Последствия взрыва газа в кирпичных жилых домах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Последствия взрыва газа в кирпичных жилых домах

Согласно статистическим данным МЧС [1,2] о чрезвычайных ситуациях за период 2017 - 2018 года в РФ произошло 49 взрывов бытового газа в жилых домах одно- и многоэтажных, кирпичных и крупнопанельных, одно- и многоквартирных.

Анализ статистических данных МЧС [1,2] по взрывам бытового газа жилых домов показывает, что взрывам подвержены здания различных конструктивных схем независимо от материала конструкций - кирпичные или крупнопанельные, монолитные или сборные, но характер разрушения, последствия взрыва во многом определяются конструктивной схемой, планировкой помещений, материалом конструкций, расположением места взрыва и величиной взрывной нагрузки.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика чрезвычайных ситуаций, произошедших в 2016 и 2017 гг.

Эксплуатируемые кирпичные дома, как и панельные, не защищены от взрыва бытового газа.

Аварии, связанные со взрывом бытового газа, носят случайный характер и могут происходить на нижних и верхних этажах одноквартирных и многоквартирных жилых домов.

Большая вероятность прогрессирующего разрушения кирпичного здания при взрывах газа на нижних этажах (рис.1).

Рисунок 1 - Последствия обрушение части кирпичного пятиэтажного многоквартирного жилого дома на ул. Куйбышева, 103 в г. Пермь в следствие взрыва бытового газа, 11.07.2015 г.

Особенностью взрыва бытового газа (метан, пропан) является его характер. Взрыв носит дефлаграционный характер - быстрый пожар (быстрое горение), скорость которого зависит от концентрации горючего в газовоздушной смеси (рис. 2).

Рисунок 2 - Зависимость скорости нормального горения от концентрации горючего в смеси

Максимальная скорость горения достигается при определенном процентном содержании газа в смеси. Пламя движется со скоростью относительно продуктов взрыва. Видимая скорость пламени представляет сумму скоростей расширения смеси и скорости нормального горения. Для пропана и метана начальная скорость составляет 3 м/с. Так как скорость распространения пламени существенно меньше скорости звука, при взрыве реализуется принцип квазиостатического избыточного давления, действующее в данный момент времени на любой конструктивный элемент ограждения одинаково во всех точках.

Характер разрушения кирпичного здания при взрывах бытового газа будет отличаться от характера разрушения крупнопанельного здания или каркасного здания.

Допустимые уровни взрывных нагрузок внутри здания не должны превышать допустимого значения

При превышении предельного значения происходит разрушение основных строительных конструкций - стен, перекрытий (табл. 2).

Таблица 2 - Характер разрушения при различной величине избыточного давления

Таким образом, безопасный уровень давления газа при взрыве меньше 5кПа [3].

Каменная кладка, обладая довольно высокой прочностью на сжатие имеет сравнительно низкую прочность на растяжение и сдвиг по неперевязанному сечению. Так, например, прочность на сжатие кладки из кирпича марки М100 на растворе марки М50 , прочность на сдвиг по неперевязанному сечению для этой кладки составляет [4].

Работу «глухого» участка кирпичной стены при действии взрывной нагрузки (продуктов сгорания газовоздушной смеси) можно приближенно рассматривать как работу плиты опертой по контуру на действие равномерно-распределенной нагрузки по всей площади. С двух сторон опорами участка стены служат заанкерованные в кладке плиты перекрытия по низу и верху стены, с двух других сторон - опорами служат поперечные стены. На участке стены, подверженной воздействию взрывной нагрузке действуют изгибаемые моменты вызывающие усилия и образования трещин по перевязанным и неперевязанным сечениям и сдвиг отдельных участков (рис. 3).

Рисунок 3 - Расчетная схема плиты опертой по контуру

Прогрессирующее обрушение всего кирпичного здания при взрыве бытового газа явление редкое и возможно при распространении газовоздушной смеси по всему зданию или этажу.

При разрушении взрывом части несущей стены нижнего этажа не всегда можно ожидать обрушения верхних этажей. Разрушение может завершиться образованием естественного свода обрушения на уровне второго или третьего этажа (рис. 4).

Рисунок 4 - Последствия взрыва бытового газа в четырехэтажном кирпичном доме в Волгограде, 2016 г.

При взрыве газа на верхнем этаже разрушение может не перейти на нижние этажи все зависит от последовательности падения плит покрытия и фрагментов стен (рис.5).

Рисунок 5 - Последствия взрыва бытового газа на верхнем этаже в трехэтажном жилом кирпичном доме в г. Пермь, ноябрь 2014 г.

При взрыве газа на верхнем этаже карнизная часть может сохраниться, работая как распорная конструкция (рис. 6,7).

