Veröffentlicht: 8. März 2008

Maßnahmen zum Schutz vor fortschreitendem Kollaps

6.1.1. Hochhäuser müssen vor fortschreitendem Einsturz im Falle lokaler Zerstörung tragender Strukturen infolge von Notfallsituationen (ES) geschützt werden.

Zu Letzteren zählen:

Naturkatastrophen – gefährliche meteorologische Phänomene, Bildung von Karstlöchern und Schäden an Gebäudefundamenten;

Anthropogene (auch vom Menschen verursachte) Notfälle – Explosionen außerhalb oder innerhalb eines Gebäudes, Brände, Unfälle oder erhebliche Schäden an tragenden Strukturen aufgrund von Materialfehlern, schlechter Arbeitsqualität usw.

6.1.2. Die Stabilität eines Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz soll rechnerisch überprüft und durch konstruktive Maßnahmen sichergestellt werden, die die Entstehung plastischer Verformungen in tragenden Bauwerken und deren Einheiten unter extremen Belastungen begünstigen (Empfehlungen zum Schutz von Wandbausystemen in Wohngebäuden im Notfall). Situationen. M., 2000. Empfehlungen zum Schutz von Wohngebäuden in Notsituationen.

6.1.3. Die Berechnung der Stabilität eines Gebäudes muss für eine spezielle Lastkombination durchgeführt werden, einschließlich Dauer- und Langzeitlasten mit folgenden möglichen lokalen Versagensbildern:

Zerstörung (Entfernung) zweier sich kreuzender Wände eines (beliebigen) Stockwerks im Bereich mindestens ihres Schnittpunkts (insbesondere von der Seite des Gebäudes) der nächstgelegenen Öffnungen in jeder Wand oder bis zum nächsten Schnittpunkt mit einer anderen Wand nicht mehr als 10 m lang, was Schäden an Bauwerken im Kreis mit einer Fläche von bis zu 80 m 2 (Bereich lokaler Zerstörung) entspricht;

Zerstörung (Entfernung) von Säulen (Pylonen) oder Säulen (Pylonen) mit angrenzenden Wandabschnitten, die sich auf einer (beliebigen) Etage des Bereichs der örtlichen Zerstörung befinden;

Einsturz eines Bodenabschnitts einer Etage im Bereich lokaler Zerstörung.

Um die Stabilität eines Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz zu beurteilen, dürfen nur die gefährlichsten lokalen Zerstörungspläne berücksichtigt werden.

6.1.4. Die Überprüfung der Stabilität eines Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz umfasst die Berechnung von tragenden Strukturen an Orten lokaler Zerstörung gemäß den Grenzzuständen der ersten Gruppe, wobei die berechneten Widerstände der Materialien (Beton und Bewehrung) den Standardwerten entsprechen .

Gleichzeitig sind das Ausmaß der Verformungen und die Breite von Rissen in Bauwerken nicht geregelt.

6.1.5. Bei der Berechnung der Stabilität eines Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz sollten ständige und vorübergehende Langzeitlasten gemäß Tabelle 5.1 dieser Normen berücksichtigt werden. In diesem Fall werden die Koeffizienten der Lastkombinationen und die Zuverlässigkeitsfaktoren für Lasten gleich eins angenommen.

6.1.6. Um Gebäude gegen fortschreitenden Einsturz zu berechnen, sollte ein räumliches Berechnungsmodell verwendet werden, das unter normalen Betriebsbedingungen nicht tragende Elemente berücksichtigen kann und bei Vorhandensein lokaler Einflüsse aktiv an der Umverteilung teilnimmt die Ladung.

Das Entwurfsmodell des Gebäudes muss alle im Absatz genannten Muster der lokalen Zerstörung widerspiegeln. 6.1.3.

6.1.7. Das wichtigste Mittel zum Schutz von Gebäuden vor fortschreitendem Einsturz besteht darin, die Festigkeit der tragenden Elemente zu bewahren und die Tragfähigkeit von Säulen, Querträgern, Membranen, Bodenscheiben und Strukturverbindungen sicherzustellen; Schaffung von Kontinuität und Kontinuität der Bodenverstärkung, Erhöhung der plastischen Eigenschaften von Verbindungen zwischen Bauwerken, einschließlich nichttragender Elemente in der Arbeit des Raumsystems.

Ein effektiver Betrieb von Verbindungen, die ein fortschreitendes Kollabieren verhindern, ist möglich, indem deren Plastizität im Grenzzustand sichergestellt wird, so dass die Verbindung nach Erschöpfung der Tragfähigkeit nicht außer Betrieb geht und die erforderlichen Verformungen zerstörungsfrei zulässt , müssen die Verbindungen aus Kunststofffolie oder Bewehrungsstahl bestehen und die Verankerungsfestigkeit der Verbindungen muss größer sein, was zu ihrer Fließfähigkeit führt.

6.1.8. Bei Hochhäusern sind monolithische und vorgefertigte monolithische Böden zu bevorzugen, die durch Anschlüsse zuverlässig mit den vertikalen Tragwerken des Gebäudes verbunden werden müssen.

Die Verbindungen, die die Böden mit Säulen, Querträgern, Membranen und Wänden verbinden, müssen verhindern, dass der Boden (im Falle seiner Zerstörung) auf den darunter liegenden Boden fällt. Die Verbindungen müssen für das Standardgewicht der halben Spannweite des Bodens ausgelegt sein Boden und andere darauf befindliche Strukturelemente.

Von: Zina,  

Einführung

Der Verlust ihrer Festigkeitseigenschaften durch einzelne tragende Elemente des Rahmens kann dazu führen, dass nacheinander immer mehr tragende Strukturen in die Einsturzzone einbezogen werden – es entsteht ein „Domino“-Effekt. Ein fortschreitender Einsturz oder Lawineneinsturz ist der Einsturz von Gebäudestrukturen (oder Teilen davon, die zwei oder mehr Stockwerke hoch sind), die aufgrund der lokalen Zerstörung eines Stockwerks ihre Unterstützung verloren haben. Ein verwandter Begriff ist Überlebensfähigkeit – die Fähigkeit eines technischen Geräts, einer Struktur, eines Mittels oder Systems, seine Grundfunktionen trotz erlittenen Schadens zu erfüllen oder sich an neue Bedingungen anzupassen. In der modernen Welt ist das Risiko einer Lawinenzerstörung erheblich. Daher besteht Bedarf an genauen Berechnungsalgorithmen, neuen zuverlässigen und wirtschaftlich realisierbaren Methoden zur strukturellen Verstärkung des tragenden Rahmens eines Gebäudes sowie einer klaren gesetzlichen Regelung für Entwurf und Berechnung Berücksichtigung möglicher extremer Auswirkungen.

Zweck der Arbeit

Ziel der Arbeit ist die Durchsicht moderner russischer und ausländischer Veröffentlichungen zum Thema Berechnungen des fortschreitenden Einsturzes in linearer und nichtlinearer Formulierung des Problems, Analyse der russischen Gesetzgebung zur Überlebensfähigkeit tragender Strukturen; Ermittlung der wahrscheinlichsten Ursachen für den fortschreitenden Gebäudeeinsturz.

Ursachen für fortschreitenden Kollaps

Bei der Entwicklung von Designlösungen müssen nicht nur die Standardbetriebsbedingungen des Bauwerks, sondern auch mögliche Notfallsituationen berücksichtigt werden. Ein fortschreitender Einsturz kann als Folge von Notsituationen oder von Menschen verursachten Einwirkungen auftreten, unterteilt in Gewalt, Verformung und Korrosion.

Mögliche vom Menschen verursachte Ursachen für lokale Schäden können sein:

• Erosion der Bodenbasis infolge von Unfällen in internen oder externen Entwässerungssystemen;
• Überschwemmung von Gebieten mit natürlichen Gewässern;
• Zerstörung eines Teils von Bauteilen durch Einwirkung von Explosionen, Stößen oder örtlicher Überlastung aufgrund von Verstößen gegen Betriebsvorschriften;
• Zerstörung einzelner Bauwerke durch deutliche Abnahme der Materialfestigkeit, Mängel beim Bau und Korrosionseinwirkungen.

Ein Beispiel ist der Einsturz eines 9-stöckigen Großpaneelgebäudes am 6. März 1982 in Wolgodonsk. Die Ursache für den völligen Einsturz eines großflächigen Wohngebäudes war die mangelhafte Abdichtung einer horizontalen Nut, die im Zusammenhang mit dem Austausch der Grundplatte entstanden war, mit einem Gefriermörtel. Im Moment des Auftauens der Lösung verlor das Wandpaneel an Stabilität, wodurch alle 9 Stockwerke des Großpaneelgebäudes einstürzten.

• Fehler in der Entwurfsphase (zum Beispiel stürzte die 24 Tonnen schwere Überdachung der U-Bahn-Station Sennaja Ploschtschad am 10. Juni 1999 aufgrund falsch ausgelegter Befestigungen ein).

In allen Phasen des Lebenszyklus eines Bauwerks (Forschung, Planung, Bau, Betrieb, Rückbau) werden Fehler gemacht, die zum fortschreitenden Einsturz führen können.

Zu den Notfallsituationen, die zu einem lawinenartigen Einsturz eines Gebäudes führen können, gehören:

• Feuer,
• Kollision mit einem Fahrzeuggebäude oder fliegenden Objekten,
• Gasexplosion.

Darüber hinaus kann das Einsturzrisiko aufgrund der Heterogenität der Festigkeit und anderer technischer Eigenschaften von Baumaterialien, der Unsicherheit der Systemanforderungen und der Unmöglichkeit einer idealen Modellierung des Systems auch unter Nutzung aller Möglichkeiten moderner Softwaresysteme nicht vollständig ausgeschlossen werden. Die häufigsten Formen des Versagens von Metallstrukturen sind Stabilitätsverlust und Sprödversagen, die durch die unkontrollierte Entwicklung von Mikrorissen im Material entstehen. Der fortschreitende Einsturz der gesamten Brückenkonstruktion kann mit einem Mikroriss im Metall der Tragkonstruktionen beginnen, weshalb es notwendig ist, die Festigkeitseigenschaften von Materialien unter dem Gesichtspunkt der Zuverlässigkeitstheorie zu untersuchen.

Geschichte der Erforschung des fortschreitenden Kollapses

Als Ausgangspunkt für die Untersuchung des fortschreitenden Einsturzes kann der 16. Mai 1968 angesehen werden: In London wurde das zweiundzwanzigstöckige Haus Ronan Point durch eine Gasexplosion im Inland vollständig zerstört, siehe Abbildung 1. Bei dem Unfall kamen 22 Menschen ums Leben . Der teilweise Einsturz von Ronan Point führte zu erheblichen Gesetzesänderungen. Die erste davon war die fünfte Änderung der britischen Bauverordnung (Teil A) im Jahr 1970, die sich mit unverhältnismäßigen Einsturzen befasste. Die Novelle enthielt Anforderungen, nach denen das Gebäude keiner Zerstörung ausgesetzt sein sollte, die in keinem Verhältnis zum Unfall stand, d. h. es wurde gefordert, den fortschreitenden Einsturz von Gebäuden zu verhindern.

