Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях

ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ
МОСКОМАРХИТЕКТУРА

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ЗАЩИТЕ ЖИЛЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ 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", 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 каркасных зданий. 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 каркасные здания 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.).
Каркасные здания имеют несущие элементы, которые невозможно защитить от прогрессирующего обрушения конструктивными мероприятиями. Это ключевые элементы каркаса (в первую очередь колонны), и для повышения устойчивости здания против прогрессирующего обрушения при ЧС следует резервировать для этих элементов дополнительную прочность (см. п.п. 2.6 - 2.9), поэтому то понимание защиты от прогрессирующего обрушения, которое пришло от панельных зданий5, для каркасных зданий трактуется иначе.
__________________
5 Для панельных зданий это требование означает следующее. 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 каркасного здания должна обеспечивать его прочность и устойчивость в случае локального воздействия на отдельные элементы, не предусмотренного условиями нормальной эксплуатации здания как минимум на время, необходимое для эвакуации людей. Перемещения конструкций и раскрытие в них трещин в рассматриваемой чрезвычайной ситуации не ограничивается.
1.3. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать:
- конструктивными мерами, способствующими развитию в ригелях 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) не должна снижать устойчивости здания против прогрессирующего обрушения.

2. РАСЧЕТ КАРКАСНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ 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 одно из гипотетических воздействий на конструкции здания (см. п. 2.3)
2.2. Постоянная и временная длительная нагрузка должна определяться по [11]. При этом коэффициенты сочетаний нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузкам к постоянным и длительным нагрузкам следует принимать равными единице.
2.3. Гипотетические воздействия на несущие конструкции учитываются тем, что проводятся расчеты здания при различных локальных воздействиях, каждое из которых соответствует одному из возможных ЧС.
Рекомендуется принимать следующие локальные воздействия:
- карстовая воронка диаметром 6 м, расположенная в любом месте под фундаментом здания (для карстоопасных районов);
- повреждение перекрытия общей площадью до 40 м2;
- неравномерные осадки основания;
- горизонтальная нагрузка на вертикальные несущие элементы 3,5 т для стержневых и 1 т для пластинчатых на 1 м2 поверхности рассматриваемого элемента в пределах одного этажа (коэффициент надежности по нагрузке равен единице).
2.4. При расчете зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения нормативные сопротивления материалов принимаются в соответствии с [8, 9, 21] Расчетные характеристики сопротивления материалов, определяемые делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности для бетонных и железобетонных конструкций, повышают за счет использования коэффициентов надежности, указанных в табл. 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 и металлических конструкций и элементов за пределом текучести материала.
Коэффициенты условий работы для бетона принимают по таблице 2, для арматуры всех классов вводится единый коэффициент s = 1,1.
Расчетные сопротивления прокатной стали принимаются по [9] с учетом допустимости работы пластичных сталей за пределом текучести. Коэффициент условий работы для пластичных сталей принимается равным 1,1.
Таблица 1

Материал Напряженное состояние или характеристика материала Условное обозначение Коэффициент надежности по материалу
Бетон Сжатие b 1,15
Растяжение bt 1,25

2.5. Для расчета зданий на устойчивость к прогрессирующему обрушению рекомендуется использовать пространственную расчетную модель.
Такая модель может учитывать элементы, которые при нормальных эксплуатационных условиях являются ненесущими, а при наличии локальных воздействий активно участвуют в перераспределении нагрузки. Модель здания должна быть рассчитана
...