Обеспечение конструктивной безопасности зданий при аварийных воздействиях
|
Введение 4
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Понятие «Аварийные воздействия» 8
1.2 Последствия аварийных воздействий 11
1.2.1 Анализ и последствия аварийных воздействий 11
1.2.2 Понятия непропорциональное разрушение и прогрессирующее обрушение 17
1.2.3 Виды прогрессирующего обрушения 18
1.3 Обзор существующих нормативных документов и литературы по защите от аварийных воздействий 21
1.3.1 Статьи и публикации на тему конструктивной безопасности 21
1.3.2 Нормативные документы по конструктивной безопасности 29
1.3.3 Нормы проектирования и расчета против прогрессирующего обрушения в РФ 31
1.3.4 Зарубежные Нормы проектирования и расчета против прогрессирующего обрушения 38
1.3.5 Сравнение российских и зарубежных норм проектирования для защиты от прогрессирующего обрушения 43
1.4 Анализ основных методов защиты от прогрессирующего обрушения 46
1.5 Выводы по 1 главе 54
2 Расчетная часть 56
2.1 Выбор объекта исследования 56
2.2 Расчет первичной конструктивной системы 58
2.3 Варианты схем гипотетических разрушений 59
2.4 Особенности расчета на устойчивость от прогрессирующего обрушения в ПК «Лира» 62
2.4.1 Расчет вторичной конструктивной системы 64
2.4.2 Результаты расчетов 73
2.5 Выводы по 2 главе 77
3 Мероприятия по защите от прогрессирующего обрушения объекта исследования 78
3.1 Повышение устойчивости конструктивными мерами для предотвращения прогрессирующего обрушения 78
3.2 Результаты применения конструктивных мер 81
3.3 Резервирование прочности 88
3.4 Экономическое сравнение резервирования прочности и разгрузочной плиты 92
3.5 Выводы по главе 3 94
Заключение 95
Список используемой литературы и источников 97
ПРИЛОЖЕНИЯ 103
Приложение А 104
Приложение Б 107
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Понятие «Аварийные воздействия» 8
1.2 Последствия аварийных воздействий 11
1.2.1 Анализ и последствия аварийных воздействий 11
1.2.2 Понятия непропорциональное разрушение и прогрессирующее обрушение 17
1.2.3 Виды прогрессирующего обрушения 18
1.3 Обзор существующих нормативных документов и литературы по защите от аварийных воздействий 21
1.3.1 Статьи и публикации на тему конструктивной безопасности 21
1.3.2 Нормативные документы по конструктивной безопасности 29
1.3.3 Нормы проектирования и расчета против прогрессирующего обрушения в РФ 31
1.3.4 Зарубежные Нормы проектирования и расчета против прогрессирующего обрушения 38
1.3.5 Сравнение российских и зарубежных норм проектирования для защиты от прогрессирующего обрушения 43
1.4 Анализ основных методов защиты от прогрессирующего обрушения 46
1.5 Выводы по 1 главе 54
2 Расчетная часть 56
2.1 Выбор объекта исследования 56
2.2 Расчет первичной конструктивной системы 58
2.3 Варианты схем гипотетических разрушений 59
2.4 Особенности расчета на устойчивость от прогрессирующего обрушения в ПК «Лира» 62
2.4.1 Расчет вторичной конструктивной системы 64
2.4.2 Результаты расчетов 73
2.5 Выводы по 2 главе 77
3 Мероприятия по защите от прогрессирующего обрушения объекта исследования 78
3.1 Повышение устойчивости конструктивными мерами для предотвращения прогрессирующего обрушения 78
3.2 Результаты применения конструктивных мер 81
3.3 Резервирование прочности 88
3.4 Экономическое сравнение резервирования прочности и разгрузочной плиты 92
3.5 Выводы по главе 3 94
Заключение 95
Список используемой литературы и источников 97
ПРИЛОЖЕНИЯ 103
Приложение А 104
Приложение Б 107
Актуальность темы исследования
За последние десятилетия вопрос безопасности конструкций зданий и сооружений при аварийный воздействиях возникает всё чаще. Связан он, прежде всего, с повышением уровня безопасности населения. Безопасность населения встает под угрозу из-за обрушения и выхода из строя конструкций зданий или сооружений в результате чрезвычайных ситуаций. Характер чрезвычайных ситуаций достаточно разный и непредсказуемый. Наибольшие разрушения конструкций вызывают аварии антропогенного характера.
