,5

4

0,40

1,1

30,6

33,7

5

0,22

5,7

87,3

96,0

9

0,40

1,2

33,4

36,7

10

0,40

2,5

69,6

76,6

11

0,50

1,4

48,7

53,6

12

0,22

2,5

38,3

42,1

Расчетные нагрузки, передающиеся на вертикальные элементы с одного этажа на стадии эксплуатации

Таблица А3.3

Наименование

Ед. изм.

Вес стены

Наружные стены

Плита

Огражд. балкона

Всего

квартиры

балкона

1

2

3

4

5

6

7

8

Пилон N 1

сечение 400·2400 мм

Вес пилона

кН

73,5

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[23]

12,27

9,01

Грузовая площадь

мclip_image019[24]

17,74

9,15

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

3,85

Длина

м

8,9

7,4

Нагрузка на пилон

кН

73,50

108,67

217,67

82,44

28,49

510,8

Пилон N 2

сечение 400·1600 мм

Вес пилона

кН

49

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[25]

12,27

9,01

Грузовая площадь

мclip_image019[26]

18,56

7,30

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

3,85

Длина

м

4,7

4,7

Нагрузка на пилон

кН

49,00

57,39

227,73

65,77

18,10

418,0

Пилон N 3

сечение 400·2400 мм

Вес пилона

кН

73,5

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[27]

12,27

Грузовая площадь

мclip_image019[28]

28,91

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

Длина

м

4,8

Нагрузка на пилон

кН

73,50

58,61

354,73

0

0

486,8

Пилон N 4

сечение 400·1100 мм

Вес пилона

кН

33,7

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[29]

12,27

Грузовая площадь

мclip_image019[30]

23,3

Погонная нагрузка

кН/м

Длина

м

Нагрузка на пилон

кН

33,70

0

285,89

0

0

319,6

Стена N 5

сечение 220·5700 мм

Вес стены

кН

96

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[31]

12,27

9,01

Грузовая площадь

мclip_image019[32]

18,2

7,50

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

3,85

Длина

м

4,75

3,5

Нагрузка на стену

кН

96

58,00

223,31

67,58

13,48

458,4

Пилон N 9

сечение 400·1200 мм

Вес пилона

кН

36,7

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[33]

12,27

9,01

Грузовая площадь

мclip_image019[34]

14,09

1,96

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

3,85

Длина

м

4,2

3,2

Нагрузка на пилон

кН

36,7

51,28

172,88

17,66

12,32

290,8

Пилон N 10

сечение 220·2500 мм

Вес пилона

кН

76,6

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[35]

12,27

9,01

Грузовая площадь

мclip_image019[36]

28,73

6,44

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

3,85

Длина

м

4,8

5,6

Нагрузка на пилон

кН

76,6

58,61

352,52

58,02

21,56

567,3

Пилон N 11

сечение 500·1400 мм

Вес пилона

кН

53,6

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[37]

12,27

9,01

Грузовая площадь

мclip_image019[38]

13,53

10,63

Погонная нагрузка

кН/м

12,21

3,85

Длина

м

3,7

3,7

Нагрузка на пилон

кН

53,6

45,18

166,01

95,78

14,78

374,8

Стена N 12

сечение 220·2500 мм

Вес стены

кН

42,1

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[39]

12,27

Грузовая площадь

мclip_image019[40]

6,39

Погонная нагрузка

кН/м

Длина

м

Нагрузка на стену

кН

42,1

0

78,41

0

0

120,5

На рисунках А3.1-А3.3 представлены схемы грузовых площадей для типового этажа здания с локальными разрушениями по схемам 1, 2 и 5, соответственно. Как видно из рисунков, нагрузка, ранее воспринимавшаяся удаляемым пилоном (стеной), перераспределяется на два-три ближайших несущих пилона (стену). По нагрузкам, указанным в п.А1.2, и с использованием величин грузовых площадей, приведенных на рисунках А3.1-А3.3, в таблицах А3.4, A3.5 и А3.6 для схем гипотетического локального разрушения 1, 2 и 5, соответственно, определены расчетные усилия (с одного этажа) в стенах и пилонах, расположенных рядом с удаляемым (разрушенным) вертикальным элементом и воспринимающих часть нагрузки, раннее воспринимавшейся этим удаленным (разрушенным ) элементом.

Кроме того, в таблицах A3.4, А3.5 и A3.6 проведено сравнение полученных усилий с усилиями, передающимися на пилон (стену) при максимальном загружении эксплуатационными нагрузками (из таблицы А3.3).

