Разрушение перекрытий зданий и сооружений Дублин Юрий Владимирович
Разрушение башен Всемирного торгового центра стало основным событием из тех, которые происходили в связи с террористическими актами 11 сентября 2001 года. Две главные башни комплекса ВТЦ были поражены угнанными коммерческими авиалайнерами, южная башня обрушилась в 9: 59, через час после того, как в нее врезался самолет, северная башня последовала за ней в 10: 28. В общей сложности, погибли 2751 человек, включая 157 пассажиров и членов команды на борту обоих самолетов. [1] Обрушение башен нанесло серьезный урон строениям комплекса ВТЦ, а также окружающим зданиям. В результате полученных повреждений, в 17: 20 обрушилась башня 7 WTC. [2] Федеральное Агентство Чрезвычайных Ситуаций (англ. FEMA) завершило изучение обстоятельств трагедии в мае 2002 года. Агентство признало, что конструкция башен ВТЦ соответствовала требованиям, разрушение башен объясняется действием экстраординарных факторов, находящихся вне возможностей контроля проектировщиков и строителей. FEMA высказало предварительное мнение, что разрушение возможно было вызвано ослаблением конструкций, поддерживающих полы этажей. В тот момент, когда поддерживающие фермы на этажах зоны удара отделились от центральных опорных колонн, верхние этажи стали падать на нижние, и здание «сложилось» . [3]
Башни ВТЦ были сконструированы в виде усиленных коробчатых структур, для того, чтобы создать на этажах непрерывное пространство, не разделенное стенами или колоннами. Это было достигнуто за счет того, что наружная стена башни, фактически, представляла собой множество установленных рядом колонн, берущих на себя основную изгибающую ветровую нагрузку, в то время как вес башни приходился в основном на силовые колонны, проходящие в компактной области в центре башни. Начиная с седьмого этажа, каждая стена башни была составлена из 59 колонн, в центре башни было установлено 49 силовых колонн. [5] Все шахты лифтов и лестничные колодцы проходили в центральной области, оставляя между ней и периметром башни большое свободное пространство для размещения офисов. [6] Конструкция пола башен ВТЦ Межэтажные перекрытия представляли собой 10 см легкие бетонные плиты, уложенные на гофрированный стальной пол. Пол поддерживался ферменными связками, соединяющими центральные и периферийные колонны, а также сетью поперечных промежуточных связок. Связки имели длину от 11 до 18 метров, [6] и были с внешней стороны прикреплены к перемычкам, соединяющим периферийные колонны на уровне каждого этажа, а с внутренней — к центральным колоннам. Пол крепился через эластичные демпферы, призванные снижать воздействие колебаний здания на работающих в нем людей. [6] Кроме того, в районе 107— 110 этажа внешние и внутренние колонны соединялись сложной объемной и достаточно тяжелой ферменной структурой, которая служила для перераспределения нагрузки и повышения общей устойчивости здания, а также для поддержки шпиля антенны, которая была установлена только на одну из башен. NIST установил, что эта конструкция сыграла ключевую роль в последовательности событий, приведших к полному разрушению башен
Возможности противостояния пожару и попаданию самолётов Как и все современные высотные здания, башни ВТЦ проектировались и строились в расчете на противостояние обычному пожару. Многие противопожарные элементы закладывались еще на этапе проектирования и строительства, другие были добавлены после пожара 1975 года, который охватил шесть этажей, прежде чем был локализован и потушен. [3] Произведенные еще до катастрофы тесты показывали, что стальные конструкции башен находятся в соответствии с текущими требованиями устойчивости к огню, или даже превосходят их. [7] Инженеры по строительным конструкциям, проектировавшие Всемирный торговый центр учитывали возможность того, что со зданием может столкнуться самолёт. В июле 1945 года бомбардировщик B-25 Mitchell потерял ориентацию в тумане и врезался в 79 -й этаж Эмпайр-стейт-билдинг[8]. Годом позже двухмоторный самолёт C-45 Beechcraft столкнулся с небоскрёбом на Уолл-стрит, 40[9], а другой самолёт был близок к ещё одному столкновению с Эмпайр-стейт-билдинг[8].