Abbildung 1. Zerstörung des Ronan Point-Hauses

Der bekannteste Fall eines fortschreitenden Strukturverfalls ist die Zerstörung des World Trade Centers in New York am 11. September 2011 infolge eines Terroranschlags. Die Zerstörung des World Trade Centers hatte katastrophale Folgen: 2.751 Menschen wurden Opfer. Der absichtliche Zusammenstoß mit der Boeing 767-222 war nicht der erste Terroranschlag im World Trade Center: Am 26. Februar 1993 explodierte ein mit 680 kg Sprengstoff beladenes Auto in der Tiefgarage des Nordturms und forderte weitere Todesopfer mehr als tausend Menschen: sechs wurden getötet, mehr als tausend wurden verletzt. Aufgrund der hohen Festigkeit des Gebäuderahmens kam es im Jahr 1993 zu keiner Zerstörung der tragenden Strukturen.

Das Problem des fortschreitenden Zusammenbruchs ist auch Russland nicht entgangen. Im modernen Russland ist die Explosion von Haushaltsgas, die auf Fahrlässigkeit der Nutzer zurückzuführen ist, die häufigste Ursache für Unfälle, die zu einem fortschreitenden Zusammenbruch führen können. Bereits im Jahr 2013 betrug die Vergasung in Russland 65,3 %, was bedeutet, dass für die meisten Wohngebäude ein erhebliches Risiko eines fortschreitenden Einsturzes besteht.

Beispiele für solche Unfälle sind:

• Am 13. Oktober 2007 verloren infolge eines Unfalls in der Mandrykovskaya-Straße 127 in Dnepropetrowsk 417 Menschen ihr Zuhause;
• Am 27. Februar 2012 stürzte in Astrachan der Mittelteil eines neunstöckigen Gebäudes ein;
• Am 20. Dezember 2015 führte die Explosion in der Kosmonavtov-Straße 47 im Wolgograder Stadtteil Dzerzhinsky zum Einsturz des gesamten Eingangs eines neunstöckigen Gebäudes.

Im Jahr 2016 kam es bereits zu mehr als fünf schweren Unfällen im Zusammenhang mit Gasexplosionen in Haushalten.

Die größten Unfälle in Russland waren:

• völlige Zerstörung zweier zentraler Hauseingänge auf der Straße. Guryanov (Moskau, 1999);
• eine häusliche Gasexplosion führte zur vollständigen Zerstörung eines siebzehnstöckigen Gebäudes in der Dwinskaja-Straße (St. Petersburg, 2. Juli 2002);
• Einsturz der Oberfläche des Wasserparks Tranvaal Park (Moskau, 2004).

Tausende Menschen wurden Opfer solcher Katastrophen, aber diese Tragödien hätten vermieden werden können.

Überprüfung der russischen Regulierungsdokumentation zum Design für einen fortschreitenden Einsturz

Natürlich wird die Berücksichtigung einer möglichen Notfallsituation einen erheblichen Anstieg der Planungs- und Baukosten mit sich bringen, weshalb nur wenige Entwickler freiwillig damit einverstanden sind. Daher ist eine klare regulatorische Dokumentation erforderlich, die die Notwendigkeit und Zusammensetzung der Berechnung streng regelt. Die meisten modernen ausländischen Standards konzentrieren sich nicht auf die Verhinderung erheblicher Zerstörungen, sondern auf die Gewährleistung der Sicherheit der Menschen und der Möglichkeit ihrer rechtzeitigen Evakuierung.

Leider gibt es in Russland derzeit praktisch keine solche Dokumentation. Nur strenge Empfehlungen zur Zusammensetzung und zum Berechnungsalgorithmus können die katastrophalen Folgen möglicher Notfallsituationen verhindern. Eine wesentliche Lücke in der russischen Gesetzgebung im Baubereich ist das Fehlen klarer Regulierungsdokumente, die die Gestaltung von Gebäuden unter Berücksichtigung der Widerstandsfähigkeit gegen fortschreitenden Einsturz regeln und Anforderungen an die Berechnung des tragenden Rahmens des Gebäudes festlegen. Das Dokument mit der höchsten Rechtskraft im Bereich der Sicherung der Überlebensfähigkeit von Bauwerken ist das Bundesgesetz Nr. 384-FZ. Artikel 16.6 legt die Notwendigkeit von Berechnungen für Gebäude und Bauwerke mit hoher Verantwortung fest, zu denen gemäß dem Stadtplanungsgesetz technisch komplexe, besonders gefährliche und einzigartige Objekte gehören. Die Liste der zu berechnenden Gebäude ist in GOST 27751-2014 am ausführlichsten spezifiziert. Zuverlässigkeit von Gebäudestrukturen und Fundamenten. Für Gebäude der Klassen KS-3 und KS-2, die großen Menschenansammlungen ausgesetzt sind, sind Grundbestimmungen (Absatz 5.2.6) Berechnungen erforderlich, deren Liste in Anhang B aufgeführt ist. Daher gelten ab dem 1. Juli 2015 Berechnungen für die meisten öffentlichen Gebäude und Wohngebäude erforderlich.

Obwohl für immer mehr Gebäude eine Berücksichtigung des fortschreitenden Einsturzes erforderlich ist, gibt es noch keinen klaren Berechnungsalgorithmus oder konkrete Empfehlungen für die Auswahl eines Unfallbereichs. Ebenso stellen sich Fragen hinsichtlich der Wahl der erforderlichen Anzahl zerstörbarer Tragelemente. Alle diese Themen werden in einer breiten Palette von Designempfehlungen behandelt, die in den 2000er Jahren von MNIITEP und NIIZHB herausgegeben wurden und in Standards von Organisationen enthalten sind, aber keines dieser Dokumente hat gesetzgeberische Kraft.

Die größte Lücke besteht im Bereich der Berechnungen von Stahlrahmen zur Sicherung ihrer Überlebensfähigkeit. Die vorhandene Dokumentation (MDS 20-2.2008; STO 36554501-024-2010) bezieht sich nur auf weitspannige Tragwerke.

In der Regulierungsdokumentation wird auf die Notwendigkeit hingewiesen, die Überlebensfähigkeit des tragenden Rahmens für alle monolithischen Gebäude aus Stahlbeton zu bewerten (Abschnitt 6.2.1. SP 52-103-2007), es werden jedoch außer der Empfehlung zur Durchführung keine methodischen Anweisungen gegeben Berechnungen nach der Finite-Elemente-Methode mit in Russland zertifizierten Softwarekomplexen (Absatz 6.3.7.). Viele Softwarepakete verfügen über ein eingebautes Modul zur Berechnung des progressiven Kollapses; die Berechnungsergebnisse sind jedoch noch nicht bestätigt und erfordern eine zusätzliche experimentelle Begründung. Die Entwickler der Softwaresysteme SCAD und Lira bieten eigene Berechnungsmethoden an (siehe Abbildung 2), die Zuverlässigkeit der erzielten Ergebnisse ist jedoch noch nicht bestätigt und erfordert Forschung in diese Richtung.

Abbildung 2. Anzeige der Berechnungsergebnisse bei Verwendung des Moduls „Progressive Collapse“ des SCAD-PCs

• großflächige Gebäude;
• Wohngebäude in Rahmenbauweise;
• Wohngebäude mit tragenden Ziegelwänden;
• monolithische Wohngebäude;
• Hochhäuser;
• weitgespannte Bauwerke.

Diese Empfehlungen ähneln sich im Hinblick auf den Algorithmus zur Berechnung von Gebäudestrukturen; signifikante Unterschiede zeigen sich lediglich hinsichtlich der Empfehlungen für Maßnahmen zur strukturellen Verstärkung des Rahmens, was mit erheblichen Unterschieden in der Funktionsweise des Rahmens aus Stein- und Metallmaterialien verbunden ist. Nach allen modernen Vorschriften sind nur Berechnungen für die erste Gruppe von Grenzzuständen erforderlich; die Ermittlung maximaler Verschiebungen und Durchbiegungen ist nicht erforderlich. Die Auswahl des gefährlichsten Elements unter dem Gesichtspunkt der Zerstörung erfolgt durch Analyse des Entwurfsdiagramms und der Berechnungsergebnisse für mehrere Notfallszenarien. In der Regulierungsdokumentation gibt es keine Hinweise auf die Notwendigkeit, den nichtlinearen Betrieb von Bauwerken zu berücksichtigen, was einen starken Einfluss auf die Richtigkeit der Berechnungsergebnisse haben kann, da Bauelemente bei fortschreitender Zerstörung oft erhebliche Modulverschiebungen aufweisen, die kann zu erheblichen Veränderungen im Betrieb von Bauwerken führen. Somit lässt sich argumentieren, dass in Russland derzeit aktiv daran gearbeitet wird, einen Regulierungsrahmen für die Berechnung des fortschreitenden Einsturzes zu entwickeln, das Spektrum der Gebäude und Bauwerke, die die Berücksichtigung eines möglichen Unfalls erfordern, ständig erweitert wird, außerdem immer mehr hoch- Es entstehen Hochbauten, bei denen die Wahrscheinlichkeit eines Lawineneinsturzes besonders wichtig ist. Das bedeutet, dass man argumentieren kann, dass der Berechnungsalgorithmus und die Software ständig verbessert werden, um genaue Ergebnisse zu erzielen. Die Relevanz der Untersuchung des fortschreitenden Einsturzes wird durch die große Aufmerksamkeit moderner Wissenschaftler für die Fragen der Gewährleistung der Festigkeit und Überlebensfähigkeit von Bauwerken unter Bedingungen extremer Einflüsse sowie der Arbeit von Ingenieurbauwerken im elastisch-plastischen Stadium bestätigt.

Mittlerweile befassen sich in Russland und den GUS-Staaten Designinstitute wie MNIITEP, NIIBZH, NIISK mit diesem Thema. Das Ergebnis der langjährigen Arbeit der Institute MNIITEP und NIIBZH sind in den 2000er Jahren herausgegebene Empfehlungen zum Schutz verschiedener Gebäudetypen vor Lawineneinsturz. NIISC-Spezialisten haben DBN V.2.2-24.2009 „Design von Hochhäusern und Zivilgebäuden“ entwickelt, das eine Methodik zur Berechnung eines Hochhauses für den fortschreitenden Einsturz in der Ukraine enthält. Die Methodik hat beratenden Charakter.

Rezension der Arbeiten moderner Wissenschaftler, die sich mit dem Problem des fortschreitenden Zusammenbruchs befassen

Viele Autoren haben den russischen und ausländischen Rechtsrahmen untersucht. Rezensionen finden Sie in V.Yu. Gracheva, T.A. Werschinina, A.A. Puzatkina; J.S. Dzhumagulova und A.K. Stamalieva, A.V. Perelmuter und in. Wissenschaftler argumentieren, dass weitere Arbeiten am Regulierungsrahmen erforderlich sind: seine Klärung und Erweiterung.

Neben Forschungsinstituten haben auch einzelne Wissenschaftler einen großen Beitrag zur Entwicklung der Forschung zum Problem des fortschreitenden Kollapses geleistet. IN. Almazov entwickelte eine Klassifizierung der Arten fortschreitender Einstürze, gab Empfehlungen zum Berechnungsalgorithmus und schlug kostengünstige Optionen für die strukturelle Verstärkung von Gebäuden vor; Der Wissenschaftler untersuchte die dynamische Wirkung des fortschreitenden Einsturzes am Beispiel mehrstöckiger Stahlbetonrahmen, wenn eine der tragenden Säulen des Erdgeschosses entfernt wurde. Er schlug eine Methode zur Berechnung des Dynamikkoeffizienten in Abhängigkeit von der Anzahl der Stockwerke des Rahmens vor, die es ermöglicht, das Problem in einer statischen Formulierung zu lösen.

