Причины аварий зданий и сооружений

Понедельник, 12 марта 2012 г.

Авария – полное или частичное обрушение здания или такая деформация здания, которая вызывает остановку производственного процесса, либо создает непосредственную угрозу безопасности людей.

Дефект – отклонение качества, формы и фактических размеров элементов конструкции от требований нормативных документов или проекта, возникающее на стадии проектирования, изготовления, транспортировки и монтажа.

Повреждения – дефект полученный на стадии эксплуатации.

Все дефекты и повреждения делятся по опасности:

А. Аварийные – самые опасные

Б. Средняя тяжесть дефекта

В. Повреждения не существенные

При «А» - остановить производство, сообщить в службу и немедленно устранить дефект. «Б» влияют на несущую способность конструкции, такой дефект рекомендуется устранить на ремонтах. «В» - несущественные дефекты и повреждения. При обследовании конструкции выявляются дефекты, полученные по всем видам – при транспортировке, монтаже, эксплуатации и т.п.

После дефектов – как правило, требуется усиление конструкции.

Конструкции после технического обследования можно проклассифицировать:

1. Исправное состояние – удовлетворяет всем требованиям нормативных документов.

2. Работоспособное состояние конструкции – например, повреждения категории «В», где то краска шелушится, штукатурка отваливается, но по прочности проходит.

3. Ограниченное работоспособное состояние – есть повреждения, дефекты, которые снижают несущую способность. Рекомендации:

a) Усилить конструкцию

b) Снижение нагрузок на конструкцию

4. Неработоспособное состояние – предаварийное, аварийное. Состояние конструкции неработоспособно.

a) Усиление или замена конструкции.

Другие причины аварий.

· Землетрясения - проектировать здания с учетом сейсмической активности. Только здания первого класса капитальности – цирки, кинотеатры, мосты и т.д.

· Ураганы, тайфуны, торнадо, ураганные ветры со скоростью = 200 км/ч

· Цунами, оползни, селевые потоки.

Литература: Канчелли «строительные и пространственные конструкции»

Примерно 80% обрушений, аварий связанно с грунтами.

Разрушение аквапарка в Москве.

Подмывание грунтов – преломление колонны.

Теракт – подорвали одну из колонн.

Сложность плана – обошлось без макетного способа и испытательной модели конструкции. Неясность расчетной схемы с точки зрения теоретической. Такие конструкции почти нигде в мире не делалась

1. Работа вентиляционных систем.

2. Шум, вибрационные волны.

3. Скопление льда на отдельных участках кровли.

4. Некачественные строительные материалы. Бетон, арматура – исследовались, но все оказалось нормальным. Бетон на 30% прочнее, чем по проекту закладывалось.

Статья Кандидат физико-математических наук Н. ОСТРОУХОВ. https://www.nkj.ru/archive/articles/7220/

Сооружения из бетона долго служили образцом прочности. Но сейчас обнаружилась серьезная проблема, и заключается она в вибрации, действие которой может привести к их неожиданному разрушению.

За последние годы произошел ряд серьезных аварий на железобетонных сооружениях. Схожим образом обрушились терминал в парижском аэропорту Руасси-Шарль де Голль, здание Басманного рынка и крытая стоянка у торгового комплекса "МЕТРО" на Дмитровском шоссе в Москве. Но самым громким из этих печальных событий стала катастрофа в московском аквапарке "Трансвааль". В качестве причин аварии аквапарка называлось множество факторов: строительный брак, климат, даже наличие геологического разлома. И хотя было проведено 240 экспертиз, однозначных и исчерпывающих выводов специалисты так и не сделали.

Все эти случаи объединяют два обстоятельства. Первое - в сооружениях применялись тонкостенные бетонные конструкции (пластины, оболочки), протяженность которых намного превышала толщину. И второе - рядом со зданиями или внутри них находились источники механических колебаний (вибраций): в аквапарке работали насосы; рядом с магазином и рынком проходили улицы с интенсивным движением; в ближайшем аэропорту взлетали и садились самолеты.

Структура бетона существенно отличается от структуры гомогенного кристаллического тела и представляет собой смесь случайно ориентированных зерен различных фракций. Их сцепление между собой обеспечивается адгезионными силами (силами Ван-дер-Ваальса), которые в 100-1000 раз меньше сил, связывающих атомы или молекулы в обычных кристаллических телах. Бетон очень хорошо выдерживает напряжения сжатия, прочность на растяжение, и изгиб у него гораздо меньше. Кроме того, границы между зернами, по сути, представляют собой микродефекты структуры, по которым при определенных условиях может происходить разделение зерен.

Под воздействием вибраций в тонкостенных элементах аквапарка возникали поперечные волны, которые приводили к появлению изгибных деформаций. Если возмущающие колебания не совпадают по частоте с собственными колебаниями системы, разрушение вряд ли может произойти. Опасность вызывают колебания с частотами, близкими к собственной частоте системы. В таких случаях конструкция может войти в резонанс и разрушиться.

Действительно, в начальный период эксплуатации, судя по параметрам конструкции здания аквапарка, резонансные частоты его элементов, в частности купола, находились в диапазоне 5 кГц. Посторонние источники воздействовали на здание с частотами 20-200 Гц.

Дефекты в виде микротрещин уменьшают жесткость конструкций, а это в свою очередь снижает частоту собственных колебаний. В конце концов, она может оказаться в "опасном" диапазоне. Когда это произойдет, зависит от особенностей каждой конкретной конструкции. Кровля "Трансвааля" имела огромную площадь и небольшую толщину, представляя собой, по сути дела, мембрану. В сложившихся условиях амплитуда ее колебаний оказалась высокой и дегенерация бетона шла быстро. Поэтому от постройки до аварии прошло совсем немного времени.

Чтобы если не устранить, то хотя бы минимизировать воздействие вибрации, необходимо обеспечить диссипацию (рассеяние) энергии колебаний, возникающих в конструкции. Диссипация происходит в результате внутреннего трения или ухода волн в грунт.

В "Трансваале" крепление колонн было близко к шарнирному. Поэтому деформационные волны не гасли из-за внутреннего трения (сталь - очень упругий материал) и не уходили в фундамент, а отражались от шарнира и вновь начинали "гулять" по элементам сооружения. Конечно, это тоже повышало риск обрушения.