NIST заявлял, что «Американские стандарты строительства не содержат требований к устойчивости зданий при попадании в них самолета. … и таким образом, здания не проектируются с расчетом на противостояние удару полностью заправленного коммерческого авиалайнера. » [10], тем не менее конструкторы и архитекторы ВТЦ обсуждали эту проблему, и признавали ее важность. Лесли Робертсон (англ. ), один из главных инженеров Всемирного торгового центра, вспоминал, что рассматривался сценарий попадания в здание реактивного авиалайнера Boeing 707, потерявшего ориентацию в тумане и летящего на относительно низкой скорости в поисках аэропорта имени Джона Кеннеди или аэропорта Ньюарк Либерти[11][8][12]. Джон Скиллинг, другой инженер ВТЦ, говорил в 1993 году, что его подчинённые проводили анализ, который показал, что самой большой проблемой в случае столкновения башен ВТЦ с Boeing 707 станет то, что всё топливо самолёта попадёт внутрь здания и приведёт к «страшному пожару» и множеству человеческих жертв, но само здание останется стоять[13][12]. FEMA писала, что здания ВТЦ строились с учётом столкновения с реактивным авиалайнером Boeing 707, весящим 119 тонн и имеющим скорость около 290 км/ч, что намного меньше по весу и по скорости, чем те самолеты, которые были использованы в атаках 11 сентября[14][12].
NIST обнаружил в архивах трёхстраничный доклад, суммирующий исследование, моделировавшее попадание в здание Boeing 707 или Douglas DC-8 на скорости 950 км/ч. Исследование показывало, что здание не должно разрушиться в результате такого попадания[12]. Но, как отмечали эксперты NIST, «исследование 1964 года не содержало моделирования эффекта пожара, вызванного распылением авиационного топлива по зданию» . [15] Также NIST отметил, что в отсутствии первоначальных расчетов, используемых для моделирования ситуации, [16] дальнейшее комментирование данной темы будет, в основном, «спекуляцией» [17]. Другим документом, найденным NIST, было вычисление периода колебаний здания в случае попадания самолёта в 80 -й этаж башни ВТЦ, но в нём не было сделано никаких предположений о судьбе здания после столкновения[12]. В отчёте об оценке имущественного риска, подготовленного для Silverstain Properties, случай попадания самолёта в башни ВТЦ рассматривался как маловероятный, но возможный. Авторы отчёта ссылались на инженеров по строительным конструкциям ВТЦ, по мнению которых башни должны были выстоять в случае столкновения крупного пассажирского самолёта, но горящее топливо, стекающее из самолёта до уровня земли, повредило бы обшивку здания[12][16]. Часть документов, связанных с анализом сценария попадания самолёта в башни, была утеряна в результате разрушения WTC 1 и WTC 7, в которых хранились документы Портового управления Нью-Йорка и Нью. Джерси (англ. ) и Silverstain Properties[16].
Террористы направили в башни два реактивных авиалайнера Boeing 767, рейс 11 American Airlines (767 -200 ER) и рейс 175 United Airlines (767— 200). Северная башня (1 WTC) была поражена в 8: 46 рейсом 11, между 93 и 99 этажами. В южную башню (2 WTC) в 9: 03 врезался рейс 175, между этажами 77 и 85. Авиалайнер Boeing 767— 200 имеет длину 48. 5 м, размах крыльев 48 м, несет на борту от 62000 литров (-200) до 91000 литров (-200 ER) авиационного топлива. [18] Самолеты врезались в башни на очень большой скорости. Рейс 11 летел со скоростью примерно 700 км/ч, в тот момент, когда он врезался в северную башню; рейс 175 врезался в южную на скорости около 870 км/ч. [6] В дополнение к тому, что попадания привели к серьезным разрушениям несущих колонн, они вызвали взрыв приблизительно 38000 литров авиационного топлива в каждой башне, [3] что привело к почти мгновенному распространению сильного пожара на нескольких этажах, где находилась офисная мебель, бумага, ковровые покрытия, книги, и другие горючие материалы. Ударная волна от попадания в северную башню распространилась вниз до первого этажа, как минимум по одной шахте скоростного лифта, выбила стекла на первом этаже, отчего пострадало несколько человек.
Пожар Легкая конструкция башен и отсутствие сплошных стен и перекрытий привели к тому, что авиационное топливо распространилось в достаточно большом объеме зданий, приведя к многочисленным возгораниям на нескольких этажах, близких к зонам попадания самолетов. Само авиационное топливо выгорело в течение нескольких минут, но горючие материалы в самом здании поддерживали интенсивные пожары еще в течение часа или полутора. [19] Возможно, что если бы на пути самолетов оказались более традиционные конструкции, то пожары не были бы настолько централизованными и интенсивными — обломки самолетов и авиационное топливо могли остаться преимущественно в периферийной области здания, а не проникнуть непосредственно к его центральной части. В этом случае, башни возможно устояли бы, или во всяком случае, простояли бы существенно дольше.
