Особенности расчета монолитного железобетонного каркаса на прочность при прогрессирующем разрушении в ПК «МОНОМАХ»

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности расчета монолитного железобетонного каркаса на прочность при прогрессирующем разрушении в ПК «МОНОМАХ»

Ребрун Дарья

Аннотация

В статье рассматривается проблема обеспечения устойчивости многоэтажных зданий с монолитным железобетонным каркасом против прогрессирующего разрушения. Выполнены исследования напряженного состояния несущих конструкций на модели в программном комплексе «Мономах». На основании анализа о том, что при выключении из работы колонны крайнего ряда на первом этаже наибольшие изменения наблюдаются в работе плиты перекрытия первого этажа. Сделаны выводы, что увеличение площади рабочей арматуры позволит предотвратить прогрессирующее разрушение здания.

Ключевые слова: Здания, железобетонный каркас, прогрессирующее разрушение, рабочая арматура, нагрузки и воздействия.

The article deals with the problem of providing multi-storey buildings with a monolithic reinforced concrete frame against progressive destruction. Studies of the stress state of supporting structures on a model in the Monomakh software package. Based on the analysis that when you turn off the column of the last row on the first floor of the largest observers in this area. It is concluded that the increase in the area of ??labor.

Key words: Buildings, reinforced concrete frame, progressive destruction, working reinforcement, loads and impacts.

Некоторые многоэлементные системы склонны к лавинообразному или цепному прогрессирующему обрушению при отказе одного из несущих элементов в аварийной ситуации (взрыв, пожар, удар, отказ несущего элемента при коррозии и дефекте монтажа). Под прогрессирующим обрушением понимается распространение начального локального повреждения в виде цепной реакции от элемента к элементу, которое, в конечном счете, приводит к обрушению всего здания или непропорциональной его части.

При проектировании здания или сооружения повышенного уровня ответственности должна быть учтена также аварийная расчетная ситуация, имеющая малую вероятность возникновения и небольшую продолжительность, но являющаяся важной с точки зрения последствий достижения предельных состояний, которые могут возникнуть при этой ситуации (в том числе предельных состояний при ситуации, возникающей в связи со взрывом, столкновением, с аварией, пожаром, а также непосредственно после отказа одной из несущих строительных конструкций). [3]

Расчет на прогрессирующее обрушение проводится для зданий и сооружений класса КС-3, а также зданий и сооружений класса КС-2 с массовым нахождением. Расчет на прогрессирующее обрушение допускается не проводить, если предусмотрены специальные мероприятия, исключающие прогрессирующее обрушение сооружения или его части. [2]

Внезапный выход из строя одного из элементов несущей конструкции обычно связывают с проблемой прогрессирующего разрушения. Здесь следует различать два основных подхода:

-внезапное разрушение элемента;

-рассмотрение системы с уже заранее удаленным отказавшим элементом.

Первый подход соответствует, например, действию взрыва или другой аварийной перегрузки, при этом следует учитывать динамическое поведение системы.

Во втором случае, который может быть связан с грубой ошибкой при проектировании или возведении здания, приведшей к тому, что рассматриваемый элемент выключен из работы, динамические эффекты не учитываются. железобетонный каркас перекрытие многоэтажный

Здания и сооружения необходимо проектировать так, чтобы локальные разрушения отдельных несущих конструкций не привели к обрушению соседних конструкций, на которые передается нагрузка от поврежденных элементов. Конструктивная система зданий должна обеспечивать его прочность и устойчивость как минимум на время, необходимое для эвакуации людей. Перемещения конструкций и раскрытие трещин при этом не ограничиваются.

Для исследования методов защиты монолитного каркаса на устойчивость к прогрессирующему обрушению в ПК «Мономах» была составлена модель 7-ми этажного каркасного монолитного здания (рис. 1) и проведены расчеты на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные длительные нагрузки, а также воздействие гипотетических локальных разрушений несущих конструкций. Исследование работы железобетонных конструкций проводилось с использованием программного комплекса «Мономах», основанного на методе конечных элементов.

Здание имеет каркасную конструктивную систему с ядром жесткости. Высота этажа 3 м, размеры сечения колонн 400х400 мм. Перекрытия безбалочные с толщиной плиты 200 мм.

В расчетной схеме были приложены нагрузки: постоянные от собственного веса конструкций, а также снеговая нагрузка на покрытие, ветровая нагрузка и полезные нагрузки на перекрытия.

Способом проверки устойчивости в условиях аварийной ситуации было выбрано удаление одной колонны крайнего ряда на первом этаже и анализ последствий такого вмешательства в работу конструкций.

Согласно своду правил СП 63.13330.2012 [1], в расчете железобетонных конструкций на прогрессирующее разрушение учитываются нормативные характеристики материалов и нормативные вертикальные нагрузки. Кроме того, расчетные сопротивления умножаются на коэффициенты условий работы, учитывающие малую вероятность аварийных воздействий и рост прочности бетона после возведения здания, а также возможность работы арматуры за пределом текучести.

Расчет на прогрессирующее разрушение выполнялся для комбинации загружений, включающей нормативные постоянные и длительные временные нагрузки.

Рисунок 1. Изополя перемещений по оси Z: а - исходная модель здания, б - при выключении из работы колонны крайнего ряда.

Рисунок 2. Требуемая площадь сечения верхней арматуры A_x в плите перекрытия 1 этажа: а - исходная модель, б - при выключении из работы колонны крайнего ряда.

Рисунок 3. Требуемая площадь сечения нижней арматуры A_x в плите перекрытия 1 этажа: а - исходная модель, б - при выключении из работы колонны крайнего ряда

Анализ характера армирования плит перекрытий и требуемой площади верхней и нижней арматуры в направлении осей X и Y позволил сделать следующие выводы.

При выключении из работы колонны крайнего ряда на первом этаже наибольшие изменения наблюдаются в работе плиты перекрытия первого этажа.

Требуемое количество верхней рабочей арматуры в плите в зоне опирания ближайших колонн составило: при исходной схеме A_x=15,6 см² , A_Y=19,2 см² ; после удаления A_x=24,5 см² , A_Y=12,5 см² (рис. 2). Аналогично требуемое количество нижней арматуры в пролете составило: при исходной схеме A_x=9,6 см² , A_Y=5 см²; после удаления A_x=15,7 см² , A_Y=7,7 см² (рис. 3). Увеличение площади рабочей арматуры на 45% позволит предотвратить прогрессирующее разрушение здания при выключении из работы колонны крайнего ряда на первом этаже.

Таким образом, за счет принятия конструктивных и схемных решений, способных противостоять разрушению при выключении несущих элементов, становится возможным решить проблему прогрессирующего разрушения многоэтажных зданий с монолитным железобетонным каркасом.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные понятия. М.:ФГУПЦПП, 2012.

2. ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. - Межгосударств. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2014.

3. Федеральный закон «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» от 30.12.2009 N 384-ФЗ

4. Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения. Москва, МНИИТЭП, 2005.

Размещено на Allbest.ru