СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки воздействия» и другие СНиП и СП
Основы метода расчета по предельным состояниям и нормирование уровня надежности...СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки воздействия» и другие СНиП и СП
Основы метода расчета по предельным состояниям и нормирование уровня надежности конструкций заложены в довоенных и послевоенных работах отечественных ученых [2, 47, 48].
Расчет бетонных и железобетонных конструкций следует производить по предельным состояниям включающим:
− предельные состояния первой группы (по полной непригодности к эксплуатации вследствие потери несущей способности);
− предельные состояния второй группы (по непригодности к эксплуатации вследствие образования или
чрезмерного раскрытия трещин, появления недопустимых деформаций и др.).
Расчет по предельным состояниям первой группы включает в себя расчеты по прочности с учетом, в необходимых случаях, деформированного состояния конструкции перед разрушением.
Расчеты по предельным состояниям второй группы включают в себя расчеты по раскрытию трещин и по
деформациям. Расчет бетонных конструкций по предельным состояниям второй группы не производиться.
Расчет по предельным состояниям конструкции в целом, а также отдельных её элементов следует, как
правило, производить для всех стадий – изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации, при
этом расчетные схемы должны отвечать принятым конструктивным решениям.
Определение усилий и деформаций от различных воздействий в конструкциях и в образуемых ими системах зданий и сооружений следует производить с учетом возможного образования трещин и неупругих деформаций в бетоне и арматуре (физическая нелинейность), а также с учетом в необходимых случаях деформированного состояния конструкции перед разрушением (геометрическая нелинейность).
Для статически неопределимых конструкций, методика расчета которых с учетом физической нелинейности не разработана, допускается определять усилия в предположении линейной упругости материала.
Нормативные значения нагрузок и воздействий, коэффициенты сочетаний, коэффициенты надежности по
нагрузке, коэффициенты надежности по назначению, а также подразделение нагрузок на постоянные и временные (длительные и кратковременные) принимают согласно СНиП 2.01.07-85*. Показать больше

НЕПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ
Сравнение методов расчета

Чем отличается используемый в России термин «прогрессирующее разрушение» от термина...НЕПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ
Сравнение методов расчета

Чем отличается используемый в России термин «прогрессирующее разрушение» от термина «непропорциональное разрушение» и соответствующего ему понятия «конструктивная целостность», широко используемого в зарубежных нормах?
Прежде всего, следует отметить, что прогрессирующее разрушение определяет один из возможных, но не
единственно возможный механизм обрушения здания и (или) сооружения. Безусловно, цепная реакция, соответствующая прогрессирующему разрушению, является весьма опасной и зачастую приводит к значительным
последствиям. Но не всегда. Возможны разрушения элементов конструкции прогрессирующего характера,
которые не приводят к итоговым разрушениям, являющимся критическими для сооружения.
С другой стороны, обрушение конструкции может быть значительным, но при этом не иметь прогрессирующего характера. Такая ситуация характерна для конструкций с небольшим количеством элементов.
Например, можно рассмотреть ферму однопролетного моста значительной длины, предположим 100 метров и двухпролетный мост с двумя 50-метровыми пролетами и одним средним устоем. Рассмотрим следующие
гипотетические случаи:
1. При чрезвычайном воздействии разрушился локальный элемент 100-метровой фермы моста – опорный
раскос. Произошло обрушение пролетного строения, то есть численная характеристика величины разрушения
соответствует 100 метрам мостовой конструкции.
2. При чрезвычайном воздействии разрушился локальный элемент двухпролетного моста – средний устой.
При этом одновременно исчезла опора у обоих пролетных строений, и они упали. Численная характеристика
величины разрушения соответствует 100 метрам моста.
3. При чрезвычайном воздействии разрушился локальный элемент одного из пролетов двухпролетного
моста – опорный раскос. При падении фермы разрушился средний устой моста, вследствие чего потерял опору и разрушился второй пролет моста. Численная характеристика разрушения соответствует 100 метрам моста.