Развитие ситуации Звонки запертых на верхних этажах башен людей в службу 9 -1 -1 (англ. 9 -1 -1) дают некоторое представление о дальнейшем развитии ситуации. В 9: 37 в службу позвонил человек, находящийся на 105 этаже южной башни, и сообщил, что этажи под ним «в районе 90 -х этажей» обрушились. [22] Об ухудшении ситуации также сообщали с вертолетов Пожарного Департамента, находившихся в воздухе в районе горящих башен. [22] 9: 52 — вертолет Пожарного Департамента сообщает по радио, что «Большие куски здания могут упасть с верхних этажей южной башни. Мы наблюдаем большие части здания, находящиеся в подвешенном состоянии. » 9: 59 — с вертолета сообщают, что южная башня падает. Также с вертолетов сообщали о развитии ситуации с северной башней ВТЦ. [22] 10: 20 — вертолет Пожарного Департамента соообщает, что верхние этажи северной башни могут быть неустойчивы. 10: 21 — им же сообщается, что покоробился юго-восточный угол башни, и что башня начинает клониться в южную сторону. 10: 27 — с вертолета сообщают, что крыша северной башни может обрушиться в любую минуту. 10: 28 — Пожарный Департамент получает сообщение, что северная башня обрушилась. Перегрузка диспетчеров и плохая работа коммуникаций привели к тому, что Пожарный и Полицейский департаменты Нью-Йорка испытывали большие проблемы с обеспечением своевременного взаимодействия, как со своими подразделениями, так и друг с другом. В результате пожарные команды, находившиеся в башнях, не получили приказа об эвакуации, и при обрушении зданий погибло 343 пожарных
Обрушение башен ВТЦ В 9: 59 обрушилась южная башня, через 56 минут после удара. Северная башня простояла до 10: 28, 102 минуты после попадания в нее самолета. Обрушившиеся башни создали огромное облако пыли, которое покрыло значительную часть Манхэттена. В обоих случаях произошел похожий процесс, верхняя поврежденная часть здания обрушилась на нижние этажи. Обе башни упали практически вертикально, хотя наблюдалось значительное отклонение от вертикали верхней части южной башни. Наблюдалось также, что из окон здания ниже быстро продвигающейся зоны обрушения вылетали обломки и пыль. Механизм обрушения башен Расследование NIST показало, что по причине того что самолеты попали в башни неодинаковым образом, процесс разрушения северной и южной башни также несколько отличался, хотя в целом был одинаковым в обоих случаях. После попадания самолетов, были серьезно повреждены внутренние силовые колонны, хотя внешние колонны пострадали относительно слабо. Это вызвало серьезное перераспределение нагрузки между ними. Значительную роль в этом перераспределении сыграла верхняя силовая структура башен. [4] Попавшие в здания самолеты ободрали огнеупорное покрытие со значительной части стальных конструкций, что привело к тому, что они оказались под непосредственным воздействием огня. За 102 минуты, предшествовавшие падению северной башни, температура пожара, хотя и была значительно ниже точки плавления металла, достигла достаточной величины, чтобы вызвать ослабление силовых колонн в центре здания, которые стали деформироваться и изгибаться под весом верхних этажей. Отчет NIST описывает эту ситуацию так:
Можно представить центральный силовой каркас северной башни в виде трех секций. Нижняя секция (ниже зоны разрушений) представляла собой жесткую устойчивую неповрежденную структуру, имеющую температуру, близкую к нормальной. Верхняя секция, выше зоны разрушений, также представляла собой жесткую коробку, имеющую к тому же, большой вес. Средняя секция, находящаяся между ними, была повреждена ударом и взрывом самолета, а также была ослаблена пожаром. Верхняя часть силового каркаса стремилась провалиться ниже, но ее удерживала верхняя ферменная конструкция, опирающаяся на периферийные колонны. В результате эта конструкция создала большую нагрузку на периметр здания.
