Прогрессирующее обрушение

Для 30% территории России характерна повышенная сейсмическая активность магнитудой 7 баллов и выше, где к проектированию и строительству должны предъявляться жесткие требования. Однако в нормативной базе даже на этом особо ответственном направлении наблюдается «мерцательная аритмия». Хуже того, несущие конструкции зачастую рассчитывают без учета других важных факторов, из-за чего многие здания оказываются беззащитными, например, перед угрозой прогрессирующего обрушения даже при полном отсутствии землетрясения.

В разговоре с корреспондентом «Стройгазеты» почетный строитель России Алексей Побожий напомнил, что первые технические условия на проектирование сейсмически защищенного объекта были разработаны в СССР в 1940 году. После этого нормативная база последовательно развивалась. В 1951-м было издано Положение о проектировании зданий и сооружений в сейсмически активных районах, разработана статическая теория расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия. А в 1958 году вышли СН 8-57 «Нормы и правила строительства в сейсмических районах», которыми была заложена уже динамическая теория упомянутого расчета. В 1962 году был разработан СНиП «Строительство в сейсмических районах». В 1982 году вышел в свет СНиП II-7-81 с тем же названием, дополненный картами сейсмического районирования. Данный документ и по сей день является базовым для всех разработок, связанных с обеспечением сейсмической безопасности объектов капитального строительства.

Все ли в силе?

«Сегодня же в разработке наших нормативных документов творится безобразие», — сетует Алексей Побожий, касаясь, в частности, Изменения № 1 в СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах», которое в 2019 году внесли и вскоре отменили. «Причина отмены в том, что основная формула расчета сейсмической нагрузки оказалась составлена неправильно: вместо массы записали вес, — поясняет эксперт. — Результатом ошибки стало десятикратное завышение расчетной нагрузки, что, конечно же, никуда не годится. Вместе с тем, после отмены Изменения № 1 в указанное СП вновь вернулись некоторые серьезные несовершенства, которые оно позволяло преодолевать. Так, при действующем Изменении № 1 в пункте 4.1 содержалось прямое предписание: «Требования по проектированию зданий и сооружений в целях обеспечения их защиты от прогрессирующего обрушения следует принимать согласно СП 385.1325800.2018 «Защита зданий и сооружений от прогрессирующего разрушения». Когда Изменение № 1 убрали, формулировка утратила императивную ясность и стала вот такой: «При выполнении расчетных и конструктивных требований СП 14.13330.2018 расчеты на прогрессирующее обрушение не требуются, за исключением случаев, предусмотренных законодательством РФ». Между тем, расчет на прогрессирующее обрушение является важным элементом в системе сейсмической защиты зданий и сооружений. То есть, отменив Изменение № 1, «вместе с водой выплеснули ребенка».

По наблюдениям Алексея Побожьего, столь же противоречивая судьба оказалась и у обязательного требования по проведению расчета «на максимальное землетрясение». «Его сначала переименовали в «расчетно-контрольное землетрясение», потом — в «проверочный расчет», для многих случаев признав его вовсе не обязательным, — рассказал эксперт. — В итоге проектировщики по данному пункту тоже оказались в подвешенном состоянии: надо его выполнять или не надо? Непонятно. Между тем, все это жизненно важные расчеты, от которых зависит устойчивость к разрушительным сейсмическим воздействиям и отдельных частей, и здания в целом».

В любом случае хорошо, что пока остается «в силе» хотя бы обязательный расчет на «проектное землетрясение», основанный на вышедших в 1958 году СН 8-57. Примечательно, что эти советские нормы, в свою очередь, основаны во многом на японских и американских исследованиях соответствующего профиля.

Новое — это забытое старое

Алексей Побожий, кратко сравнивая старую советскую нормативную базу проектирования и строительства с ее усовершенствованными современными «перевоплощениями» в форме СП и так далее, отметил более трудную воспринимаемость современных документов. «Они содержат очень много наукообразных громоздких формулировок, за которыми теряется базовый физический смысл документа, — тревожится эксперт. — В советских документах этот физический смысл был выражен яснее».

Алексей Побожий, со своей стороны, предлагает возможные полезные дополнения российских нормативных документов, регламентирующих обеспечение сейсмической безопасности зданий и сооружений. «В Еврокодах, например, в начале аналогичного документа есть перечень тех мероприятий, которые обязательно нужно выполнять при проектировании зданий и сооружений в сейсмических районах, — рассказал эксперт. — Согласно общим обязательным требованиям из данного перечня здание в сейсмоопасной зоне должно иметь простую форму в плане, массы и жесткости его должны равномерно распределяться. При его проектировании нельзя применять большие проемы и так далее — целый ряд обязательных правил».