При рассмотрении последствий этих трех гипотетических сценариев следует отметить, что величина разрушения во всех случаях одинакова – 100 метров моста. Но при этом прогрессирующий характер разрушения
имел только третий сценарий.
Рассмотрим четвёртый пример – 100 метровый мост из 10 пролетов по 10 метров. При ситуации, аналогичной ранее рассмотренному третьему сценарию аварии, предположим, произошла цепная реакция, и разрушилось три пролета. Характер разрушения – прогрессирующий, величина разрушения – 30 метров моста, в
три раза меньше чем в первых трех сценариях.
Таким образом, различия между понятиями прогрессирующего и непропорционального разрушения можно
сформулировать следующими тезисами:
− прогрессирующее обрушение описывает характер разрушения, а непропорциональное разрушение -
величину последствий.
− непропорциональное разрушение может быть как прогрессирующим, так и обычным.
− прогрессирующее обрушение является качественной характеристикой механизма разрушения, для него
сложно задать универсальную характеристику, выражающуюся в абсолютных величинах, характеризующих
сооружение неопределенного конструктивного типа.
− непропорциональное обрушение является характеристикой величины разрушения, для которого возможно подобрать численный измеритель, характеризующий сооружение. Например, длину линейного сооружения или площадь разрушенной части здания.
Не смотря на то, что оба рассматриваемых термина в основном соизмеримы и созвучны, понятие непропорционального исходному воздействию разрушения конструкции является более универсальным и легче
поддается измерению и, соответственно, формулированию критериев допускаемого уровня разрушения в
нормах и стандартах.
Прогрессирующее разрушение характеризуется возникновением цепной реакции, когда последствия исходного воздействия или локального разрушения становятся причиной разрушения смежных элементов, которое, в свою очередь, передает воздействие дальше и зачастую увеличивает его в геометрической прогрессии.
Можно выделить следующие типы механизмов развития прогрессирующего обрушения
Слоёный пирог – разрушение вертикального несущего элемента приводит к обрушению вышележащих
конструкций на перекрытия и конструкции нижележащих этажей. На нижележащие конструкции добавляется
вес обломков и кинематическая энергия от их падения.
Примером такого типа является разрушения башен WTC в Нью-Йорке.
Зиппер – разрушение несущего элемента, как правило, удерживающего типа, например ванты моста или
грунтового анкера подпорной стены. С выходом из строя элемента удерживаемое им усилие передается на
соседние элементы, превышается их несущая способность и они разрушаются. Далее происходит цепная реакция.
Примером такого типа является разрушение моста Такома в 1940 году от флаттера, вызванного сильным
ветром.
Домино – разрушение одного из рядом расположенных вертикальных несущих элементов, как правило, в
виде опрокидывания или потери устойчивости положения. При опрокидывании первый элемент воздействует
на другой, и так далее.
Примером такого типа является разрушение линий электропередач при сильном ветре или обледенении
проводов.
Концентратор – хрупкое разрушение вследствие развития трещины или иного дефекта в растянутой зоне
сечения несущего элемента. Увеличение трещины или дефекта приводит к значительному увеличению напряжений в зоне концентратора напряжений и инициирует дальнейшее развитие трещины. Последствием является внезапное хрупкое разрушение элемента.
Смешанный тип – сложный характер прогрессирующего обрушения, для которого возможно выделить
разные вышеописанные типы развития разрушения.

ОБЗОР НОРМАТИВНЫХ ТРЕБОВАНИЙ
Ниже приведены требования к надежности конструкций при чрезвычайных воздействиях из различных
нормативных документов
Технический регламент о безопасности зданий и сооружений
Положения статьи 7 «Требования механической безопасности» не содержат понятий прогрессирующего и
непропорционального разрушения, и не оговаривают соответствующих принципов надежности при чрезвычайных воздействиях. По всей видимости, эти требования будут сформулированы в дальнейшем в одном из
обязательных сводов правил.