Nicht weniger dringlich als die Frage der gesetzlichen Regelung von Berechnungen und Bemessungen ist die Frage nach einem allgemein anerkannten Ansatz zur Gewährleistung der Festigkeit des Gebäuderahmens unter extremen Einflüssen. Es ist unmöglich, den Ort und das Ausmaß einer extremen Belastung genau vorherzusagen. Ebenso sind Mängel bei der Installation und Herstellung von Gebäudestrukturen und Abweichungen in den Materialeigenschaften nicht vorhersehbar – all dies erschwert nicht nur die Modellierung, sondern macht auch absolut genaue Berechnungen unmöglich . In diesem Zusammenhang befassen sich viele Autoren mit der Frage konstruktiver Lösungen, die zur Erhaltung der strukturellen Integrität des Gebäudes beitragen und die wahrscheinlichsten Notfallsituationen und deren Folgen vorhersagen.

Die Computerberechnung des Lawinenzerstörungsmodells wird durch die Unmöglichkeit der Anwendung der Finite-Elemente-Methode erschwert, da genaue Daten über das Verhalten der Struktur bei fortschreitendem Einsturz und ausreichende Erfahrung in der Erstellung komplexer Strukturmodelle und der Interpretation der Berechnungsergebnisse fehlen. Es sind Forschungsarbeiten erforderlich, um eine verbesserte Methodik zur Bewertung der Anfälligkeit struktureller Systeme zu entwickeln und sie zu verbessern, um den fortschreitenden Einsturz unter verschiedenen Gefahrenszenarien abzumildern. Ingenieure benötigen Entwurfs- und Berechnungsmethoden, die den möglichen fortschreitenden Gebäudeeinsturz verhindern können. Die Entwicklung solcher Methoden wird von vielen Wissenschaftlern aktiv betrieben.

In Notsituationen funktionieren Materialien über das Stadium der elastischen Verformung hinaus; außerdem müssen erhebliche Bewegungen in tragenden Strukturen berücksichtigt werden. Erhebliche Verformungen des Moduls können zu einer Umverteilung der Lasten und damit zu einer Änderung des gesamten Konstruktionsschemas führen. Bei der Berechnung des fortschreitenden Einsturzes müssen daher die geometrischen und physikalischen Nichtlinearitäten des tragenden Gebäuderahmens berücksichtigt werden. In diesem Bereich wird derzeit gearbeitet. Die ständige Verbesserung der Computertechnologie ermöglicht die Erstellung immer detaillierterer Strukturmodelle und trägt zu einer immer größeren Verbreitung der Lösung von Problemen in einer nichtlinearen Formulierung bei. Die Beurteilung der Korrektheit von Berechnungsmodellen, die Überprüfung der Ergebnisse von Computerberechnungen und die Kunst, die erzielten Ergebnisse zu interpretieren, ist eines der zentralen Probleme nicht nur der Berechnungen zum fortschreitenden Einsturz, sondern des gesamten Bauwesens. An der Bearbeitung dieser Probleme sind Design- und Forschungsinstitute sowie Entwickler moderner Berechnungsprogramme beteiligt, was zur ständigen Verbesserung von Softwaresystemen beiträgt. Die Analyse der Möglichkeiten der Finite-Elemente-Methode, Beispiele für die Berechnung von Gebäudemodellen und neue Rechenalgorithmen spiegeln sich auch in den Arbeiten russischer und ausländischer Wissenschaftler wider.

Abschluss

Aufgrund der ständig steigenden Zahl von Unfällen, die zu unverhältnismäßiger Zerstörung von Gebäuden führen, besteht Bedarf an genauen Berechnungsalgorithmen, neuen zuverlässigen und wirtschaftlich realisierbaren Methoden zur strukturellen Verstärkung des tragenden Rahmens eines Gebäudes sowie klaren gesetzlichen Regelungen für Entwurf und Berechnung unter Berücksichtigung möglicher extremer Auswirkungen.

Die Arbeit lieferte die Geschichte der Entstehung und Entwicklung des Problems des fortschreitenden Einsturzes von Gebäuden, einen Überblick über moderne russische und ausländische Veröffentlichungen zum Thema Berechnungen des fortschreitenden Einsturzes in linearer und nichtlinearer Formulierung des Problems sowie eine Analyse der russischen Sprache Rechtsvorschriften zur Überlebensfähigkeit tragender Strukturen. Außerdem wurden die wahrscheinlichsten Ursachen für den fortschreitenden Gebäudeeinsturz analysiert.

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VORWORT

1. ENTWICKELT VON: MNIITEP (Ingenieure Shapiro G.I. – Arbeitsleiter, Eisman Yu.A.) und RAASN (Akademiker, Doktor der technischen Wissenschaften Travush V.I.).

2. VORBEREITET zur Veröffentlichung durch State Unitary Enterprise MNIITEP.

3. EINVERSTANDEN VON: TsNIISK im. Kucherenko, TsNIIEP-Gehäuse.

4. GENEHMIGT UND IN KRAFT getreten durch Beschluss der Abteilung für wissenschaftliche und technische Politik, Entwicklung und Wiederaufbau der Stadt Moskau vom 16. Februar 2006 Nr. 9.

Einführung

Einführung

Die Empfehlungen sind für die Planung und den Bau neuer Gebäude sowie für den Wiederaufbau und die Prüfung errichteter Hochhäuser (Mischnutzung, Verwaltungsgebäude, Wohngebäude) oder des Hochhausteils eines mehrstöckigen Gebäudes sowie jeglicher Tragwerkssysteme bestimmt mit einer Höhe von mehr als 25 Stockwerken (75 m) zur Widerstandsfähigkeit gegen fortschreitenden Einsturz bei örtlichen Schäden.

Die Notwendigkeit, diese Empfehlungen zu entwickeln, ergab sich aus der Tatsache, dass die verfügbaren Dokumente Fragen im Zusammenhang mit der Planung und Inspektion von Hochhäusern nicht abdecken. Hochhäuser weisen eine Reihe von Merkmalen auf, die mit „freieren“ architektonischen und planerischen Lösungen, großen Abständen von Wänden (oder Säulen), Lösungen für tragende und umschließende Strukturen usw. verbunden sind, die die Besonderheiten der Berechnung von Hochhäusern bestimmen Gebäude zur Stabilität gegen fortschreitenden Einsturz in Notsituationen (Notfall).

Das Hauptziel dieser Methodik besteht darin, die Sicherheit von Hochhäusern bei Notfällen zu gewährleisten, die über die Auslegung hinausgehen.

Notfallsituationen (ES), die durch Quellen außerhalb der Planungsgrundlage verursacht werden, sind im Allgemeinen unvorhersehbar und beruhen auf lokalen Notfalleinwirkungen auf einzelne Strukturen eines Gebäudes: Explosionen, Brände, Erdfälle, Verkehrsunfälle, Mängel an Strukturen und Materialien, inkompetente Rekonstruktion (Sanierung), usw. Fälle.

Einwirkungen dieser Art führen in der Regel zu lokalen Schäden an tragenden Strukturen von Gebäuden. Darüber hinaus erschöpfen sich in einigen Notfallsituationen diese anfänglichen Schäden, während in anderen Fällen die im ersten Moment des Unfalls erhaltenen tragenden Strukturen der zusätzlichen Belastung durch die beschädigten Elemente nicht standhalten können und ebenfalls zerstört werden. Unfälle der letztgenannten Art werden in der Literatur als „progressiver Kollaps“ bezeichnet.

1 Grundbestimmungen

1.1 Hochhäuser müssen vor einem fortschreitenden (Ketten-)Einsturz geschützt werden, wenn ihre tragenden Strukturen bei Noteinwirkungen, die nicht durch die Bedingungen des normalen Betriebs von Gebäuden vorgesehen sind (Brände, Explosionen, Stöße von Fahrzeugen, unbefugt), örtlich zerstört werden Sanierung usw.). Diese Anforderung bedeutet, dass bei Noteinwirkungen eine örtliche Zerstörung einzelner vertikaler tragender Elemente innerhalb eines Stockwerks oder eines Abschnitts des Stockwerks eines Stockwerks zulässig ist, diese anfängliche Zerstörung jedoch nicht zum Einsturz oder zur Zerstörung von Bauwerken führen darf die Last übertragen wird, die zuvor von Elementen getragen wurde, die durch den Notfalleinfluss beschädigt wurden.

Die Berechnung eines Gebäudes bei lokaler Zerstörung tragender Strukturen erfolgt nur nach den Grenzzuständen der ersten Gruppe. Die Entwicklung unelastischer Verformungen, Bewegungen von Bauwerken und das Öffnen von Rissen in ihnen sind in der betrachteten Notfallsituation nicht eingeschränkt.

1.2 Die Stabilität eines Hochhauses gegen fortschreitenden Einsturz sollte mit möglichst wirtschaftlichen Mitteln gewährleistet werden:

- Eine rationelle Entwurfs- und Planungslösung für das Gebäude unter Berücksichtigung der Möglichkeit des Eintretens der betrachteten Notfallsituation;

- bauliche Maßnahmen zur Sicherung der Kontinuität der Bauwerke;

- Der Einsatz von Materialien und Designlösungen, die die Entstehung plastischer Verformungen in Strukturelementen und deren Verbindungen gewährleisten.

1.3 Der Wiederaufbau eines Hochhauses, insbesondere die Sanierung und Rekonstruktion von Räumlichkeiten, sollte seine Widerstandsfähigkeit gegen einen fortschreitenden Einsturz nicht verringern.

1.4 Als lokale (hypothetische) Zerstörung ist die Zerstörung (Entfernung) vertikaler Strukturen einer (beliebigen) Etage eines Gebäudes, begrenzt durch einen Kreis mit einer Fläche von bis zu 80 m (Durchmesser 10 m), zu betrachten Gebäude mit einer Höhe bis 200 m und bis 100 m (Durchmesser 11,5 m) für Gebäude über 200 m:

a) zwei sich kreuzende Wände in Abschnitten vom Ort ihrer Kreuzung (insbesondere von der Ecke des Gebäudes) bis zur nächsten Öffnung in jeder Wand oder bis zur nächsten vertikalen Fuge mit einer Wand einer anderen Richtung oder eines anderen Abschnitts der angegebenen Größe ;

b) Säulen (Pylone) oder Säulen (Pylone) mit angrenzenden Wandabschnitten, einschließlich hängender Umfassungsplatten, die sich in einem Bereich befinden, der die festgelegte Größe der örtlichen Zerstörung nicht überschreitet;

c) Böden im angegebenen Bereich.

Um die Stabilität eines Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz zu beurteilen, dürfen nur die gefährlichsten Konstruktionsversagensschemata berücksichtigt werden. Es ist notwendig, den Schutz vor fortschreitendem Einsturz von Bauwerken aller Standard-, Technik- und Untergeschosse sowie des Dachbodens zu überprüfen.

2 Bemessungslasten und Materialbeständigkeit

2.1 Festigkeits- und Stabilitätsberechnungen werden für eine besondere Kombination von Belastungen und Einwirkungen durchgeführt, einschließlich dauerhafter und langfristiger vorübergehender Belastungen sowie der Auswirkungen lokaler hypothetischer Zerstörungen auf die Baukonstruktion gemäß Abschnitt 1.4. Lokale Fehler können überall im Gebäude auftreten.