В связи с последними событиями проблема безопасности жизни населения возрастает. В случае чрезвычайной ситуации в зданиях и сооружениях необходимо предотвратить человеческие потери, поэтому вопрос обеспечения конструктивной безопасности зданий и сооружений при аварийных воздействиях актуален на данный момент.
Степень разработанности
После ряда событий связанных с аварийными воздействиями на конструкции в нормативных документах начинают вводиться поправки и дополнения, включающие необходимость учета аварийных воздействий, однако методик оценки и мероприятий по защите не приводится.
Проведен ряд исследований касательно конструктивной безопасности при чрезвычайных ситуациях. Исходя из исследований, можно выделить основные принципы обеспечения безопасности от аварийных воздействий как при проектировании конструктивными мерами, или за счет расчета рисков, так и на этапе эксплуатации превентивными мерами.
Аварийные воздействия могут быть предусмотрены проектом - величина их риска закладывается в проекте, но в проекте учитывается воздействия, характерные для здания (сооружения) или для местности, где находится объект, например для сейсмоопасных районов. Запроектные воздействия ни как не учитываются и не нормируются. Другой способ защиты от аварийных воздействий - превентивный - это предупреждение аварийных воздействий или их исключение. Так, например, для жилых домов с газовым оборудованием предлагается ряд мер, таких как профилактические проверки и введение систем автоматического контроля [9]. В зданиях общественного назначения такими мерами являются сигнализации и датчики, предупреждающие о возможной чрезвычайной ситуации. В некоторых источниках [28-32,36] предлагается ряд возможных решений для обеспечения конструктивной безопасности на этапе проектирования от прогрессирующего обрушения, однако единого алгоритма по проектированию зданий и сооружений от аварийных воздействий нет.
Ещё один немало важный факт то, что рассмотрение аварийных воздействий применимо только для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности. Согласно ФЗ 384 [40], к зданиям и сооружениям повышенного уровня ответственности относятся здания и сооружения, отнесенные к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам. Нужно отметить, что на сегодняшний день большую долю строительства - занимают жилые и общественные здания, отнесенные к зданиям и сооружениям нормального уровня ответственности. При проектировании этих зданий аварийные воздействия никак не рассматриваются и не нормируются, если иного не требует заказчик. Из этого следует вывод, что рассмотрение аварийных воздействий и применение конструктивных мер безопасности от них для зданий и сооружений нормального уровня ответственности - является актуальными задачами на данный момент и требует большей проработки.
Цель:
Повышение устойчивости многоэтажного жилого здания от прогрессирующего обрушения как способ обеспечения безопасности населения при аварийных воздействиях.
Задачи:
• Проведение анализа антропогенных аварийных воздействий и их последствий;
• Обзор методов расчета и защиты от прогрессирующего обрушения;
• Разработка конструктивных решений под определенные аварийные воздействия для исключения прогрессирующего разрушения;
• Расчёт объекта на устойчивость к прогрессирующему обрушению от аварийных воздействий;
• Применение мер по увеличению устойчивости здания к прогрессирующему обрушению;
• Технико-экономическая оценка применения выбранных мер от прогрессирующего обрушения.
Научная новизна
Выявление эффективности простых конструктивных решений для многоэтажных жилых зданий на устойчивость к прогрессирующему обрушению.
Объект исследования
Жилое многоэтажное здание, отнесенное к зданиям нормального уровня ответственности.
Предмет исследования
Прогрессирующее обрушение многоэтажного жилого здания в результате аварийных воздействий.
Методология проведения исследования
Расчет на прогрессирующее обрушение произведен по методу конечных элементов в программном комплексе Лира САПР.
Практическая значимость исследования
Применение простых конструктивных решений для проектирования многоэтажных монолитных зданий от аварийных воздействий.
Научная значимость
Результаты расчетов можно использовать для дальнейшего анализа живучести отдельных элементов при отказе одной из опор.
Публикация работы
Материалы диссертации изложены в 1 опубликованной работе[9].
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту
На защиту выносятся методика расчета на устойчивость от прогрессирующего обрушения, расчет и анализ результатов, применение разгружающей плиты перекрытия от прогрессирующего обрушения и выявление ее эффективности.
Апробация результатов исследования
Материалы диссертационной работы представлены на научно-исследовательских семинарах кафедры.
