Причины потери устойчивости зданий

Содержание

Нормы проектирования конструкции высотных зданий

Причины потери устойчивости зданий

11 мая 2016 г.

Конструкции высотных зданий должны обладать необходимой жесткостью и прочностью, обеспечивающей безопасность здания на этапе строительства и эксплуатации согласно действующим нормам проектирования.

Прочность конструкций должна обеспечивать безопасность здания на основании общих норм проектирования конструкций.

Кроме этого в связи с особенностями высотного здания должны выполняться еще два важных условия:

  • при предельной нагрузке должна быть обеспечена безопасность здания (как во время строительства, так и во время эксплуатации), в том числе при сейсмических воздействиях. При расчете на устойчивость, необходимо учитывать зависимость «нагрузка-прогиб», силовые и температурные деформации, а также меры по предупреждению обрушения здания;
  • конструкции должны иметь необходимую жесткость, особенно жесткость на сдвиг, для предотвращения образования трещин в бетоне, обеспечивать комфортность внутренней среды при сейсмических воздействиях.

В этой главе рассматривается устойчивость, связь жесткости и комфортности, а также вопросы конструктивной безопасности высотных зданий.

Устойчивость элементов здания

При воздействии предельных нагрузок и сочетаний различных воздействий необходимо выполнять подробный анализ напряженного состояния (см. главу 5). В анализ следует включать уровень нагружения конструкции (запас прочности), значения коэффициентов надежности по нагрузке и др.

Чтобы исключить опасность обрушения здания при дефектах в элементах конструкций, необходимо обратить внимание на определение предельных нагрузок для наиболее уязвимых элементов.

Для каждого рассматриваемого случая, например, силовые деформации, температурные воздействия, рассчитываются дополнительные напряжения, учитывающие эти воздействия, которые необходимо также включать в анализ конструкций при проектировании.

В общем случае зависимость второго порядка нагрузки от перемещения имеет две составляющие:

  1. зависимость нагрузки и вертикальных перемещений в изгибаемых элементах (зависимость Р-S). Внутренние напряжения зависят от формы изгибаемых элементов, часто в центре конструкции они имеют наибольшие значения, а по краям — минимальные или равные нулю;
  2. под влиянием горизонтальных ветровых нагрузок и сейсмических воздействий появляются горизонтальные перемещения, которые обусловливают дополнительную зависимость от нагрузки (кривая Р-А). Анализ и расчеты показывают, что для высотных зданий зависимость Р-S носит незначительный характер, а горизонтальные перемещения и зависимость Р-А имеет большое значение, т.к. увеличение внутренних усилий происходит, когда перемещения ведут к большим деформациям элементов, что влечет за собой потерю устойчивости. Таким образом, следует при расчете устойчивости элементов здания уделять особое внимание зависимости Р-А.

Расчет устойчивости здания

При увеличении высоты и ширины здания увеличиваются внутренний объем и масса здания, а пространственная жесткость здания уменьшается. Поэтому необходимо уделять особое внимание проблемам устойчивости многоэтажного здания.

Вероятность потери устойчивости относительно невысоких зданий очень мала, так как критическое значение для несущих конструкций от вертикальных нагрузок не достигается. При воздействиях ветровых и сейсмических нагрузок появляются горизонтальные перемещения.

Зависимость Р-А от собственного веса в этом случае приводит к увеличению внутренних усилий, а следовательно, к потере устойчивости. Такая потеря устойчивости гораздо вероятнее и больше, чем от вертикальных нагрузок при отсутствии горизонтальных смещений.

Поэтому проектирование конструкции многоэтажных зданий, главным образом, ведут по устойчивости, а расчеты производят на потерю устойчивости согласно зависимости Р- А от ветровых и сейсмических воздействий.

Ниже будут рассмотрены предельные нагрузки, зависимости Р- А от различных воздействий и коэффициенты потери устойчивости, вводимые в расчет.

Предельные нагрузки на конструкции высотных зданий

Высотные здания при расчетах рассматриваются как стойки при отношении высоты к ширине от 3-х до 8-ми. Существует три типа потери устойчивости здания: сдвиговая, изгибная и изгибно-сдвиговая.