2.2 Ständige und langfristige vorübergehende Belastungen werden gemäß den aktuellen Regulierungsdokumenten (oder gemäß einer besonderen Zuordnung) mit Lastkombinationsfaktoren und Lastsicherheitsfaktoren gleich eins akzeptiert.

2.3 Es wird davon ausgegangen, dass die berechneten Festigkeits- und Verformungseigenschaften von Materialien ihren Standardwerten gemäß den aktuellen Bemessungsnormen für Stahlbeton- und Stahlkonstruktionen entsprechen.

3 Berechnung von Hochhäusern zur Stabilität gegen fortschreitenden Einsturz

3.1 Für die Berechnung von Hochhäusern wird empfohlen, ein räumliches Berechnungsmodell zu verwenden. Das Modell kann Elemente berücksichtigen, die unter normalen Betriebsbedingungen nicht tragend sind (z. B. Vorhangfassadenplatten, Balkongeländer aus Stahlbeton usw.) und bei Vorliegen lokaler Einflüsse aktiv an der Umverteilung teilnehmen der Kräfte in den Elementen des Struktursystems.

Das Entwurfsmodell des Gebäudes muss die Möglichkeit der Entfernung (Zerstörung) einzelner vertikaler Strukturelemente gemäß Abschnitt 1.4 vorsehen.

Durch das Entfernen eines oder mehrerer Elemente verändern sich die konstruktive Gestaltung und die Art der Funktionsweise der an die Zerstörungsstelle angrenzenden oder darüber schwebenden Elemente, was bei der Zuordnung der Steifigkeitseigenschaften der Elemente und ihrer Verbindungen berücksichtigt werden muss.

Das Entwurfsmodell des Gebäudes muss unter Berücksichtigung jeder einzelnen lokalen Zerstörung separat berechnet werden.

3.2 Gebäudeberechnungen können mit verschiedenen Softwarepaketen durchgeführt werden, auch solche, die auf der Finite-Elemente-Methode basieren. Der Einsatz von Softwaresystemen, die die Möglichkeit bieten, die physikalische und geometrische Nichtlinearität der Steifigkeitseigenschaften von Elementen zu berücksichtigen, gewährleistet höchste Zuverlässigkeit der Berechnungsergebnisse und eine Reduzierung zusätzlicher Materialkosten.

Die auf Basis statischer Berechnungen ermittelten Kräfte in einzelnen Bauteilen müssen mit den von diesen Elementen maximal aufnehmbaren Kräften verglichen werden. Die Stabilität des Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz ist gewährleistet, wenn für jedes Element die Bedingung erfüllt ist und dementsprechend die Kraft im Strukturelement, die sich aus der durchgeführten statischen Berechnung ergibt, und seine berechnete Tragfähigkeit unter Berücksichtigung ermittelt werden die Hinweise in Abschnitt 2.3. Bauwerke, deren Festigkeitsanforderungen nicht erfüllt sind, müssen verstärkt werden oder es müssen andere Maßnahmen ergriffen werden, um den Widerstand der Bauwerke gegen fortschreitenden Einsturz zu erhöhen.

3.3 Bei der Ermittlung der maximalen Kräfte in Elementen (deren Tragfähigkeit) ist Folgendes zu beachten:

a) der Langzeitanteil der Kräfte – aus der Berechnung des Tragwerksschemas mit einem Bemessungsschema ohne lokale Zerstörung für die in Abschnitt 2.2 genannten Lasten;

b) kurzfristiger Teil der Kräfte – als Differenz zwischen den Kräften, die sich aus der Berechnung des Tragwerksschemas mit dem Bemessungsschema unter Berücksichtigung der Entfernung (Zerstörung) eines der tragenden Elemente (siehe Abschnitt 1.4) ergeben die Wirkung der gleichen Lasten und die Kräfte, die sich aus der Berechnung nach S. A) ergeben.

3.4 Im Falle der Sicherstellung der plastischen Funktion eines Tragwerkssystems im Grenzzustand wird empfohlen, die Stabilität gegen fortschreitendes Kollaps von Elementen, die sich über lokalen Ausfällen befinden, mit der kinematischen Methode der Theorie des Grenzgleichgewichts zu testen, die die wirtschaftlichste Lösung bietet . In diesem Fall erfolgt die Berechnung des Gebäudes für jedes ausgewählte Schema nach folgendem Verfahren:

- Die wahrscheinlichsten Mechanismen des fortschreitenden (sekundären) Einsturzes von Bauteilen, die ihre Stützung verloren haben, werden spezifiziert (einen Zerstörungsmechanismus zu spezifizieren bedeutet, alle zerstörbaren Verbindungen, einschließlich der geformten Kunststoffscharniere, zu bestimmen und mögliche allgemeine Verschiebungen zu finden (). Richtung der Kräfte in diesen Verbindungen);

- Für jeden der ausgewählten Mechanismen des progressiven Zusammenbruchs werden die maximalen Kräfte bestimmt, die von den Abschnitten aller plastisch zerstörten Elemente und Verbindungen (), einschließlich Kunststoffscharnieren, aufgenommen werden können; die Resultierenden () äußerer Kräfte, die auf einzelne Glieder des Mechanismus, also auf einzelne unzerstörbare Elemente oder deren Teile, ausgeübt werden, und Bewegungen in der Richtung ihrer Wirkung ();

- Die Arbeit von inneren Kräften () und äußeren Lasten () auf mögliche Bewegungen des betrachteten Mechanismus wird bestimmt

und die Gleichgewichtsbedingung wird überprüft

Bei der Beurteilung der Möglichkeit eines gleichzeitigen Einsturzes von Bauwerken auf allen Etagen werden die Gleichgewichtsbedingungen (1) durch die Bedingung ersetzt

Wo und sind jeweils die Arbeit interner und externer Kräfte auf die Bewegungen von Strukturen auf einer Etage; Etagen werden durch die Unterseite des Bodens getrennt, wobei es sich um den Boden handelt, der sich über dem Boden befindet.

Das angegebene Berechnungsverfahren ist nur anwendbar, wenn die Anforderungen der Abschnitte 4.2, 4.3 erfüllt sind, um die plastische Funktion einzelner Bauteile und Verbindungen zwischen ihnen im Grenzzustand sicherzustellen. Wenn die Plastizität eines Elements oder einer Verbindung nicht gewährleistet ist, sollte deren Arbeit nicht berücksichtigt werden (das Element oder die Verbindung gilt als fehlend). Wenn es zu viele solcher Elemente und Verbindungen gibt, die spröde brechen können, und deren formaler Ausschluss die Beurteilung der Widerstandsfähigkeit des Gebäudes gegen fortschreitenden Einsturz zu stark beeinträchtigt, sollte entweder auf die Plastizität der Verbindungen geachtet werden oder ein anderes Berechnungsmodell des Gebäudes verwendet werden ( siehe Abschnitt 3.2).

Für jeden ausgewählten lokalen Fehler müssen alle folgenden fortschreitenden Fehlermechanismen berücksichtigt werden:

- Der erste Mechanismus des fortschreitenden Kollaps ist durch die gleichzeitige fortschreitende Abwärtsverschiebung aller über der lokalen Zerstörung liegenden vertikalen Strukturen (oder einzelner Teile davon) gekennzeichnet.

- Der Mechanismus des fortschreitenden Einsturzes der zweiten Art ist durch die gleichzeitige Rotation jedes über der lokalen Zerstörung liegenden Strukturteils des Gebäudes um sein Rotationszentrum gekennzeichnet. Eine solche Verschiebung erfordert die Zerstörung der bestehenden Verbindungen dieser Bauwerke mit intakten Gebäudeelementen; Zerstörung der Scherverbindungen zwischen vertikalen Elementen und dem Boden.

- Der dritte Einsturzmechanismus ist die Bedingung, dass nur der Abschnitt des Bodens, der sich direkt über der ausgeschlagenen vertikalen Struktur befindet und zunächst auf dieser aufliegt, nicht einsturzt.

- Der vierte Mechanismus sorgt für die Bewegung von Strukturen nur einer Etage, die sich direkt über dem ausgeschlagenen vertikalen Element befinden. In diesem Fall werden die vertikalen Strukturen vom darüber liegenden Boden getrennt.

Wenn bei einem Entwurf die Bedingung (1) oder (2) nicht erfüllt ist, muss ihre Erfüllung durch eine Verstärkung der Strukturelemente oder andere Maßnahmen erreicht werden.

3.5 In manchen Fällen empfiehlt es sich, den Betrieb von Böden über einer entfernten Stütze (Pylon, Wand) mit großen Durchbiegungen als Elemente eines Hängesystems oder unter Berücksichtigung der Membranwirkung in Betracht zu ziehen.

3.6 In tragenden Säulen (Pylone, Wände), die nicht über der hypothetischen lokalen Zerstörung liegen, führt deren Einwirkung zu einer Erhöhung der Spannungen und Kräfte. Es ist notwendig, die Festigkeit dieser Elemente zu überprüfen. Die Beurteilung der in Elementen wirkenden Kräfte kann mit Näherungsmethoden erfolgen.

3.7 Jedes Stockwerk eines Hochhauses muss so ausgelegt sein, dass es dem Gewicht des Bodenabschnitts des darüber liegenden Stockwerks (konstante und langfristige Belastungen mit einem dynamischen Koeffizienten = 1,5) auf einer Fläche von 80 m für Gebäude bis zu standhält 200 m und 100 m für Gebäude über 200 m.

4 Designanforderungen

4.1 Das wichtigste Mittel zum Schutz von Hochhäusern vor fortschreitendem Einsturz besteht darin, die erforderliche Festigkeit der Bauelemente gemäß Berechnungen sicherzustellen; Erhöhung der plastischen Eigenschaften der verwendeten Bewehrung und Stahlverbindungen zwischen Bauwerken (in Form der Bewehrung verbundener Bauwerke, eingebetteter Teile usw.); Einbeziehung nichttragender Elemente in die Arbeit des Raumsystems. Ein wirksamer Betrieb von Verbindungen, die ein fortschreitendes Kollabieren verhindern, ist nur dann möglich, wenn ihre Plastizität im Grenzzustand gewährleistet ist, so dass sie nicht aufhören zu funktionieren und die Entwicklung der erforderlichen Verformungen ohne Zerstörung ermöglichen. Um diese Anforderung zu erfüllen, sollten die Verbindungen aus duktilem Blech oder Bewehrungsstahl ausgeführt sein und die Verankerungsfestigkeit der Verbindungen sollte größer sein als die Kräfte, die zu ihrem Fließen führen.

4.2 In Gebäuden sind monolithische und vorgefertigte monolithische Böden zu bevorzugen, die mit Stahlverbindungen sicher mit den vertikalen Tragkonstruktionen des Gebäudes verbunden werden müssen.

4.3 Verbindungen von vorgefertigten Elementen mit monolithischen Strukturen, die den fortschreitenden Einsturz von Gebäuden verhindern, sollten mit unterschiedlicher Festigkeit ausgelegt werden, und das Element, dessen Grenzzustand die größte plastische Verformung der Verbindung bewirkt, sollte die geringste Festigkeit haben.