Личный вклад автора
• Постановка исследования;
• Реализация расчета на устойчивость к прогрессирующему обрушению;
• Выбор метода повышения устойчивости к прогрессирующему обрушению;
• Анализ результатов и оценка эффективности простых конструктивных решений для повышения устойчивости от прогрессирующего обрушения.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы из 56 наименований, в том числе 15 зарубежных источников. Общий объем работы 110 страниц, включающий 12 рисунков, 10 таблиц, 2 приложения.
За последние десятилетия вопрос безопасности конструкций зданий и сооружений при аварийный воздействиях возникает всё чаще. Связан он, прежде всего, с повышением уровня безопасности населения. Безопасность населения встает под угрозу из-за обрушения и выхода из строя конструкций зданий или сооружений в результате чрезвычайных ситуаций. Характер чрезвычайных ситуаций достаточно разный и непредсказуемый. Наибольшие разрушения конструкций вызывают аварии антропогенного характера.
В связи с последними событиями проблема безопасности жизни населения возрастает. В случае чрезвычайной ситуации в зданиях и сооружениях необходимо предотвратить человеческие потери, поэтому вопрос обеспечения конструктивной безопасности зданий и сооружений при аварийных воздействиях актуален на данный момент.
Степень разработанности
После ряда событий связанных с аварийными воздействиями на конструкции в нормативных документах начинают вводиться поправки и дополнения, включающие необходимость учета аварийных воздействий, однако методик оценки и мероприятий по защите не приводится.
Проведен ряд исследований касательно конструктивной безопасности при чрезвычайных ситуациях. Исходя из исследований, можно выделить основные принципы обеспечения безопасности от аварийных воздействий как при проектировании конструктивными мерами, или за счет расчета рисков, так и на этапе эксплуатации превентивными мерами.
Аварийные воздействия могут быть предусмотрены проектом - величина их риска закладывается в проекте, но в проекте учитывается воздействия, характерные для здания (сооружения) или для местности, где находится объект, например для сейсмоопасных районов. Запроектные воздействия ни как не учитываются и не нормируются. Другой способ защиты от аварийных воздействий - превентивный - это предупреждение аварийных воздействий или их исключение. Так, например, для жилых домов с газовым оборудованием предлагается ряд мер, таких как профилактические проверки и введение систем автоматического контроля [9]. В зданиях общественного назначения такими мерами являются сигнализации и датчики, предупреждающие о возможной чрезвычайной ситуации. В некоторых источниках [28-32,36] предлагается ряд возможных решений для обеспечения конструктивной безопасности на этапе проектирования от прогрессирующего обрушения, однако единого алгоритма по проектированию зданий и сооружений от аварийных воздействий нет.
Ещё один немало важный факт то, что рассмотрение аварийных воздействий применимо только для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности. Согласно ФЗ 384 [40], к зданиям и сооружениям повышенного уровня ответственности относятся здания и сооружения, отнесенные к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам. Нужно отметить, что на сегодняшний день большую долю строительства - занимают жилые и общественные здания, отнесенные к зданиям и сооружениям нормального уровня ответственности. При проектировании этих зданий аварийные воздействия никак не рассматриваются и не нормируются, если иного не требует заказчик. Из этого следует вывод, что рассмотрение аварийных воздействий и применение конструктивных мер безопасности от них для зданий и сооружений нормального уровня ответственности - является актуальными задачами на данный момент и требует большей проработки.
Цель:
Повышение устойчивости многоэтажного жилого здания от прогрессирующего обрушения как способ обеспечения безопасности населения при аварийных воздействиях.
Задачи:
• Проведение анализа антропогенных аварийных воздействий и их последствий;
• Обзор методов расчета и защиты от прогрессирующего обрушения;
• Разработка конструктивных решений под определенные аварийные воздействия для исключения прогрессирующего разрушения;
• Расчёт объекта на устойчивость к прогрессирующему обрушению от аварийных воздействий;
• Применение мер по увеличению устойчивости здания к прогрессирующему обрушению;
• Технико-экономическая оценка применения выбранных мер от прогрессирующего обрушения.
Научная новизна
Выявление эффективности простых конструктивных решений для многоэтажных жилых зданий на устойчивость к прогрессирующему обрушению.
Объект исследования
Жилое многоэтажное здание, отнесенное к зданиям нормального уровня ответственности.
Предмет исследования
Прогрессирующее обрушение многоэтажного жилого здания в результате аварийных воздействий.
Методология проведения исследования
Расчет на прогрессирующее обрушение произведен по методу конечных элементов в программном комплексе Лира САПР.