EN 1990 Еврокод. Основы проектирования конструкций
2.1 (4)P Конструкции должны быть запроектированы и построены таким образом, чтобы они не были повреждены при наступлении таких событий, как:
- взрыв,
- удар,
- последовательность человеческих ошибок,
на величину, непропорциональную исходной причине
ASCE 7-05 Минимальные нагрузки для расчета зданий и сооружений
1.4 Общая конструктивная целостность
Здания и другие конструкции должны быть запроектированы так, чтобы выдерживать локальное повреждение, в то время как конструктивная система в целом остается устойчивой и не разрушается на величину,
непропорциональную исходному локальному повреждению. Это должно достигаться через устройство конструктивных элементов, которые обеспечивают устойчивость конструктивной системы в целом, путем передачи
нагрузок от любого локально поврежденного элемента, рядом расположенным частям конструкции, способным выдерживать эти нагрузки без разрушения. Это должно сопровождаться обеспечением достаточной связности, избыточности, или энергораспределяющей способностью (пластичностью), или комбинацией вышеперечисленного в элементах конструкции.
ICC PC Функциональные нормы для зданий и сооружений Совета по международным
нормам
501.3.2 Непропорциональное обрушение
Конструкции должны быть запроектированы так, чтобы воспринимать локальное повреждение. Конструктивная система в целом должна оставаться устойчивой и не должна повреждаться на величину, непропорциональную исходному локальному повреждению.
NFPA 5000 Нормы по строительству и безопасности
5.2.3.4 Свойство предотвращения обрушению
Здания должны быть запроектированы и построены так, чтобы в достаточной степени предотвращать разрушение конструкций при чрезвычайных воздействиях и обеспечивать спасателям обеспечение эвакуации и
спасение находящихся в здании людей.
Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения
1.1 Жилые монолитные здания должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения их несущих конструкций при аварийных воздействиях.и нормальной эксплуатации зданий (пожары, взрывы, ударные воздействия транспортных средств, несанкционированная перепланировка и т.п.). Это требование означает, что в случае аварийных воздействий
допускаются локальные разрушения отдельных вертикальных несущих элементов в пределах одного этажа,
но эти первоначальные разрушения не должны приводить к обрушению или разрушению конструкций, на которые передается нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами, поврежденными аварийным воздействием.
Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях
1.1 Жилые каркасные здания должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае
локального разрушения их несущих конструкций при аварийных воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (взрывы, пожары, ударные воздействия транспортных средств и т.п.).
Каркасные здания имеют несущие элементы, которые невозможно защитить от прогрессирующего обрушения конструктивными мероприятиями. Это ключевые элементы каркаса (в первую очередь колонны), и для
повышения устойчивости здания против прогрессирующего обрушения при ЧС следует резервировать для
этих элементов дополнительную прочность, поэтому то понимание защиты от прогрессирующего обрушения,
которое пришло от панельных зданий, для каркасных зданий трактуется иначе.
Конструктивная система каркасного здания должна обеспечивать его прочность и устойчивость в случае
локального воздействия на отдельные элементы, не предусмотренного условиями нормальной эксплуатации
здания как минимум на время, необходимое для эвакуации людей.
Рекомендации по предотвращению прогрессирующих обрушений крупнопанельных
зданий
1.1 Конструктивная система жилых панельных зданий должна быть защищена от прогрессирующего
(цепного) обрушения в случае локального разрушения ее несущих конструкций при аварийных воздействиях,
не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (взрывы, пожары, ударные воздействия
транспортных средств и т.п.). Это требование означает, что в случае аварийных воздействий допускаются
локальные разрушения несущих конструкций (полное или частичное разрушение отдельных стен в пределах
одного этажа и двух смежных осей здания). Но эти первичные разрушения не должны приводить к обрушению или к разрушению конструкций, на которые передается нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами,
поврежденными аварийным воздействием.
Конструктивная система здания должна обеспечивать его прочность и устойчивость в случае локального
разрушения несущих конструкций как минимум на время, необходимое для эвакуации людей.
МГСН 4.19-05. Временные нормы по проектированию многофункциональных высотных
комплексов
6.1.1 Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующего обрушения в случае локального разрушения несущих конструкций в результате возникновения аварийных чрезвычайных ситуаций (ЧС).