При каркасной конструктивной системе обычно происходит сдвиговая потеря устойчивости; при панельной — изгибная; при каркасно-панельной и каркасной с цилиндрическим ядром жесткости — изгибно-сдвиговая.

Предельные нагрузки при сдвиговой потере устойчивости

Обычно сдвиговая потеря устойчивости представляет собой потерю устойчивости целыми этажами. Это происходит из-за изгибных перемещений колонн и ригелей.

Для удобного анализа построены диаграммы зависимостей.

Для поперечно-изгибаемой конструкции на рис.1 показана кривая зависимости отношения изгибной жесткости к постоянной нагрузке от относительного горизонтального перемещения (ОГЖПН).

Для сдвигаемой конструкции, на рисунке- кривая зависимости ОГЖПН от относительного сдвигового перемещения. На обоих рисунках слева показана линия, параллельная оси у, которая является асимптотой гиперболы, соответственно.

Эти кривые — приближенные выражения предельной нагрузки на конструкцию.

Устойчивость здания

Из рисунков видно, что чем меньше ОГЖПН, тем больше относительные горизонтальные перемещения. Рассмотрим механизм измерения значений ОГЖПН.

Если рассматриваемая кривая P-А находится в пределах перемещений менее чем на 10—15%, то уменьшение ОГЖПН приводит к малому увеличению кривой P-А.

Если рассматриваемая кривая P-А находится в пределах перемещений больше 20%, то незначительное уменьшение ОГЖПН приводит к резкому возрастанию кривой Р- А, что ведет за собой потерю устойчивости конструкции.

Следовательно, основой проектирования конструкции на устойчивость является регулирование отношения горизонтальной жесткости к постоянной нагрузке (ОГЖПН).

На рисунках можно также видеть, что, когда ОГЖПН поперечно- изгибаемой конструкции меньше 1,4 и ОГЖПН сдвигаемой конструкции меньше 10, кривая P-А резко увеличивается.

Следовательно, проектирование таких конструкций с такими параметрами нежелательно.

Из вышесказанного следует, что обеспечение устойчивости всего здания включает следующие условия:

Если конструкция отвечает одному из данных условий, то конструктивная безопасность здания из условия устойчивости будет обеспечена. Таким образом, обычно регулируют кривую P-А, ограничивая ее в пределах 20%.

Если ОГЖПН конструкции еще уменьшить, то кривая P-А носит нелинейный характер и резко увеличивается, это приведет к потери устойчивости всего здания.

Нужно отметить, что кроме выполнения предыдущих условий при проектировании еще надо рассчитать кривую P-А, которая определит перемещения конструкции от внутренних усилий.

В первой формуле изгибную жесткость можно приближенно заменить приведенной жесткостью, эквивалентной жесткости изгибаемых и вертикальных элементов.

Анализ расчета зависимости Р-Д изучается в других статьях

Дня железобетонных конструкций высотных зданий, проектируемых по «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002), вводится коэффициент запаса, рассчитанный на основе зависимости Р-Д. Конструктивное перемещение от расчетной нагрузки второго порядка умножается на коэффициент запаса. Внутренние усилия М и Q в элементах (балках, колоннах, стенах-диафрагмах), вычисленные от нагрузок второго порядка, также умножаются на коэффициент запаса. Коэффициенты запаса для перемещений F1, F1i и коэффициенты запаса для внутренних усилий момента и поперечной силы (М, Q) F2, F2i определяются по формулам:

Читайте также  Сухотруб на кровлю здания

На рисунках выше ясно видно, что когда ОГЖПН поперечно-изгибаемой конструкции больше 2,7 и ОГЖПН сдвигаемой конструкции больше 20, то увеличение кривой Р-Д приведет к увеличению внутренних усилий и перемещений не более 5%.

При уменьшении жесткости на 50% внутренние усилия увеличиваются не более чем на 10%.

