Планирование участка – необходимо учитывать физическую планировку и аспекты физической безопасности. Необходимо обеспечить наблюдение для предотвращения террористической атаки.
Обеспечение контроля доступа и физических барьеров.
Ограничение парковки возле здания.
Глубоко заглубленные конструкции более безопасны. Стены с боковым покрытием грунтом хорошо работают при взрывной нагрузке; грунт очень эффективно снижает воздействие взрывов. Здания с заглубленными крышами чрезвычайно успешны в военных целях; их можно использовать и в гражданских сооружениях с учетом требований безопасности.
Архитектурные конфигурации, влияющие на дизайн
Выпуклые формы предпочтительнее вогнутых. Выпуклые формы имеют ряд внутренних тупиков, называемых повторными углами, которые задерживают избыточное давление ударной волны; примерами являются U- или L-образные здания.
Функциональное планирование путем группировки требований.
Системы забора воздуха необходимо защитить, подняв их над уровнем земли.
Структурные аспекты проектирования в условиях терроризма
Целью является обеспечение большой жесткости и значительной боковой и вертикальной прочности.
Известно, что пять основных характеристик структурной системы здания повышают его жесткость. К ним относятся:
(а) Большая масса и жесткость: Здания с большой массой хорошо работают при взрывной нагрузке; легкие конструкции не подходят. Такие здания обладают большой инерцией и, следовательно, должно пройти некоторое время, прежде чем они отреагируют на сильное избыточное давление взрыва. Это выгодно, так как прежде чем здание начнет колебаться, пройдет время действия избыточного давления взрыва. Кроме того, конструкции большой массы часто имеют высокую жесткость, что также означает меньшие деформации в них.
(b) Большая избыточность: Высокая избыточность систем сопротивления вертикальным и боковым нагрузкам с соединяющими их вязкими элементами является одним из основных факторов выживания зданий при взрывных нагрузках. Это гарантирует, что при возникновении локального повреждения в любом из элементов конструкции, возможно перераспределение нагрузки и предотвращение обрушения конструкции.
(c) Пропорциональное усиление элементов в соответствии с концепцией расчета прочности:
Взрывная нагрузка – это сила, приложенная к зданию. Поэтому здания проектируются так, чтобы их вертикальная/боковая прочность была больше, чем вертикальная/горизонтальная сила, действующая на них в результате взрыва. Кроме того, здания проектируются в соответствии с концепцией расчета прочности. Это гарантирует, что элементы не подвергнутся хрупкому разрушению при сдвиге, прежде чем произойдет вязкое разрушение при изгибе. В этом случае необходимо, чтобы соединения позволяли это сделать, не повреждаясь сами. Такой подход повышает энергопоглощающую способность конструкции
d) Устойчивость к реверсивным нагрузкам:
Конструктивное проектирование основных элементов конструкции (противостоящих вертикальным и боковым нагрузкам) учитывает реверсивные нагрузки от избыточного давления взрыва, а именно: фаза положительного давления сменяется фазой отрицательного давления. Таким образом, не следует использовать конструктивные системы с предварительным напряжением на основе гравитационной нагрузки и с сидячими соединениями. В частности, кровельные системы должны быть закреплены болтами или анкерами для предотвращения отрыва под действием восходящего давления в зданиях.
(e) Прочные соединения:
Соединения между элементами конструкции должны быть прочными, чтобы допускать большие деформации без снижения прочности и тем самым способствовать перераспределению нагрузок от одной системы сопротивления вертикальным и боковым нагрузкам к другой пластичным способом. На протяжении многих лет конструкции из монолитного железобетона хорошо зарекомендовали себя во многих военных областях, например, в военных бункерах. Обширные исследования и испытания монолитных RC-конструкций подтверждают, что возможно (a) разработать RC-балки для обеспечения пластичности, и (b) спроектировать колонны с большой площадью поперечного сечения так, чтобы они не сгибались, когда большое избыточное давление вызывает внезапное увеличение осевой нагрузки в них.
- Следует избегать несущей конфигурации конструкции.