К последним относятся:
− природные ЧС – опасные метеорологические явления, образование карстовых воронок и провалов в
основании зданий;
− антропогенные (в том числе техногенные) ЧС – взрывы снаружи или внутри здания, пожары, аварии
или значительные повреждения несущих конструкций вследствие дефектов в материалах, некачественного
производства работ и др.
6.1.7 Основное средство зашиты зданий от прогрессирующего обрушения – резервирование прочности несущих элементов, обеспечение несущей способности колонн, ригелей, диафрагм, дисков перекрытий и стыков
конструкций; создание неразрезности и непрерывности армирования конструкций, повышение пластических
свойств связей между конструкциями, включение в работу пространственной системы ненесущих элементов.
ТСН 31-332-2006 Жилые и общественные высотные здания
1. Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения несущих конструкций в результате возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС) - сейсмические воздействия, опасные метеорологические явления, взрывы снаружи и внутри здания, пожары, аварии
или значительные повреждения несущих конструкций вследствие дефектов в материалах, некачественного
производства работ и прочее.
2. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения должна проверяться расчетом и обеспечиваться конструктивными мерами, способствующими развитию в несущих конструкциях и их узлах пластических деформаций при предельных нагрузках.
Непропорциональное разрушение. Сравнение методов расчета Стр 11
МДС 20-2.2008 Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях
3. Сооружения должны проектироваться, возводиться и эксплуатироваться так, чтобы ущерб, возникающий как следствие аварийных событий, не достигал размеров, несоизмеримо больших, чем последствия изначального повреждения.
ОБЗОР И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ РАСЧЕТА
Методы расчета на устойчивость против прогрессирующего обрушения или, другими словами, мероприятия против непропорционального обрушения, можно классифицировать по различным признакам.
Классификация методов приведена в части 1991-1-7 «Случайные нагрузки» Еврокода [20], в комментариях к американскому стандарту ASCE 7-05 «Минимальные расчетные нагрузки на здания и сооружения» [34], и
в других источниках [38, 41]
Классификация методов (strategies for accidental design situations) в соответствии с Еврокодом иллюстрируется следующим образом:
EN 1991-1-7: Чрезвычайные расчетные ситуации (accidental design situations)
1. Стратегии, основанные на учёте установленных (известных) чрезвычайных нагрузок
1.1. Проектирование конструкций для обеспечения достаточной минимальной надежности
1.2. Предотвращение или уменьшение воздействия, например защитные меры
1.3. Проектирование конструкций, выдерживающих чрезвычайную нагрузку
2. Стратегии, основанные на ограничении размера локализированного разрушения
2.1. Повышенная избыточность (enhanced redundancy), например альтернативные пути нагрузки
2.2. Расчет ключевых элементов (key elements), воспринимающих условную чрезвычайную нагрузку Ad
2.3. Предписывающие правила, например целостность и пластичность

Стратегии, описанные в разделе 1991-1-7 Еврокода, являются реализацией одного из основных требований к проектированию строительных конструкций в EN 1990 «Еврокод. Основы проектирования конструкций»
[18, 19]. Ниже приведен текст этого положения из обоих документов. Несмотря на то, что Белорусский стандарт имеет обозначение “IDT”, говорящее об идентичности национального перевода тексту Еврокода на официальных языках, в формулировках даже основных принципов можно заметить различия:
BS EN 1990:2002 (Великобритания)
2.1 (4)P A structure shall be designed and executed in such a way that it will not be damaged by event such as:
- explosion,
- impact, and
- the consequence of human errors,
to the extend disproportionate to the original cause.
Note 1. The events to be taken into account are those agreed for the individual project with client and the relevant authority.
Note 2. Further information is given in EN 1991-1-7
2.1 (4)P Конструкции должны быть запроектированы и построены таким образом, чтобы они не были повреждены при наступлении таких событий, как:
- взрыв,
- удар,
- последовательность человеческих ошибок,
на величину, непропорциональную исходной причине
Примечание 1. События, принимаемые в расчете – это события, согласованные для отдельного проекта с
застройщиком и соответствующим компетентным органом
Примечание 2. Дальнейшая информация приведена в EN 1991-1-7

СТБ ЕН 1990-2007 (Белоруссия)
2.1 (4)P Несущую конструкцию следует проектировать и строить таким образом, чтобы при наступлении
таких событий как взрыв, удар или механический отказ не возникали несоизмеримые последствия.