Um diese Bedingung zu erfüllen, wird empfohlen, alle Elemente der Verbindung, mit Ausnahme der plastischsten, für eine Kraft zu berechnen, die 1,5-mal größer ist als die Tragfähigkeit des Kunststoffelements. Beispielsweise wird die Verankerung eingebetteter Teile und Schweißverbindungen empfohlen ist für eine Kraft zu berechnen, die das 1,5-fache der Tragfähigkeit der Verbindung selbst beträgt. Es ist nicht akzeptabel, die tatsächliche genaue Ausführung von Designlösungen für Kunststoffelemente zu überwachen.

4.4 Um die Wirksamkeit des Widerstands gegen den fortschreitenden Einsturz eines Gebäudes zu erhöhen, wird empfohlen:

- Überkopfstürze, die als Scherverbindungen dienen, müssen so konstruiert sein, dass sie durch Biegung und nicht durch die Einwirkung von Seitenkräften zerstört werden.

- Schlüsselverbindungen in vorgefertigten monolithischen Strukturen sollten so ausgelegt sein, dass die Scherfestigkeit einzelner Schlüssel 1,5-mal größer ist als ihre Druckfestigkeit;

- Stellen Sie sicher, dass die Verankerungslänge der Bewehrung ausreicht, wenn sie als Schubverbindung dient.

- Die tragenden Abschnitte von Trägern und Querträgern sowie die Knoten ihrer Verbindungen mit Stützen (Wände, Pylone) müssen unter Berücksichtigung der plastischen Eigenschaften in der Spannweite eine Querkraftfestigkeit aufweisen, die 1,5-mal höher ist als ihre Biegetragfähigkeit .

4.5 Die Mindestquerschnittsfläche (insgesamt für untere und obere Bewehrung) der horizontalen Bewehrung in Längs- und Querrichtung in Stahlbetonböden und -dächern muss mindestens 0,25 % der Betonquerschnittsfläche betragen.

In diesem Fall muss die angegebene Bewehrung durchgehend sein und gemäß den Anforderungen der aktuellen Regulierungsdokumente für die Bemessung von Stahlbetonkonstruktionen verbunden sein.

4.6 Horizontale Verbindungen von klappbaren Außenpaneelen aus Beton oder Stahlbeton mit tragenden Elementen des Gebäudes müssen Zugkräften von mindestens: 10 kN (1 tf) pro 1 m Paneellänge bei einer Bodenhöhe von 3,0 m standhalten; 12 kP pro 1 m Plattenlänge bei einer Bodenhöhe von 3,5 m; 14 kN pro 1 m Plattenlänge bei einer Bodenhöhe von 4,0 m und mehr, sofern nicht rechnerisch mehr erforderlich ist.

4.7 Die Längs- (vertikale) Zwischenbodenbewehrung eines Pylons (Säule, Wand) muss Zugkräften von mindestens 10 kN (1 tf) pro Quadratmeter der Lastfläche dieses Pylons (Säule, Wand) standhalten.

4.8 In Gebäuden mit Metallkonstruktionen Stahlbetonböden vorsehen, flexible Verbindungen von Querträgern mit Säulen vermeiden. Horizontale Windanschlüsse müssen die Vereinheitlichung der Bodenscheibe gewährleisten. Verwenden Sie Stähle mit erhöhter Duktilität und Zähigkeit.

ANHANG A. BERECHNUNGSBEISPIELE

ANHANG A

In diesem Anhang finden Sie zwei Berechnungsbeispiele*:
_______________
* MGSU-Student R.V. Yuryev nahm an der Berechnung von Beispielen teil.

- Im ersten Beispiel A1 wird die Stabilität gegen fortschreitenden Einsturz für mehrere Schemata der lokalen Zerstörung tragender Strukturen eines Abschnitts eines 35-stöckigen Wohngebäudes mit einer Höhe von 123,2 m berücksichtigt unter Verwendung der kinematischen Methode des Grenzgleichgewichts und vertikaler Strukturen - unter Verwendung des Softwarepakets Monomakh 4.0.

- Im zweiten Beispiel A2 wird die Stabilität gegen fortschreitenden Einsturz eines multifunktionalen 74-stöckigen Gebäudes ähnlich dem Moskauer City Tower mit einer Höhe von 266,4 m betrachtet. Es wurden statische Berechnungen für einzelne lokale Versagensmuster mit den Softwarepaketen „Lira 9.2“ durchgeführt „ und „OM SNiP Reinforced Concrete – fortschreitender Einsturz.“

Für beide Beispiele werden die Ergebnisse von Berechnungen einzelner lokaler Zerstörungsschemata dargestellt.

A1 BEISPIEL FÜR DIE BERECHNUNG EINES 35-STÖCKIGEN MONOLITHISCHEN WOHNHAUSES
FÜR STABILITÄT GEGEN FORTSCHRITTLICHEN KOLLAPS

A1.1 Ausgangsdaten

A1.1.1 Beschreibung des Struktursystems

Die tragenden Strukturen des Gebäudes bestehen aus monolithischem Stahlbeton. Ein typischer Gebäudegrundriss ist in Abbildung A1 dargestellt. Das Struktursystem des Gebäudes ist gemischt. Die Treppen-Aufzug-Einheit bildet den Kern der Steifigkeit. Die Dicke der tragenden Innenwände beträgt 35 cm, die Dicke der Pylone beträgt 40-50 cm, die Länge der Pylone beträgt bis zu 200 cm. Die Böden und Beläge sind monolithisch, 22 cm dick, die Schutzschicht aus Die Betonstärke beträgt 2,5 cm. Alle vertikalen Tragkonstruktionen des Gebäudes bestehen aus Schwerbeton der Druckfestigkeitsklasse B45, Betonboden der Klasse B25. Die Hintergrundbewehrung der Böden ist durchgehend, symmetrisch und in beiden Richtungen der Gebäudeachsen gleich: Die obere Bewehrung ist gleich der unteren Bewehrung und beträgt 12A400 mit einer Zellenhöhe von 30 cm = 3,52 m bestehen aus nicht betonierten, kleinteiligen Materialien.

Abbildung A1.1 Typischer Grundriss eines monolithischen Wohnhochhauses

Abbildung A1.1 Typischer Grundriss eines monolithischen Wohnhochhauses

A1.1.2 Lasten

Standardmäßige gleichmäßig verteilte Lasten auf dem Boden: Eigengewicht 5,5 kN/m; Bodengewicht in Wohnungen beträgt 2 kN/m; Das Gewicht des Bodens auf dem Balkon beträgt 1,2 kN/m; das Gewicht der Trennwände innerhalb der Wohnungen beträgt 1,1 kN/m; langfristige temporäre Belastung durch Personen in Wohnungen und auf Balkonen 0,3 kN/m. Gesamte gleichmäßig verteilte Last: in Wohnungen 8,9 kN/m; auf Balkonen 7 kN/m. Gewicht der Außenwände 11,1 kN/lfm; Balkongeländer 3,5 kN/lfm.

A1.1.3 Bemessungsstärken von Werkstoffen

Buchstabenbezeichnungen für in dieser Berechnung nicht angegebene Mengen werden gemäß SNiP 2.03.02-84*, SNiP 52-01-2003 und SP 52-101-03 [ , , ] übernommen.
_______________
Gültig bis zum Inkrafttreten der entsprechenden technischen Verordnung.

Bis zur Registrierung durch das russische Justizministerium hat es empfehlenden Charakter.

Vermutlich ein Fehler im Original. Sie sollten SNiP 2.03.02-86 lesen. - Hinweis des Datenbankherstellers.

Betondruckfestigkeitsklasse B25: 18,5 MPa;
1,55 MPa.

Betondruckfestigkeitsklasse B45: 32 MPa;
2,2 MPa.

Verstärkung 12A400: Zugfestigkeit 400 MPa;
Schnitt 400*0,8=320 MPa.

Die Tragfähigkeiten von Elementen werden gemäß den Anforderungen von SP 52-101-03 mit dem OM-Programm „SNiP Stahlbeton“ ermittelt.

A1.1.4 Entwurfspläne für hypothetische lokale Schäden

Optionen für den Ort einer hypothetischen lokalen Zerstörung eines typischen Bodens, die in diesem Beispiel betrachtet werden, sind in Abbildung A1 dargestellt.

Abhängig von der Höhe des Gebäudes kann es auf jedem Stockwerk zu lokalen Zerstörungen kommen. Wenn das Gebäude also über mehrere typische Stockwerktypen verfügt, muss das gefährlichste (oder alle) überprüft werden. Darüber hinaus ist zu prüfen, ob ein fortschreitender Einsturz von Dachgeschossen, Technik- und Untergeschossen ausgeschlossen ist. Als Beispiel betrachten wir hier die drei gefährlichsten Schemata der lokalen Zerstörung typischer Bodenkonstruktionen, die die Anforderung von Abschnitt 4.5 erfüllen, einschließlich drei möglicher Optionen für die Bildung von Kunststoffscharnieren für Schema 1.

A1.2 Berechnung von Bauwerken oberhalb lokaler Zerstörung mit der kinematischen Methode der Grenzgleichgewichtstheorie

A1.2.1 Tragfähigkeit einzelner Bauelemente

A1.2.1.1 Überlappung

Die lineare Tragfähigkeit von Querschnitten mit Hintergrundbiegebewehrung bei Spannung der unteren (bzw. oberen) Fasern beim Biegen entlang der Richtungen der Buchstaben- und Ziffernachse ist gleich, bestimmt bei = 100 cm; =19,5 cm; =3,77 cm (3,3 Stäbe mit einem Durchmesser von 12 mm aus Stahl der Klasse A400); =400 MPa, Betonklasse B25, =18,5 MPa und gleich 28 kN·m/lfm. Die Verstärkungsfläche beträgt: =3,77*2/(22*100)*100%=0,34%>0,25%, d.h. mehr als die Mindestbewehrung gemäß Abschnitt 4.5 dieser Empfehlungen.

A1.2.2 Überprüfung der Stabilität eines Gebäudes bei örtlicher Zerstörung seiner tragenden Strukturen gemäß Schema Nr. 1

ABBILDUNG A1.2 DIAGRAMM 1. KOLLAPSMECHANISMUS DES ERSTEN TYPS

ABBILDUNG A1.2 DIAGRAMM 1. KOLLAPSMECHANISMUS DES ERSTEN TYPS

Betrachtet wird der Zusammenbruch einer Strukturzelle zwischen den Achsen A-B und 1-3. Der Pylon des 5. Geschosses wird zunächst am Schnittpunkt der Achsen 1 und B zerstört. Es wird geprüft, ob über der örtlichen Zerstörung schwebende Abschnitte von Geschossen und Pylonen einstürzen können. Da der Pylon nur über den Boden mit anderen vertikalen Strukturen verbunden ist, wird dem fortschreitenden Einsturz in diesem Fall auf jedem Boden nur der Boden entgegengewirkt, der unter Bildung von Kunststoffscharnieren zusammenbricht, und die Verbindung des Bodens mit dem Pylon.

A1.2.2.1 Beurteilung der Möglichkeit des Auftretens eines progressiven Kollapsmechanismus vom Typ 1

Ein hypothetisches Diagramm eines fortschreitenden Kollapses ist in Abbildung A1.2 dargestellt. Die Pylonen aller Etagen, die über dem „zerstörten“ Pylon auf der Etage hängen, bewegen sich nach und nach nach unten, zusammen mit den angrenzenden Abschnitten der Etagen werden in den Etagen Kunststoffscharniere mit Spannung im oberen Bereich gebildet (in den Abbildungen durch eine durchgezogene Linie gekennzeichnet). und untere (gestrichelte) Verstärkung.