Практическая значимость исследования
Применение простых конструктивных решений для проектирования многоэтажных монолитных зданий от аварийных воздействий.
Научная значимость
Результаты расчетов можно использовать для дальнейшего анализа живучести отдельных элементов при отказе одной из опор.
Публикация работы
Материалы диссертации изложены в 1 опубликованной работе[9].
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту
На защиту выносятся методика расчета на устойчивость от прогрессирующего обрушения, расчет и анализ результатов, применение разгружающей плиты перекрытия от прогрессирующего обрушения и выявление ее эффективности.
Апробация результатов исследования
Материалы диссертационной работы представлены на научно-исследовательских семинарах кафедры.
Личный вклад автора
• Постановка исследования;
• Реализация расчета на устойчивость к прогрессирующему обрушению;
• Выбор метода повышения устойчивости к прогрессирующему обрушению;
• Анализ результатов и оценка эффективности простых конструктивных решений для повышения устойчивости от прогрессирующего обрушения.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы из 56 наименований, в том числе 15 зарубежных источников. Общий объем работы 110 страниц, включающий 12 рисунков, 10 таблиц, 2 приложения.
Прогрессивное обрушение - тот вид аварии, который может унести огромное количество жизней людей. Совершенно точно можно сказать, что мы не можем рассчитать вероятность возникновения той или иной чрезвычайной антропогенной ситуации, но мы можем уменьшить потери при её возникновении.
При строительстве новых объектов - зданий высоток, сооружений для культурно-зрелищных мероприятий и прочих зданий и сооружений с массовым пребыванием людей закладывается величина риска возникновения аварии, просчитываются все возможные локальные аварийные воздействия. Но не стоит забывать, что в многоэтажных жилых зданиях могут с такой же вероятности произойти те же самые аварийные ситуации.
В результате расчета многоэтажного жилого каркасного здания на прогрессирующее обрушения доказано, что в здании не обеспечивается достаточная устойчивость. Разрушается основной материал в плитах перекрытия, и выходят из строя колонны в пределах соседних осей от локального разрушения. При обычном каркасе обрушение происходит при заданной аварийной ситуации на 3 этажа, включая технический подвал.
При моделировании аварийной ситуации с разгрузочной плитой в отметке пола технического подвала разрушения ограничиваются выходом из строя двух соседних колонн от удаленной колонны. Такие разрушения допускаются и не характеризуют прогрессирующее обрушение, так как объемы разрушений не достигают значительной части. Устойчивость от прогрессирующего обрушения обеспечена. Но есть необходимость резервирования вертикальных элементов - колонн 400х400 на подземной парковке, так как при перераспределении нагрузок в сечении колонны рядом с удаленным элементом не обеспечивается достаточной прочности.
По результатам исследования можно заключить, что такое простое конструктивное решение, как разгружающая плита заметно снижает объем разрушений после выхода из строя одного из вертикальных элементов. Устройство разгружающей плиты предотвращает большие деформации и способствует перераспределению нагрузок на вертикальные элементы конструкции. С экономической стороны удорожание объекта всего на 1520%, что сравнительно с резервированием прочности для обеспечения устойчивости от прогрессирующего обрушения - 95%, очень незначительно.
Сравнительно с применением других конструктивных решений, таких как проектирование железобетонных поясов по периметру перекрытия или устройство аутригерных этажей, применение разгружающей плиты является самым простым технологическим и конструктивным решением. Исходя из этого, можно заключить, что использование разгружающей плиты в качестве способа повышения устойчивости здания от прогрессирующего разрушения является рациональным решением.
В научной работе доказано, что применение разгружающей плиты повышает устойчивость жилых многоэтажных зданий от прогрессирующего обрушения при аварийных воздействиях. За счет устройства разгружающей плиты в отметке пола технического подвала нагрузки перераспределяются по конструкциям до отметки жилой части здания. Это позволяет обеспечить безопасную эвакуацию жильцов и предотвратить огромные людские потери.
Результаты исследования показали, что такое конструктивное решения для предотвращения прогрессирующего обрушения, как разгружающая плита, можно применять при проектировании любых многоэтажных жилых зданий для обеспечения устойчивости без неоправданного увеличения затрат.
При строительстве новых объектов - зданий высоток, сооружений для культурно-зрелищных мероприятий и прочих зданий и сооружений с массовым пребыванием людей закладывается величина риска возникновения аварии, просчитываются все возможные локальные аварийные воздействия. Но не стоит забывать, что в многоэтажных жилых зданиях могут с такой же вероятности произойти те же самые аварийные ситуации.