Для обеспечения данного требования, равно как и требований обеспечения несущей способности и эксплуатационной пригодности, нужно выполнение следующих мероприятий:
− исключение или уменьшение величины возможного чрезвычайного воздействия на здание или сооружение.
− выбор конструктивной схемы здания или сооружения, малочувствительной к чрезвычайным воздействиям;
− выбор конструктивной схемы здания или сооружения и конструирование соединений элементов для
возможности обеспечения пространственной неизменяемости при локальном разрушении;
− проектирование конструктивной системы так, чтобы при потере несущей способности одного или нескольких элементов обеспечивался альтернативный путь передачи нагрузок за счет перераспределения усилий;
− при проектировании использовать конструктивные «ключевые» элементы, способные в дополнение к
существующим нагрузкам воспринимать чрезвычайное воздействие;
− рационально решать систему конструктивных связей, узлов, элементов соединений и стыков;
− не использование, по возможности, типов конструкции, которые могут разрушиться внезапно без предварительного возникновения видимых дефектов.
Для первой группы методов, базирующихся на выявлении и учете возможных чрезвычайных нагрузок, Еврокод рекомендует в зависимости от частоты (вероятности) воздействия и возможных последствий, с учетом
возможного общественного резонанса и уровня риска жизни людей и/или повреждения имущества, принимать
меры для исключения воздействия или снижения величины воздействия.
Примером исключения воздействия от ударов транспортными средствами может быть устройство защитных барьеров или планировочные и организационные мероприятия, исключающие неконтролируемый подъезд автомобилей.
Примером снижения уровня воздействия от взрыва газа является устройство проемов и легкосбрасываемых ограждающих конструкций.
При проектировании конструкций, выдерживающих чрезвычайную нагрузку, следует отметить известный
факт, что чрезвычайные нагрузки от взрыва, удара и внезапного разрушения элементов имеют случайный
динамический характер и подобны по воздействию локальной сейсмической нагрузке. Поэтому принципы расчета и конструирования, принятые в сейсмостойком строительстве во многом, если практически не во всём
основном, подходят для ограничения величины непропорционального разрушения.
Для второй группы стратегий, основанных на ограничении величины разрушений при чрезвычайных воздействиях, проектом должны быть предусмотрены мероприятия при возможном местном повреждении конструкции от предполагаемого или не предполагаемого воздействия.
Для обеспечения ограничения величины возможного разрушения необходимо предусматривать один из
предлагаемых методов, или при необходимости несколько методов одновременно.
Элементы конструкции, от которых зависит прочность и устойчивость конструкции в целом, должны быть
рассчитаны на дополнительную условную чрезвычайную нагрузку. Рекомендуемая величина этой нагрузки
может быть принята как распределенная по поверхности элемента нагрузка 34 кН/м2
.
При проектировании для ограничения величины разрушении (localised failure) я при выходе из строя любого отдельного несущего элемента, допускаемая величина разрушения рекомендуется в размере 100 м2 на трех
смежных этажах в зоне повреждения, но не более 15% площади этажа.
К конструктивным мероприятиям предписывающих методов относится обеспечение связности конструкций
путем использования дополнительных «опоясывающих» вертикальных и горизонтальных связей, обеспечение
пластичности соединений, и другие подобные мероприятия.
Ниже также приведена классификация методов (design approaches) в соответствии со стандартом американского общества гражданских инженеров ASCE 7-05:
ASCE 7-05 Методы проектирования (design approaches)
1. Косвенный метод расчета (indirect design approach)
2. Прямые методы расчета (direct design approaches)
2.1. Метод альтернативного пути нагружения (Alternate path direct design approach)

2.2. Метод особой локальной прочности (Specific local resistance direct design approach)
В соответствии с положениями ASCE 7 конструирование и расчет элементов должны выполняться с учётом
возможности восприятия дополнительной нагрузки при повреждении какого-либо отдельного элемента.
