Оценка устойчивости многоэтажного железобетонного здания с большой площадью остекления в условиях землетрясения

Критерием устойчивости объектак воздействию сейсмической волны при землетрясении является эквивалентное значение избыточного давления воздушной ударной волны, при которой здания, сооружения и оборудование еще сохраняются или получают слабые разрушения. При этом разрушительное воздействие сейсмических волн по сложившейся международной практике, приравнивается к действию воздушной ударной волны.

Исходные данные для определения характера разрушения элементов объекта: объект - многоэтажное железобетонное здание с большой площадью остекления; ожидаемая интенсивность землетрясения на территории объекта 8 баллов по шкале MSK-64.

Определяем избыточное давление во фронте ударной волны - ΔРф (кПа) исходя из заданной величины интенсивности землетрясения по таблице.

Характеристика землетрясения по 12-ти бальной шкале MSK.-64. ΔРф=50 кПа. Определение степени разрушения объекта при избыточных различных давлениях ударной волны (кПа) выполняется согласно таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Степень разрушения объекта при избыточных различных давлениях ударной волны, кПа.

Предел устойчивости производства по таблице 4.2 ΔРф=8-10 кПа, т.к. предел устойчивости равен эквивалентному значению сейсмической волны ΔРф=10 кПа. Соответственно здание не устойчиво и подвержено сильным разрушениям.

4.2.2 Оценка устойчивости объектак воздействию ударной волны взрыва

Одной из причин крупных производственных аварий и катастроф являются взрывы, которые на промышленных предприятиях обычно сопровождаются обрушениями и деформациями сооружений, пожарами и выходами из строя энергосистем. Поражающим фактором любого взрыва являются ударная волна. Действие ударной волны на элементы сооружений характеризуются сложным комплексом нагрузок: прямое давление, давление отражения, давление обтекания, давление затекания нагрузка от сейсмовзрывных волн. Действие ударной волны принято оценивать избыточным давлением во фронте ударной волны, обозначаемым ΔРф (кПа). Избыточное давление ΔРф используется как характеристика сопротивляемости элементов сооружения действию ударной волны и для определения степени их разрушения и повреждения.

Степень и характер поражения сооружений при взрывах во время производственных аварий зависит от: мощности (тротилового эквивалента) взрыва технической характеристики сооружения объекта (конструкция, прочность, размер, форма, капитальные, временные, наземные, подземные и др. планировки объекта, характеристика настройки; характера местности метеорологических условий; При прогнозировании последствий возможного взрыва предусматриваются три круговые зоны: 1–зона детонационной волны; 2 – зона действия продуктов взрыва; 3 – зона воздушной ударной волны.

Зона детонационной волнынаходится в пределах облака взрыва газо-воздушной смеси. В пределах зоны I действует избыточное давление, которое можно принимать постоянным I= 1700кПа. Радиус зоны может быть определен по формуле 4.1:

r₁=17,5*√Q_t , (4.1)

где Q_t – количество сжиженного газа т.

Зона действия продуктов взрыва охватывает всю площадь разлета продуктов газо-воздушной смеси в результате ее детонации.

Радиус этой зоны определяется по формуле 4.2:

r₂=1,7* r₁ (м) Зона II, (4.2)

Избыточное давление в пределах зоны II (АРП) изменяется от 1350 кПа до 300 кПа.

Для любой точки, расположенной в зоне II (формула 4.3)

ΔР₂=1300(r₁/r)+50 (кПа), (4.3)

где r = R– расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки в зоне 2, м: R>r₁>r₂

В зоне действия воздушной ударной волны (зона III) формируется фронт ударной волны, распространяющийся по поверхности земли. Избыточное давление в этой зоне, в зависимости от расстояния до центра, может быть определено по графику, таблицам и рассчитано по формулам. Для этого предварительно определяется относительная величина (формула 4.4):

Ψ>=0,24*r₂/r₁=0,24*R/ r_1, (4.4)

Для определения избыточного давления на определенном расстоянии от центра взрыва необходимо знать количество взрывчатой смеси, хранящейся в емкости или агрегате. По таблице находим для соответствующего объекта избыточное давление ΔРф (кПа), вызывающие слабые, сильные, полные разрушения. Далее находится предел устойчивости объекта. Пределом устойчивости любого элемента является нижняя граница средних разрушений. Производство устойчиво, если расчетное ΔРф меньше предела устойчивости производства и не устойчиво, если ΔРф равно или больше предела устойчивости.

Оценка устойчивости объекта (многоэтажного железобетонного здания с большой площадью остекления) к воздействию ударной волны взрыва.

Исходные данные для расчета:

1. Характеристика здания – многоэтажное железобетонное здание с большой площадью остекления.

2. Расстояние от здания до военной части R=400 м.

3. Объем, взорвавшейся цистерны Q=10 т сжиженного пропана. Необходимо оценить устойчивость объекта и выработать предложения по защите от последствий подобных аварий.

Решение:

1. Определение радиуса зоны детонационной волны (4.1) (зона I)

r₁=17,5*√Q_t=17,5*√10 = 55 (м)

2. Определение радиуса зоны действия продуктов взрыва (4.2) (Зона II)

r₂=1,7* r₁=1,7*55= 93,5 (м)

3. R>r₁>r₂, следовательно здание находится в зоне III

4. Определение относительной величины (4.4):

Ψ = 0,24*r₂/r₁=0,24*R/ r₁=0,24*400/55=1,74, т.е. Ψ <2

5. Определение избыточного давления в зоне воздушной волны (зона III)

ΔР₃=700/3(r/I + 1,74³ -1)=21(кПа)

6. По таблице 4.2 определяется избыточное давление ΔРф (кПа)

Находим, что для соответствующего объекта избыточное давление ΔРф (кПа), вызывающие слабые, сильные, полные разрушения, соответственно 8-10, 20-40, 40-90, 90-100(кПа). Далее находим предел устойчивости объекта. Пределом устойчивости объекта является 20 кПа. Расчетное ΔРз=21кПа больше предела устойчивости ΔРф=20кПа. Таким образом, данный объект не устойчив, степень разрушения средняя.