Увеличение усилий в пилонах (стенах) для рассмотренных схем гипотетических локальных разрушений составляет:

Схема 1: пилон N 2 — 30%; пилон N 3 — 20%;

Схема 2: пилон N 1 — 5%; пилон N 9 — 37%;

Схема 5: пилон N 10 — 4%; пилон N 11 — 20%; стена N 12 — 70%.

В соответствии с п.3.6 настоящих Рекомендаций необходимо проверить прочность пилона N 9 при локальном разрушении по схеме 2 на первом этаже здания. Усилия в пилоне определяются из упругого расчета здания, выполненного с использованием ПК SCAD для двух расчетных схем:

а) без локальных разрушений clip_image253 кН, clip_image254;

б) с локальным разрушением по схеме 2, т.е. с удалением пилона N 2

clip_image255 кН, clip_image256 кН·м (из плоскости пилона).

В обоих случаях нагрузки принимались по п.А1.2.

clip_image257

Примечание.

Пунктиром обозначен условно разрушенный пилон N 1.

Рисунок А3.1. Схема грузовых площадей при гипотетическом локальном разрушении по схеме N 1

clip_image258

Примечание.

Пунктиром обозначен условно разрушенный пилон N 2.

Рисунок А3.2. Схема грузовых площадей при гипотетическом локальном разрушении по схеме N 2

clip_image259

Примечание.

Пунктиром обозначена уcловно разрушенная стена N 5.

Рисунок А3.3. Схема грузовых площадей при гипотетическом локальном разрушении по схеме N 5

Нагрузки, передающиеся на пилоны N 2 и N 3 при локальном разрушении по схеме 1

Таблица A3.4

Наименование

Ед. изм.

Пилон (стена)

Наружные стены

Плита

Огражд. балкона

Всего

квартиры

балкона

Пилон N 2

сечение 400·1400 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 1

кН

44,5

Вес пилона 2

кН

66,8

Коэффициент

0,5

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[41]

9,2

6,5

Грузовая площадь

мclip_image019[42]

26,2

14,86

Погонная нагрузка

кН/м

11,1

3,5

Длина

м

8,5

10

Нагрузка на пилон

кН

77,9

94,35

241,04

96,59

35

545

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

418

Перегруз

1,30

Пилон N 3

сечениe 400·1200 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 3

кН

66,8

Вес пилона 2

кН

66,8

Коэффициент

0,5

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[43]

9,2

6,5

Грузовая площадь

мclip_image019[44]

39

1,59

Погонная нагрузка

кН/м

11,1

3,5

Длина

м

9,8

2

Нагрузка на пилон

кН

100,2

108,78

358,8

10,34

7

585

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

487

Перегруз

1,20

Нагрузки, передающиеся на пилоны N 1 и N 9 при локальном разрушении по схеме 2

Таблица А3.5

Наименование

Ед. изм.

Пилон (стена)

Наружные стены

Плита

Огражд. балкона

Всего

квартиры

балкона

Пилон N 1

сечение 400·2400 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 1

кН

66,8

Вес пилона 2

кН

44,5

Коэффициент

0,5

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[45]

9,2

6,5

Грузовая площадь

мclip_image019[46]

23,56

12,43

Погонная нагрузка

кН/м

11,1

3,5

Длина

м

10,6

9,1

Нагрузка на пилон

кН

89,05

117,66

216,75

80,80

31,85

536

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

511

Перегруз

1,05

Пилон N 9

сечение 400·1200 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 9

кН

33,4

Вес пилона 2

кН

44,5

Коэффициент

0,5

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[47]

9,2

6,5

Грузовая площадь

мclip_image019[48]

22,62

5,80

Погонная нагрузка

кН/м

11,1

3,5

Длина

м

6,8

5,8

Нагрузка на пилон

кН

55,65

75,48

208,1

37,7

20,3

397

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

291

Перегруз

1,37

Нагрузки, передающиеся на пилоны N 10, 11 и стену N 12 при локальном разрушении по схеме 5

Таблица А3.6

Наименование

Ед. изм.