Предлагаются три метода.
При косвенном методе следует выполнять предписываемые отдельными нормами, требования минимальной связности, неразрезности и пластичности соединений. Например, стандарт расчета железобетонных конструкций ACI 318 [35] требует обеспечения прочности связей прикрепления колонн к балкам и дискам перекрытий не менее 14 тонн в любом направлении, и соответствующей несущей способности колон на растягивающую нагрузку во всех стыках и сечениях. При этом соединения должны быть достаточно пластичными, и
анкеровка связующих элементов достаточно прочной, чтобы после достижения предела несущей способности
стыка не возникало внезапного хрупкого разрушения стыка или соединения.
В прямом методе расчета по альтернативному пути нагрузки требуется обеспечение восприятия нагрузки
от элементов, потерявших опору за счет запасов несущей способности элементов и способности работать при
изменившейся расчетной схеме. Этот метод также часто называют «мостовым» методом (bridging), исходя из
аналогии, что нагрузки от элементов, потерявших опору, должны по некоторому «мосту» перейти на соседние
несущие элементы – колонны, стены или балки.
Этот метод нередко подвергается критике по следующим причинам:
− метод предполагает выход из строя только одного отдельно взятого элемента. При этом при таких воздействиях как взрыв, возможно одновременное повреждение нескольких смежных элементов.
− метод не учитывает динамического эффекта нагружения, возникающего при внезапном отказе поврежденного несущего элемента.
В другом прямом методе – методе расчета особой локальной прочности, предполагается расчет ответственных элементов на некоторое экстремальное воздействие дополнительно к приложенным к элементу обычным нагрузкам. Например, это может быть давление от взрывной волны. При этом ASCE 7 не содержит конкретных рекомендаций по выбору расчетных экстремальных воздействий и их величин.
При сравнении прямых методов в литературе [38] отмечается, что метод локальной прочности является
более универсальным, поскольку не имеет методического ограничения на учёт воздействия только на один
элемент, и при этом приводит к более экономичным и технологичным проектным решениям.
Кроме вышеописанных методов защиты против прогрессирующего непропорционального обрушения, связанных с повышением надежности как отдельных элементов и их соединений, так и надежности конструкций
в целом путем усиления связности и неразрезности, существуют и противоположные подходы, которые можно
назвать «сегментацией» [38], или методом контролируемого обрушения. Сущность подхода основывается на
принципе ограничения разрушения конструкции в целом путем деления её на отдельные не связанные или
слабо связанные между собой самостоятельные подконструкции, обладающих самостоятельной конструктивной системой для обеспечения прочности и устойчивости. При чрезвычайном воздействии на какой либо элемент подконструкции максимальная область возможного разрушения ограничивается размером подконструкции, воздействие дальше не передается на соседние подконструкции.
В качестве иллюстрации можно привести рассмотренный выше пример № 4 с 10-пролетным мостом. Для
ограничения величины возможного разрушения, предусматривают деформационные швы между сегментами
из нескольких смежных пролётов, сконструировав каждый сегмент как отдельный конструктивный блок.
Однако поскольку метод сегментации не относится непосредственно к методам расчета на устойчивость
против непропорционального разрушения, в дальнейшем он рассматриваться и анализироваться не будет.
Вышеперечисленные методы могут использоваться как по отдельности, так и в сочетании друг с другом.
Поэтому кроме этих частных методов можно выделить некоторый комплексный метод анализа, учитывающий
вероятность и величину возможных чрезвычайных воздействий, и вероятную тяжесть их последствий. Для
минимизации величины ущерба при оптимальном снижении затрат на защитные мероприятия используются
методы оценки риска для технических систем.
МДС 20-2:2008 (Москва)
Существующие методы по предотвращению лавинообразного обрушения можно объединить в две основные группы - прямой метод и косвенный метод.
1. Прямой метод.
Прямой метод предусматривает прямое (явное) рассмотрение сопротивления лавинообразному обрушению
при проектировании и включает два варианта. Показать больше