Oсновные расчеты конструкций защитных зданий

Oсновные расчеты конструкций защитных зданий

Приведены общие рекомендации по проектированию взрывоустойчивых зданий и сооружений из железобетонных, стальных и каменных конструкций. Изложены методики определения параметров динамических нагрузок, возникающих при взрывах  газопаровоздушных смесей (ГПВС). Сформулированы основные положения расчета конструкций и несущих систем промышленных зданий на особое сочетание нагрузок с учётом взрывной нагрузки. В пособии использован упрощенный метод расчета, основанный на сведении кратковременных динамических нагрузок от действия взрыва к эквивалентным статическим нагрузкам. Даны подробные примеры расчётов основных конструктивных элементов и несущих систем зданий в целом на действие наружного взрыва вследствие детонации конденсированных ВВ, взрывного горения (дефлаграции) ГПВС, а также внутреннего дефлаграционного взрыва.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Некоторые производственные здания в процессе эксплуатации могут  подвергнуться особым динамическим воздействиям, возникающим вследствие взрывов газопаровоздушных смесей (ГЛВС), конденсированных взрывчатых веществ (ВВ), баллонов со сжиженным газом, паровых котлов и т.п. В настоящее время в связи с развитием химической, нефтяной, других отраслей промышленности, связанных с применением горючих газов и жидкостей, в индустриально развитых странах наблюдается устойчивая тенденция к увеличению количества взрывных воздействий на конструкции производственных зданий и сооружений [1,3]. Такие воздействия характеризуются большой интенсивностью, временем действия, сопоставимым с периодом собственных колебаний конструктивных элементов здания, и способом приложения, отличным от приложения статических нагрузок (противоположное направление действия, набегание взрывной волны на сооружение и т.п.). При этом в зависимости от расположения источника взрыва по отношению к зданию различают внутренние и наружные взрывы. Их последствиями может быть огромный материальный ущерб, травмы и гибель обслуживающего персонала.

Проектирование взрывобезопасных зданий включает комплекс мероприятий, направленных на предотвращение и локализацию  взрыва, снижение интенсивности взрывных волн и восприятие их воздействия  с установленной степенью повреждений,

Предотвращение взрыва обеспечивается исправным состоянием технологического оборудования, строгим выполнением  правил безопасности по его эксплуатации, систематическим и качественным проведением профилактического  ремонта оборудования, предупреждением  образования искр и т.д. Кроме  того, производства должны быть оснащены надёжными средствами противоаварийной защиты от загазованности и исправно работающей вентиляцией.

Снижение интенсивности  взрывных волн при внутреннем взрыве обеспечивается устройством предохранительных  конструкций (ПК) [легкоразрушающихся (остекление), легкосбрасываемых и легкооткрывающихся] в ограждении здания [14].

Снижение давления в проходящей ударной волне при внешнем  взрыве достигается за счёт достаточного удаления взрывоопасного здания и его  рационального расположения по отношению  к рассматриваемому производственному  зданию. При невозможности значительного  разноса зданий целесообразно возведение между ними различных экранирующих устройств: зелёных насаждений, защитных преград (сплошных и перфорированных) и т.п.

В настоящем Пособии рассматривается  широкий круг вопросов, связанных  с проектированием взрывоопасных  производственных зданий. Приведены  основные требования к зданиям и  сооружениям, их конструктивным элементам, подвергающимся интенсивным взрывным воздействиям, а также зависимости  для определения параметров нагрузок, возникающих при взрывах конденсированных ВВ и ГПВС. При этом большое внимание уделено определению нагрузок на здания при воздействии наружных дефлаграционных взрывов, поскольку данный вопрос освещен в специальной литературе недостаточно полно. Изложены особенности проектирования одноэтажных и многоэтажных производственных зданий, которые могут подвергнуться аварийным взрывным воздействиям,

Предисловие, разделы 1,3,4,5, пп, 2.3-2.6 написаны проф., д.т.н. Расторгуевым Б.С. и к.т.н. Плотниковым А.И., пп. 2.1, 2.2 написаны к.т.н Хуснутдиновым Д.З. В написании раздела 1 и при обсуждении общего построения Пособия принимал участие проф., д.т.н. Попов Н.Н, являющийся одним из основоположников расчёта конструкций на действие кратковременных динамических нагрузок.

Пособие предназначено для  студентов и аспирантов строительных вузов и факультетов, инженерно-технических  работников проектных и научно-исследовательских  организаций.