Пилон (стена)

Наружные стены

Плита

Огражд. балкона

Всего

квартиры

балкона

1

2

3

4

5

6

7

8

Пилон N 10

сечение 400·2500 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 10

кН

69,6

Вес стены 5

кН

87,3

Коэффициент

0,3

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[49]

9,2

6,5

Грузовая площадь

мclip_image019[50]

36,24

9,38

Погонная нагрузка

кН/м

11,1

3,5

Длина

м

6,5

7,5

Нагрузка на пилон

кН

95,79

72,15

333,41

60,97

26,25

589

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

567

Перегруз

1,04

Пилон N 11

сечение 500·1400 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 11

кН

48,7

Вес стены 5

кН

87,3

Коэффициент

0,3

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[51]

9,2

6,5

Грузовая площадь

мclip_image019[52]

19,85

15,17

Погонная нагрузка

кН/м

11,1

3,5

Длина

м

6,46

6

Нагрузка на пилон

кН

74,89

71,71

182,62

98,61

21

449

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

375

Перегруз

1,20

Пилон N 12

сечение 220·2500 мм

При локальном разрушении

Вес пилона 12

кН

38,3

Вес стены 5

кН

87,3

Коэффициент

0,2

Распред. нагрузка

кН/мclip_image019[53]

9,2

Грузовая площадь

мclip_image019[54]

9,26

Погонная нагрузка

кН/м

Длина

м

Нагрузка на пилон

кН

55,76

0

85,19

0

0

141

Нагрузка на пилон в эксплуатации

кН

121

Перегруз

1,17

Расчет прочности пилона на внецентренное сжатие производился по [6, 7, 8] с учетом случайного эксцентриситета и продольного изгиба пилона при его расчетной длине 2,3 м. Величина нормальной силы принималась: от длительно действующих нагрузок clip_image253[1] кН; от кратковременных нагрузок clip_image260 кН. Изгибающий момент clip_image256[1] кН·м (от длительно действующих нагрузок). В сечении требуется арматура 12clip_image016[9]14A400 по обеим сторонам сечения.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИМЕР РАСЧЕТА МОНОЛИТНОГО ЖИЛОГО ДОМА НА УСТОЙЧИВОСТЬ

ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА "LIRA.9.2"

Б1 Расчетная модель

Описание конструктивной системы здания и величины действующих нагрузок приведены в п.А1.1.

В данном примере рассматривается локальное разрушение по схеме N 2, т.е. удаляется пилон N 2, расположенный по оси 115’ (см. рисунок А1.1). Поскольку все типовые этажи имеют одинаковые конструктивные и архитектурно-планировочные решения, в расчетной модели удален пилон первого этажа.

Расчет выполнялся с использованием программного комплекса "LIRA.9.2" с учетом геометрической и физической нелинейности. Размеры конечных элементов в расчете не превышали 40-50 см. Расчетная модель здания представлена на рисунке Б1, разрез по оси 115’ и фрагмент расчетной модели (нижние этажи) приведены на рисунках Б2 и БЗ, соответственно.

clip_image261

Рисунок Б1. Расчетная модель здания с удаленным пилоном первого этажа

clip_image262

Рисунок Б2. Расчетная модель, разрез по оси 115’

clip_image263

Рисунок Б3. Фрагмент расчетной модели (нижние этажи)

Поскольку в расчете учитывались лишь вертикальные нагрузки и воздействие локального разрушения, а конструктивная система здания практически симметрична относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось 118, расчетная модель составлена для половины здания, расположенной между осями 113-118 и 215-229. В плоскости симметрии здания (см. рисунок Б2) в расчетной модели установлены связи, моделирующие симметричную работу конструкций. Из-за того, что моделировалась половина здания, удаление пилона по оси 115’ означало фактически и удаление пилона по оси 120’, однако это не влияет на результаты расчета, т.к. эти пилоны расположены на большом расстоянии друг от друга (это видно на рисунке Б4).

clip_image264

Рисунок Б4. Деформированное состояние конструкций, разрез по оси 115’

Б2 Результаты расчета

Деформированное состояние конструкций представлено на рисунках Б4 (разрез по оси 115’) и Б5 (фрагмент нижних этажей). Как видно из рисунка Б4, прогибы перекрытия по всей высоте здания одинаковы, что подтверждает правомерность применения в настоящих Рекомендациях формулы (2) п.3.4, рассматривающей равновесие одного (каждого) этажа.

clip_image265

Рисунок Б5. Деформированное состояние конструкций, фрагмент нижних этажей

На рисунках Б6 и Б7 представлены поля главных напряжений clip_image266 и расчетные схемы развития трещин на верхней и нижней поверхностях перекрытия, расположенного над удаленным пилоном. Для сравнения на рисунках Б6 и Б7 показаны направления пластических шарниров с растяжением в верхней и нижней зоне, соответственно, принятые в расчете конструкций при схеме 2 (механизм первого типа, вариант 2) кинематическим методом, представленные на рисунке А2.5.

