ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв...
TRANSCRIPT
![Page 1: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/1.jpg)
«ИССЛЕДОВАНИЕ МОНОЛИТНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К
ПРОГРЕССИРУЮЩЕМУ ОБРУШЕНИЮ ПРИ ВЗРЫВЕ БЫТОВОГО ГАЗА»
Автор работы: Ветеркова Екатерина Александровна, магистрант 2 года обучения Института мелиорации, водного хозяйства и
строительства им. А. Н. Костякова ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева.
Руководитель: профессор, к. т. н, доцент Ксенофонтова Т. К.
Десятый Международный Конкурс научных работ студентов и молодых ученых «Компьютерные технологии проектирования конструкций зданий и сооружений»
Конкурсная работа на тему:
Москва, 2019
![Page 2: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/2.jpg)
• Прогрессирующее обрушение –это последовательное (цепное) разрушение несущих строительных конструкций, приводящее к обрушению всего сооружения или его частей вследствие локального разрушения.
Фото аварии Ронан Пойнт
![Page 3: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/3.jpg)
Актуальность работы
• За последнее время особенную известность получили аварии, произошедшие в результате прогрессирующего обрушения. В России за последний год произошло немало таких аварий, одна из самых известных - в городе Магнитогорск из-за взрыва бытового газа.
![Page 4: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/4.jpg)
Цель работы• Разработка алгоритма исследований, который позволил бы оценить количественно и
качественно последствия разрушения от аварий, произошедших в результате взрыва бытового газа.
Научная новизна• Дана оценка последствий разрушения несущих конструкций здания при
различной локализации взрыва бытового газа в плане и по высоте здания
• Даны рекомендации по конструкциям перекрытий, которые позволили бы уменьшить последствия от прогрессирующего обрушения в результате взрыва бытового газа.
Практическая ценность
![Page 5: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/5.jpg)
• Для расчета было принято восьмиэтажное каркасное здание из монолитного железобетона с шагом колонн 6 х 6 метров, высотой этажа 4,2 м и размерами в плане 30 х 27 м. Было рассмотрено два типа каркасов: безбалочный и с балками по типу большой кессон.
• Расчет проводился с использованием ПК «ЛИРА-САПР 2018» по СП 385.132500.2018 «Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения»
Полнотелая конечноэлементная модель исследуемого здания
![Page 6: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/6.jpg)
• Для фундаментной плиты, плит перекрытия и колонн были приняты материалы: бетон класса В30 и арматура класса А400. Для балок перекрытия – арматура класса А500С и бетон класса В30. Расчеты на прогрессирующее обрушение производились в два этапа. Вначале была решена линейная задача, целью которой был подбор армирования в конструкциях здания.
• Расчет по определению необходимого армирования выполнялся с помощью ПК «ЛИРА-САПР 2018». В результате было получено следующее армирование элементов
Армирование плиты перекрытия (а), фундаментной плиты (б), колонны (в) и
балки большого кессона (г)
![Page 7: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/7.jpg)
• Следующим этапом стало решение задачи в нелинейной постановке. Для этого в расчетной модели были изменены типы конечных элементов на соответствующие им нелинейные конечные элементы.
• В расчете учитывалось изменение модуля деформации бетона с увеличением нагрузки, а для арматуры учитывалось возникновение и работа ее в состоянии текучести.
бa
Диаграммы деформации бетона (а) и арматуры (б)
![Page 8: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/8.jpg)
• Нами были исследованы несколько вариантов локального разрушения, рассмотрены влияние этажа, на котором произошел взрыв бытового газа и его расположение в плане. Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах.
Схема расположения исследуемых помещений в плане:
1 – внутренне помещение; 2 – помещение, расположенное по наружному
контуру здания; 3 – угловое помещение
![Page 9: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/9.jpg)
Деформации перекрытий при взрыве бытового газа во внутреннем помещении на первом этаже
![Page 10: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/10.jpg)
Зона разрушения перекрытия над первым этажом при взрыве бытового газа во внутреннем помещении на первом этаже
![Page 11: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/11.jpg)
Определение наиболее опасного этажа при взрыве
бытового газа во внутреннем помещении
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1 2 3 4 5 6 7 8
ПЛ
ОЩ
АЛ
Ь Р
АЗ
РУ
ШЕ
НИ
Я, М
2
ЭТАЖ
0,8 0,9 1 1,1
Как показали расчеты, наименьшая суммарная площадь разрушения перекрытий в здании получается при взрыве бытового газа во внутреннем помещении первого этажа.
Наиболее опасным является взрыв бытового газа во внутреннем помещении пятого этажа.
