Добрый день, друзья!
Уже многие заказчики и инженеры столкнулись с тем, что для промышленных зданий экспертные организации стали требовать расчеты на прогрессирующее обрушение в соответствии с современными нормативными требованиями.
Данные требования накладывают дополнительные накладные расходы на достаточно трудоемкие расчеты, связанные с обеспечением отсутствия прогрессирующего обрушения здания. Также данные требования в большинстве случаев усложняют конструкцию каркаса и увеличивают массу металла и трудоемкость возведения, что ложится дополнительным бременем на владельца-застройщика.
Но от норм не уйдешь: выполнять надо. Поэтому сегодня расскажу, как мы делали подобный расчет для существующего комплекса промышленных зданий, подвергаемых реконструкции.
Примерную логику расчета изложу на одном из цехов, так как принципиально для любых зданий расчет выполняется по сходным алгоритмам.
Итак, нам в работу выдан цех существующего промышленного здания.
Вот в каком виде предоставлены исходные данные по этим зданиям. Зачастую чертежи были вообще не читаемы.
Естественно все это приходилось уточнять выездами на объект.
В здании наблюдаются сразу несколько осложняющих факторов:
- здание достаточно давней постройки (30-е годы прошлого века);
- здание многократно подвергалось реконструкции и имеет существенный объем уже усиленных и переделанных конструктивных элементов;
- документация на здание присутствует не в полном объеме, в плохом качестве, утерянные чертежи, много чертежей неактуальных, не имеющих последних усилений и т.д.
- обследование здания, проведенное заказчиком, содержит массу неточностей, отсутствуют исследования марок бетона, классов стали, неверная геометрия, не совпадающая с архивными чертежами.
- информация о геологических данных площадки застройки отсутствовала.
Проанализировав исходные данные, пришли к выводу, что необходимо обсуждать с заказчиком исключение фундаментов из анализируемой расчетной схемы, так как в силу недостаточности информации по их конструкции и полного отсутствия геологии делать их расчет не имело ни малейшего смысла. При примерных прикидочных расчетах в условиях нормальной эксплуатации на гипотетический грунт с расчетным сопротивлением 200кПа фундаменты шли с запасом, поэтому, в целом, допускалось не учитывать фундаменты в расчетной схеме на прогрессирующее обрушение. Данный вопрос сразу согласовали с экспертизой и получили положительную отмашку с их стороны.
Итак, сбор схемы делаем без учета фундаментов: только каркас.
Для расчета на прогрессирующее обрушение мы будем пользоваться тремя основными нормами, которые регламентируют работу такой схемы в аварийном режиме. Это СП 20.13330.2016 и СП 385.1325800.2018, СП 296.1325800.2017.
Из СП 385 сначала определим, что мы считаем, собственно.
Основные моменты, отраженные в п.3.7 и 3.8.
прогрессирующее (лавинообразное) обрушение: Последовательное (цепное) разрушение несущих строительных конструкций, приводящее к обрушению всего сооружения или его частей вследствие локального разрушения.
устойчивость против прогрессирующего обрушения: Обеспечение несущей способности как конструктивной системы сооружения в целом, так и примыкающих к зоне локального разрушения конструктивных элементов.
Собственно, именно последнее мы и должны обосновать расчетом.
В соответствии с п.4.1 СП 385:
Здания и сооружения в зависимости от уровня ответственности (см. приложение И) должны быть защищены от прогрессирующего обрушения при локальном разрушении. Для этого необходимо обеспечить несущую способность как конструктивной системы сооружения в целом, так и отдельных элементов в зоне локального разрушения. По требованию заказчика в задании на проектирование (в дополнение к необходимым требованиям по несущей способности) допускается установление дополнительных требований.
Обращаю внимание на последнее предложение. Оно очень важно! Объем расчетов на прогрессирующее обрушение может быть как очень небольшим, так и огромным. И этот объем зависит от того, что написано в техническом задании на расчет! Обсуждайте с заказчиком и, желательно, сразу и с экспертизой ВСЕ параметры, которые вы будете отражать в расчете!
Из основного, например:
- будете учитывать в расчете фундаменты и проверять их;
- расчет будет линейным или нелинейным;
- будете ли рассчитывать на аварийное воздействие узлы каркаса (это самый важный пункт, так как при наличии в техзадании на расчет данного пункта, расчет превратится в огромную научную работу на очень длительный срок!);
- и так далее и тому подобное.
