gototopgototop

К вопросу о несущей способности железобетонных плит на продавливание при динамическом нагружении на объектах наземной космической инфраструктуры

Трекин Николай Николаевич – доктор технических наук, профессор Национального исследовательского Московского государственного строительного университета.

Крылов Владимир Владимирович – аспирант Национального исследовательского Московского государственного строительного университета.

Аннотация: В данной статье приведены описания конструктивных систем объектов наземной космической инфраструктуры, указаны пути совершенствования планировочных и конструктивных решений. Представлен вариант возможного перспективного объемно-планировочного, конструктивного решения объекта космической инфраструктуры. Указан важный узел, отвечающий за механическую безопасность конструктивной системы. Дано предложение по расчету на продавливание плоских плит при динамическом воздействии.

Ключевые слова: Динамическая нагрузка, железобетонные конструкции, продавливание, плоская плита, динамическая прочность, коэффициент динамичности.

В соответствии со статьей 48.1 Градостроительного кодекса Российской Федерации (1) объекты космической инфраструктуры относятся к особо опасным и технически сложным объектам капитального строительства, являясь объектами повышенного уровня ответственности (класс КС-3).

Объекты наземной космической инфраструктуры подлежат идентификации в соответствии с требованиями статьи 4 «Технического регламента о безопасности зданий и сооружений» ФЗ-384 от 30.12.2009 (2).

Сооружения объектов космической инфраструктуры рассчитываются на основные и особые сочетания нагрузок. К основным сочетаниям относятся нагрузки, принятые в соответствии с СП 20.13330.2016 (3) (собственный вес, снеговые, ветровые, вес грунта и т.д.).

В качестве особых сочетаний принимаются нагрузки (особые воздействия) от воздушно-ударной волны при аварии на старте, падение осколка, аварийное выключение двигателей, воздушно-ударная волна от косвенного действия ядерных средств поражения (СП 88.13330.2014) (4), сейсмические нагрузки (СП 14.13330.2014) (5).

В расчетах строительных конструкций и оснований объектов космической инфраструктуры должны учитываются все виды нагрузок, соответствующих функциональному назначению и конструктивному решению зданий и сооружений, климатические, а в необходимых случаях технологические воздействия, а также усилия, вызываемые деформацией строительных конструкций и оснований, включая технологические требования по взаимному расположению блоков стартового сооружения.

Объемно-планировочные и конструктивные решения объектов космической инфраструктуры зависят от возможности строительных конструкций воспринимать особые воздействия и всвязи с этим критерием делятся на две группы:

  • сооружения, обеспечивающие сохранность внутреннего объема;
  • сооружения, не обеспечивающие сохранность внутреннего объема.

На фотографии 1 представлен общий вид стартового комплекса космодрома «Восточный» РН «Союз».

Фотография 1. Общий вид стартового комплекса космодрома «Восточный» РН «Союз».

Для зданий и сооружений, обеспечивающих сохранность внутреннего объема при особых воздействиях, для которых предусматриваются режимы изоляции от внешней среды (командный пункт, укрытия, центрально-распределительный пункт, насосная станция пожаротушения), в качестве конструктивного решения используются стеновые конструктивные системы, (СП 52-103-2007) (6) выполняемые из монолитного железобетона, с размерами в свету между несущими стенами до 7,2м.

Сооружения, в которых устанавливается технологическое оборудование, требующее больших пролетов и высот этажей, выполняются с несущим полным каркасом, а в качестве ограждающих конструкций применяются навесные панели. Данные сооружения в таком конструктивном исполнении не обладают необходимой несущей способностью для восприятия всех особых воздействий. Следовательно, при аварийной ситуации данные сооружения будут повреждены и работоспособность космодрома в целом снижена до нуля, при этом восстановление работоспособности потребует значительных материальных затрат, сопоставимых и возможно превышающих затраты на строительство объекта.

Фотография 2. Основное помещение технологического сооружения космодрома «Восточный» РН «Союз».

На фотографии 2 представлен вид основного помещения технологического сооружения с размещенным оборудованием.

В связи с чем вполне целесообразно выглядит возможность оптимизации конструктивных решений для вновь создаваемых объектов космической инфраструктуры, позволяющих реализовывать объемно-планировочные решения для размещения сложных технологических процессов, требующих «гибких» планировочных решений, а также наличия возможности модернизации и развития объекта без реконструкции.

Оптимизация объёмно-планировочных и конструктивных решений представляет собой совокупность следующих мероприятий:

  • выбор конструктивных решений, обеспечивающих механическую безопасность зданий и сооружений, подбор сечений элементов, выбор материала несущих конструкций;
  • компоновка помещений внутри зданий и сооружений, а также подбор материалов несущих и ограждающих конструкций для обеспечения пожарной безопасности;
  • учет опасных природных процессов и явления при формировании объёмно-планировочных и конструктивных решений;
  • повышение безопасности для пользователей зданиями и сооружениями;
  • учет в объёмно-планировочных решениях мероприятий по улучшению энергетической эффективности;
  • повышение безопасности воздействия на окружающую среду.

Рисунок 1. Пример плана объекта космической инфраструктуры с перспективным объемно-планировочным и конструктивным решением.