Pylonbetrieb

Der Pylon (Querschnitt 40x200 cm) bewegt sich ohne Zerstörung schrittweise nach unten, die Arbeit der inneren Kräfte = 0. Pylongewicht =25*0,4*2*3,3=66 kN; vertikale Bewegung =1; Arbeit der äußeren Kräfte =66*1=66 kN.

Widerstand gegen Bodeneinsturz

Die Arbeit der Schnittgrößen des Bodens wird über alle in Abbildung A1.2 dargestellten Kunststoffscharniere aufsummiert und in Kreisen nummeriert (=1, ...8). Wo ist für jedes Kunststoffscharnier das Biegemoment, das der Bodenabschnitt entlang des betrachteten Kunststoffscharniers wahrnimmt?

- Bruchwinkel der Platte, - Länge des Kunststoffscharniers. Bei Scharnieren, die zur Richtung der Gebäudeachsen geneigt sind, ist , wobei der spitze Winkel zwischen der Richtung des Scharniers und der Richtung der digitalen Achse ist.



Um die Berechnung zu standardisieren, wurden die Bruchwinkel des Bodens in Kunststoffscharnieren, die durch zwei schiefe Ebenen gebildet werden, als Summe zweier Winkel (jede schiefe Ebene mit einer horizontalen) betrachtet, zum Beispiel Scharniere 7 und 8. Dann , wo ist Die Länge der Senkrechten zur Linie des plastischen Scharniers, das zwei Punkte der betrachteten Ebene verbindet, ist die Verschiebungsdifferenz gleich Eins.

Scharnier 1: =28*2,2=60,6 kNm; =1/4,4=0,22 m; =60,6*0,22=13 kN;

Scharnier 2: =28*2,2=60,6 kNm; =1/4,3=0,233 m; =60,6*0,233=14 kN;

Scharnier 3: =28*(cos3°+sin3°)*6,7=187 kNm; =1/4,3=0,233 m; =187*0,233=44 kN;

Scharnier 4: =28*(cos14°+sin14°)*15,4=431 kNm; =1/4,2=0,24 m; =431*0,24=104 kN;

Scharnier 5: =28*(cos35°+sin35°)*9,7=272 kNm; =1/5,7=0,175 m; =272*0,175=48 kN;

Scharnier 6: =28*(cos45°+sin45°)*5,8=162 kNm; =1/6,3=0,16 m; =162*0,16=26 kN;

Scharnier 7: =28*(cos7°+sin7°)*12=336 kNm; =1/4,5=0,222 m; =336*0,222=75 kN;

Scharnier 8: =336 kNm; =1/6,5=0,154 m; =336*0,154=52 kN;

Gesamt für den Boden =13+14+44+104+48+26+75+52=374 kN.

Arbeit äußerer Kräfte auf Bodenbewegungen

(=1, 2, 3). , wo verteilte externe Lasten sind;

- der Bereich des eingestürzten Teils der Bodenplatte, auf den diese Lasten wirken; - Verschiebung des Schwerpunkts eines Teils der Platte. Die Werte von und sind in Abbildung A1.2 angegeben. Arbeit äußerer Kräfte=8,9*(38*0,381+14,4*0,325+27,6*0,333)=255 kN.

Außenwände

Arbeit äußerer Kräfte an Verschiebungen von Außenwänden (=1, 2). , wobei die Außenlasten über die Länge durch das Gewicht von Außenwänden oder Balkongeländern verteilt werden; - Länge der Außenwand; - Vertikale Bewegung des Schwerpunkts der Außenwand.

=11,1*(5,6*0,5+4,7*0,5)=57 kN.

Überprüfung der allgemeinen Bedingung für die Unmöglichkeit, einen Mechanismus des ersten Typs zu bilden

Die Prüfung erfolgt nach Formel (2) dieser Empfehlungen

377 kN;

66+255+57=378 kN377 kN.

Die Voraussetzung für die Stabilität von Bauwerken ist erfüllt. Ein fortschreitender Kollaps der ersten Art ist unmöglich.

A1.2.2.2 Beurteilung der Möglichkeit des Auftretens eines progressiven Kollapsmechanismus vom Typ 2

Ein hypothetisches Diagramm eines fortschreitenden Kollapses ist in Abbildung A1.3 dargestellt. In die Decke werden Kunststoffscharniere mit Spannung in der oberen und unteren Bewehrung eingeformt. Die Pylone aller Stockwerke, die über dem „verschwundenen“ Pylon im . Stockwerk schweben, drehen sich zusammen mit dem unteren Stockwerk um das momentane Drehzentrum im Schnittpunkt der Achsen B und 3, die Verbindung des Pylons mit dem oberen Stockwerk wird zerstört entlang des Schnitts.

ABBILDUNG A1.3 DIAGRAMM 1. KOLLAPSMECHANISMUS ZWEITER TYP

Pylonbetrieb

Pylongewicht =66 kN; Bewegung unter dem Schwerpunkt des Pylons = 13/14 = 0,93; Arbeit der äußeren Kräfte =66*0,93=61 kN.

Widerstand gegen Bodeneinsturz

Die Arbeit der Schnittgrößen des Bodens wird über alle in Abbildung A1.3 dargestellten Kunststoffscharniere aufsummiert und mit Zahlen nummeriert (=1, ...4).

Wo ist für jedes Kunststoffscharnier das Biegemoment, das der Bodenabschnitt entlang des betrachteten Kunststoffscharniers wahrnimmt?

- Bruchwinkel der Platte.

Die Wirkung der Schnittgrößen auf die Bewegungen von Kunststoffscharnieren:

Scharnier 1: =28*(cos24°+sin24°)*16,3=456 kNm; =1/4,3=0,233 m; =456*0,233=106 kN;

Scharnier 2: =28*(cos14°+sin14°)*15,5 =434 kNm; =1/4,7=0,213 m; =434*0,213=92 kN;

Scharnier 3: =28*(cos6°+ sin6°)*14,2=398 kNm; =1/4,5=0,222 m; =398*0,222=88 kN;

Scharnier 4: =398 kNm; =1/5=0,2 m; =398*0,2=80 kN

Gesamt für den Boden: =106+92+88+80=366 kN.

Arbeit äußerer Kräfte auf Bodenbewegungen (siehe Abbildung A1.3)

- der Bereich des eingestürzten Teils der Bodenplatte, auf den diese Lasten wirken; - Verschiebung des Schwerpunkts eines Teils der Platte. Die Werte von und sind in Abbildung A1.2 angegeben. Arbeit äußerer Kräfte

Außenwände

=8,9*(38*0,34+29*0,28)=187 kN.

Arbeit der äußeren Kräfte =11,1*(5,4*0,5+6*0,5)=61 kN.

Überprüfung der allgemeinen Bedingung für die Unmöglichkeit, einen Mechanismus des zweiten Typs zu bilden

Die Prüfung erfolgt nach Formel (2) dieser Empfehlungen

366 kN (ohne Scherarbeit des Pylons);<366 кН.

61+187+61+309 kN

Auch ohne Berücksichtigung der Scherbeanspruchung des Mastes ist die Stabilitätsbedingung erfüllt. Ein progressives Zusammenklappen der zweiten Art ist nicht möglich. In diesem Fall können Sie den Kauf des Dokuments über die Schaltfläche rechts wiederholen.

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In den letzten Jahren ist die Gefahr terroristischer Anschläge weltweit gestiegen und die Geographie und das Ausmaß des Terrorismus haben zugenommen.

Terroristen verfolgen meist politische, religiöse, nationalistische, egoistische oder andere Ziele und zielen darauf ab, Menschen, Gesellschaft und Behörden einzuschüchtern. Terroranschläge töten in der Regel unschuldige Menschen und verursachen soziale, materielle oder ökologische Schäden.

Im Gegensatz zu Notfällen, die von Menschen verursacht oder natürlichen Ursprungs sind, handelt es sich bei Terroranschlägen um Notfälle, die durch vorsätzliche rechtswidrige Handlungen mit böswilliger Absicht verschiedener krimineller Gruppen oder Einzelpersonen verursacht werden.

Daher können solche Notfälle nicht als Zufallsereignisse eingestuft werden, ihre Vorhersage ist jedoch möglich. Diese Ereignisse werden anhand von Informationen vorhergesagt, die über verschiedene Kanäle, einschließlich Intelligenz, sowie Spielmethoden (z. B. antagonistische Nullsummenspiele) empfangen werden.

Im Jahr 1998 wurde das Gesetz „Über den Kampf gegen den Terrorismus“ verabschiedet, das den Organen des Innenministeriums der Russischen Föderation neben gewaltsamen Maßnahmen auch die Aufgabe zuordnete, Verbrechen terroristischer Natur zu verhindern, aufzudecken und zu bekämpfen Zur Terrorismusbekämpfung ist der Einsatz verschiedener technischer, organisatorischer und regulatorischer Maßnahmen und Regeln geplant.

Ziele von Terroranschlägen sind in der Regel potenziell gefährliche Branchen.

überfüllte Orte (insbesondere auf engstem Raum), Verkehrsanlagen, öffentliche und Verwaltungsgebäude sowie mehrstöckige Wohngebäude.

Als Terrormittel können Sprengkörper, brennbare Gemische, hochgiftige Stoffe (STS), giftige, radioaktive Stoffe und bakterielle Aerosole eingesetzt werden. In diesem Fall können Sprengkörper als verschiedene Haushaltsprodukte getarnt werden.

Die Folge eines Terroranschlags kann eine Explosion, ein Brand, eine Kontamination von Territorium, Luft, Wasser oder Nahrungsmitteln, Epidemien usw. sein.

Bei der Betrachtung einer Reihe von Maßnahmen zur Terrorismusbekämpfung gehen wir von folgenden allgemeinen Grundsätzen aus:

Identifizierung der am stärksten gefährdeten Stellen im Gebäude und seinen Lebenserhaltungssystemen, Einschränkung oder vollständige Unterbindung des Zugangs unbefugter Personen zu diesen Stellen;

die Verwendung von Geräten in lebenserhaltenden Systemen von Gebäuden, die mit Sicherheitselementen ausgestattet sind, die ein unbefugtes Starten (Abschalten) oder eine vorsätzliche Beschädigung des Geräts verhindern;

Gewährleistung der Überwachung (Überwachung) und Kontrolle der Situation innerhalb und außerhalb des Gebäudes;

Anwendung moderner Mittel und Systeme zur Erkennung des Vorhandenseins von Gefahren und Bedrohungen;

der Einsatz automatischer Schutzeinrichtungen, die dafür sorgen, dass bei erkannten Gefahren die entsprechenden Aggregate und Geräte aktiviert werden;

das Vorhandensein einer Notstromversorgung sowie einer Alarmanlage und Warnung vor drohenden Gefahren;

Verfügbarkeit entwickelter Handlungsanweisungen für das Verhalten von Menschen in Extremsituationen.




Jedes für Terroristen interessante Objekt weist bestimmte Schwachstellen auf. In Wohn- und öffentlichen Gebäuden sind dies Keller, Aufzugsschächte, Technikböden, Lufteinlässe von Lüftungsanlagen.