Поэтому, если для конструкций выполняют нижеследующие условия, то нагрузка второго порядка воздействует незначительно и в расчетах не учитывается.

Для панельной, каркасно-панельной и каркасной с цилиндрическим ядром жесткости конструкций здания должны выполняться определенные условия:

Расчеты железобетонных конструкций выполняются с учетом формулы, учитывая кривую нагрузки второго порядка. Для железобетонных конструкций многоэтажные зданий задается ограничение перемещений регулировкой жесткостей конструкции.

Однако такая конструкция соответствует предельным значениям перемещений и не соответствует оптимальному значению ОГЖПН при проектировании с позиций устойчивости.

Особенно это относится к случаю, когда горизонтальные нагрузки незначительны, соответственно принятая по конструктивным требованиям жесткость не большая и принятые по предельным ограничениям перемещения далеки от расчетных.

Условия жесткости в этом случае не связаны со значением горизонтальной нагрузки.

Источник: http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/proektirovanie-zdaniy-i-sooruzheniy/normy-proektirovaniya-konstruktsii-vysotnykh-zdani/

От чего зависит устойчивость конструкции. Расчет. Потеря устойчивости

Причины потери устойчивости зданий
Образование 19 августа 2017

Строительством объектов различного назначения человек занимается всегда. Возводимые сооружения должны быть прочными и долговечными. Для этого нужно обеспечить устойчивость конструкции. Об этом читайте в статье.

Что такое устойчивость?

Это способность конструкции или отдельных ее элементов сохранять одно из двух состояний: равновесие или движение во времени при воздействии небольших возмущений. Другими словами, способность, при которой сохраняется форма или первоначальное положение конструкции, называется устойчивостью.

Неустойчивость – способность конструкции, характеризующаяся получением больших перемещений при незначительных колебаниях.

Потеря устойчивости

Это явление очень опасно для конструкции в целом и для ее отдельных элементов в частности. Если конструкция из устойчивого состояния переходит в неустойчивое, такое явление называется потерей устойчивости.

Бывает, что причину, по которой разрушаются конструкции и сооружения, нужно искать не в нарушении их прочности. Это случается тогда, когда происходит потеря устойчивости конструкции. Известны случаи, когда из-за этого разрушались целые сооружения.

Причиной такой крупной катастрофы может быть потеря устойчивости отдельно взятых элементов.

Причины потери устойчивости

Устойчивость конструкций и сооружений свойственно терять листовым элементам, так как они обладают способностью сжиматься.

Поэтому перед их использованием нужно обязательно определить, будет или нет теряться устойчивость элементов конструкции после сварки.

Если этого не сделать, сжимающее напряжение, оставшееся после сварки, может быть причиной, по которой листовые сварные элементы конструкции потеряют устойчивость.

Элементы конструкций имеют первоначальную форму равновесия.

Если устойчивость конструкций здания теряется, то и равновесие элементов нарушается, а это влечет за собой потерю их работоспособности и в дальнейшем приводит к аварии всей конструкции. В практике строительства таких случаев немало.

Вязкоупругим элементам, присутствующим в конструкции, свойственно деформироваться и прогибаться. Такие характеристики принято называть функциями времени.

В этой связи устойчивость конструкции разделяется на мгновенную и длительную.

Поэтому в требованиях, предъявляемых к элементам конструкции, кроме ее массы, нагрузки на нее, указывается срок эксплуатации.

Потеря устойчивости может произойти из-за сжимающего напряжения в элементах конструкции. Это актуально для авиационной техники со сверхзвуковой скоростью, так как обшивка летательного аппарата нагревается неодинаково. Это приводит к неравномерному распределению температур.

Устойчивость конструкции нарушается при воздействии на нее критической нагрузки. В большинстве случаев это приводит к ее разрушению. Поэтому очень важно при возведении сооружения делать расчет конструкций на устойчивость, а не только на прочность элементов и узлов.

Местная устойчивость

Это устойчивость элементов конструкции. Если происходит их выпучивание в результате воздействия на них напряжений сжимающего или касательного характера, о таком явлении говорят, что происходит потеря местной устойчивости.

