Проектирование панельных зданий с учетом прогрессирующих разрушений

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский Государственный Университет» 
 
 
 

Кафедра СП 
 
 

Проектирование  и возведение зданий и сооружений из монолитного и сборочного железобетона 

Реферат на тему:

«Проектирование панельных зданий с учетом прогрессирующих разрушений» 
 
 

Выполнил: студент группы ЗСв-109

          Купцов И.А. 

Принял:      Прохоров С.В. 
 

Владимир 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….3

1. Методика расчета панельных зданий против прогрессирующего разрущения………………………………………………………………….5
2. Конструктивные требования…………………………………………………………………11
3. Способы повышения эффективности сопротивления прогрессирующим воздействиям………………………………………………………………14
4. Заключение………………………………………………………………..16
5. Список литературы……………………………………………………….17

Введение

     Конструктивная  система жилых панельных зданий должна быть защищена от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения ее несущих конструкций  при аварийных воздействиях, не предусмотренных  условиями нормальной эксплуатации зданий. Это требование означает, что в случае аварийных воздействий допускаются локальные разрушения несущих конструкций (полное или частичное разрушение отдельных стен в пределах одного этажа и двух смежных осей здания), но эти первичные разрушения не должны приводить к обрушению или к разрушению конструкций, на которые передается нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами, поврежденными аварийным воздействием.

     Конструктивная  система здания должна обеспечивать его прочность и устойчивость в случае локального разрушения несущих  конструкций, как минимум на время, необходимое для эвакуации людей. Перемещение конструкций и раскрытие  в них трещин в рассматриваемой  чрезвычайной ситуации не ограничивается.

     При проектировании защиты панельных зданий от прогрессирующего обрушения следует  выделять два типа неповрежденных конструктивных элементов. В элементах первого  типа воздействия локальных разрушений не вызывают качественного изменения  напряженного состояния, а приводят лишь к увеличению напряжений и усилий (неповрежденные стеновые диафрагмы  и плиты перекрытий, не расположенные  над локальным разрушением). В  элементах второго типа (к ним  относятся конструкции, потерявшие первоначальные опоры - стеновые панели и плиты перекрытий, расположенные  над локальным разрушением) в  рассматриваемом состоянии здания качественно меняется напряженное  состояние.

     В связи с тем, что элементы первого  типа при нормальных эксплуатационных воздействиях подвергаются нагрузкам  в два - три раза ниже разрушающих, основной задачей проектирования является обеспечение прочности и устойчивости стеновых панелей и плит перекрытий, потерявших опору в результате локального разрушения стен. Обеспечение устойчивости этих конструкций - основная задача защиты зданий от прогрессирующего обрушения.

     Устойчивость  здания против прогрессирующего обрушения  следует обеспечивать наиболее экономичными средствами, не требующими повышения  материалоемкости сборных элементов:

     - рациональным конструктивно-планировочным  решением здания с учетом возможности  возникновения рассматриваемой  аварийной ситуации; в частности,  не рекомендуется применять внутренние  отдельно стоящие стеновые пилоны, связанные с остальными вертикальными  конструкциями только перекрытиями; применение отдельно стоящих  наружных (торцевых) стен не допускается;

     - конструктивными мерами, способствующими  развитию в сборных элементах  и их соединениях пластических  деформаций при предельных нагрузках;

     - рациональным решением системы  конструктивных связей, отдельных  узлов и элементов соединений  и стыков панелей. 
 
 
 
 

     1. Методика расчета панельных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения.

     Устойчивость  здания против прогрессирующего обрушения  проверяется расчетом на особое сочетание  нагрузок и воздействий, включающее постоянные и временные длительные нагрузки, а также воздействие  гипотетических локальных разрушений несущих конструкций.

       Постоянная и временная длительная  нагрузка должна определяться  по СНиП 2.01-07-85*. При этом коэффициенты сочетаний нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузкам к постоянным и длительным нагрузкам следует принимать равными единице.

