Рекомендации по защите жилых зданий с несущими кирпичными стенами при чрезвычайных ситуациях

ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ
МОСКОМАРХИТЕКТУРА


РЕКОМЕНДАЦИИ
по защите жилых зданий с несущими кирпичными стенами при чрезвычайных ситуациях


ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ МНИИТЭП (инженер Г. И. Шапиро, к. т. н. В. С. Коровкин, инженер Ю. А. Эйсман) и НИЦ СтаДиО (к. т. н. Ю.М. Стругацкий).

2. ПОДГОТОВЛЕНЫ к утверждению и изданию Управлением перспективного проектирования и нормативов Москомархитектуры.

3. СОГЛАСОВАНЫ ЦНИИСК им. Кучеренко; ЦНИИЭП жилища.

4. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Указанием Москомархитектуры от 18.10.2002 г. № 68.


ВВЕДЕНИЕ

Решение проблемы защиты жилых зданий, строящихся в Москве, в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС)1, в соответствии с директивными и нормативными документами должно учитывать природные и техногенные чрезвычайные ситуации, определенные соответствующими ГОСТ. Однако учет природных особенностей Московского региона и уроков многочисленных аварий зданий и сооружений в России и за рубежом2 показывает, что перечень ЧС, рассматриваемых при таком анализе, должен быть существенно уточнен и расширен по сравнению с гостируемым. В него необходимо включить следующие чрезвычайные ситуации:
_________________
1 Здесь и в дальнейшем курсивом выделяются термины и сокращения, определенные в госстандартах.
2 Библиография строительных аварий чрезвычайно обширна, весьма подробная библиография аварий жилых зданий во второй половине 20 века - в [20].

1. Природные ЧС:
A) - сейсмические воздействия;
Б) - опасные метеорологические явления, приводящие к повышенным ветровым нагрузкам на здания;
B) - образование карстовых воронок и провалов в основаниях зданий;
2. Антропогенные (в т.ч. техногенные) ЧС3:
_________________
3 Термин "антропогенные ЧС", применяемый в литературе, представляется более общим, чем гостируемый "техногенные ЧС" - в частности, это иллюстрирует приводимый здесь перечень ЧС.

А) - взрывы снаружи или внутри здания (в литературе упоминаются следующие источники: бытовой газ, взрывоопасные газовые смеси и жидкости, бомбы и другие взрывные устройства, используемые террористами);
Б) - пожары4;
_________________
4 Пожары могут быть отнесены и к природным ЧС, но чаще они возникают по причинам, связанным с деятельностью людей.

В) - транспортные аварии (ДТП, авиационные катастрофы);
Г) - аварии зданий и сооружений или значительные повреждения их несущих конструкций, вызванные одной из следующих причин:
а) ошибки в проектах, в том числе вызванные несовершенством СНиП,
б) недоброкачественное производство работ (на заводе или на монтаже);
в) дефекты материалов;
г) недостатки эксплуатации зданий, в том числе их инженерного оборудования;
д) небрежность, некомпетентность, а иногда и случаи вандализма жильцов, технического персонала или посторонних посетителей здания (в частности, самовольная перепланировка квартир с ослаблением несущих конструкций).
Указанные в приведенном перечне источники ЧС, по аналогии с классификацией взрывов на производстве, здесь разделены на проектные и запроектные. Защита зданий при ЧС, вызванных проектными источниками, определяется соответствующими СНиП, защита зданий при ЧС, вызванных запроектными источниками, требует специального анализа, конечная цель которого - разработка соответствующих норм и перевод рассматриваемых ЧС из разряда запроектных в категорию проектных Основная цель настоящих рекомендаций - обеспечение безопасности московских жилых зданий при запроектных ЧС.
Как показывает анализ чрезвычайных ситуаций, перечисленных выше, [19] наиболее вероятные для московских условий запроектные ЧС сводятся к локальным аварийным воздействиям на отдельные конструкции одного здания: взрывы, пожары, карстовые провалы, ДТП, дефекты конструкций и материалов, аварии инженерных систем здания, некомпетентная реконструкция и т.п. Это случайные, в общем случае непредсказуемые, нештатные ситуации, указанные в п. п. 1В, 2 вышеприведенного перечня ЧС.
Как правило, воздействия рассматриваемого типа приводят к местным повреждениям несущих конструкций зданий. При этом в одних случаях ЧС этими первоначальными повреждениями и исчерпываются, а в других - несущие конструкции, сохранившиеся в первый момент аварии, не выдерживают дополнительной нагрузки, ранее воспринимавшейся поврежденными элементами, и тоже разрушаются. Аварии последнего типа получили в литературе наименование "прогрессирующее обрушение".
Термин "прогрессирующее обрушение" и формулировка проблемы защиты от него панельных зданий появились в 1968 г. в докладе комиссии, расследовавшей причины известной аварии 22-этажного панельного жилого дома "Роунан Пойнт" в Лондоне [1]. После публикации доклада практически во всех развитых странах были начаты исследования этой проблемы, и к концу 70-х годов анализ возможных средств защиты от прогрессирующего обрушения зданий различных конструктивных систем с учетом экономических критериев был в основном завершен. Основные выводы, полученные разными исследователями, и последовавшие за ними изменения норм проектирования особенно для панельных зданий большинства развитых стран оказались схожи. Для конструкций различных систем зданий основные рекомендации сводились к следующему.
1. Не отказываясь в принципе от профилактических мер, направленных на предупреждение локальных ЧС или возникающих при них аварийных воздействий, самое серьезное внимание следует уделить предупреждению прогрессирующего обрушения. Это вызвано, во-первых, тем, что никакими экономически оправданными мерами невозможно полностью исключить возможность локальных разрушений несущих конструкций зданий, во-вторых, тем, что прогрессирующее обрушение ведет к наиболее тяжелым последствиям, в-третьих, тем, что при сравнительно небольших местных разрушениях несущих конструкций зданий обеспечение их устойчивости против прогрессирующего обрушения позволяет предотвратить эти последствия и защита может быть достигнута простыми и не дорогостоящими техническими средствами.
2. Основной принцип предотвращения прогрессирующего обрушения - повышение неразрезности конструктивной системы здания посредством совершенствования стыков и связей между конструктивными элементами.
3. Эффективность конструктивной защиты зависит от развития в элементах конструкций и их связях пластических деформаций; для пластичности связей, в частности, требуется, чтобы прочность анкеровки связей в сборных элементах была "соответствующей", т.е. больше несущей способности самой связи, или больше усилий, вызывающих текучесть связи.
4. Отмечается качественное сходство рекомендуемых мер защиты от прогрессирующего обрушения с апробированными конструктивными антисейсмическими мероприятиями. В литературе приводятся многочисленные примеры сейсмостойких зданий, локальные разрушения которых не привели к прогрессирующему обрушению благодаря соответствующей сейсмозащите.
Настоящие рекомендации, основанные на указанных принципах, рассматривают вопросы защиты при локальных ЧС для жилых зданий с несущими кирпичными стенами. Вопросы, рассмотренные в настоящих Рекомендациях, в той или иной мере ранее рассматривались, необходимость разработки данных рекомендаций появилась после ужесточения противопожарных требований [12]. Пожары являются частным случаем ЧС. Мероприятия по выполнению требований противопожарных норм защищают отдельные элементы здания только от воздействия пожара, а в случае других ЧС могут оказаться бесполезными. Поэтому в московских нормах [13] было принято положение о необходимости защиты здания в целом от прогрессирующего обрушения (п. 3.6) при ЧС любого типа, а требования по огнестойкости отдельных конструктивных элементов (п. 3.24) трактуются с учетом защищенности здания от прогрессирующего обрушения.
Рекомендации составлены на основе анализа обширной научной и нормативной зарубежной литературы и по результатам научных исследований проблемы защиты зданий от прогрессирующего обрушения, выполненных в МНИИТЭП, и разработаны в развитие Московских городских норм [13].