Рисунок 6 - Последствия взрыва бытового газа на верхнем этаже в девятиэтажном кирпичном жилом доме в г. Оренбурге по ул. Алтайской 2/1, 6.06.2016 г.

Рисунок 7 - Последствия взрыва бытового газа в кирпичном жилом доме в г. Волгограде, май 2017 г.

Рисунок 8 - Последствия взрыва бытового газа на верхнем этаже многоэтажного кирпичного жилого дома в г. Гавиржов, Чехия, сентябрь 2013г.

Сценариев разрушения бескаркасного кирпичного здания при взрывах бытового газа может быть много.

Механизм прогрессирующего разрушения может быть представлен как последовательный ряд событий:

1. Локальное разрушение участка несущей кирпичной стены, простенка, приводящие к изменению конструктивной схемы здания, увеличению пролетов;

2. Передача дополнительных усилий, ранее воспринимавшихся разрушенными конструкциями, элементами (например, простенками) на смежные участки;

3. Динамическое догружение смежных участков внезапным исключением из работ отдельных элементов (например, простенков);

4. Накопление повреждений - образование трещин, сдвиг части кладки в горизонтальной и вертикальной плоскости в несущих участках кладки;

5. Ударное воздействие падающих плит перекрытий, покрытия, фрагментов кирпичных стен, перегородок;

6. Прогрессирующее разрушение.

Для снижения избыточного давления до безопасного уровня в помещениях используют предохранительные конструкции: оконные проемы, легкосбрасываемые кровли.

Высокая прочность новых окон с двухкамерными стеклопакетами, которая значительно выше старых окон с остеклением, приводит к значительному росту избыточного давления, при котором происходит разрушение стен здания. Если те же рамы со стеклопакетами выполнить в виде распашных окон, таких последствий можно избежать (давление меньше в 4 раза, рис. 9). Актуально применение взрывозащитных (взрывобезопасных, взрывостойких) окон - изделий, которые при возникновении повышенного давления внутри помещения, вызванного взрывом, открываются наружу и выпускают взрывную волну, разрушение сводятся к минимуму. Системы открывания окон осуществляются только при возникновении расчетного случая давления, вызванного взрывной волной, поэтому вероятность случайного открывания окон и их взлома грабителями не допустима.

1- взрывозащитные окна компании ЮККО

2 - стандартные пластиковые окна

Рисунок 9 - График, показывающий пики давления при возникновении взрыва в квартире с обычными ПВХ окнами и взрывозащитными конструкциями компании «ЮККО»

Согласно [5] в качестве расчетной нагрузки на несущие и ограждающие конструкции при взрывах газа в закрытых помещениях объемом до с вентилируемыми проемами (окнами, дверьми и легкосбрасываемыми конструкциями) необходимо учитывать статическое давление газа равное наибольшему из значений (1) и (2)

(1)

(2)

где - площадь вентилируемых проемов (окон, дверей, перегородок и др. легкосбрасываемых конструкций),

- объем помещения,

давление активации вентилируемого элемента, МПа, при котором происходит нарушение герметичности помещения (разрушение окон, дверей, мембранных ограждений) или срабатывает механизм предустановленных легкосбрасываемых строительных элементов конструкции.

Отношение площади вентилируемого проема к объему помещения должно составлять не более 0,05.

На основе оценки тяжести последствий взрыва газа существующих жилых зданиях, необходимо проектировать новые кирпичные жилые дома с учетом возможности взрыва, принимая конструктивные мероприятия, обеспечивающие предотвращение перехода локального разрушения в прогрессирующее, разрабатывать мероприятия по защите от разрушения эксплуатируемые кирпичные жилые дома при взрыве бытового газа, обращая особое внимание на технологичность и экономичность решений.

Список литературы

взрыв газ жилой дом

1. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного итехногенного характера в 2016 году» / МЧС России. Москва : ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2017, 360 с. ISBN 978-5-93970-198-3 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.mchs.gov.ru/upload/site1/document_file/MUUuMnux6f.pdf

2. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2017 году» / - Москва : МЧС России. ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2018, 376 с. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.mchs.gov.ru/upload/site1/document_file/hniVNLexTC.pdf

3. Комаров А.А. Анализ последствий аварийного взрыва природного газа в жилом доме // Пожаробезопасность. 1999. Т.8 №4. с. 49-53

4. Айдемиров К.Р. Состояние проблемы прогрессирующего разрушения зданий и сооружений, классификация задач и подходы к их решению Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №18, 2010. с. 117-129.

5. СП 296.1325800.2017 «Здания и сооружения. Особые воздействия». [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/555600219

Размещено на Allbest.ru