      Воздействие локальных  разрушений несущих конструкций  учитывается тем, что расчетная модель конструктивной системы здания рассматривается в нескольких вариантах, каждый из которых соответствует одному из возможных локальных разрушений конструкций при аварийных воздействиях.

     Для панельных жилых зданий в качестве расчетной схемы локального разрушения следует рассматривать разрушение (удаление) двух пересекающихся стен одного (любого) этажа на участках от их вертикального  стыка (в частности, от угла здания) до ближайшего проема в каждой стене  или до следующего вертикального  стыка со стеной перпендикулярного  направления.

     Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать  лишь наиболее опасные расчетные  схемы разрушения:

     локальные разрушения, включающие разрушения наружных стен, ослабленных дверными проемами выходов на балконы и лоджии (схемы 1, 2, 3 на рис. 1);

     локальные разрушения, включающие разрушения внутренних стен, слабо связанных с остальными вертикальными конструкциями из-за наличия дверных проемов (см. схемы 2, 4, 5 на рис. 1), из-за балочной разрезки большепролетных перекрытий (см. схемы 2, 4, 5 на рис. 1) или из-за частичного отсутствия связей через перекрытия (стены, примыкающие к лестничным клеткам; схема 4 на рис. 1).

     При расчете панельных  зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения нормативные сопротивления  материалов принимаются в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и СНиП II-23-81*. Расчетные характеристики сопротивления материалов, определяемые делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности для бетонных и железобетонных конструкций повышают за счет использования коэффициентов надежности, указанных в таблице 1. Кроме того, расчетные сопротивления умножают на коэффициенты условий работы, учитывающие малую вероятность аварийных воздействий и интенсивный рост прочности бетона в первый период после возведения здания, а также возможность использования арматуры за пределом текучести материала.

     Таблица 1.

     Коэффициенты  условий работы для бетона принимают  по таблице 2, для арматуры всех классов вводится единый коэффициент γ_s=1,1.

Рис. 1. Фрагмент жилого дома

Таблица 2.

     Расчетные сопротивления прокатной стали  принимаются по СНиП II-23-81* с учетом допустимости работы пластичных сталей за пределом текучести. Коэффициент условий работы для пластичных сталей принимается равным 1,1.

       Для расчета панельных зданий  на устойчивость против прогрессирующего  обрушения рекомендуется использовать  пространственную расчетную модель  в виде системы пластинок (с  проемами или без проемов), соединенных  между собой сосредоточенными  связями, прочность которых эквивалентна  прочности фактических связей  между панелями (рис. 2а). Такая модель должна включать элементы, которые при нормальных эксплуатационных условиях являются ненесущими, а при наличии локальных разрушений активно участвуют в перераспределении нагрузки: наружные навесные панели, монтажные связи и т.п. Модель здания должна быть рассчитана при всех выбранных в соответствии с рекомендациями расчетных схемах локального разрушения конструкций.

Рис. 2. Расчетная  модель здания с локальными разрушениями

1 - локальные  разрушения

     В случае обеспечения пластичной работы конструктивной системы в предельном состоянии расчет рекомендуется  проводить кинематическим методом  теории предельного равновесия. В  этом случае допускается проверять  устойчивость лишь элементов, расположенных  над локальным разрушением, и  расчет здания при каждой выбранной  схеме локального разрушения сводится к следующей процедуре:

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

     для каждого из выбранных механизмов прогрессирующего обрушения определяются прочности всех пластично разрушаемых  связей (S_i), находятся равнодействующие внешних сил, приложенных к отдельным звеньям механизма, то есть к отдельным неразрушаемым элементам или их частям (G_i), и перемещения по направлению их действия (u_i);

     определяются  работы внутренних сил (W) и внешних нагрузок (U) на возможных перемещениях рассматриваемого механизма

      ;

     и проверяется условие равновесия

      .                                                                  (1)

     Указанная расчетная процедура применима  лишь при условии выполнения требований об обеспечении пластичной работы отдельных панелей и связей между ними в предельном состоянии. Если пластичность какой-либо связи не обеспечена, ее работа учитываться не должна (связь считается отсутствующей). Если таких связей и элементов, 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 - упругую расчетную модель здания.