Прочность конструкции снижается, когда теряется устойчивость стенки. Если она находится рядом с опорой, то на нее воздействует касательное напряжение. Под ее влиянием стенка перекашивается.

По укороченным диагоналям она сжимается, а по удлиненным – вытягивается. Происходит вспучивание стенки, образование волн. Препятствовать этому явлению можно с помощью установки по вертикали ребер жесткости.

Они будут пересекать вспученные места, выпрямляя стенку.

Устойчивость конструкции, а именно стенок и пояса может быть потеряна не только от касательных напряжений. Они в малой степени влияют на стенку середины балки, здесь на нее воздействуют нормальные напряжения, которые могут стать потерей устойчивости конструкции.

Расчет строительных конструкций

Целью расчета является обеспечение заданных условий эксплуатации конструкции с соблюдением ее прочности и минимальных затрат.

При расчете учитывается воздействие силовых и других воздействий на элементы конструкции с учетом предельных состояний, которые делятся на две группы.

Первая – когда потеряна несущая способность конструкции или она полностью непригодна к эксплуатации; вторая – когда нормальная эксплуатация сооружения затруднена.

Воздействия и нагрузки

Во время эксплуатации любая конструкция испытывает определенные нагрузки и воздействия на нее. На работу всей конструкции влияет природа, продолжительность и характер воздействий. От них зависит устойчивость конструкции.

Нагрузки бывают:

  • От веса самой конструкции.
  • От веса оборудования, людей, материалов, давления газов и жидкостей.
  • Нагрузки атмосферные – ветер, снег, гололед.
  • Температурные и сейсмические воздействия.
  • Биологические (процесс гниения), химические (коррозийные явления), радиационные воздействия, в результате которых изменяются свойства материалов. Это влияет на срок эксплуатации конструкции.
  • Нагрузки аварийные, которые возникают, если нарушается технологический процесс, поломка оборудования, линии электропередач и прочее.

Сооружения из железобетонных конструкций

Железобетон – комплексный материал для строительства, в состав которого входит бетон и сталь. Используя природные свойства веществ, получают материал, который способен воспринимать усилия сжимающего и растягивающего характера.

Железобетонные конструкции используются в строительстве как основные конструкции. Они обладают высокой прочностью, долговечностью, стойкостью.

Для их производства можно использовать строительные материалы данной местности, они просты в образовании желаемых форм, не требуют больших расходов.

Железобетонные конструкции имеют ряд недостатков. Они обладают большой плотностью, высокой тепло- и звукопроводностью. При усадке конструкции и силовом воздействии со временем могут появиться трещины.

Сборные конструкции из железобетона

Конструкции и элементы из железобетона бывают монолитными и сборными. Монолитные производят прямо на строительной площадке, а сборные – на заводах с использованием специального оборудования. Особой группой выделяются конструкции с внешним армированием профилями из металла.

Читайте также  Определение огнестойкости строительных конструкций зданий и сооружений

Конструкции из железобетона, изготовленные в заводских условиях, используются для строительства помещений различного назначения, благоустройства территорий, изготовления труб, свай, шпал, опор для линий электропередач и многого другого.

Монолитные железобетонные конструкции (сборные) используются для возведения гидротехнических сооружений, в транспортном и подземном строительстве, в малоэтажном и многоэтажном строительстве жилых домов и административных зданий.

Преимущества и недостатки

Сборные строительные конструкции имеют неоспоримое преимущество — их производство осуществляется на заводах, оснащенных специальным оборудованием.

За счет этого уменьшаются сроки изготовления производимых конструкций, и увеличивается их качество.

Изготовить предварительно напряженные конструкции из железобетона возможно только на заводе.

Строительные конструкции не так безупречны. Их недостатком является то, что выпускать их в широком ассортименте невозможно. Это касается, в первую очередь, разнообразия форм.

На заводах же производят конструкции для массового использования. Поэтому в городах и других населенных пунктах появляется много однотипных сооружений: жилых и административных.

Это приводит к тому, что архитектура региона застройки деградирует.

