Наука и безопасность
www.pamag.ru

Свидетельство:
О регистрации средства массовой информации: "Предотвращение аварий зданий и сооружений".

Номер: №ФС77-35253

Выдано: Федеральная служба по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций

Дата: от 16.02.2009 г.

Форма распространения: электронное периодическое издание

Язык: русский

Учредитель: ООО "ВЕЛД"

Свидетельство о регистрации средства массовой информации: "Предотвращение аварий зданий и сооружений"

Обрушения

   

электронный журнал



09.01.2016 Лерикский район, Азербайджан
Обрушение более ста электрических столбов
07.01.2016 г.Полтава, Украина
Обрушение спортивного комплекса на улице Комарова
02.01.2016 г.Мадрид, Испания
Обрушение фасада здания в пригороде Мадрида

Все обрушения


На правах рекламы



Компания ВЕЛД
 








Блог Шаблон

Электронный журнал

Предотвращение аварий зданий и сооружений

УРОКИ ОДНОЙ АВАРИИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Автор: В.А. Пашинский, С.Ф. Пичугин, А.В. Семко
Предприятие: Полтавский национальный технический университет имени Юрия Кондратюка, г.Полтава, Украина
Дата публикации: 2010-09-01
Версия для печати <<Назад

Пичугин Сергей Федорович
Пичугин Сергей Федорович

Семко Александр Владимирович
Семко Александр Владимирович

Пашинский Виктор Антонович
Пашинский Виктор Антонович

 

Анализу аварий стальных конструкций посвящены многочисленные статьи и монографии [1-5], но каждая авария, подтверждая общие закономерности, имеет свои индивидуальные особенности и дает исследователям и проектировщикам свои уроки, изучая которые можно в последующем избежать досадных ошибок в проектировании и строительстве стальных конструкций зданий и сооружений различного назначения.

Цель данной статьи – описать картину, назвать причины и выявить закономерности разрушения стальных конструкций одного из недостроенных спортивных залов в Украине. По данной аварии авторы статьи выступали экспертами государственного архитектурно-строительного контроля.

Спортивный зал представлял собой одноэтажное однопролетное здание пролетом 30,0 м, длиной 48,0 м, с отметкой низа несущих конструкций покрытия 14,0 м. Зал примыкал к кирпичному четырехэтажному зданию административных и бытовых помещений спортивного комплекса размерами 12,0×30,0 м. В качестве несущих конструкций здания одним из научно-производственных объединений Украины были разработаны легкие стальные поперечные рамы, установленные с шагом 4,0 м. Рамы были образованы из универсальных секций сплошностенчатого типа, имеющих длину 1,5, 1,8 и 3,0 м. Авторами проекта было разработано четыре основных типоразмера секций – опорная, две рядовых и средняя. В поперечном сечении секции имели двутавровый профиль, пояса которого выполнены из холодногнутых стальных труб прямоугольного сечения с размерами 120×60×4 мм, а стенка – из листовой стали толщиной 4 мм. Все узлы соединения секций были выполнены на конических втулках, стянутых высокопрочными болтами класса 10.9.

Крепление рам к фундаментам осуществлялось четырьмя анкерными болтами диаметром 24 мм непосредственно к опорной плите базы толщиной 20 мм. В средней части здания зала установлены вертикальные крестовые связи по колоннам из одиночных прокатных уголков 63×5 мм.

По стальным рамам с шагом 1,5 м уложены прогоны из гнутых швеллеров №16, к которым саморезами закреплялся стальной профилированный настил, Z – образные профили высотой 150 мм, между которыми укладывался утеплитель из трех слоев минераловатных плит, и верхние ограждающие листы профилированного настила. К торцовой кирпичной стене прогоны пролетом 4 м крепились шарнирно на фланцевых узлах, закрепленных с помощью анкерных стержней, заложенных в кирпичную кладку. В продольных стенах зала выполнены световые проемы для организации естественного освещения зала.

Расход стали на несущие конструкции в спортзале составлял менее 40 кг/м2. Общий вид рамы в процессе строительства представлен на рис.1, унифицированные секции и их соединения показаны на рис.2.

 

IMG_1179.JPG
Рис. 1. Общий вид стальных рам в процессе монтажа

 

IMG_1196.JPG
Рис.2. Соединения унифицированных секций

 

Объект был не законченным строительством, однако были смонтированы несущие и ограждающие конструкции до приостановки строительства в связи с началом зимнего сезона и некоторыми организационными и техническими затруднениями. Обрушение (рис.3 и 4) произошло в феврале при следующих атмосферных нагрузках: снеговая – 0,7 кПа, ветровая – 0,12 кПа, температура – минус 8ºС (по данным метеостанции). В то же время расчетные нагрузки для района строительства значительно больше: снеговая – 1,74 кПа, ветровая – 0,5 кПа (с учетом нормативного срока службы здания). Изучение проектной документации, осмотр и замеры конструкций в натуре, химический анализ качества стали и поверочные расчеты стальных конструкций  выявили ряд конструктивных ошибок и спорных моментов в проекте каркаса, а также в его реализации в процессе строительства. В частности, нижний пояс пролетной шпренгельной затяжки был выполнен на одиночных фасонках с разрывом уголков в узлах перегиба (без накладок) с недопустимо малым зазором (5-8 мм) между сварными швами. В опорных узлах пояса шпренгельной затяжки отсутствовало центрирование элементов, пояс крепился к фасонкам с эксцентриситетом до 50 мм. Недостаточно развитой была система связей каркаса: вертикальные связи по двухветвевым колоннам были выполнены одноветвевыми из одиночных уголков с креплением к стенке колонн толщиной 4 мм, отсутствовали ветровая ферма по торцовой стене и распорки между рамами, обеспечивающие устойчивость каркаса в продольном направлении при монтаже и эксплуатации каркаса.