На рис.1 представлен пример плана объекта космической инфраструктуры с перспективным объемно-планировочным и конструктивным решением, позволяющимперейти от стеновой конструктивной системы сооружения к комбинированной и включающей в себя:

  • устройство колонн вместо стен во внутреннем объеме;
  • введение дополнительных диафрагм жесткости, обеспечивающих пространственную работу конструкций при особых воздействиях;
  • сохранение наружной стены, обеспечивающей сохранность внутреннего объема,
  • использование безбалочного покрытия.

Данное решение позволяет формировать «гибкое» планировочное решение, способное:

  • размещать любой технологический процесс;
  • обеспечить возможность модернизации объекта как в рамках уже имеющегося строительного объема, так и в рамках присоединения нового независимого блока;
  • обеспечить сохранность внутреннего объема при особых воздействиях;
  • обеспечить возможность усиления существующих конструкции при увеличении особых воздействий.

При этом необходимо отметить, что основным узлом в данном перспективном конструктивном решении, обеспечивающим надежность, живучесть, безопасность, является соединение колонны с фундаментной плитой, а также колонны с плитой покрытия, работающий на продавливание в месте соединения с колонной под действием особых, динамических нагрузок.

Современные нормы проектирования развитых стран имеют существенные различия в расчетных положениях по определению несущей способности монолитных железобетонных плит на продавливание. Данные расчетные положения выполнены для статической работы конструкций и не учитывают особенности динамического воздействия и характера работы конструкций.

Отечественные нормы проектирования СП 63.13330.2012 (7) расчет на продавливание производят для плоских железобетонных элементов (плит) при действии на них местных, концентрированно приложенных усилий – сосредоточенных сил и изгибающих моментов при условии статического приложения нагрузок (рис. 2).

Рисунок 2. Расчетная модель для расчета на продавливание.

Требования по расчету с учетом динамических нагрузок представлены в СП 88.13330.2014 (4) при этом динамические нагрузкидопускается сводить к эквивалентным статическим нагрузкам Fэс с учетом коэффициента динамичности .

Можно предположить, для расчета плоской железобетонной плиты без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной приложенной силы при динамическом воздействии следующие зависимости:

Fэс<Fb,ultд, (1)

где Fэс – эквивалентная статическая сосредоточенная сила от внешней динамической нагрузки, которую можно представить в виде:

Fэс= kд·Fд, (2)

– коэффициент динамичности, который в соответствии с (8) зависит от восстанавливающей силы и для линейно-деформируемых систем определяется как отношение максимального перемещения системы при динамической нагрузке yмах к перемещению системы yst, вызванному статической нагрузкой, равной по величине максимальному значению динамической нагрузки:

kд= yмах/yst;

Fд – сосредоточенная сила от внешней динамически приложенной нагрузки.

Fb,ultд – предельное усилие, воспринимаемое бетоном при динамическом воздействии.

Усилие Fb,ultд определяют по формуле:

Fb,ultд= Rbtд·Аb, (3)

где Аb – площадь расчетного поперечного сечения,

Rbtд – расчетное динамическое сопротивление бетона растяжению.

Подставив в формулу (1) значения (2) и (3) получим:

Fд ≤ RbtдАb (4)

Полученное условие (4) требует теоретического и экспериментального подтверждения.

Выводы:

  1. Изучение несущей способности железобетонных плит на продавливание при динамическом нагружении является важным и необходимым шагом на пути к формированию перспективных объемно-планировочных, конструктивных решений как объектов космической инфраструктуры, специальных сооружений, так и гражданских и промышленных зданий.
  2. Предложенная методика для расчета плоской железобетонной плиты без поперечной арматуры на продавливание при действии сосредоточенной приложенной силы при динамическом воздействии требует теоретического и экспериментального подтверждения.
  3. Актуальность вопроса данного исследования подтверждается требованиями действующих государственных стандартов (9), предписывающих для оценки реакции строительного объекта при динамических воздействиях использовать соответствующие динамические модели.

Список литературы

  1. Градостроительный кодекс Российской Федерации;
  2. «Технического регламента о безопасности зданий и сооружений» ФЗ-384 от 30.12.2009;
  3. СП 20.13330.2016«Нагрузки и воздействия». Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*
  4. СП 88.13330.2014«Защитные сооружения гражданской обороны». Актуализированная редакция СНиП II-11-77*;
  5. СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах». Актуализированная редакция СНиП II-7-81*;
  6. СП 52-103-2007 «Железобетонные монолитные конструкции зданий»;
  7. СП 63.13330.2012«Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003;
  8. Расчет конструкций на динамические специальные нагрузки. Н.Н. Попов, Б.С. Расторгуев, А.В. Забегаев.
  9. ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Отправить статью

...

Форма оплаты

Номер статьи, присвоенный редакцией
Количество страниц в статье
Количество экземпляров журнала
Доставка: РФСНГ
Скидка (%)
Заказать свидетельство о публикации
1. Стоимость публикации каждой страницы статьи составляет 200 рублей.
2. Стоимость каждого экземпляра журнала, включая его изготовление и доставку, составляет 300 рублей для России и 600 рублей для стран СНГ.
3. Стоимость печатного свидетельства о публикации составляет 100 рублей

Реквизиты для оплаты через банк