Изготовление железобетонных конструкций и их элементов осуществляется по следующим технологиям:

  • Конвейерной, когда выполнение технологических процессов происходит последовательно.
  • Поточно-агрегатной. Эта технология предусматривает осуществление технологических операций в отдельных помещениях, формы с конструкциями или элементами перемещаются кранами.
  • Стендовой технологии. Здесь все происходит наоборот. Неподвижными остаются изделия, а перемещаются агрегаты.

Сооружения из монолитных конструкций

Строительство по такой технологии – трудоемкий процесс, но очень понятный. Монолитные конструкции можно сделать своими руками.

Этапы строительства:

  • Устанавливается каркас из арматуры.
  • Обустраивается опалубок, внутри него размещается арматура.
  • Заливается смесь из бетона, который уплотняется специальными вибраторами. Это делается для того, чтобы в опалубке не образовались пустоты.
  • Бетон зачищается.
  • Опалубка снимается.

Монолитные постройки: преимущества

В последнее время все чаще при постройке жилого дома используют технологию, разработанную для возведения монолитных построек, которые имеют ряд преимуществ:

  • Нет необходимости использовать тяжелую технику, в частности краны. Для работы нужны бетононасосы, при помощи которых бетон будет заливаться в формы и укладываться в нужное место. На участке, где строится дом, сохранится ландшафт.
  • Методика монолитного строительства позволяет возводить сооружения любой формы и этажности. Потолки и стены уже готовы к отделке, сокращаются сроки строительства.
  • Несущие стены монолитного дома в 2,5 раза тоньше кирпичных, хотя по теплопроводности не уступают им. На отопление расходы сокращаются в 4 раза. За счет уменьшения толщины стен увеличивается площадь внутреннего пространства.
  • Монолитные постройки отличаются прочностью и жесткостью. На фундамент нагрузки снижаются за счет небольшой толщины стен.
  • При монолитном строительстве допускается использовать несъемную опалубку и традиционные материалы. Это позволяет застройщикам реализовать проект в любом стиле.
  • В таких домах нет стыков, на них не влияют осадки, возводить их можно в любое время года.
  • Усадка фундамента осуществляется равномерно.
  • На стенах и перекрытиях не образуются трещины.
  • Дверные и оконные проемы не деформируются.
  • Монолитные постройки звуконепроницаемы.

Монолитные постройки: недостатки

Обладая массой преимуществ, у таких сооружений имеются минусы:

  • Для строительства дома требуется привлекать дополнительную рабочую силу.
  • Создание проекта монолитного дома является дорогой услугой.
  • Заливку бетона нужно производить непрерывно, иначе он загустеет.
  • В процессе проживания в таком доме без инструмента отверстие в нужном месте стены сделать невозможно.

Источник: .ru

Источник: https://monateka.com/article/244109/

Особенности оценки стойкости зданий и сооружений из железобетонных конструкций при комбинированных особых воздействиях с участием пожара, Комментарий, разъяснение, статья от 01 июля 2010 года

Причины потери устойчивости зданий

Пожаровзрывобезопасность, N 7, 2010 год

(см. ярлык»Примечания»)

В.М.Ройтманд-р техн.наук, профессорМосковского государственногостроительного университета,г.Москва, Россия Д.Н.Приступюкпреподаватель АкадемииГосударственной противопожарнойслужбы МЧС России,г.Москва, Россия

Рассматриваются проблемыобеспечения безопасности зданий и сооружений при комбинированныхособых воздействиях (СНЕ) с участием пожара.

Приводятся основытеории стойкости конструкций и зданий при такого рода воздействиях.

Рассматривается возможность применения этой теории для проведенияоценки стойкости объектов из железобетонных конструкций при СНЕ сучастием пожара.

Даются предложения по учету особенностейобеспечения безопасности людей в зданиях и сооружениях при СНЕ сучастием пожара при оценке риска.

Ключевые слова:прогрессирующее обрушение здания, огнестойкость, комбинированныеособые воздействия типа удар — взрыв — пожар, риск.