 

DSC07699.JPG
Рис. 3. Общий вид здания после обрушения

 

DSC07759.JPG
Рис. 4. Внутренний вид здания после обрушения

 

Анализ качества стали конструкций выявил в отдельных элементах рамы наличие кипящей стали. Поверочные расчеты показали, что карнизные узлы и затяжки рам имели достаточную несущую способность при учете фактических нагрузок и были перенапряжены при учете расчетных нагрузок по нормам, действующим в Украине [6]. Кроме того, в узлах крепления затяжки к ригелю рамы были выявлены значительные перенапряжения сварных швов (576,3 МПа при расчетном сопротивлении швов 180 МПа) вследствие крепления затяжки с эксцентриситетом. Такая ситуация объясняется тем, что авторы проекта, используя один из апробированных вычислительных комплексов, некорректно представили пространственную систему для расчета каркаса.

Учитывая вышеприведенные данные и результаты осмотра конструкций спортивного зала после обрушения, была воспроизведена следующая картина разрушения каркаса. В момент аварии при фактически действовавших снеговой и ветровой нагрузках в монтажных сварных швах опорных фасонок шпренгельной затяжки рамы возникли усилия, которые превысили их несущую способность и вызвали разрушение швов (рис.5). После отрыва одной из затяжек произошло резкое деформирование неподкрепленного ригеля и догружение через прогоны соседних рам, в которых лавинообразно произошло то же событие – разрушение значительно перегруженного опорного узла затяжки. Вследствие уменьшения жесткости пролетной части рам в них произошло перераспределение усилий с резким ростом карнизных моментов, что привело к разрушению накладок в карнизных узлах всех рам. В результате пролетная часть рам превратилась в изменяемую систему в виде трехшарнирного механизма, разрушение стало прогрессирующим. При этом некоторые опорные узлы рам разрушились с хрупким разрывом стенок колонн в местах концентрации напряжений (рис.6). В этих узлах химический анализ выявил кипящую сталь Ст08кп. Рама, закрепленная за кирпичную стену, упала последней, сорвала часть парапета и вызвала разброс кирпичей на 8-10 м от стены.

 

DSC07736.JPG
Рис. 5. Места обрыва затяжек

 

DSC07785.JPG
Рис. 6. Хрупкое разрушение опорных узлов колонн

 

Таким образом, основной причиной аварии было разрушение узла крепления затяжки ригеля. При этом численный анализ пространственной работы каркаса свидетельствовал о возникновении прогрессирующего обрушения при отрыве одной из затяжек, поскольку при этом скачкообразно вырастают усилия в соседних рамах, а после разрыва 5-6 затяжек резко растут усилия в карнизных узлах и начинается разрушение рам. В данном случае, достаточно новая конструкция из унифицированных элементов была апробирована и испытана на малых пролетах (18 м), а при применении данной конструкции на большом пролете 30 м узел крепления затяжки как элемента жесткости и разгружающего пролетный момент нижнего пояса ригеля был проработан некачественно. Здесь имела место, прежде всего, проектная ошибка, усугубленная погрешностями изготовления (применение кипящих сталей) и монтажа – дефекты сварных швов монтажных узлов. В то же время равнопрочность основных несущих элементов и недостаточное развитие системы связей привели к прогрессирующему разрушению всего каркаса при первом же проявлении грубой ошибки.

Выводы.

Данная авария подтвердила актуальность повышения качества проектирования и монтажа ответственных стальных конструкций. Авария подчеркнула необходимость особого внимания к выбору расчетных схем конструкций и грамотному использованию современных вычислительных комплексов. Очевидно также, что необходим более строгий контроль новых экспериментальных видов эффективных оптимальных и, особенно, равнопрочных стальных конструкций, склонных к прогрессирующему разрушению. Этот контроль должен распространяться и на конструкции, защищенные авторским правом изобретателя, а возможно, в первую очередь именно на них и выполняться на всех стадиях разработки, проектирования, конструирования, изготовления, монтажа и эксплуатации. Заказчик должен быть также предупрежден о том, что в его здании применены новые экспериментальные конструкции, которые при необходимости должны пройти независимую экспертизу, а в спорных случаях – испытаны хотя бы на действие эксплуатационных временных нагрузок.

 

Библиографический список

 

  1. Беляев Б.И., Корниенко В.С. Причины аварий стальных конструкций  и способы их устранения. – М.: Стройиздат, 1968. – 206 с.
  2. Сахновский М.М., Титов А.М. Уроки аварий стальных конструкций. – Киев: Будівельник, 1969. – 200 с.
  3. Лащенко М.Н. Аварии металлических конструкцій зданий и сооружений. – Л.: Стройиздат, 1969. – 183 с.
  4. Пичугин С.Ф., Кравцов А.А. Внимание: авария! // Сельское строительство. – №7. – 1975. – С. 25 – 26.
  5. Захаров С.В. Аварии в строительстве – случайность или система? // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сб. науч. тр. Вып.7. – Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2007. – С.11 – 22.
  6. ДБН В.1.2-2:2006 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. – К.: Минстрой Украины, 2006. – 60 с.
<<Назад