В соответствии с п.4.6 СП 385 определим, какие конструкции нам нужно удалить, чтобы выполнить расчет. Для нашего здания: В одноэтажных производственных зданиях следует рассматривать разрушение или удаление несущей конструкции на участке двух смежных шагов в однопролетных зданиях и смежных пролетах многопролетных зданий.
То есть в расчете учитываем что одна из колонн здания разрушается, что повлечет за собой «зависание» опирающихся на них ферм и прогонов. Эта ситуация не должна повлечь за собой последовательное разрушение (обрушение) конструкций смежных пролетов и далее всего здания.
Тут также сделаю оговорку, что колонн в здании очень много и нужно ОБЯЗАТЕЛЬНО согласовать с заказчиком и экспертизой сколько колонн и лучше даже указать точно какие колонны мы удаляем для расчета. Так как от этого напрямую зависит объем расчетов и, как следствие, цена и срок. Это очень важно для вас!
Принципиально определились с удаляемыми элементами, теперь посмотрим какие нагрузки и как будем учитывать. П.6.1 СП 385 отправляет нас в СП 296, где и отражен принцип приложения нагрузок на аварийную схему.
Далее смотрим главу 7 СП 385 «Требования к расчетным моделям». Какие здесь нужно сделать оговорки сразу. Например п.7.1 Для расчета сооружений на устойчивость против прогрессирующего обрушения следует использовать пространственную расчетную модель, в которой учитывается взаимодействие с грунтовым основанием в соответствии с СП 22.13330. В расчетной модели необходимо учитывать включение в работу элементов, которые при нормальной эксплуатации сооружения являются ненесущими (например, навесные наружные стеновые панели, парапеты, железобетонные ограждения балконов, перегородки и т.п.), а при локальном разрушении сооружения активно участвуют в перераспределении усилий в элементах конструктивной системы.
С пространственной моделью все понятно – без нее расчет в принципе не сделать, а вот требование по учету включения в работу элементов типа стеновых панелей, парапетов, ограждений… Как их включать то? Это надо учитывать несущую способность узлов их крепления (каждого). Как авторы СП вообще это представляют? Нереально совершенно данное требование на мой взгляд. Даже абсурдно.
Таким образом, эти все вещи мы не учитываем в расчете, что, собственно, идет в запас и экспертиза данные упрощения спокойно пропускает. Вопрос снимаем.
Далее идем: п.7.3 Расчет сооружений на устойчивость против прогрессирующего обрушения следует выполнять для каждого из рассматриваемых локальных разрушений отдельно и независимо от других возможных локальных разрушений.
То есть, если мы убираем одну колонну, то только одну ее, убранную в расчете, и учитываем. Когда другая колонная исключается – это уже другой расчет.
Остальные пункты рассмотрим ниже. Упомяну только пункт 7.8, где оговаривается, что допустимо рассматривать работу элементов в аварийном режиме, как элементы висячей системы (грубо говоря, ванты). На мой взгляд пункт очень странный, так как в большинстве случаев в пространственной схеме все итак работает и как ванты и на изгиб и вообще на все возможные напряжения, так как прогибы существенные – колонну то убрали.
Переходим в приложение Б, которое описывает алгоритм работы по расчету. В СП 385 все подробно расписано, поэтому остановлюсь только на одном пункте: мгновенное удаление выключаемого элемента моделируется усилиями, определенными в этом элементе при расчете по первичной расчетной схеме, прикладываемыми во вторичной расчетной схеме с обратным знаком.
Это достаточно важный момент и его необходимо учитывать, так как разница между таким подходом и просто исключением колонны существенная.
Для нашего случая (промышленное одноэтажное здание) обязательно знакомимся с приложением Г, где даны основные рекомендации, как обеспечить отсутствие прогрессирующего обрушения в здании введением дополнительных конструкций.
При расчете здания по защите от прогрессирующего обрушения расчетные прочностные характеристики бетона и арматуры в соответствии с СП385.1325800.2018, СП63.13330.2018, принимаются равными их нормативным значениям.