     Упругая расчетная  модель здания, как и упругопластическая, должна включать расчетное локальное  разрушение и позволять учитывать  изменившийся характер работы элементов, потерявших опору.

     Полученные  при упругом расчете усилия в  отдельных элементах должны сравниваться с их расчетными несущими способностями. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения при этом будет обеспечена, если для любого элемента соблюдается  условие F ≤S, где F и S соответственно усилие в элементе, найденное из упругого расчета, и его расчетная несущая способность.

     Допускается вместо расчета на устойчивость против прогрессирующего обрушения рассчитывать здания на сейсмическое воздействие равное 6 баллам в соответствии со СНиП II-7-81*, принимая необходимые коэффициенты по экстрополяции. По результатам этого расчета должны быть запроектированы узлы и связи в соответствии со СНиП 2.03.01-84* и СНиП II-23-81*. 
 
 
 
 
 

     2. Конструктивные требования.

     Для защиты крупнопанельных  зданий от прогрессирующего обрушения  связи между сборными элементами, устанавливаемые по расчету на нормальные эксплуатационные или монтажные  нагрузки или по конструктивным соображениям, следует проектировать с учетом возможности аварийных локальных  разрушений. Для эффективного решения  проблемы защиты крупнопанельных зданий от прогрессирующего обрушения с  учетом всех задач проектирования при  нормальных эксплуатационных и монтажных  условиях наиболее предпочтительна  следующая система связей:

     - горизонтальные продольные и  поперечные связи между плитами  перекрытий, обеспечивающие необходимую  прочность дисков перекрытий  при растяжении и сдвиге;

     - вертикальные (междуэтажные) связи  между несущими стеновыми панелями  одного стенового пилона, обеспечивающие  необходимую прочность горизонтальных  стыков стен и перекрытий при  растяжении и сдвиге;

     - горизонтальные связи между навесными  наружными стенами и дисками  перекрытий, обеспечивающие устойчивость  и работу на ветровые и температурные  воздействия навесных стеновых  панелей.

     В оптимальную систему связей не включены обычно применяемые как монтажные  горизонтальные связи между стеновыми  панелями одного этажа; эти связи  не всегда осуществимы (возможность  их постановки зависит от планировочных  решений здания) и, как правило, малоэффективны в условиях, отличных от монтажных;

     тем не менее, при использовании этих связей их необходимо конструировать так, чтобы их сопротивление прогрессирующему обрушению было максимальным, т.е. в  соответствии с требованиями.

     Эффективная работа связей, препятствующих прогрессирующему обрушению, возможна лишь при обеспечении  их пластичности в предельном состоянии: необходимо, чтобы после исчерпания несущей способности связь не выключалась из работы и допускала без разрушения сравнительно большие абсолютные деформации (порядка нескольких миллиметров). Для обеспечения пластичности соединений сборных элементов их конструктивные решения должны включать специальные пластичные элементы, выполненные из пластичной листовой или арматурной стали.

     Растянутая  линейная связь между сборными элементами, как правило, представляет цепочку  последовательно соединенных элементов - анкер закладной детали, закладная  деталь, собственно связь, закладная  деталь второго элемента и ее анкер. В силу случайной изменчивости сопротивлений  отдельных элементов этой цепи и  их соединений предельное состояние  всего стыка определяется слабейшим  звеном. Соответственно реальная пластичность всего соединения зависит от того, какой элемент окажется слабейшим:

     - если произойдет выкалывание бетона, в котором анкеруется закладная деталь, то разрушение будет носить хрупкий характер с весьма незначительными абсолютными деформациями, предшествующими выключению связи из работы (рис. 3,а);

     - если разрушится одно из сварных соединений, то, хотя при качественной сварке пластичность и проявится, в силу малой протяженности самого разрушаемого звена абсолютные деформации, предшествующие выключению связи из работы, будут сравнительно невелики (рис. 3,б);

     только  в том случае, когда слабейшим  звеном соединения окажется собственно металлическая связь, все соединение проявит максимально возможные  пластические свойства (рис. 3,в).