Введение

Проблема обеспечениябезопасности зданий и сооружений при ЧС с участием пожара во всеммире является весьма актуальной, так как строительный комплекспредставляет собой один из самых уязвимых видов объектов для такогорода воздействий [1-3].

Различные здания исооружения по-разному ведут себя при воздействии пожара.

Одни изних хорошо сопротивляются опасным факторам пожара и при воздействиипожара сохраняют свою конструктивную целостность и функциональноеназначение в течение времени, достаточного для эвакуации, спасениялюдей, ликвидации пожара и его последствий.

Другие здания исооружения при пожаре быстро утрачивают свою конструктивнуюцелостность (вплоть до прогрессирующего обрушения), перестаютсоответствовать своему функциональному назначению, что приводит ктяжелым человеческим жертвам и огромному материальному ущербу.

Изучение проблемыобеспечения необходимого сопротивления зданий и сооружений вусловиях ЧС с участием пожара, разработка способов ее решенияявляются в настоящее время составной частью современногоинновационного развития МГСУ и Академии ГПС МЧС России в научном,прикладном и образовательном аспектах [1-6].

Время сопротивленияобъекта до потери его устойчивости при воздействии пожара — этоглавный показатель, обеспечивающий безопасность людей в этихусловиях.

Вданной работе рассматриваются результаты исследований, проводимых вЦентре комплексной безопасности строительных систем МГСУ совместнос Академией ГПС МЧС России в научном направлении «Оценка стойкостиобъектов при комбинированных особых воздействиях с участиемпожара», в том числе связанных с террористической угрозой[1-6].

1.Характерные примеры различного поведения зданий и сооружений привоздействии пожара

Поведение Останкинскойтелевизионной башни во время пожара 27 августа 2000 года[3]. Останкинская телевизионная башня была построена в1967 году по проекту гениального советского и российского ученого иинженера Н.В.Никитина. Высота башни — 533 м.

Основная конструкциябашни — пустотелая железобетонная коническая оболочка с сильноразвитым основанием. Толщина кольцевых стенок ствола башни -350-400 мм. Верхняя часть башни (с отметки 385 м) выполнена в видестальной телескопической трубы высотой 148 м.

По всей высоте башниоболочка ее ствола обжата предварительно напряженной канатнойарматурой, которая устанавливалась на специальных упорах свнутренней поверхности ствола.

Система напрягаемых канатныхэлементов была запроектирована открытой и располагалась внутриствола башни, на расстоянии 2-5 см от внутренней поверхности егостенки.

Пожар на Останкинскойтелевизионной башне начался 27 августа 2000 года (рис.1) в районеотметок +454.

..+430 м антенной части башни. Распространение огняпроисходило сверху вниз до отметки +80 м.

Рис.1. Пожар на Останкинской телебашне, г.Москва, 27 августа 2000г.

Во время пожара наОстанкинской телевизионной башне специалистам, противопожарнымслужбам и инженерам пришлось столкнуться с проблемой оценки ееустойчивости и ответить на вопрос: потеряет ли башня своюустойчивость, произойдет ли прогрессирующее обрушение ее во времяпожара или непосредственно после него либо такой опасности нет(рис.2)?

Рис.2. Зона возможного падения обломков Останкинской телевизионнойбашни в случае утраты ею устойчивости при пожаре 27 августа 2000г.

Читайте также  Административно бытовое здание что это

От ответа на этот вопросзависел целый комплекс весьма ответственных решений, в том числе осрочной эвакуации людей из зоны возможного падения обломковбашни.

Оценки специалистов поэтому вопросу разделились, но, в конце концов, возобладало мнение,что башня устоит и прогрессирующего обрушения ее не произойдет. Этонепростое решение оказалось верным — прогрессирующего обрушениябашни действительно не произошло.

Его удалось избежать благодаряпринятию правильных решений по обеспечению огнестойкости стволабашни.

Фактический пределогнестойкости ствола башни по потере несущей способности составляетболее 180 мин.