Расчетные значения призменной прочности бетона приняты с учетом дополнительных коэффициентов работы в соответствии с СП 385.1325800.2018, Приложение А – 1,25. Расчетное значение прочности арматурной стали колонн, выполненных из стали класса АIII, с учетом коэффициента условий работы 1,1 (СП385.1325800.2018).
Расчет здания по защите от прогрессирующего обрушения, в соответствии с п. 6 СП 385.1325800.2018 выполняется на сочетание нагрузок POS C, состоящее из постоянных Pd и длительных lp, с учетом изменения расчетной схемы, вызванного локальным разрушением.
Для рассматриваемого здания на покрытие действуют нагрузки с коэффициентом надежности по нагрузке, равным 1:
- постоянные нагрузки:
а) собственный вес колонн, ферм, плит покрытия;
- временные длительные нагрузки;
а) вес кровли;
б) длительная часть снеговой нагрузки;
Для расчета здания по защите от прогрессирующего обрушения разработана пространственная расчетная модель. При этом в запас прочности, в расчетную схему не включены элементы здания, которые при нормальной эксплуатации не являются несущими (наружное стеновое ограждение, перегородки и др.)
Пройти наши курсы по проектированию можно по этой ССЫЛКЕ.
В качестве вторичных расчетных моделей, после анализа первичной расчетной схемы каркаса сооружения, принято удаление рядовой колонны.
Расчет выполнен независимо для каждой из схем согласно 7.3 СП 385.1325800.2018 с использованием квазистатического способа (п. 7.6 СП 385.1325800.2018).
Расчет здания на прогрессирующее обрушение выполнен с использованием программного комплекса SCAD.
Итак, вот общий вид нашего каркаса, собранного в первозданном виде.
После расчета неаварийной схемы в режиме нормальной эксплуатации, удаляем колонну.
И получаем прогибы и усилия в результате расчета аварийной схемы с удаленной колонной.
Как видим, прогибы достаточно небольшие и в пределах нормативных требований.
Почему так произошло? Все достаточно очевидно: в данном каркасе уже присутствуют подстропильные фермы. Причем достаточно большой высоты как под основными фермами здания, так и в фонарях. Это создает пространственный каркас, достаточно хорошо работающий даже при удалении колонн.
Теперь нам необходимо посмотреть, что у нас с несущей способностью.
Тут все похуже - верхние пояса подстропильных ферм не проходят на аварийные напряжения. Таким образом, по результатам расчета применяем следующие решения:
- уменьшаем нагрузку от покрытия посредством снятия железобетонных сборных плит покрытия и заменяем рулонную наплавляемую кровлю на мембранную;
- усиляем верхние пояса подстропильных ферм дополнительными стальными элементами.
Мое видео по материалам моей статьи:
Аналогичные расчеты были проведены нами еще для нескольких корпусов данной промышленной площадки.
Какие выводы на основе результата опыта таких расчетов мы можем сейчас сделать:
1. В 100% случаев в подобных каркасах необходимы подстропильные фермы. Если их в каркасе нет, то их придется вводить и подбирать сечения их элементов.
2. В случае наличия подобных конструкций уже в здании их с большой вероятностью придется усилять, так как они не рассчитаны на подобные нагрузки и устанавливались в каркасе с иной целью.
3. Учет фундаментов в аварийной схеме не сильно целесообразен ввиду того, что это сильно усложняет и замедляет расчеты, а также того, что фундаменты не реагируют на изменение нагрузки мгновенно: все это происходит с течением какого-то времени. Это все приведет к использованию нелинейных методов расчета, что вообще уведет расчет в научную область зачастую весьма далекую от реального мира.
4. Учет и расчет всех узловых соединений каркаса, учет ненесущих в нормальном режиме конструкций не имеет смысла, так как подобный расчет придется делать целым отделом в течение пары лет, что делает работу бессмысленной.
5. Ввиду пункта 3 и 4 ВСЕГДА обговаривайте с заказчиком и экспертизой КОНКРЕТНЫЙ объем работ по подобным расчетам, иначе в процессе расчета по замечаниям экспертизы вас будут ждать такие горы допработ от которых поплохеет всем.
Удачи!
Еще больше интересной информации по проектированию на нашем канале Youtube и в моем личном блоге: proconstr.ru
Для заказа проектов у нас обращайтесь на мой сайт: pro-z.ru
Подписывайтесь!
И не забудьте посетить мою группу ВК!