Рис. 3. Диаграмма  деформирования растянутой линейной связи  при разрушении различных ее элементов

а - при выкалывании  анкерующего бетона; б - при разрушении сварных соединений; в - при разрушении листовой или стержневой связи

     Соединения  сборных элементов, препятствующие прогрессирующему обрушению панельных  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 большее, чем несущая способность самой связи. При этом несущую способность связи следует определять в соответствии со СНиП II-23-81 * по формуле

     при , . Необходимо особо следить за фактическим точным исполнением проектных решений пластичных элементов, замена их более прочными недопустима.

3. Способы повышения  эффективности сопротивления  прогрессирующим  воздействиям

     Эффективность сопротивления  прогрессирующему обрушению здания требует пластичной работы в предельном состоянии не только связей, но и  других конструктивных элементов. В  частности необходимо:

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

     шпоночные соединения проектировать так, чтобы  прочность отдельных шпонок на срез была в 1,5 раза больше их прочности при  смятии.

       Сечение всех перечисленных в типов связей должно определяться расчетом на эксплуатационные, монтажные или рассматриваемые здесь аварийные воздействия, но не менее требуемых для обеспечения восприятия растягивающих усилий следующих величин:

     для горизонтальных связей, расположенных  в перекрытиях вдоль длины  протяженного в плане здания, - 15 кН (1,5 тc) на 1 м ширины здания;

     для горизонтальных связей, расположенных  в перекрытиях перпендикулярно  длине протяженного в плане здания, а также для горизонтальных связей в зданиях с компактным планом - 10 кН (1,0 тс) на 1 м длины здания; для горизонтальных связей между бетонными и железобетонными навесными наружными панелями с дисками перекрытий - не менее 10 кН (1 тс) на 1 м длины стены;

     для вертикальных междуэтажных связей, оптимальное  конструктивное решение которых  предусматривает использование  деталей для подъема панелей (подъемные  петли, штыри и т.п.) - не менее, чем прочность соответствующей детали для подъема;

     при других конструктивных решениях не менее  25 кН (2,5 тс) на 1 м ширины стены. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Заключение

     Стойкость высотных зданий против прогрессирующего разрушения является базовым блоком мер системы противопожарной  защиты (СПЗ) высотных зданий. Этот блок СПЗ обеспечивает, так называемую, «первоочередную безопасность»  объекта, т.е. ее способность сопротивляться в течение определенного времени  не только воздействию пожара, но и  другим, в том числе комбинированным  особым воздействиям.

     Общий подход и метод оценки стойкости зданий против прогрессирующего разрушения позволяет учесть комбинированный характер особых воздействий при чрезвычайных ситуациях и определять стойкость (время сопротивления) объектов до начала прогрессирующего разрушения.

     Предлагаемый  метод может найти применение:

     – для оценки стойкости зданий против прогрессирующего разрушения, с учетом различных конструктивно-планировочных  схем объектов и различных сценариев  СНЕ;

     – для разработки технических решений  по регулированию стойкости высотных и иных зданий против прогрессирующего разрушения при СНЕ;

     – для разработки практических руководств, специальных технических регламентов  на проектирование систем обеспечения  безопасности высотных и иных зданий и сооружений при СНЕ;

     – для подготовки документов об обязательном или добровольном подтверждении  соответствия объекта общим и  специальным техническим регламентам. 
 

Список литературы

1. Стругацкий Ю.М. Обеспечение прочности панельных зданий при локальных разрушениях их несущих конструкций. В сб. «Исследования несущих бетонных и железобетонных конструкций сборных многоэтажных зданий», МНИИТЭП, М., 1980.

2. «Пособие по проектированию жилых зданий. Вып 3. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85)». М., 1989.

3. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 1996.

4. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции. М.1996.

5. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. М., 1996.

.