В результате расчета многоэтажного жилого каркасного здания на прогрессирующее обрушения доказано, что в здании не обеспечивается достаточная устойчивость. Разрушается основной материал в плитах перекрытия, и выходят из строя колонны в пределах соседних осей от локального разрушения. При обычном каркасе обрушение происходит при заданной аварийной ситуации на 3 этажа, включая технический подвал.
При моделировании аварийной ситуации с разгрузочной плитой в отметке пола технического подвала разрушения ограничиваются выходом из строя двух соседних колонн от удаленной колонны. Такие разрушения допускаются и не характеризуют прогрессирующее обрушение, так как объемы разрушений не достигают значительной части. Устойчивость от прогрессирующего обрушения обеспечена. Но есть необходимость резервирования вертикальных элементов - колонн 400х400 на подземной парковке, так как при перераспределении нагрузок в сечении колонны рядом с удаленным элементом не обеспечивается достаточной прочности.
По результатам исследования можно заключить, что такое простое конструктивное решение, как разгружающая плита заметно снижает объем разрушений после выхода из строя одного из вертикальных элементов. Устройство разгружающей плиты предотвращает большие деформации и способствует перераспределению нагрузок на вертикальные элементы конструкции. С экономической стороны удорожание объекта всего на 1520%, что сравнительно с резервированием прочности для обеспечения устойчивости от прогрессирующего обрушения - 95%, очень незначительно.
Сравнительно с применением других конструктивных решений, таких как проектирование железобетонных поясов по периметру перекрытия или устройство аутригерных этажей, применение разгружающей плиты является самым простым технологическим и конструктивным решением. Исходя из этого, можно заключить, что использование разгружающей плиты в качестве способа повышения устойчивости здания от прогрессирующего разрушения является рациональным решением.
В научной работе доказано, что применение разгружающей плиты повышает устойчивость жилых многоэтажных зданий от прогрессирующего обрушения при аварийных воздействиях. За счет устройства разгружающей плиты в отметке пола технического подвала нагрузки перераспределяются по конструкциям до отметки жилой части здания. Это позволяет обеспечить безопасную эвакуацию жильцов и предотвратить огромные людские потери.
Результаты исследования показали, что такое конструктивное решения для предотвращения прогрессирующего обрушения, как разгружающая плита, можно применять при проектировании любых многоэтажных жилых зданий для обеспечения устойчивости без неоправданного увеличения затрат.
Подобные работы
- Исследование и обеспечение пожарной безопасности. Комбинированные системы газоводяного пожаротушения
Магистерская диссертация, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4850 р. Год сдачи: 2022 - Усовершенствование системы обеспечения пожарной безопасности зданий насосных станций по перекачке нефти, линейной производственно - диспетчерской станции "Уват", АО «Транснефть - Сибирь», путем внесения изменений в конструктивные элементы и системы обеспечения пожарной безопасности здания
Магистерская диссертация, пожарная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 1800 р. Год сдачи: 2020 - Обеспечение пожарной безопасности офиса для маломобильных групп населения (на примере офиса компании ООО «Филип Моррис Сейлз энд Маркетинг» г. Москва)
Бакалаврская работа, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4250 р. Год сдачи: 2020 - Обеспечение пожарной безопасности административно - производственного здания ООО «СтройтрестПоволжье»
Бакалаврская работа, пожарная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4550 р. Год сдачи: 2019 - Разработка инженерно-технических мероприятий по предупреждению ЧС при вводе в эксплуатацию газовой котельной в в/ч 21005 г. Юрга
Бакалаврская работа, безопасность жизнедеятельности (БЖД). Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Усиление стальных каркасов промышленных зданий при реконструкции.1.
Магистерская диссертация, строительство . Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2021 - Система обеспечения пожарной безопасности объекта защиты
Бакалаврская работа, пожарная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4700 р. Год сдачи: 2022 - Обеспечение пожарной безопасности офиса для маломобильных групп населения (на примере офиса компании ООО «Филип Моррис Сейлз энд Маркетинг» (г. Москва)
Бакалаврская работа, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4240 р. Год сдачи: 2021 - Разработка документов предварительного планирования действия по тушению пожара на объекте МФ ТРК «Гудзон» (г. Москва) и мероприятий по обеспечению безопасности участников тушения пожара
Бакалаврская работа, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4330 р. Год сдачи: 2020