Сопоставив поступательное перемещение вниз пилонов, расположенных над удаленным пилоном на всех этажах здания (рисунок Б5), с основными направлениями образования трещин в перекрытии (рисунки Б6 и Б7), можно составить расчетную схему разрушения конструкций. Поскольку направление трещин в предельном состоянии определяет линию возникновения пластического шарнира, полученная расчетная схема разрушения практически идентична приведенной на рисунке А2.6 схеме прогрессирующего обрушения по механизму первого типа (вариант 2), рассмотренной в расчете кинематическим методом теории предельного равновесия.

clip_image267

Рисунок Б6. Главные напряжения clip_image266[1] (T/Mclip_image019[55]) и расчетные схемы развития трещин на верхней поверхности перекрытия

clip_image268

Рисунок Б7. Главные напряжения clip_image266[2] (Т/Мclip_image019[56]) и расчетные схемы развития трещин на нижней поверхности перекрытия

В расчете, приведенном в приложении А (см. п.А2.3), также получено, что для гипотетического локального разрушения по схеме N 2 наиболее опасным типом обрушения является вариант 2 первого механизма.

На рисунках Б8 и Б9 представлены расчетные поля напряжений по нормальной силе, действующей в перекрытии вдоль осей clip_image269 и clip_image270, а на рисунках Б10 и Б11 — поля напряжений по изгибающим моментам, действующим в плоскостях, ортогональных осям clip_image269[1] и clip_image270[1].

clip_image271

Рисунок Б8. Поля напряжений по нормальной силе clip_image272 (ТМ/М)

clip_image271[1]

Рисунок Б9. Поля напряжений по нормальной силе clip_image273 (T/Mclip_image019[57])

clip_image274

Рисунок Б10. Поля напряжений по изгибающему моменту clip_image275 (ТМ/М)

clip_image276

Рисунок Б11. Поля напряжений по изгибающему моменту clip_image277 (TM/M)

В перекрытии над удаленным пилоном первого этажа действуют изгибающие моменты и нормальные силы (сжатие), полученные осреднением по трем конечным элементам: clip_image278 кН·м/пог. м clip_image279 кН/пог. м, clip_image280 кН·м/пог. м, clip_image281 кН/пог. м. Из расчета прочности сечения перекрытия на внецентренное сжатие, выполненного с использованием [7, 8], определяется площадь арматуры класса А400 (нижней) на этом участке перекрытия:

— стержни, параллельные оси clip_image270[2] (сотым осям здания) clip_image282 смclip_image019[58]/пог. м;

— стержни, параллельные оси clip_image269[2] (двухсотым осям здания) clip_image283clip_image019[59]/пог. м.

В расчете, выполненном кинематическим методом предельного равновесия (см. п.А2.3.1.2), на том же участке перекрытия арматуры (нижней) требуется меньше: clip_image284 смclip_image019[60]/пог. м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. "Рекомендации по защите жилых зданий стеновых конструктивных систем при чрезвычайных ситуациях", Комплекс архитектуры, строительства, реконструкции и развития города, М., 2000 г.

2. "Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях", Москомархитектура, М, 2002 г.

3. "Рекомендации по защите жилых зданий с несущими кирпичными стенами при чрезвычайных ситуациях", Москомархитектура, М., 2002 г.

4. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М., 2004 г.clip_image285

_______________

clip_image285[1] Действует до вступления в силу соответствующего технического регламента.

5. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1996 г.clip_image286

_______________

clip_image286[1] Носит рекомендательный характер до регистрации Минюстом России.

6. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М., 2004 г.

7. СП 52-101-03. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М., 2003 г.

8. ОМ "СНиП железобетон". Описание программы см. WWW.dataforce.net/~Krakov.

9. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. М., 1999 г.

10. МГСН 3.01-01. Жилые здания. М., 2001 г.

11. Городецкий А.С., Батрак Л.Г., Городецкий Д.А., Лазнюк М.В., Юсипенко СВ. "Расчет и проектирование конструкций высотных зданий из монолитного железобетона", Киев "ФАКТ", 2004 г.

Электронный текст документа

подготовлен ЗАО "Кодекс" и сверен по:

/ Правительство Москвы. Москомархитектура. — М., 2005