Учет влияния факторов, вызывающих критические дефекты, аварии и прогрессирующее обрушение. Часть 2.

№ п/п	Наименование дефекта	Частота в %
1	2	3
1	Дефекты в смонтированных конструкциях: а) плиты перекрытия и покрытия - искривление плоскостей, разрушение опорных зон или поперечных ребер, наличие трещин б) панели ограждения - трещины, околы в) ригели - околы г) колонны - трещины, околы	3-4 10 2 2
2	Длина сварных швов крепления вертикальных стальных связей к железобетонным колоннам уменьшена до 40-60% от проектной	до 70
3	При смонтированном каркасе не полностью за­полнены бетоном стаканы фундаментов	5-10
4	Не выполнено бетонирование вертикальных и части горизонтальных швов сопряжений диафрагм жесткости между собой и с колоннами. Размеры сварных швов узлов крепления диафрагмы к ко­лоннам и между собой уменьшены до 50% против проектных (серии ИИ-04 и 1.020-1/83)	до 50
5	Опирание ригелей на консоли клиновидное с зазорами до 5 мм	5-10
6	Сварные швы узлов опирания ригелей на консоли уменьшены до 40-60% от проектных	до 60
7	В узлах сопряжений ригелей с колоннами несоос- ность выпусков арматуры достигает 0,5-1,0 диа­метра	15
8	Допущено неполное заполнение бетоном зазоров между торцами ригелей и колоннами в жестких узлах каркасов	до 20
9	В стыках колонн вместо ванной сварки соединение выпусков арматуры производится при помощи арматурного стержня. Размеры сварных швов уменьшаются до 60% от проектных	5-10
10	Лестничные марши установлены с перекосами, опирание осуществлено без подстилающего слоя раствора	до 15
11	Конструкции устанавливаются со смещением от поперечных осей. Длина зоны опирания плит покрытия уменьшена до 50-70 мм	до 10
12	Неполностью заполнены швы между плитами по­крытий и перекрытий, а также по торцам плит	до 20
13	Отсутствуют соединительные стержни между межколонными многопустотными плитами пере­крытия	10
14	Ребристые плиты не приварены к закладным дета­лям ригелей	5
15	В рамных узлах сопряжений ригелей с колоннами количество хомутов меньше проектного, сварные швы не более 30-50% от нормативных	10

В общем перечне причин, задерживающих освоение введенных в экс­плуатацию зданий, на долю строительного брака и недоделок, ошибок в про­ектах и дефектов смонтированного оборудования приходится до 20% потерь.

Приведенные цифры отражают только часть потерь от низкого качест­ва строительства, так как установленная статистическая отчетность по ка­питальному строительству не предусматривает отчетов о качестве строи­тельства, непроизводительных затратах и скрытых потерях рабочего време­ни на устранение брака и переделки, ущербе от аварий зданий и сооруже­ний и дополнительных затратах на ликвидацию их последствий. Скрытые непроизводительные потери рабочего времени на устранение дефектов и аварий составляют 10-15% от всего отработанного рабочими времени.

При проектировании конструктивных систем зданий и отдельных эле­ментов, как было указано выше в гл.1, следует руководствоваться данными СНиП 2.01.07-85*«Нагрузки и воздействия», устанавливающими основные правила по определению и учету постоянных и временных нормативных нагрузок, а также их сочетаний.

Действующие нормы проектирования позволяют проектировать здания и сооружения, рассчитанные на восприятие природных воздействий (чрезвы­чайные ситуации): сейсмика, метеорологические воздействия, геомеханические факторы. Разработаны также нормы на техногенные воздействия (чрез­вычайные ситуации): аварийные взрывы вне и внутри здания, удары, транс­портные удары, химические аварии и биохимическая коррозия, пожаростойкость и т.п.

Вместе с тем имеется, особенно в последнее время, большое количест­во запроектиых воздействий, к числу которых можно в первую очередь отнести террористические и бытовые взрывы, серьезные пожары, значи­тельные ошибки при монтаже, изготовлении и проектировании.

Перечисленные причины обычно вызывают местные критические де­фекты, совокупное воздействие которых приводит к аварии.

При обрушении конструкций возникают дополнительные удары, раз­рушение бывает глобального характера, и здание может развалиться по принципу «домино», что приводит к увеличению материальных, а главное человеческих потерь.

Для особо опасных объектов типа атомных электростанций предусмат­ривается возможность сохранения работоспособности ядерного реактора при падении самолета на защитную оболочку. Для абсолютного большин­ства зданий и сооружений безопасное восприятие подобных воздействий не предусмотрено по причинам экономической целесообразности.

Развитие обрушения по принципу «домино» называется прогресси­рующим обрушением.

Актуальность проблемы противодействия прогрессирующему обруше­нию ярко выявилась после широко известной аварии в 1968 г. Взрыв газо­воздушной смеси в одном из помещений на 18-м этаже 22-этажного па­нельного дома «Роунан Пойнт» в Лондоне выбил несущую стену, лишив опоры перекрытия и стены верхних четырех этажей. В результате в этой части здания обрушился верх до уровня 3-го этажа.