Этот предел огнестойкости с запасом обеспечилнеобходимое сопротивление башни при воздействии реального пожара,температурный режим которого был более «мягким» по сравнению срежимом «стандартного» пожара.

Именно огнестойкостьствола башни обеспечила конструктивную целостность этого сооруженияво время пожара.

Это позволило продолжить эксплуатацию башни довосстановления большинства предварительно напряженных канатоввнутри ствола, которые утратили при пожаре свое функциональноеназначение.

Поведение зданияПентагона во время событий 11 сентября 2001 года [3-5]. ЗданиеПентагона является одним их самых больших офисных зданий в мире.Площадь одного этажа составляет 613 тыс.м. Здание пятиэтажное, имеет пять фасадов.Внутри здание выполнено в виде пяти концентрических колец (рис.3).Конструкции — монолитный железобетон. Бетон — обычный тяжелый.Перекрытия состоят из плит, ригелей и системы балок, опирающихся наколонны.

Рис.3. Общий вид здания Пентагона и направление движения самолетаперед столкновением со зданием [2]

Большая часть колоннимеет квадратное сечение. Размеры сечения колонн на первом этаже -0,53 х 0,53 м. Почти все колонны имеют спиральное армирование повертикальной рабочей арматуре.

Предел огнестойкоститакого рода колонн по потере несущей способности составляет более180 мин.

Столкновение самолета срассматриваемым зданием во время событий 11 сентября 2001 годапроизошло в зоне 1-го этажа наружного фасада здания (см. рис.

3) ипривело к возникновению комбинированных особых воздействий типаудар — взрыв — пожар (CHE IEF).

Первое особое воздействие- удар (I) — привело к разрушению и повреждению частиконструктивных элементов 1-го этажа наружного кольца зданияПентагона.

Обломки самолета проникли внутрь здания. Из разрушенныхбаков самолета, размещенных в его крыльях, топливо было выброшеновнутрь здания в зону удара. Это привело к возникновению второгоособого воздействия на конструкции здания — взрыва (Е) смеситоплива с воздухом.

Взрывом была разрушена и повреждена еще частьконструктивных элементов здания. После удара и взрыва внутриздания, в зоне поражения, возникает и развивается третье особоевоздействие — пожар (F).

Огонь охватывает при этом часть уцелевших»ключевых» конструктивных элементов.

Здание Пентагона в первыеминуты СНЕ IEF, несмотря на значительные повреждения конструкций втрех первых кольцах здания, в целом сохранило своюустойчивость.

Однако через 19 мин посленачала комбинированного особого воздействия типа удар — взрыв -пожар произошло прогрессирующее обрушение конструкций наружногокольца здания Пентагона в зоне СНЕ IEF (рис.4).

Рис.4. Прогрессирующее обрушение наружного кольца здания Пентагонаво время событий 11 сентября 2001 г.

Таким образом, несмотряна то что предел огнестойкости ключевых элементов здания Пентагона(несущих колонн) по потере несущей способности превышал 180мин, наружное кольцо здания Пентагона в зоне ЧС утратилосвою устойчивость через 19 мин.

Поведение башенВсемирного торгового центра во время событий 11 сентября 2001 года[26]. Аналогичным образом развивались события 11сентября 2001 года в Нью-Йорке, во время террористической атаки набашни Всемирного торгового центра (ВТЦ).

Высота башен составляла415 и 417 м. В плане каждая башня имела форму квадрата размерами63,5 х 63,5 м [2-5]. Несущие конструкции башен были выполнены изметалла и имели пределы огнестойкости по потере несущей способностис учетом огнезащиты 180 мин.

Несмотря на высокийпредел огнестойкости несущих конструкций, потеря устойчивости этихбашен во время событий 11 сентября произошла гораздо быстрее: Южнаябашня (ВТЦ-2) утратила свою устойчивость через 56мин, а Северная башня (ВТЦ-1) — через 102 минпосле начала пожара.