Am anfälligsten für chemischen oder biologischen Terrorismus sind beispielsweise die Zuluft- und Zentralklimaanlagen sowie die Dächer von Aufzugskabinen. Im ersten Fall breiten sich gefährliche Stoffe in Form von Gasen oder Aerosolen, die in die Luftansaugvorrichtung gelangen, mit hoher Geschwindigkeit durch das Luftkanalnetz in den Räumlichkeiten aus, im zweiten Fall entsteht bei der Bewegung des Aufzugs ein starker Luftstrom und Die Substanz verteilt sich über die Böden und dringt in die Räumlichkeiten ein.




Wenn die Außenluft (Atmosphäre) kontaminiert ist, empfiehlt es sich, durch eine Zuluftanlage für die Möglichkeit der Bildung von Rückstau (Überdruck) im Gebäudeinneren zu sorgen (vorausgesetzt, die Luftansaugvorrichtung befindet sich außerhalb der Kontaminationszone).

Um die Wirksamkeit eines Terroranschlags durch den Einsatz von Lüftungs- und Klimaanlagen in Gebäuden zu verringern, sollten bei deren Konzeption grundsätzlich folgende Anforderungen berücksichtigt werden:




• Platzieren Sie Lufteinlässe an Orten, die relativ unzugänglich und für Unbefugte verborgen sind, und statten Sie sie mit haltbaren Gittern aus.

  Bereitstellung eines Sensorsystems zur Erkennung giftiger Substanzen in der Nähe des Lufteinlasses, am Auslass von Ventilatoren, am Einlass und Auslass der zentralen Klimaanlage;

  sorgen für die Zugangskontrolle zu den technischen Etagen des Gebäudes, zu Inspektionsluken, Ventilatoren, Filtern, Pumpen, Bewässerungskammern, Stromversorgungsgeräten usw.

  Bei der für „intelligente“ Gebäude typischen Integration aller lebenserhaltenden Systeme eines Gebäudes in ein einziges Dispatch-Computersystem wird zusätzlich zur Notstromversorgung dieses Systems ein Informationsschutz von Computerprogrammen vor unbefugtem Zugriff und Hacking-Versuchen über a gewährleistet Telefonanschluss oder aus dem Internet.

Eine der dringendsten Aufgaben im Bereich der Schutztechnologien ist derzeit die Schaffung wirksamer und kostengünstiger Mittel zum Nachweis einer Vielzahl chemischer und biologischer Substanzen in der Luft sowie Methoden zu deren Neutralisierung.

1. Fortschreitender Zusammenbruch

   In ihrer ursprünglichen Ideologie war die Methode der berechneten Grenzzustände nicht auf die Analyse von Notfallsituationen ausgerichtet, die über die Grenzen hinaus betrachtet und von der Betrachtung ausgeschlossen wurden, da die Grenzzustände der ersten Gruppe dem Unfall und deren Vermeidung vorausgingen Theorie verhindert das Auftreten eines Unfalls.

   Die Einführung eines zweistufigen Ansatzes zur Bemessung erdbebensicherer Bauwerke sowie die Analyse der tatsächlichen Unfallursachen brachten dieses Paradigma ins Wanken. Insbesondere ist in letzter Zeit ein klarer Trend zu einer Gestaltung gegen den fortschreitenden Verfall zu erkennen. Der Begriff „fortschreitender Einsturz“ und die Formulierung des Problems, Plattenbauten davor zu schützen, tauchten 1968 im Bericht einer Kommission auf, die die Ursachen des berühmten Einsturzes des 22-stöckigen Wohngebäudes Ronan Point in London untersuchte. Dieses dramatische Ereignis begann mit einer Gasexplosion in einer der Wohnungen im 18. Stock, verursacht durch ein Leck im Gasherd.

   Das Ronan Point-Gebäude entsprach allen Bauvorschriften und wurde als frei von Herstellungsfehlern befunden. Der fortschreitende Zusammenbruch war jedoch unvermeidlich, da das Design einem Kartenhaus ähnelte, das heißt, es gab keine Möglichkeit, die Last auf einzelne Subsysteme umzuverteilen und so den Fehler zu lokalisieren.

   Eine neue Aktivitätswelle wurde durch Einstürze verursacht, die durch Terroranschläge auf ein Hochhaus in Oklahoma City und auf die Türme des World Trade Centers in New York verursacht wurden, und in unserem Fall durch die Zerstörung der Beschichtung eines Wasserparks in Moskau. Zahlreiche, oft unqualifizierte öffentliche Auftritte führten zu Gerüchten, Zweifeln und unrealistischen Forderungen. Sogar in den Veröffentlichungen von Fachleuten gibt es Hinweise auf einige Mythen, die sich auf die angebliche absolute Überlebensfähigkeit altmodischer Strukturen beziehen, in denen sich Menschen aufhalten könnten, oder umgekehrt auf die völlige Missachtung der Möglichkeit eines Notfalls und der Notwendigkeit einer absoluten Garantie der Unzerstörbarkeit von Gegenständen.

   Regulierungsdokumente zur Gestaltung tragender Strukturen sagen ausdrücklich praktisch nichts über die Notwendigkeit aus, Strukturen auf Überlebensfähigkeit zu testen, also über die Notwendigkeit, die Situation nach dem Versagen eines der Teile oder Subsysteme des tragenden Rahmens zu überwachen. Zwar enthalten die Normen normalerweise einen Verweis auf GOST 27751-88, wo Absatz 1.10 besagt, dass bei der Berechnung von Bauwerken eine Notfallkonstruktionssituation berücksichtigt werden muss, die unmittelbar nach dem Versagen eines Bauelements auftritt. Aber die Referenz selbst ist sehr vage und der Wortlaut von GOST ist ungenau, da kaum impliziert werden kann, dass der Designer verpflichtet ist, die Existenz des Objekts nach dem Ausfall eines Strukturelements sicherzustellen. Es genügt, sich eine Kuppelabdeckung mit zerstörtem Stützring oder eine Brücke mit eingestürzter Stütze vorzustellen, um die Schließung fast aller Kirchen und die Einstellung des Verkehrs auf allen Brücken zu fordern.

   Es liegt auf der Hand, dass bei einigen Bauwerken die Überlebensfähigkeit durch die gleichzeitige Anwendung von drei Schutzarten erreicht werden muss: eine ausreichende Reserve der Tragfähigkeit einiger Bauelemente, der Ausschluss einer fortschreitenden Zerstörung durch das Versagen anderer Bauelemente, und eine Reihe von Schutzmaßnahmen zur Terrorismusbekämpfung.

   Offensichtlich ist es notwendig, die Anweisungen von GOST 27751-88 zu präzisieren, indem man sie beispielsweise um die Anforderung ergänzt, dass die Formulierung von Fehlerzuständen in den Entwurfsstandards für Gebäude und Bauwerke eines bestimmten Typs enthalten sein muss. Tatsächlich tun sie dies beispielsweise beim Entwurf von Stromübertragungsleitungen, wo in den Regeln eine Liste von Notfallmodi festgelegt ist. Die Ideologie des Entwurfs einer Kernkraftwerksanlage ist ähnlich, wobei insbesondere die Verwendung von Konzepten wie Entwurfsbasis und über die Entwurfsbasis hinausgehender Störfälle von grundlegender Bedeutung ist.

   Der Schutz von Bauwerken in baulichen Notsituationen muss vorab vorgesehen sein und durch die einschlägigen Bemessungsnormen festgelegt werden; er wird insbesondere in Form der Schaffung der notwendigen Tragfähigkeitsreserven zur Verhinderung von Zerstörungen umgesetzt. Der Schutz von Gebäuden in Situationen, die über die Bemessungsgrundlage hinausgehen, konzentriert sich nicht auf die Verhinderung von Zerstörungen, sondern auf die Gewährleistung der Sicherheit von Personen und der Möglichkeit ihrer Evakuierung, auf die Schaffung der hierfür erforderlichen Zeitreserven usw.

   Die Einschätzung der Möglichkeit einer fortschreitenden Zerstörung und die Entwicklung von Maßnahmen zu deren Verhinderung stellt Planer vor folgende unkonventionelle Aufgaben:

   Festlegung der Liste beginnender Notfalleinwirkungen, die örtliche Zerstörung verursachen;

   Entwicklung von Methoden zur Berechnung komplexer Mehrelementstrukturen bei plötzlicher Zerstörung eines oder mehrerer tragender Elemente;

   Festlegung von Kriterien für das Versagen von tragenden Elementen, die infolge von Noteinwirkungen überlastet sind;

   Entwicklung konstruktiver Maßnahmen zum Schutz und zur Abmilderung der Folgen von Notfalleinwirkungen.

   Die wissenschaftliche Lösung vieler dieser Probleme und insbesondere deren normative Gestaltung ist meist noch nicht begonnen, obwohl es hier einige bahnbrechende Entwicklungen gibt. Wie die Analyse von Notfallsituationen zeigt, sind die häufigsten auslösenden Ereignisse, die zu Unfällen führen, die über die Auslegung hinausgehen, lokale Notfalleinwirkungen auf einzelne Strukturen eines Gebäudes: Explosionen, Brände, Karstlöcher, Fahrzeugkollisionen, Struktur- und Materialmängel, Ausfälle gebäudetechnischer Systeme , inkompetente Rekonstruktion usw. Hierbei handelt es sich um zufällige, im Allgemeinen unvorhersehbare Auswirkungen, deren Parameter sehr schwer zu bestimmen sind.

   Unsere allgemeinen Baunormen liefern keine Daten zu den Werten von Notfalleinwirkungen; solche Informationen sind in Regulierungsdokumenten anderer Art nur bruchstückhaft vorhanden. Es scheint, dass es nützlich wäre, über ein Regulierungsdokument zu verfügen, das Regeln für die Bestimmung von Lasten für Massennotfälle wie Stöße durch Fahrzeugkollisionen, fallende Lasten, Industrieexplosionen usw. enthält. Daten zu einigen dieser Lastarten sind im Kapitel enthalten Viele davon werden gemäß Eurocode-1 traditionell bei der Planung von Kernenergieanlagen berücksichtigt.

   Es wurde auch vorgeschlagen, dass wir anstelle echter, über das Design hinausgehender Notfalleinwirkungen deren bedingte Analoga oder durch sie bereits verursachte lokale Schäden berücksichtigen. Die Empfehlungen enthalten insbesondere die folgende Liste solcher auslösenden Ereignisse:

   • die Bildung einer Karstgrube mit einem Durchmesser von 6 m, die sich irgendwo unter dem Fundament befindet;

   Schäden an der Decke mit einer Gesamtfläche von bis zu 40 m 2 ;

   Zerstörung zweier sich kreuzender Mauern im Bereich von ihrer Verbindungsstelle (auch von der Ecke) bis zur nächsten Öffnung oder bis zur nächsten Kreuzung, jedoch auf einer Länge von nicht mehr als 3 m;

   Zerstörung eines Pfeilers der Außenwand oder der Innenwand zwischen zwei Türen;

   das Auftreten einer horizontalen Belastung auf vertikale Elemente innerhalb einer Etage (die konzentrierte Kraft auf Stangen beträgt 3,5 t, auf Wände und Membranen 1 t/m). 2 ).