Похожая ситуация была и в южной башне. Периферийные колонны и структуры пола обеих башен были ослаблены огнем, что вызвало оседание пола на поврежденных этажах, и создание значительной нагрузки на периферийные колонны, направленной внутрь здания. В 9: 59, через 56 минут после удара, оседающий пол вызвал серьезное изгибание внутрь внешних колонн на восточной стороне южной башни, верхняя силовая структура передала это изгибающее усилие на центральные колонны, что вызвало их разрушение и начало коллапса здания, верхняя часть башни при этом отклонилась в сторону поврежденной стены. В 10: 28 покоробилась южная стена северной башни, что вызвало приблизительно такую же последовательность событий. В результате последовавшего коллапса верхних этажей полное разрушение башен стало неминуемым, из-за огромного веса той части зданий, которые находились выше зоны повреждений. Причиной того, что северная башня простояла дольше южной, стало сочетание следующих трех факторов: зона попадания самолета в северную башню была выше (и вес верхней части здания, соответственно, меньше), скорость попавшего в башню самолета была ниже, кроме того, самолет попал на этажи, противопожарная защита которых была ранее частично улучшена.
Комплекс ВТЦ состоял из семи зданий, три из которых полностью обрушились в тот же день, когда произошли террористические атаки. В 17: 20 обрушилось 47 -этажное здание 7 WTC, располагавшееся через улицу от главных башен, оно стало третьим полностью разрушенным зданием ВТЦ. В отличие от двух башен-близнецов, обрушение 7 WTC было предсказано за несколько часов, и здание было полностью эвакуировано. Для наблюдения за горящим и разрушающимся зданием использовались геодезические приборы.
Диаграмма NIST, показывающая изгиб колонны 79 (в красном овале), в результате которого началось прогрессирующее разрушение здания. Первоначальное исследование FEMA получилось неубедительным, [30] и обрушение 7 WTC не вошло в окончательный отчет NIST, опубликованный в сентябре 2005 года. За исключением письма, опубликованного Металлургическим Журналом, в котором предполагалось, что стальной каркас здания мог расплавиться от пожара, [31] никаких других исследований данного вопроса в научных журналах опубликовано не было. Падение 7 WTC расследовалось отдельно от падения 1 WTC и 2 WTC, и в июне 2004 года NIST выпустил рабочий отчет, в котором содержалось несколько гипотез произошедшего. Одной из гипотез стало разрушение одной из критически важных опорных колонн здания, вызванное пожаром или попаданием крупных обломков падающих башен, что привело к «диспропорциональному коллапсу всей структуры» . [
NIST восстанавливает последовательность событий следующим образом: в 10: 28 обломки от падающего 1 WTC вызвали повреждения в рядом стоящем 7 WTC. Также возникли возгорания, вероятно, от горящих обломков из 1 WTC. К 7 WTC сразу приехали пожарные, но в 11: 30 обнаружили, что в пожарных гидрантах нет воды для борьбы с огнём — вода поступала из городской системы водоснабжения, разрушенной в результате падений башен 1 WTC и 2 WTC. Пожарный департамент Нью-Йорка (англ. ), опасаясь за жизнь пожарных в случае разрушения 7 WTC, в 14: 30 отозвал пожарных и прекратил борьбу за сохранение здания. Огонь наблюдался на 10 -ти этажах от 7 -го до 30 -го, а на этажах 7— 9 и 11— 13 пожар вышел из под контроля. Тепловое расширение нагревшихся до приблизительно 400 °C балок вокруг колонны 79 в восточной части здания в районе 13 -14 этажа привело к провалу ослабленных пожаром перекрытий, смежных с колонной 79, с 13 го до 5 -го этажа. Разрушение перекрытий лишило колонну 79 горизонтальной поддержки, и она начала изгибаться, что стало непосредственной причиной полного разрушения здания через несколько секунд. Изгиб колонны 79 привёл к переносу нагрузки на колонны 80 и 81, которые также начали изгибаться, в результате чего были разрушены все связанные с этими колоннами перекрытия до верха здания. Падающие перекрытия разрушили ферму 2, что привело к падению колонн 77, 78 и 76. В результате увеличения нагрузки, перешедшей с согнувшихся колонн, падения сверху обломков перекрытий и отсутствию горизонтальной поддержки со стороны разрушенных перекрытий все внутренние колонны с востока на запад стали последовательно изгибаться. Вслед за этим в районе этажей 7— 14 начали изгибаться и внешние колонны, на которые перешла нагрузка с опустившихся внутренних колонн и центра, и все этажи выше согнутых колонн начали опускаться вниз как единое целое, что завершило окончательное разрушение здания в 17: 20
АВАРИИ ЗДАНИЙ
2008 г. В центре Москвы в Староконюшенном переулке произошло обрушение перекрытий в шестиэтажном доме, который был признан аварийным еще три года назад и в котором проводились ремонтные работы.