Анализ прогрессирующего обрушения
Двумя требованиями к конструкции, определяемыми типом оружия, являются (1) прямое воздействие взрыва, вызывающее обширные повреждения фасада, и (2) локализованное повреждение вследствие воздействия на отдельные элементы, приводящее к прогрессирующему обрушению. При прогрессирующем обрушении разрушение одного из элементов первичной системы сопротивления нагрузке приводит к перераспределению усилий на прилегающие элементы. Если примыкающий элемент не может противостоять дополнительной нагрузке, то разрушается и этот элемент. Этот процесс продолжается в конструкции, и в конце концов здание разрушается. Таким образом, отказ одного из элементов на местном уровне приводит к разрушению конструкции на глобальном уровне, постепенно, по одному элементу за раз. Из этих двух требований к конструкции, проектирование для последнего является наиболее сложным.
Таким образом, основной задачей обеспечения боковой устойчивости зданий является предотвращение прогрессирующего разрушения. Независимо от назначения здания, используемой в нем конструктивной системы и уровня безопасности, каждое здание должно быть спроектировано таким образом, чтобы предотвратить прогрессирующее обрушение. Резервирование – это первая мера, обеспечивающая множество альтернативных путей нагрузки и увеличение числа мест, где должны произойти пластические шарниры, прежде чем конструкция разрушится. Элементы, в которых возможно образование пластических шарниров, должны иметь вязкие детали, чтобы они работали вязко, а другие непроводящие элементы должны быть спроектированы в соответствии с концепцией расчета пропускной способности, что минимизирует возможность прогрессирующего разрушения.
Ниже кратко описана методология, которая должна быть использована для обеспечения того, чтобы прогрессирующее обрушение не произошло:
a) Проведите структурный анализ здания, удалив один важный элемент на пути нагрузки, например, колонну, несущую стену или балку, чтобы смоделировать локальное повреждение от взрыва. Метод анализа может быть как линейным, так и нелинейным, причем как статическим, так и динамическим.
(b) Проверьте, способен ли имеющийся путь нагрузки в оставшейся конструкции противостоять нагрузке. Если может, то упражнение повторяется путем удаления другого критического элемента на пути нагрузки. В противном случае конструкция становится уязвимой.
(c) Если во всех возможных случаях удаления важного элемента на пути нагрузки, по одному за раз, конструкция способна сопротивляться нагрузке, то считается, что конструкция удовлетворяет требованию постепенного разрушения.
Методы проектирования
В литературе (ASCE 7, 2002) определены три метода проектирования конструкций зданий для уменьшения ущерба от прогрессирующего обрушения, когда взрывная нагрузка инициирует обрушение. К ним относятся:
(a) Косвенный метод: Следуют предписаниям, которые улучшают целостность конструкции. Эти рекомендации связаны с выбором структурной системы, размещением основных систем сопротивления боковой нагрузке, пропорционированием элементов и детализацией элементов для обеспечения пластичности;
(b) Метод альтернативного пути нагрузки: Конструкция проектируется для сил, возникающих в результате приложенных гравитационных и ветровых нагрузок, с учетом того, что один критический несущий элемент на пути нагрузки потерян. Этот метод основан только на нагрузках, отличных от взрывной нагрузки. Для определения критических случаев потери членов, которые дают наихудший эффект, может потребоваться помощь консультантов по проектированию, специализирующихся на расчете последствий взрыва; и
(c) Метод удельного местного сопротивления: Это наиболее полный метод, который включает как взрывную нагрузку, так и нелинейную реакцию конструкции. Таким образом, метод анализа охватывает как нелинейные, так и динамические аспекты реакции конструкции. Место приложения взрывной нагрузки имеет важное значение в этом анализе. Обычно считается, что взрыв происходит на нижних этажах, а боеприпас находится под зданием или на расстоянии от фасада здания.
Читайте далее:- Важные ноу-хау о прогрессирующем обрушении строительных конструкций.
- Проектирование каменных конструкций на случайные повреждения – типы случайных нагрузок.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Как проводить контролируемую взрывную обработку горных пород? [PDF].
- 2 Важные примеры разрушения длиннопролетных стальных конструкций.
- 3 важных случая обрушения зданий из-за плохого управления строительством.
- Взрывное растрескивание бетонных элементов конструкций во время пожара.