![Page 12: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/12.jpg)
Зона разрушения балочного перекрытия (hb= 80 см) над первым этажом при взрыве бытового газа во
внутреннем помещении на первом этаже
![Page 13: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/13.jpg)
Изменение максимальных перемещений плиты перекрытия при взрыве бытового газа во внутреннем помещении первого этажа в пределах зоны,
подходящей для эвакуации людей, мм
Высота
балки, см1 этаж 3 этаж 5 этаж 8 этаж
50 65,2 59,7 55,4 51,3
60 57,9 56,0 52,6 48,5
70 51,8 49,2 45,8 42,4
80 44,6 43,2 40,9 38,130
35
40
45
50
55
60
65
70
1 2 3 4 5 6 7 8
ВЕ
ЛИ
ЧИ
НА
ПЕ
РЕ
МЕ
ЩЕ
НИ
Й, М
М
ЭТАЖ
hb=50 см hb=60 см hb=70см hb=80 см
![Page 14: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/14.jpg)
Сравнение величин перемещений плит перекрытия при взрыве бытового газа во внутреннем помещении первого этажа, мм
ЭтажБезбалочное
перекрытие
Перекрытие по типу
большой кессон,
hb = 80 см
Изменение
перемещений
(количество раз)
1 этаж 403 44,6 9,8
3 этаж 383 43,2 8,9
5 этаж 373 40,9 9,1
8 этаж 360 38,1 9,5
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
1 2 3 4 5 6 7 8ВЕ
ЛИ
ЧИ
НА
ПЕ
РЕ
МЕ
ЩЕ
НИ
Й, М
М
ЭТАЖ
Безбалочное перекрытие
Перекрытие по типу большой кессон, hb = 80 см
![Page 15: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/15.jpg)
Сравнение площади разрушения плиты перекрытия над первым помещением при взрыве бытового газа во внутреннем помещении первого этажа, м2
ЭтажБезбалочное
перекрытие
Большой кессон,
hb = 80 см% изменения
1 этаж 364 314,3 13,7
3 этаж 271,8 260,8 4
5 этаж 160,8 105,7 34
8 этаж 86,0 48,6 43
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1 2 3 4 5 6 7 8
ПЛ
ОЩ
АД
Ь Р
АЗ
РУ
ШЕ
НИ
Я, М
2
ЭТАЖБезбалочное перекрытие
Перекрытие по типу большой кессон, hb = 80 см
![Page 16: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/16.jpg)
Деформации перекрытий при взрыве бытового газа в помещении по наружному контуру на первом этаже
![Page 17: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/17.jpg)
Определение наиболее опасного этажа при взрыве бытового газа в помещениях, расположенных по наружному контуру здания
600
650
700
750
800
850
1 2 3 4 5 6 7 8
ПЛ
ОЩ
АД
Ь Р
АЗ
РУ
ШЕ
НИ
Я,М
2
ЭТАЖ
0,34 0,35 0,36 0,37 0,38
![Page 18: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/18.jpg)
Величина перемещений перекрытия при взрыве бытового газа в помещении по наружному контуру на первом этаже при безбалочном перекрытии
![Page 19: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/19.jpg)
Величина перемещений перекрытия при взрыве бытового газа в помещении по наружному контуру на первом этаже при балочном перекрытии
![Page 20: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/20.jpg)
Сравнение площади разрушения плиты перекрытия над первым помещением при взрыве бытового газа в помещении наружного контура первого этажа, м2
Безбалочное
перекрытие
Большой кессон,
hb = 80 см% изменения
1 этаж 217,13 201,4 7,2
3 этаж 183,15 171,8 6,2
5 этаж 157,3 148,6 5,5
8 этаж 128,2 105,1 18,0
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8
ПЛ
ОЩ
АД
Ь Р
АЗ
РУ
ШЕ
НИ
Я, М
2
ЭТАЖБезбалочное перекрытие Перекрытие по типу большой кессон, hb = 80 см
![Page 21: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/21.jpg)
Сравнение величин перемещений безбалочного и балочного перекрытий при взрыве бытового газа в помещении наружного контура первого этажа , мм
Безбалочное
перекрытие
Большой кессон,
hb = 80 см
Изменение
перемещений
(количество раз)
1 этаж 480 52,7 9,1
3 этаж 467 49,4 9,5
5 этаж 452 45,8 9,8
8 этаж 436 39,7 10
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1 2 3 4 5 6 7 8
ВЕ
ЛИ
ЧИ
НА
ПЕ
РЕ
МЕ
ЩЕ
НИ
Й, М
М
ЭТАЖ
Безбалочное перекрытие
Перекрытие по типу большой кессон, hb = 80 см
![Page 22: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/22.jpg)
Изменение максимальных перемещений плиты перекрытия при взрыве бытового газа в помещении наружного контура первого этажа в пределах зоны, подходящей
для эвакуации людей, мм
Высота
балки, см1 этаж 3 этаж 5 этаж 8 этаж
50 58,4 56,1 51,9 49,3
60 56,8 54,7 50,7 47,5
70 55,2 53,6 47,1 42,6
80 52,7 49,4 45,8 39,7
35
40
45
50
55
60
1 2 3 4 5 6 7 8
ВЕ
ЛИ
ЧИ
НА
ПЕ
РЕ
МЕ
ЩЕ
НИ
Й, М
М
ЭТАЖ
hb=50 см hb=60 см hb=70см hb=80 см
![Page 23: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/23.jpg)
Определение наиболее опасного этажа при взрыве бытового газа в угловом помещении
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1 2 3 4 5 6 7 8
ПЛ
ОЩ
АЛ
Ь Р
АЗ
РУ
ШЕ
НИ
Я, М
2
ЭТАЖ
0,8 0,9 1 1,1
В отличие от взрыва в помещениях по наружному контуру, наиболее опасным является взрыв газа на первом этаже, а затем эффект от взрывов на вышележащих этажах уменьшается.