В России, в ЦНИИЭПЖилища, с 1969 г. начали проводить работы по разработке мероприятий, препятствующих прогрессирующему обрушению крупнопанельных зданий. Однако разработанные для панельных зданий мероприятия нельзя в большинстве случаев использовать для многоэтаж­ных каркасных зданий.

Современные требования к проектированию обязывают предусмотреть отсутствие прогрессирующего обрушения.

Это требование означает, что разрушение отдельных несущих конст­рукций не должно приводить к массовым прогрессирующим разрушениям. Оставшиеся несущие конструкции должны, хотя бы на время, необходимое для эвакуации людей, обеспечить прочность и устойчивость здания. При этом должны отсутствовать ограничения по II предельному состоянию, т.е. деформациям и трещиностойкости.

После обрушения башен-близнецов в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г. в экономически развитых странах мероприятия, препятствующие прогресси­рующему обрушению, были включены в действующие нормы: Еврокод-2 и американские нормы.

Правительство г. Москвы в 2002 г. утвердило «Рекомендации по защи­те жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях», разработанные в МНИИТЭП под руководством главного конструктора Г.И. Шапиро. Не­которые положения этого документа приведены ниже.

Устойчивость здания проверяется расчетом конструкции на особое со­четание нагрузок, включающее постоянные и длительные нагрузки, а также одно из возможных непроектных (чрезвычайных) воздействий. При этом коэффициенты сочетаний и надежности следует принимать равными 1.

Сами воздействия рекомендуется рассматривать:

• карстовая воронка d=6u (для карстового основания);
• повреждение перекрытий площадью до 40 м²;
• неравномерные осадки основания;
• горизонтальная нагрузка на вертикальные несущие элементы - 3,5 т на колонну в пределах одного этажа.

Расчетные характеристики материалов повышают за счет неиспользо­вания коэффициентов надежности.

Кроме того, расчетные сопротивления умножают на коэффициент ус­ловий работы.

Конкретные значения коэффициентов приведены в вышеупомянутых рекомендациях.

Для расчета зданий на устойчивость к прогрессирующему обрушению рекомендуется использовать пространственную расчетную модель Усилия в элементах упруго работающей модели здания должны быть меньше рас­четной несущей способности.

Если возможно обеспечить пластичную работу системы в предельном состоянии расчет, рекомендуется проводить методом теории предельного равновесия.

Здания, рассчитанные на сейсмические в 6 и более баллов, можно не рассчитывать на устойчивость против прогрессирующего обрушения.

Связи, соединяющие перекрытие с колонну ригелями, диафрагма­ми и стенами, должны удерживать перекрытие _от падения на нижележа­щий этаж.

В практике проектирования авторы книги Проводят проверочные рас­четы с одной изъятой колонной (рис. ниже).

Расчетная схема для проверки прочности и устойчивости при возникновении запроектной ситуации

В рекомендациях приведен ряд конструктивных мероприятий, которые наряду с резервированием прочности несущих Элементов советуют обеспе­чить неразрезность элементов покрытий, повышенные пластических свойств связей и устанавливать дополнительную арматуру в сборных или монолит­ных участках перекрытий (рис. ниже).

Варианты соединения плит перекрытия

а - с ригелями; б - между собой

Соединения сборных элементов, препятствующих обрушению, реко­мендуется проектировать неравнопрочными - элемент, предельное состоя­ние которого обеспечивает наибольшие пластические деформации соеди­нения, должен быть наиболее прочным.

Желательно предусмотреть пластическую работу не только связей, но и других элементов.

Проектировать нужно так, чтобы пластические шарниры образовыва­лись в ригелях, а не в колоннах; прочность отдельных шпонок на срез в шпоночном соединении должна быть в 1,5 раза больше, чем на смятие.

В каркасных здания желательно усиливать перекрытия путем дополни­тельного замоноличивания (рис. ниже) или проектировать монолитные пере­крытия, особенно в помещениях площадью более 40 м².

Варианты укладки дополнительной арматуры с увеличенным защитным слоем

а - в монолитных участках, б- в плитах перекрытия, в - в замоноличенных пустотах плит перекрытия; 1 - бетон, 2 - арматура

Авторы рекомендаций пошли по пути повышения несущей способно­сти каркасов зданий. Однако при запроектных ситуациях могут меняться конструктивная и расчетная схемы зданий и рассмотреть все возможные варианты изменений не представляется возможным.

Известен случай, когда самолет, врезавшись в «Эмпайр-стейт-билдинг» на уровне середины высоты здания, разрушил несколько колон, но не вызвал обрушения всего здания. Объяснением может служить относительно мелкая сетка колонн каркаса. Аналогичного эффекта можно добиться установкой дополнительных связей или «связевых этажей».