Цель данной работы — рассмотреть понятие живучести строительных конструкций, выявить основные положения теории и оценить способы повышения живучести в сооружениях. Живучестью называют свойство строительных конструкций зданий и сооружений продолжать выполнять свои функции при повреждении или обрушении какой-либо его части. Методика проверки конструктивных элементов базируется на воздействиях первичных отказов, которые не должны приводить к разрушению остальных элементов. Решающей причиной отказов считается человеческий фактор: ошибки проектирования, расчетов, возведение объектов и т. д. Однако, если проектировать сооружение с дополнительными связями, используя более прочные материалы и современные программные комплексы, можно добиться повышения живучести конструкций.
Ключевые слова: живучесть, надежность, отказ, строительные конструкции
The aim of this work is to define the concept of building constructions durability, to discover the main provisions of the theory and to assess the ways of durability improvement in buildings. Durability is the property of constructions of buildings and structures to continue performing its functions under the damage or collapse any of its part. Test procedure of structural elements bases on primary impacts of failures, which should not lead to the destruction of the remaining elements. The decisive cause of failures is the human factor: errors in design, calculation, construction, etc. However, if you design the structure with the additional braces using more durable materials and modern program complexes, you can reach the increase of the construction durability.
Keywords: survivability, reliability, failure, building construction
В современном обществе в различных сферах человеческой жизнедеятельности существует множество проблем, одна из которых проблема безопасности эксплуатации конструкций зданий и сооружений.
В строительной отрасли изучение проблемы безопасности привело к такому понятию, как живучесть конструкций. Живучесть — это свойство, характерное для конструкций в строительстве зданий и сооружений продолжать выполнять свою работу даже при выходе из строя какой-либо его части, или обеспечение устойчивости здания к прогрессирующему (лавинообразному) обрушению за счет передачи нагрузки от одного элемента соседним. Прогрессирующее обрушение является наиболее опасным для строительных конструкций, так как при данном обрушении происходит последовательное разрушение несущих элементов здания, или его значительной части, оно опасно тем что может привести к различным последствиям, начиная с элементарных экономических проблем и заканчивая самым наихудшим исходом событий, в результате которого лежит гибель людей [1].
Конструкции в строительстве должны удовлетворять таким требованиям, чтобы при возведении и эксплуатации здания они были наделены достаточной надежностью при особых сейсмических воздействиях, авариях или природных катаклизмах. Проектировщики учитывают данное условие, принимая коэффициенты надежности по нагрузке 𝛾𝑓, условий работы 𝛾𝑑, надежности по ответственности 𝛾𝑛 [2].
Теория надежности тесно связана с теорией живучести, однако, последняя в настоящее время мало изучена, она находится на этапе становления и оформления в самостоятельную научную дисциплину. Существуют различные документы, которые определяют правила проектирования, они могут помочь избежать прогрессирующее обрушение, одним из таких документов является МНИИТЭП [3].
На сегодняшний день методики проверки строительных конструкций на живучесть, к сожалению, не существует. В основном в методику анализа включают следующие постулаты и положении:
- В расчете по 3-у предельному состоянию учитывается потеря первоначальной прочности. Иными словами, рассматривается поведение строительной конструкции в поврежденном состоянии.
- В качестве аварийных воздействий принимают отказы конструктивных элементов. Такие первичные воздействия рассматриваются как непреднамеренные, искусственные. К примеру, возможны ошибки в непосредственном проектировании здания, ведения расчетов, нарушение техники возведения сооружений.
- Основополагающем в теории живучести является принцип единичного отказа. В соответствии с данным принципом, система должна выполнять свои функции при любом начальном, но только единственном событии, которое вызывает повреждение системы. Иными словами, отказ одного элемента не должен повлиять на работоспособность здания при любом исходе событий. Таким образом, в расчете учитывают то, что возможность начального отказа конструктивного элемента абсолютна, или она равна 100 %. В существующих конструкциях недопустимым считается использование ключевых элементов, которые способствовали отказу всей конструкции при каком-либо аварийном состоянии.
- Для реального здания, включая во внимание незначительную вероятность и недолгую продолжительность аварийной ситуации, следует выполнять расчет при действии постоянных нагрузок (нормативных значений) и длительных составляющих временных нагрузок (𝛾𝑛𝑖 = 𝛾𝑓𝑖 = 1).
- Соединения в узлах конструктивных элементов для вновь проектируемых конструкций принимаются равными по прочности элементам.
- Живучесть необходимо изучать как логико-вероятностную модель, уже давно используемую и не плохо себя зарекомендовавшую в следующих сферах человеческой жизнедеятельности: военная и экономическая сферы, авиастроение, радиоэлектроника и т. д. В логических моделях используется аппарат теории графов для анализа топологии системы и взаимного влияния частей системы друг на друга.
- За меру живучести было принято условие — живучесть конструкции обеспечена, в случае первичных отказов элементов, не приводящих к обрушению других элементов, на которые перераспределяется нагрузка.
В современном мире математическая теория надежности включает в себя такие программные комплексы, как: Ansys, Abaqus, NisaII, Robot, Millenium, Nastran. Несмотря на стремительный, непрерывный прогресс в области проектирования строительных конструкции и их возведения, на практике во всем мире проблема живучести не близка к ее эффективному решению. Зачастую вследствие этого возникают непредвиденные разрушения, приводящие к непригодности эксплуатации здания.
Существует множество причин, главной из которых является человеческий фактор: ошибки проектирования и ведения расчетов, несоблюдение правил возведения объекта, неправильная эксплуатация. Во многих случаях проверка строительных конструкций на живучесть помогла бы проектировщикам решить данные проблемы. Существует множество способов повышения живучести конструкций в отдельности и всего здания, и сооружения в целом. Одним из способов является ввод дополнительных опорных закреплений и связей конструкции, которые в случае обрушения одной конструкции помогут перераспределить напряжение с нее на соседние. Использование материалов с более высокими прочностными показателями, так же помогут повысить живучесть. На стадии проектирования необходимо использовать более современные программные комплексы, на строительной площадке этого можно добиться использованием современных измерительных приборов: тахеометр, лазерный уровень, лазерная линейка, точность которых позволяет максимально приблизить натурные конструкции к проектным.
Таким образом, проблема определения живучести строительных конструкций актуальна на сегодняшний день. Данная теория поможет проектировать более надежные и прочные конструктивные элементы, которые не будут допускать их разрушений.
Литература:
- Кудишин Ю. И., Дробот Д. Ю. Методика расчета строительных конструкций на единичную живучесть. М., 2009
- ГОСТ 27751–88 «Надежность строительных конструкций и оснований».
- «Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения». Г. И. Шапиро, Ю. А. Эйсман, В. И. Травуш. — М.: Москомархитектуры, 2006.