![Page 24: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/24.jpg)
Деформации перекрытий при взрыве бытового газа в угловом помещении на первом этаже
![Page 25: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/25.jpg)
Сравнение площади разрушения плиты перекрытия над первым помещением при взрыве бытового газа в угловом помещении первого этажа, м2
Безбалочное
перекрытие
Большой кессон,
hb = 80 см% изменения
1 этаж 146,25 126,8 13
3 этаж 141,8 106,7 24,7
5 этаж 135,8 88,1 35,1
8 этаж 129,6 62,9 51,5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1 2 3 4 5 6 7 8
ПЛ
ОЩ
АД
Ь Р
АЗ
РУ
ШЕ
НИ
Я, М
2
ЭТАЖБезбалочное перекрытие
Перекрытие по типу большой кессон, hb = 80 см
![Page 26: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/26.jpg)
Величина перемещений перекрытия при взрыве бытового газа в угловом помещении на первом этаже при безбалочном перекрытии
![Page 27: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/27.jpg)
Величина перемещений перекрытия при взрыве бытового газа в угловом помещении на первом этаже при балочном перекрытии
![Page 28: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/28.jpg)
Сравнение перемещений безбалочного и балочного перекрытий при взрыве бытового газа угловом помещении первого этажа, мм
Безбалочное
перекрытие
Большой
кессон,
hb = 80 см
Изменение
перемещений
(количество раз)
1 этаж 495 46,7 10,6
3 этаж 471 44,2 10,5
5 этаж 457 41,9 10,9
8 этаж 425 41,2 10,3
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1 2 3 4 5 6 7 8
ВЕ
ЛИ
ЧИ
НА
ПЕ
РЕ
МЕ
ЩЕ
НИ
Й, М
М
ЭТАЖБезбалочное перекрытие
Перекрытие по типу большой кессон, hb = 80 см
![Page 29: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/29.jpg)
Выводы1. Взрыв бытового газа приводит к катастрофическим разрушениям по всей высоте зданий, независимо от локализации взрыва: во внутреннем помещении или по внешнему контуру здания. Вместе с тем, на каждом этаже остается часть перекрытия, которая может быть использована как пути эвакуации людей.
2. При взрыве бытового газа во внутренних помещениях и по наружному контуру (кроме угловых участков) наиболее опасным является взрыв в центральной части здания по высоте, а наименьшие разрушения возникают при взрыве на первом этаже. При рассмотрении взрыва в угловых помещениях наиболее опасным оказался взрыв на первом этаже, так как он создает наибольшую площадь разрушения перекрытий.
![Page 30: ЫХ ЫХ ¢ ¡Ч Ь ¢ЮЩ ¢ШЮ Ы Ы » · 2019. 8. 19. · Исследовался взрыв бытового газа на 1,3, 5 и 8 этажах. Схема расположения](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051915/600665c31c28186e7562b9b7/html5/thumbnails/30.jpg)
Выводы3. Наличие балок в перекрытиях увеличивает их жесткость и повышает статическую неопределимость каркаса здания, что способствует перераспределению усилий с разрушенных участков на другие конструкции, поэтому при балочных перекрытиях по сравнению с безбалочными значительно уменьшаются площади разрушения и перемещения в зоне эвакуации людей (примерно в 10 раз), что способствует тому, чтобы люди быстрее покинули опасную зону.
4. Как показали исследования, в случае проектирования в зданиях помещений с газовым оборудованием в целях минимизации последствий разрушений от возможной аварии при взрыве бытового газа желательно предусматривать балочные перекрытия.