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1.1. Жилые здания первой и второй категории ответственности с кирпичными5 несущими стенами должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения их несущих конструкций при аварийных воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (взрывы, пожары, ударные воздействия транспортных средств и т.п.). 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.
___________________
5 Здесь и далее имеется в виду не только кирпичные стены, но и из других каменных материалов в соответствии с [7, 22].

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.
1.2. При проектировании защиты зданий с кирпичными несущими стенами 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 участки стен и плиты перекрытий, не расположенные над локальным разрушением). В элементах второго типа (к ним относятся конструкции, потерявшие первоначальные опоры - элементы стен и 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 элементов стен и перекрытий, потерявших опору в результате локального разрушения стен. Обеспечение устойчивости этих конструкций, которая зависит как от прочности самих зависших элементов, так и от прочности их связей между собой и с неповрежденными стенами, - основная задача защиты зданий от прогрессирующего обрушения
1.3. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать наиболее экономичными средствами:
- конструктивными мерами, способствующими развитию в элементах и их соединениях пластических деформаций при предельных нагрузках;
- рациональным решением системы конструктивных связей, отдельных узлов и элементов соединений и стыков.
1.4. Реконструкция здания (в частности, перепланировка квартир с устройством новых проемов), не должна снижать устойчивости здания против прогрессирующего обрушения.

2. РАСЧЕТ ЗДАНИЙ С КИРПИЧНЫМИ НЕСУЩИМИ СТЕНАМИ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ.

2.1. 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.
2.2. Величины нагрузок должны определяться по [11]. При этом коэффициенты сочетаний нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузке следует принимать равными единице.
2.3. Воздействие локальных разрушений несущих конструкций учитывается тем, что рассматривается несколько вариантов расчетной модели здания, каждый из которых соответствует одному из возможных локальных разрушений конструкций при аварийных воздействиях (см. рис. 1).



Рис. 1. Фрагмент кирпичного жилого дома
а) фасад
б) план этажа
1 - армированные пояса, 2 - варианты расположения гипотетических локальных разрушений.

Рекомендуется принимать следующие размеры локальных повреждений:
- карстовая воронка под фундаментом здания диаметром 6 м (для карстоопасных районов);
- разрушение (удаление) двух пересекающихся стен одного (любого) этажа на участках от места их сопряжения (в частности, от угла здания) до ближайшего проема в каждой стене или до следующего пересечения со стеной перпендикулярного направления, но на длине не более 3 м;
- исчезновение любого из простенков наружной стены;
- исчезновение любого из участков стены одного этажа шириной 3 м;
- повреждение сборного или монолитного перекрытия общей площадью до 40 м2;
Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать лишь наиболее опасные расчетные схемы разрушения:
локальные разрушения,
...