Проблема оценки живучести многоэтажных зданий при аварийных воздействиях и прогрессирующем обрушении

В современном строительстве существует неоспоримый диссонанс между тенденцией к удешевлению себестоимости зданий и сооружений с одновременным повышением требований к их безопасности и живучести.

Из-за учащения аварийных ситуаций, в особенности потери устойчивости конструктивных систем зданий при аварийных воздействиях и прогрессирующем обрушении, связанных в свою очередь, с ошибками проектирования, строительства и эксплуатации, вопрос о решении проблемы живучести многоэтажных зданий возникает особенно остро.

Живучесть здания – это, в первую очередь, сохранение несущей способности и работоспособности сооружения в том случае, если при возникновении аварийной ситуации произошло разрушение одного или нескольких несущих элементов [1, 9].

Прогрессирующее разрушение – это последовательное разрушение несущих строительных конструкций здания (сооружения), обусловленное начальным локальным повреждением отдельных несущих конструктивных элементов и приводящее к обрушению всего здания (сооружения) или его значительной части [7].

К сожалению, в настоящее время существует огромное количество непроектных воздействий на здания и сооружения, характер и интенсивность которых не отражены в нормативных технических документах.

К числу таких воздействий можно отнести отказы отдельных несущих элементов несущего остова сооружения связанные с подмывом фундаментов, взрывами бытового газа, террористическими актами и т.д.

Очевидно, что полное исключение отказов несущих конструкций многоэтажного здания вследствие непроектных воздействий теоретически невозможно, однако существует альтернатива по сохранению живучести здания при условии правильного формулирования задач по разработке конструктивных схем сооружений и проведении дополнительных расчетов на особые воздействия [2, 6].

Для того, чтобы сохранить живучесть здания необходимо заранее прогнозировать возможное развитие процесса последовательных отказов несущих элементов сооружения и предполагать различные его сценарии [8]. Но, в связи с отсутствием технических регламентов, которые бы устанавливали соответствующие требования к конструктивным и расчетным схемам сооружений, оценить и сопоставить живучесть различных зданий одного и того же назначения весьма затруднено.

Несмотря на это, общие принципы по защите многоэтажных зданий при аварийных непроектных воздействиях можно сформулировать на основе ГОСТ 27751-2014 и рекомендаций [2-6, 8]:

• дифференцирование предъявляемых требований к расчетным схемам зданий и сооружений по устойчивости к обрушению и по масштабу экономического и социального ущерба;
• использования пространственной расчетной модели сооружения при проведении статических и конструктивных расчетов;
• проектирование элементов несущих конструкций и узлов их сопряжения по принципу равнопрочности;
• основываться на принципах близких к защите зданий и сооружений от сейсмических воздействий при конструировании узлов несущих конструкций;
• учитывать перераспределение действующих усилий в случае разрушения отдельных элементов конструкций на основе геометрической и физической нелинейности.

Анализ нормативно-технической документации (НТД) позволяет сделать вывод о том, что в теории и практике проектирования зданий и сооружений формируется новая дисциплина, связанная с живучестью конструктивных систем.

Адгерентный термин «прогрессирующее разрушение» лишь минимально отражает весь спектр непроектных воздействий приводящих к аварийной ситуации. В свою очередь привнесенный термин «живучесть» является более широким понятием сопротивления конструктивных систем отказам отдельных элементов.

Несмотря на накопленный опыт расчетов несущего остова зданий и сооружений на устойчивость к прогрессирующему обрушению и имеющиеся требования по безопасности многоэтажных зданий, на сегодняшний день, необходима дополнительная формулировка требований к расчету и проектированию строительных объектов на основе предъявления новых требований к их живучести.