Явление повышения интенсивности развития аварийно-опасных процессовна строительных объектах при комбинированных особых воздействиях сучастием пожара

Рассмотренные вышепрецеденты свидетельствуют о том, что во время комбинированныхособых воздействий с участием пожара наблюдаются явления повышенияинтенсивности развития аварийно-опасных процессов на строительныхобъектах [1-6]. Эти явления и приводили к преждевременной потереустойчивости зданий в рассматриваемых условиях по сравнению ссопротивлением (огнестойкостью) строительных объектов воздействиютолько пожара.

Очевидно, чтовозникновение этих, ранее не учитывавшихся, опасных явлений связанос особенностями комбинированных особых воздействий с участиемпожара.

Понятие о комбинированных особых воздействиях (СНЕ) с участиемпожара

Комбинации рабочих(эксплуатационных) нагрузок и форс-мажорных дополнительных нагрузокна строительные объекты во время чрезвычайных ситуаций предлагаетсяназывать комбинированными особыми воздействиями.

В качествеаббревиатуры этого понятия был предложен английский вариант СНЕ -от названия Combined Hazardous Effect [2].

В работах [1-6] былисформулированы определения для понятий такого рода:

Особое воздействие наобъект — исключительное воздействие, резко отличающееся отобычных условий существования объекта.

Основные особые воздействиятехногенного характера на строительные объекты: удар (I), взрыв(Е), пожар (F), нагрузка (S) и т.д.

Комбинированное особоевоздействие (СНЕ) — чрезвычайная ситуация, связанная свозникновением и развитием нескольких видов особых воздействий наобъект в различных сочетаниях и последовательности.

Комбинированные особыевоздействия с участием пожара — чрезвычайные ситуации,связанные с возникновением и развитием нескольких видов особыхвоздействий на объект в различных сочетаниях и последовательности,причем одним из таких воздействий является пожар.

Например:

-при рассмотрении угрозы прогрессирующего обрушения здания пристолкновении с ним самолета необходимо рассматриватькомбинированное особое воздействие типа удар — взрыв — пожар(CHE IEF — от Combined Hazardous Effect of theImpact-Explosion-Fire Type [3]);

-при аварии на Чернобыльской АЭС имели место СНЕ типа взрыв -удар — пожар и т.д.

Теорияогнестойкости конструкций и зданий

Особый характер опасностивоздействия пожара на здания и сооружения подтверждается тем, что вмеждународных нормах по пожарной безопасности зданий и сооруженийвведены специальные показатели, характеризующие способностьобъектов сопротивляться воздействию пожара, причем в этихпоказателях главной характеристикой, обеспечивающей безопасностьлюдей в этих условиях, является время сопротивления объектовв явном виде.

Показатель,характеризующий способность строительных конструкций сопротивлятьсявоздействию пожара, в отечественных нормах [7-13] называетсяпределом огнестойкости. Показатель, который характеризуетспособность здания в целом сопротивляться воздействию пожара,называется степенью огнестойкости.

Спомощью этих показателей в нормах регламентируется время, в течениекоторого конструкции, здания и сооружения должны сопротивлятьсякомбинированным воздействиям рабочих нагрузок ивысокотемпературного фактора пожара.

Необходимость решениякомплекса научных и инженерных задач по оценке огнестойкости зданийи сооружений стимулировала развитие комплекса международныхисследований, результаты которых сложились в теорию огнестойкости[7-12].

Принципы расчетастроительных конструкций на огнестойкость были заложены в работахВ.И.Мурашева, А.И.Яковлева, А.Ф.Милованова, К.Коrdina, T.Harmathy идр. [7-13].

Сущность расчетаконструкций на огнестойкость заключается в определении моментавремени, по истечении которого в условиях воздействия пожараконструкции утрачивают свою несущую или теплоизолирующуюспособность.

Огнестойкость конструкциипо признаку потери несущей способности П(R) определяется как момент временивоздействия пожара , при котором несущая способностьФ[Т()] конструкции под действием температурыпожара Т() снизится до величины действующих на неерабочих нагрузок N(M).

Огнестойкость конструкциив этом случае определяется из условия:

Источник: http://docs.cntd.ru/document/902263621