В российских градостроительных кодексах есть такой термин, как «прогрессирующий коллапс».
Концепция относится к расчету зданий на возможность возникновения аварийных ситуаций по причинам, не учтенным в строительном проекте.
Мы обсудим, что такое прогрессивный коллапс и какие шаблоны проектирования используются сегодня.
Суть понятия
Термин «прогрессирующее обрушение» применяется к ситуации, когда повреждение небольшого элемента конструкции приводит к полному или почти полному разрушению всего здания.
Потеря отдельными несущими частями конструкции конструкции своих прочностных свойств может вызвать эффект «домино», т.е привести к последующему разрушению остальных элементов конструкции.
Чрезвычайные ситуации могут быть вызваны как природными явлениями, так и антропогенными факторами, например, деятельностью человека. К последним случаям относятся:
Чрезвычайные ситуации могут быть вызваны ураганами, землетрясениями, оползнями.
Прогрессирующее или лавинное обрушение — это полное или частичное обрушение конструкции здания высотой 2 и более этажей, утратившего опору из-за разрушения одного из этажей.
Смежное понятие — это «выживаемость» конструкции, здания, технического устройства или системы для выполнения своих основных функций, несмотря на полученный ущерб.
В современном мире велик риск прогрессирующего разрушения, поэтому существует острая необходимость в точных расчетных схемах, новых надежных и экономически обоснованных методах структурного усиления несущего каркаса здания, при наличии четкой законодательной базы для проектирование и расчет с учетом возможных эпатажных эффектов.
Причины прогрессирующего обрушения
При проектировании конструкций специалисты должны учитывать не только типовые условия их эксплуатации, но и возможные аварийные ситуации. Прогрессирующее обрушение может произойти из-за техногенных ударов, которые подразделяются на прочность, коррозию и деформацию.
Возможными техногенными причинами локальных повреждений могут быть:
Так, например, причиной обрушения 9-ти этажного панельного жилого дома 6 марта 1982 года в Волгодонске стала некачественная прокладка с горизонтальной проточкой под промерзание, образовавшаяся после замены цокольной панели. В момент оттаивания раствора стеновая панель потеряла устойчивость, в результате чего рухнули все 9 этажей дома.
Ошибки, допущенные на этапе проектирования, также приводят к прогрессирующему разрушению. Примером такого случая является обрушение 24-тонного навеса станции метро «Сенная площадь» 10 июня 1999 г из-за неправильного крепления.
Также не исключен риск обрушения конструкции из-за неоднородности прочностных и других технических свойств строительных материалов, невозможности безупречного моделирования системы даже с использованием всех возможностей современных программных комплексов.
Наиболее частыми формами разрушения металлических конструкций считаются потеря устойчивости и хрупкое разрушение, которые произошли из-за неконтролируемого развития микротрещин в материале.
Так, например, прогрессирующее обрушение моста может начаться с единичного микроскопического разрушения металла опорных конструкций; это означает, что прочностные свойства материалов должны быть изучены и проверены с точки зрения теории надежности.
История изучения прогрессирующего обрушения
Первые исследования на эту тему начались после разрушения 22-этажного здания в Лондоне, которое произошло 16 мая 1968 года в результате взрыва бытового газа. 22 человека стали жертвами трагедии.
Инцидент привел к серьезным изменениям в законодательстве: в 1970 году в Строительный кодекс Великобритании были внесены изменения, касающиеся непропорционального разрушения. Поправка включала обязательство не допускать прогрессирующего обрушения зданий.
Самый трагический случай постепенного обрушения сооружений — обрушение Всемирного торгового центра в Нью-Йорке; Событие произошло 11 сентября 2011 года после теракта. Последствия этой катастрофы ужасны: 2750 человек погибли.
Проблема постепенного распада не пощадила и Российскую Федерацию. Наиболее частой причиной аварий, приводящих к прогрессирующему обрушению, является взрыв бытового газа, который чаще всего происходит из-за халатности пользователей.
К 2021 году газификация в России составила более 65%, а это означает, что риск прогрессирующего обрушения достаточно высок для большинства жилых многоэтажных домов.
Примеры таких инцидентов в России:
- Взрыв бытового газа в Днепропетровске 13 октября 2007 г. (ул. Мандрыковская, 127), в результате чего 417 граждан лишились жилья.
- Обрушение 9-ти этажного жилого дома в Астрахани 27 февраля 2012 г
- Взрыв газа и обрушение всего въезда в Волгоград 20 декабря 2015 г. (ул. Космонавтов, 47).
Самыми крупными авариями с последующим обрушением зданий считаются в России:
Тысячи людей стали жертвами этих бедствий. По мнению экспертов, этих трагедий можно было бы избежать, если бы был сделан предварительный расчет на прогрессирующий обвал.
Соблюдение рекомендаций по защите небоскребов от прогрессирующего обрушения позволит избежать катастрофических последствий возможных аварийных ситуаций.
Законодательные нормы
Существенной проблемой российского законодательства в области строительства на сегодняшний день считается отсутствие четких нормативных документов, регламентирующих порядок проектирования зданий, учитывающих устойчивость к прогрессирующему обрушению и определяющих требования к расчету несущего каркаса высотного здания поднятое здание.
Ключевым документом в области обеспечения сохранности строительных конструкций можно назвать Федеральный закон №384. В искусстве. 16.6 указывается, когда требуется расчет на прогрессирующее обрушение: для конструкций и зданий с повышенным уровнем ответственности, к которым относятся технически сложные и уникальные объекты.
