Способ защиты от прогрессирующего обрушения зданий и сооружений с каркасной конструктивной системой, включая большепролетные
METHOD FOR PROTECTION AGAINST PROGRESSIVE COLLAPSE OF BUILDINGS AND STRUCTURES WITH A FRAME STRUCTURAL SYSTEM, INCLUDING LARGE-SPAN

Изобретение относится к строительству, в частности к защите каркасных зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения, в том числе одноэтажных производственных зданий, включая большепролетные.
Известен способ защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения в котором по всем продольным рядам колонн установлены неразрезные подстропильные конструкции, обеспечивающие перераспределение усилий после локального разрушения одного из несущих элементов каркаса [1].
Недостатком известного способа защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения является необходимость проведения работ по усилению узлов и элементов объекта строительства вследствие возникновения температурных напряжений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ объединения ригелей с колоннами и сталебетонного узла объединения ригелей с колоннами в сборный железобетонный рамный каркас с защитой от прогрессирующего обрушения, в котором сборный железобетонный рамный каркас со средствами защиты от прогрессирующего обрушения, в том числе и в сейсмических районах, образованный колоннами, ригелями и панелями перекрытий индустриального изготовления, где панели перекрытий применены в ребристом и многопустотном вариантах, средства защиты от прогрессирующего обрушения при предельных нагрузках в случае чрезвычайных ситуаций выполнены с возможностью резервирования прочности несущих элементов и стыков конструкций [2].
Недостатком известного способа объединения ригелей с колоннами и сталебетонного узла объединения ригелей с колоннами в сборный железобетонный рамный каркас с защитой от прогрессирующего обрушения является ограниченность его применения только для рамной конструктивной схемы и нецелесообразности его применения при реконструкции зданий и сооружений.
Существенным отличием предлагаемого способа от всех ранее известных решений является возможность обеспечить защиту от прогрессирующего обрушения зданий и сооружений с каркасной конструктивной системой (рамной, рамно-связевой, связевой конструктивными схемами), особенно одноэтажных большепролетных, или многоэтажных с большепролетным верхним этажом, в том числе при реконструкции зданий и сооружений, вызванного обрушением одной из колонн, за счет включения в работу дополнительных неразрезных металлических ферм, расположенных на покрытии здания и не препятствующих температурным деформациям каркаса здания при нормальной эксплуатации, обеспечивающих передачу усилий на близлежащие неповрежденные вертикальные опоры.
На фиг. 1 показана схема предлагаемого способа защиты от прогрессирующего обрушения зданий и сооружений с каркасной конструктивной системой, включая большепролетные.
Дополнительные неразрезные металлические фермы, расположенные на покрытии здания выполнены из стержневых элементов, формирующих верхний и нижний пояс 1, а также решетки, состоящей из раскосов 2 и стоек 3, в том числе двух разнесенных, расположенных на опорах покрытия 4.
При температурных воздействиях, или разрушении одной из колонн 5, горизонтальное перемещение дополнительной неразрезной металлической фермы в вертикальной плоскости обеспечивается посредством оснащения внутренней части опоры прокладками с пониженным коэффициентом трения 6. Наличие упоров 7, формирующих на опоре лоток П-образного профиля, препятствует перемещению дополнительной неразрезной металлической фермы из плоскости. Дополнительная неразрезная металлическая ферма имеет в местах опирания на покрытие две разнесенные стойки 3, между которыми, с незначительным зазором, как от этих стоек, так и от нижнего пояса фермы 1, проходит горизонтальный стержневой элемент 9, имеющий в месте опирания элемент усиления 8. Металлические обоймы 10, закрепленные на оголовке колонны 5, включающие дополнительные вертикальные стержневые элементы - тяги 11, элементы усиления 12, необходимые для передачи вертикальных усилий с оголовка колонны на горизонтальный стержневой элемент 9, а впоследствии на пояс дополнительной неразрезной металлической фермы 1, расположенной на покрытии здания.
Опирание дополнительных неразрезных металлических ферм проектируется ограниченно подвижным. Допускается их жесткое закрепление в одном из центральных пролетов объекта строительства. Опоры дополнительных неразрезных металлических ферм сконструированы таким образом, что допускают возможность ограниченного перемещения без передачи горизонтальных усилий при нормальной эксплуатации объекта строительства.
При наступлении аварийной ситуации, происходит перемещение элементов покрытия 13 и верхней части колонны 5 в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Горизонтальный стержневой элемент металлической обоймы 9 входит в контакт с нижним поясом дополнительной неразрезной металлической фермы 1 на покрытии, фиксируясь металлическими стойками 3 и происходит ее ограниченное перемещение в горизонтальной плоскости. Перемещения дополнительной неразрезной металлической фермы из плоскости ограничиваются совместной работой пояса этой фермы и упоров, размещенных на опорных элементах стропильных ферм покрытия.
Дополнительные неразрезные металлические фермы включаются в работу только при возникновении запроектных вертикальных перемещений элементов каркаса здания, при подломе или удалении нижней части колонны. В результате дополнительные неразрезные металлические фермы получают горизонтальные и вертикальные деформации, а также горизонтальные перемещения по опорам, обеспечивая тем самым передачу усилий на близлежащие неповрежденные вертикальные опоры.
После завершения перераспределения усилий, положение конструкций покрытия стабилизируется.
Технико-экономическое обоснование предлагаемого изобретения заключается в предотвращении возможности прогрессирующего обрушения каркасного здания или сооружения с каркасной конструктивной системой, особенно одноэтажных большепролетных, или многоэтажных с большепролетным верхним этажом, в том числе при реконструкции зданий и сооружений.
Промышленная применимость данного способа состоит в работе дополнительных неразрезных металлических ферм, расположенных на покрытии объекта строительства не препятствующих температурным деформациям каркаса при нормальной эксплуатации. Включение дополнительных неразрезных металлических ферм в работу происходит после локального разрушения вертикальной несущей конструкции каркаса, приводящего к возникновению запроектных перемещений. Здания и сооружения с каркасной конструктивной системой, особенно одноэтажные большепролетные, или многоэтажные с большепролетным верхним этажом в которых применен данный способ защиты от прогрессирующего обрушения конструктивно незначительно отличаются от массово применяемых, поэтому при минимальных конструктивных изменениях, связанных с реализацией предложенного способа могут быть промышленно применены.
Литература
1. СП 385.1325800.2018 Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения (с Изменением N 1).
2. Патент на полезную модель №115793 U1 Российская Федерация, МПК Е04В 1/20, Е04В 1/38. Сборный железобетонный рамный каркас с защитой от прогрессирующего обрушения (варианты), рамно-балочное объединение ригелей с колоннами и сталебетонный узел объединения ригелей с колоннами: №2012102796/03: заявл. 27.01.2012: опубл. 10.05.2012 / А.С. Квенцель.
Условные обозначения: 1 - пояс; 2 - раскосы; 3 - стойки; 4 - опоры покрытия; 5 - колонна; 6 - прокладки; 7 - упоры; 8 - элемент усилия; 9 - горизонтальный стержневой элемент; 10 - Металлические обоймы; 11 - дополнительные вертикальные стержневые элементы; 12 - элементы усиления; 13 - элемент покрытия.
Фиг. 1. Схема способа защиты от прогрессирующего обрушения зданий и сооружений с каркасной конструктивной системой, включая большепролетные:
а - 3D схема; б - общий вид.
Примечание: Расположение торцевого листа усиления, бетонной части опоры 4 условно не показаны.