   Diese Liste weist indirekt auch darauf hin, dass es bei kleinen Gebäuden, deren Ausmaße mit der Größe „lokaler“ Schäden vergleichbar sind, nicht sinnvoll ist, die Möglichkeit einer fortschreitenden Zerstörung zu prüfen. Daher ist es ratsam, einige Kriterien für die Auswahl der Analyseobjekte festzulegen und hier eine Klassifizierung von Gebäuden und Bauwerken nach folgenden Kriterien durchzuführen:

   Gegenstände der Klasse 1, bei deren Gestaltung die Möglichkeit von Notfallsituationen nicht berücksichtigt werden darf;

   Objekte der Klasse 2, bei denen alle Bauwerke durch nichtbauliche Sicherungsmaßnahmen vor Notschäden geschützt werden können und daher ihre Prüfung auf fortschreitende Zerstörung nicht erforderlich ist;

   Objekte der Klasse 3, bei denen einige Strukturelemente nicht vor Notfallschäden geschützt werden können, die eine Prüfung auf fortschreitende Zerstörung erfordern.

   Natürlich kann diese Klassifizierung in Bezug auf die Liste der Anfangsereignisse nicht unveränderlich sein und sollte daher höchstwahrscheinlich in den Entwurfsstandards für Gebäude und Bauwerke eines bestimmten Typs enthalten sein. Es kann auch erforderlich sein, eine Liste von Ausgangssituationen anzugeben, die zu einem Prozess fortschreitender Zerstörung führen können.

   Es kann davon ausgegangen werden, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das anfängliche Ereignis eine Kette von Ausfällen auslöst, die mit Extremwerten temporärer Belastungen zusammenfallen, vernachlässigbar ist. Diese Bestimmung spiegelt sich insbesondere im sogenannten „Einzelfehlerprinzip“ wider, das in der Allgemeinen Kernsicherheitsverordnung Anwendung findet.

   Stationen (OPB-88/97), wo erklärt wird, dass es möglich ist, uns auf die Betrachtung von Fällen zu beschränken, in denen nur ein technischer Systemausfall oder nur ein Personalfehler vorliegt.

   Aus der geringen Wahrscheinlichkeit des Eintretens des ersten Ereignisses folgt jedoch, dass das Verhalten einer Struktur, die nur dauerhaften Belastungen und einem langfristigen Teil vorübergehender Belastungen ausgesetzt ist, einer Überprüfung unterliegt, und es ist wichtig, das relative Niveau dieser Belastungen zu beurteilen Belastung der Struktur in genau diesem Zustand. So übersteigen in Industriegebäuden die durch Dauer- und Langzeitbelastungen verursachten Kräfte in den Stützen selten 15–20 %; der Hauptbeitrag zur Belastung wird durch die Einwirkung von Lasten von Laufkränen bestimmt. Daher darf der Ausfall einer Stütze (z. B. aufgrund eines Terroranschlags) nicht zum Einsturz des gesamten Gebäudes führen, da räumliche Anschlüsse eine Belastung von zwanzig Prozent tragen können. In Büro-, Wohn- und öffentlichen Gebäuden betragen die Kräfte aus dem Eigengewicht tragender und umschließender Konstruktionen sowie aus der Einwirkung eines langfristigen Teils der Nutzlasten 70-80 % der Traghöhe Kapazität, und hier ist es bereits schwierig, die Erhaltung des Gebäudes im Falle eines Ausfalls eines der Hauptelemente der Säulen zu erwarten Daher lassen die Worte aus dem Artikel gewisse Zweifel aufkommen: „Während der Kriegsjahre untergruben die sich zurückziehenden faschistischen Truppen, die unser industrielles Potenzial zerstören wollten, die Säule einer riesigen Werkstatt, und rückblickend waren sie überrascht, dass dies der Fall war.“ nicht fallen... Auf den Fernsehbildschirmen sind wir nun davon überzeugt, dass, wenn eine Säule einstürzt, zwangsläufig das ganze Gebäude einstürzen wird. Wenn das so ist, dann sollte ein solches Gebäude von Leuten ferngehalten werden, die einen Wachposten am Tor haben und niemanden außer den Urhebern des Projekts hineinlassen würden.“

2. Ereignisse vom 11. September 2001 im Pentagon

Der Zweck des Pentagon-Gebäudes ist ein Büro. Grundfläche – 122.600 m 2 . 2 .

Gesamtbaufläche - 613.000 m²

Das Gebäude ist fünfstöckig und hat die Form eines Fünfecks (siehe Abb. 87). Im Inneren ist das Gebäude in Gebäude unterteilt, die fünf konzentrische Ringe bilden, die mit A-E beginnend mit dem inneren Ring bezeichnet werden. In den oberen drei Geschossen werden die Gebäuderinge durch Lichträume getrennt. Zwischen dem zweiten und dritten Ring gibt es einen Durchgang, der als AE-Durchgang bekannt ist.

Das Tragwerk des Gebäudes, einschließlich des Daches, besteht aus monolithischen Stahlbetonkonstruktionen. Beton ist gewöhnlich schwer.

Abbildung 87 Gesamtplan des Pentagon-Gebäudes

Die Höhe des Gebäudes beträgt 19,74 m. Die Höhe des 1. Stockwerks beträgt 4,30 m. Die Breite des Außenrings „E“ beträgt 18.288 m. Die Säulen im 1. Stock des Gebäudes sind quadratisch, Querschnitt - 0,53×0,53 m mit spiralförmiger Bewehrung (Abb. 89).

Die Böden bestehen aus Platten, Querträgern und einem von Säulen getragenen Balkensystem. Monolithische Balkenböden werden aus Haupt- und Nebenbalken hergestellt.

Abbildung 88 Querschnitt des Gebäudes (um Fuß in Meter umzurechnen, mit 0,3048 multiplizieren)

Balken und Platten haben eine doppelte Bewehrung in den Stützabschnitten und eine einfache Bewehrung in den Spannabschnitten. Die Zugbewehrung der Spann- und Stützabschnitte wird durch Schrägstäbe verbunden. Die meisten Säulen haben einen quadratischen Querschnitt, wie in gezeigt Reis. 5.12.

Die Gesamtabmessungen ändern sich von 0,53 x 0,53 m im ersten Obergeschoss auf 0,35 x 0,35 m im fünften Obergeschoss. Tragende Säulen sind spiralförmig verstärkt.

Die Länge der Säulen im 1. Obergeschoss beträgt 4,3 m. Schwerer Beton mit Granitfüllung.

Der Durchmesser der Längsarbeitsbewehrungsstäbe beträgt 20 mm.

Die Feuerwiderstandsgrenze dieser Art von Stützen beträgt mehr als 180 Minuten im Hinblick auf den Tragfähigkeitsverlust (> R180).

Die Bodenplatten des Pentagon-Gebäudes bestehen aus monolithischem Stahlbeton mit einer Abschnittshöhe von 140 mm, haben eine doppelte Bewehrung in den Stützabschnitten und eine einfache Bewehrung in den Spannabschnitten (Abb. 90). Die Zugbewehrung der Spann- und Stützabschnitte wird durch Schrägstäbe verbunden.

Die Platten liegen auf Trägern mit einem Querschnitt von 0,35 x 0,51 m und einer Länge von 3 m.

American Airlines Flug 77 startete am 11. September 2001 um 8:20 Uhr morgens vom Flughafen Washington DC in Richtung Los Angeles. An Bord befanden sich 58 Passagiere und vier Besatzungsmitglieder. Gegen 8:54 Uhr entführten Entführer das Flugzeug.

Um 9:37 Uhr kollidierte Flug 77 mit einer Geschwindigkeit von 530 Meilen pro Stunde mit dem Pentagon. Alle Passagiere an Bord des Flugzeugs und eine große Zahl ziviler und militärischer Angehöriger des Pentagons kamen ums Leben.

Augenzeugenberichten und anderen Informationen zufolge flog die Boeing 757 in sehr geringer Höhe, bevor sie mit dem Pentagon-Gebäude kollidierte. In einer Entfernung von etwa 97 Metern von der Westfassade des Pentagon-Gebäudes flog es nur wenige Fuß über dem Boden. Das Flugzeug schlug im Erdgeschoss des Gebäudes ein, in einem Winkel von ca. 42° zur Außenfassade des Gebäudes (Abb. 91).

Die Kollision des Flugzeugs mit dem betreffenden Gebäude führte zur Entstehung und Entwicklung eines Notfalls in Form kombinierter Sondereinwirkungen vom Typ „Aufprall – Explosion – Feuer“.

Der erste Sondereinschlag – ein Flugzeugeinschlag – zerstörte und beschädigte zahlreiche Strukturelemente des 1. Stockwerks des Gebäudes. Den Hauptschlag erlitten die tragenden Elemente des Gebäudes – Stahlbetonsäulen.

Das Wrack des Flugzeugs drang in das Gebäude ein (Abb. 92). Aus den zerstörten Flügeltanks des Flugzeugs wurde Treibstoff in die Aufprallzone im Inneren des Gebäudes freigesetzt.

Dies führte zu einer zweiten besonderen Einwirkung auf die Gebäudestruktur – einer Explosion eines Kraftstoff-Luft-Gemisches. Die Explosion zerstörte und beschädigte einen weiteren Teil. Strukturelemente des Gebäudes.

Abbildung 92 Schema der Strukturschäden am Pentagon-Gebäude entlang der Bewegungsbahn der Flugzeugtrümmer danach

Kollisionen mit einem Gebäude

Nach einem Aufprall und einer Explosion im Inneren des Gebäudes entsteht und entwickelt sich im betroffenen Bereich ein dritter besonderer Aufprall – ein Brand. Das Feuer verschlingt einen Teil des Geländes auf dem Weg zum Flugzeugwrack.

Das Pentagon-Gebäude in den ersten Minuten von CHE 42 Trotz erheblicher Bauschäden in den ersten drei Ringen des Gebäudes (Abb. 92) behielt es insgesamt seine Stabilität.

Allerdings kam es 19 Minuten nach Beginn des kombinierten Spezialeinschlags vom Typ „Einschlag – Explosion – Feuer“ zu einem fortschreitenden Einsturz des Außenrings des Pentagon-Gebäudes in der „SNE IEF“-Zone 43 "(Abb. 94).

42 Kombinierte Sondereinwirkung (CHE) ist eine Notfallsituation, die mit der Entstehung und Entwicklung mehrerer Arten von Sondereinwirkungen auf ein Objekt in verschiedenen Kombinationen und Abfolgen verbunden ist. Als Abkürzung für diesen Begriff wird die englische Version des Namens „combined hazard effect“ – CHE – verwendet.

43 Die wichtigsten besonderen Auswirkungen technogener Natur auf Baustellen: Auswirkungen ( ICH), Explosion( E), Feuer( F)

usw.

Abbildung 93 Ansicht der Fassade des Außenrings des Pentagon-Gebäudes in den ersten Minuten nach dem Flugzeugeinschlag und der Treibstoffexplosion

(ein fortschreitender Einsturz von Bauwerken ist bisher nicht eingetreten)

Abbildung 94: Fortschreitender Zusammenbruch der äußeren Ringstrukturen des Pentagons während der Ereignisse vom 11. September 2001.

Damit ähnelt es dem Verhalten der Türme des World Trade Centers in New York während der Ereignisse vom 11. September 2001, obwohl die Feuerbeständigkeit der Haupttragkonstruktionen des Pentagon-Gebäudes (Feuerwiderstandsgrenze für Lastverlust) nicht mehr gegeben ist -Tragfähigkeit) 180 Minuten überschritt, erfolgte der fortschreitende Einsturz der äußeren Ringstrukturen des Pentagon-Gebäudes am 11. September 2001 viel schneller – 19 Minuten nach Beginn des Terroranschlags.