Перечень рассчитываемых конструкций указан в ГОСТ 27751-2014. В соответствии с пп. 2, 5, 6 расчет следует производить для зданий класса КС-2 и КС-23 с учетом большого скопления людей.
С 1 июля 2015 года расчет следует производить для большинства жилых и общественных зданий. При этом пока не разработан четкий алгоритм расчета, как и подробные рекомендации по выбору аварийной зоны. Особенно много вопросов возникает по выбору необходимого количества разрушаемых несущих элементов.
Эти вопросы освещены в серии проектных рекомендаций, выпущенных МНИИТЭП и НИИЖБ в 2000-х годах, но ни один из этих документов не получил законодательной силы к 2021 году.
Значительный пробел наблюдается в области расчета стальных каркасов зданий, обеспечивающих их выживаемость. Существующая нормативная документация (МДС 20-2.2008; СТО 36554501-024-2010) ориентирована только на крупные объекты.
Эти положения подтверждают необходимость оценки выживаемости несущего каркаса для всех монолитных железобетонных зданий, но методических указаний практически не дается, за исключением рекомендации выполнять расчет методом конечных элементов с использованием сертифицированных программных комплексов в России.
Многие программы предоставляют встроенный модуль для расчета прогрессивного обрушения, однако результаты расчета все еще являются спектральными, официально не подтверждены и требуют дальнейших исследований.
Так, например, разработчики программных систем, такие как Lyra и SCAD, предлагают свои алгоритмы для расчета прогрессирующего обрушения, но официально достоверность результатов еще не подтверждена.
Какие здания считаются прогрессирующими обрушениями? Рекомендации по защите небоскребов от прогрессирующего обрушения, разработанные МНИИТЭП и НИИЖБ, содержат схемы расчета кинематическим методом теории предельного равновесия для таких категорий зданий, как:
К сожалению, полностью исключить вероятность возникновения аварийных ситуаций невозможно, поэтому необходимо обеспечить высочайшую степень безопасности граждан в зданиях и сохранность их имущества за счет снижения риска прогрессирующего обрушения конструкции с локальным повреждением груза. -подшипниковые элементы.
Чтобы снизить вероятность прогрессирующего обрушения, необходимо предусмотреть общее усиление всей конструкции, здания, локальное усиление и взаимосвязь элементов.
В строительных законах США упор делается на общее упрочнение, при котором выход из строя одного из элементов конструкции не приводит к разрушению всей конструкции.
Укрепление наиболее уязвимых мест еще не подлежит стандартизации для включения в стандарты проектирования, поскольку для этого требуется знание характера возможных воздействий на здание, включая террористические атаки.
Всего 5 основных рекомендаций по предотвращению схода лавины:
- Несущая система жилых конструкций должна быть устойчивой к цепному обрушению при локальном обрушении отдельных элементов в аварийных ситуациях (пожар, взрыв бытового газа и т.д.).
- Первичные локальные повреждения зданий не должны приводить к обрушению соседних конструкций, на которые передается нагрузка.
- В случае локального повреждения структурная система здания должна оставаться стабильной, по крайней мере, в течение времени, необходимого для эвакуации людей.
- Устойчивость небоскреба к прогрессирующему обрушению проверяется путем расчета комбинации нагрузок и ударов от любого местного разрушения несущих частей конструкции.
- Конструктивные особенности строительных материалов нуждаются в повышении за счет особых факторов надежности.
В программном комплексе SCAD расчетная модель реализована в соответствии с приведенными выше рекомендациями и предназначена для моделирования поведения конструкции здания в случае аварийных воздействий, вызвавших локальное разрушение отдельных вертикальных несущих частей.
При разработке программы авторы учли очевидную условность исходных посылок, а именно:
- Достоверных сведений о месте и причине процесса разрушения и характере его протекания нет.
- Реальные параметры разрушения могут отличаться от условий прочности, приведенных в стандартах, так как известно, что расчетные значения прочностных параметров могут отличаться от реальных показателей.
Конструкции и здания не могут быть полностью освобождены от риска обрушения из-за неопределенности системных требований, разброса технических свойств строительных материалов, трудностей точного моделирования поведения системы даже с использованием современных программных комплексов.
Кроме того, невозможно спроектировать и построить полностью безопасную конструкцию без учета затрат на предотвращение возможных аварийных ситуаций.
В то же время численное моделирование позволяет получить качественную оценку характеристик устойчивости здания в отношении прогрессирующего обрушения и сравнить различные гипотетические сценарии обрушения с целью выявления наиболее уязвимых точек конструкции.
Расчётные методы
При оценке сопротивления строительной конструкции прогрессирующему обрушению используются следующие методы расчета:
- Приемы, связанные с разработкой нестандартных способов передачи усилий от нагрузки после возникновения локального повреждения отдельного элемента конструкции.
- Приемы, направленные на обеспечение общей целостности здания за счет задания проектного минимума соединительных звеньев (например, метод соединения сил).
- Методы, основанные на проектировании структурной системы, способной воспринимать нагрузки, действующие в объеме обрушившегося здания (например, метод AT или альтернативный метод траектории).
Поэтому в связи с увеличением количества аварий, вызывающих прогрессирующее обрушение зданий, необходимы точные методы расчета, новые надежные и экономичные программы структурного усиления несущего каркаса здания, четкое рамочное законодательство, определяющее проектирование и процедура расчета с учетом возможных глобальных воздействий.