Обследование перекрытий
Подземный завод по ремонту подводных лодок
Алмазное сверление перекрытий
Разборка перекрытий
Восстановление и устройство перекрытий
Ремонт деревянных перекрытий
Деревянные балочные перекрытия ежегодно осматривают, начиная с мест опирания несущих балок на кирпичные стены. Если установлено загнивание несущих деревянных балок, наката или других элементов, то их следует ремонтировать.
Состояние несущей балки определяют по звуку после простукивания ее обухом топора. Глухой звук свидетельствует о дефектах в древесине. Обследовать ее можно, просверлив в ней отверстия тонким буравчиком, чтобы не нарушить структуру балки. В отверстии будет видна загнившая или поврежденная жучком древесина.
Рис. 1. Выявление участков деревянных перекрытий, подверженных загниванию: 1 - опирание балок; 2 - середина балки; 3 - деревянные лаги; 4 - деревянный пол; 5 - штукатурка по дранке; 6 - деревянная балка; 7 - деревянный накат; 8 - засыпка из песка.
Рис. 2. Крепление балок стойками для замены участков загнивания: 1 - деревянные балки требующие усиления в опорной части; 2 - прогон; 3 - стойки; 4 - лежень; 5 - уровень пола
Различные способы укрепления балок При повреждении концов только одной балки их очищают от загнившей древесины и антисептируют, а балку укрепляют. Для этого подводят под нее деревянную стойку. При повреждении концов нескольких балок под них подводят раму так, чтобы концы балок опирались на ее ригели.
Рис. 3. Установка парных накладок 1 - гвозди; 2 - накладки; 3 - надломленная балка. по бокам балки:
Усилить несущую способность балки можно при помощи подбалок, накладок и кронштейнов. Сечение подбалок должно быть не меньше сечения основной, диаметры болтов — не менее 16 мм, расстояния между болтами, а также от болта до конца подбалки и до границы загнивания — не менее 7 диаметров болта. Для подведения подбалки поврежденную балку, как правило, вывешивают, а в стене пробивают гнездо, в которое снизу или сверху заводят подбалку. Отверстия для болтов сверлят одновременно в подбалке и основной балке. На конце болта ставят 2 сильно затянутые гайки, чтобы исключить повисание балок. Сечение 2 -х накладок в сумме должно быть не меньше сечения основной балки. При устройстве накладок необходимо по их длине разобрать накат и снять черепные бруски. Кронштейны прикрепляют к основным несущим стенам. На эти кронштейны опирают деревянный ригель, воспринимающий нагрузку от концов поврежденных балок
Рис. 6. Укрепление конца деревянной балки боковыми накладками:
Рис. 7. Временный прогон на кронштейнах:
Заливка пеноизола на чердачное перекрытие
Утепление керамзитобетоном
Ремонт железобетонных перекрытий
Ремонт трещин в перекрытии паркинга материалом Премхор
Замена перекрытий
Перекрытия МАРКО
Установке перекрытий Teriva
Балка, использованная для изготовления перекрытий - это стальной каркас, погруженный основанием в бетонную основу. Он состоит из трех арматурных стержней (диаметр которых зависит от длины балки) в системе треугольника, где верхний стержень соединяется с нижними стержнями с помощью диагоналей в двух плоскостях. Каркас производится из холоднокaтанной, ребристой и гладкой стали.
Пустотелые блоки – объединяют в себе характеристики наилучших видов газобетона, и керамических кирпичей. Керамзит, который является их главным компонентом, отлично регулирует температуру и влажность, создавая благоприятный микроклимат внутри помещения Благодаря пустотелым блокам, которыми заполняется перекрытие TERIVA, оно оказывается легче, чем стандартные перекрытия. Основа этого решения – соответственно расположенные железобетонные балки, между которыми пространство заполняется пустотелыми блоками. Затем вся конструкция заливается верхним слоем бетона. Такое перекрытие является легким и прочным.
Характеристики перекрытия TERIVA Прогон, max 7, 20 м Высота перекрытия 24 см Шаг балок 60 см Толщина стяжки 3 см Расход монолитного бетона на 1 м² перекрытия 0, 055 м³ Расход блоков на 1 м² перекрытия 6, 7 шт Расход балки на 1 м² перекрытия 1, 67 м Минимальный класс монолитного бетона В 15 Масса 1 м² перекрытия 268 кг Вес 1 блока 16, 5 кг Нагрузка без собственного веса конструкции 400 кг/м²
Устройство железобетонных перекрытий
Опалубка (под монолитное перекрытие)
Механизмы и приспособления
Скачать презентацию Разрушение перекрытий зданий и сооружений Дублин Юрий Владимирович
Разрушение перекрытий зданий торгового центра.ppt