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ  ВЗРЫВОУСТОЙЧИВЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1.1. В Пособии даются  рекомендации по расчету и  проектированию железобетонных, каменных  и стальных конструкций производственных  зданий и сооружений, которые  могут подвергнуться воздействию  взрывных нагрузок от внутреннего  или внешнего взрыва (взрывоопасные  сооружения). Специальные конструктивные  требования распространяются только  на здания и сооружения, прочность  которых, удовлетворяющая условиям  воздействия обычных эксплуатационных  нагрузок, может оказаться недостаточной  для восприятия взрывных нагрузок:

1.2. Для основных несущих  конструкций взрывоопасных сооружений  целесообразно применять сборно-монолитный  и монолитный железобетон.

Для сборно-монолитных конструкций  необходимо предусматривать специальные  мероприятия, обеспечивающие надежную совместную работу сборных элементов  с монолитным бетоном: выпуски арматуры в сторону контакта с монолитным бетоном, устройство продольных ребер, поперечных шпонок и т.п.

При применении сборных железобетонных конструкций следует стремиться максимально использовать типовые железобетонные несущие конструкции зданий и сооружений для сейсмических районов. Для обеспечения пространственной жёсткости здания конструкции должны надёжно соединяться между собой сваркой закладных деталей, устройством шпоночных соединений, замоноличиванием выпусков арматуры и т.п. Целесообразно стыки соединений элементов выполнять жёсткими для создания более эффективных статически неопределимых систем.

1.3. Помещения со взрывоопасными производствами могут быть расположены как в одноэтажных, так и в многоэтажных промышленных зданиях. В последнем случае взрывоопасные помещения целесообразно размещать в верхних этажах, при этом необходимо стремиться к такому их расположению в плане, чтобы обеспечивалась максимально возможная площадь поверхности вертикального наружного ограждения. Располагать помещения со взрывоопасными производствами в подвальных этажах не допускается. Тяжелое оборудование целесообразно располагать в нижнем этаже. Технологическое оборудование, трубопроводы и т.п., должны быть надежно закреплены (заанкерены) для предотвращения их смещения при воздействии нагрузок от аварийных взрывов. Прочность анкерных соединений должна проверяться расчётом.

1.4. В одноэтажных каркасных  зданиях следует применять минимально  возможную по технологическим  условиям сетку колонн с шагом  ригелей, совпадающим с шагом  колонн 6x12 м, 6x18 м). При необходимости  оборудования здания мостовыми  кранами целесообразно устраивать  внутреннюю эстакаду, отделенную  от несущего каркаса.

Рекомендуется по возможности  локализовывать объемы с взрывоопасными участками технологического процесса устройством монолитных или сборно-монолитных защитных конструкций. При этом в зависимости от особенностей технологического процесса возможны следующие схемы расположения защищаемых участков в плане здания:

1 - в любой части здания  с образованием замкнутой защитной  конструкции, полностью отделяющей  взрывоопасный участок от окружающего  объема остального помещения  (рис. 1.1, а);

2 - в частях здания, примыкающих  к одной из наружных стен, в  которых устраиваются предохранительные  конструкции (ПК) (п. 1.15, рис. 1.1,6);

3 - на участках, занимающих  всю ширину здания с примыкающими  наружными стенами, в которых  устраиваются ПК (рис. 1.1, в).

Защитные конструкции  могут выполняться из плоских  элементов и с использованием для покрытия криволинейных элементов. Возможны также круглые в плане  защитные конструкции с купольным  покрытием.

При размещении защитных конструкций  в здании в соответствии с указанными схемами основное здание может возводиться  с применением типовых конструкций.

1.5. Форма взрывоопасных  помещений должна быть по возможности  простой. Ограждающие конструкции  помещения, а также расположенные  в нем строительные конструкции  и оборудование не должны приводить  к значительной интенсификации  взрывного горения ГПВС вследствие  заужения сечений помещения на пути распространения пламени.

При разработке объемно-планировочных  решений помещений взрывоопасных  производств нужно стремиться к  тому, чтобы линейные размеры (высота, ширина и длина) не более чем в 5 раз отличались один от другого. Отношение  наибольшего из указанных размеров к наименьшему, большее 10, допускается только в тех случаях, когда это связано с осуществлением предусмотренных в помещении технологических процессов.

1.6. Для размещения пунктов  управления крупных промышленных  предприятий с взрывоопасными  производствами целесообразно возводить  отдельно стоящие монолитные  здания с сеткой колонн 4,5x6 м, 6x6 м, способные обеспечивать защиту  от взрывной волны интенсивностью  до 100 кПа и более. Конструктивная  схема здания принимается каркасной  с продольным и поперечным расположением ригелей .