По мысли Алексея Побожьего, целесообразно внедрить такой обязательный раздел и у нас: это позволит сократить трудозатраты проектировщиков, во многих случаях избавив их от индивидуального расчета сейсмических воздействий по каждому отдельному объекту в сейсмически активных зонах.

Кроме того, рационально было бы дополнить действующие нормы разделами, регламентирующими процесс приведения в нормативное состояние сейсмической защиты тех уже эксплуатируемых зданий, которые современным требованиям сейсмической безопасности не отвечают. «У нас такое было предусмотрено раньше», — напомнил эксперт. То есть ничего нового разрабатывать не надо — надо просто вернуть «забытое старое».

Чтобы домик не стал «карточным»

Еще один эксперт «Стройгазеты» — директор Ассоциации «СРО «Кузбасский Проектно-научный центр», кандидат технических наук Сергей Яковлев предлагает более детально рассмотреть проблемы прогрессирующего обрушения. Такое разрушение, происходящее по принципу «карточного домика», когда выход из строя одного конструктивного элемента провоцирует схожее нарастающее разрушение всего ряда элементов такого же типа, совсем не обязательно связано с сейсмическим воздействием. Первыми над необходимостью расчета прогрессирующего разрушения зданий задумались англичане после того, как столкнулись с ним в 1970 году в Лондоне, когда такому разрушению подверглось многофункциональное здание «Ронан Пойнт». Катастрофу спровоцировал взрыв бытового газа на 18 этаже, в результате чего обрушился сразу целый угол дома, с 1 по 24 этаж. «Вскоре после этого обрушения были внесены необходимые дополнения в Еврокоды, — рассказал Сергей Яковлев. — Согласно которым для защиты здания от прогрессирующего разрушения в первую очередь определяется ключевой элемент объекта, а дальше конструктор должен принять решение и выбрать один их трех вариантов — либо применить эффективные вертикальные или горизонтальные связи, которые не позволят всем элементам «сложиться» при разрушении одного из них; либо применить такие конструкции, которые при возникновении локального разрушения будут способны образовать над ним «мост» или «арку»; либо рассчитать для ключевого элемента дополнительную нагрузку 34 кН/кв. м, которая возникает, к примеру, при взрыве».

В России, как уже указывал ранее и Алексей Побожий, из-за отмены Изменения № 1 СП 14.13330.2018 сама обязательность расчета на прогрессирующее обрушение остается под сомнением. И это несмотря на остроту проблемы: у нас в стране прогрессирующие обрушения происходят в среднем раз в полгода. Как правило, это тоже последствия взрывов бытового газа или огнеопасных жидкостей в типовых индустриальных домах старой постройки. «Изменение № 1 СП 14.13330.2018 с необходимыми корректировками нужно вернуть, расчет на прогрессирующее обрушение должен вновь стать обязательным», — уверен Сергей Яковлев. А при проведении расчета целесообразно руководствоваться принципами, уже реализованными в Еврокодах.

Бимомент — не излишество

Еще одним проблемным вопросом, на который обращает внимание Сергей Яковлев, является специфика учета стесненного кручения, бимоментов и изгибно-крутящих моментов в строительных конструкциях. Так, основу нормативной базы расчета элементов конструкций с учетом бимомента составляют СП 260.132.5800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования» и СП 16 13330 2017 «Стальные конструкции». Второй из приведенных СП входит в Перечень национальных стандартов и сводов правил из постановления Правительства РФ № 985 от 4 июля 2020 года. Таким образом, он является нормативным документом, обязательным для организаций, занимающихся проектированием и обследованием металлических конструкций, а также для органов государственной и негосударственной экспертизы проектной документации.

По словам Сергея Яковлева, в соответствии с пунктами 8.2.1, 8.3.1 и 8.4.1 данного СП, расчет элементов стальных конструкций при стесненном кручении должен выполняться с учетом бимомента. Бимомент возникает в подкрановых конструкциях, прогонах покрытия, балках перекрытий и покрытий, например, при одностороннем нагружении.

«Важно понимать, что бимомент — это не нечто редкостное, он возникает в самых обычных балках, которые проектировщики рассчитывают, наверное, десятками и сотнями, — подчеркнул Сергей Яковлев. — Без его учета искажается картина напряженно-деформированного состояния стальных конструкций. Проектировщики не видят, упускают дополнительную нагрузку, которая может достигать 20% и более. В итоге мы рискуем получить в готовом объекте балку с необеспеченной несущей способностью».

Эксперт приводит пример последствий такого недосмотра: «Представьте себе торговый центр. Межэтажное перекрытие в нем держится на балках, которые вы запроектировали без учета бимомента. Теперь представьте, как в процессе эксплуатации нагрузили это перекрытие. С одной стороны, например, устроили центр продажи бытовой техники со складом продукции, где электроплиты, холодильники, стиральные машины наставлены до потолка. А через перегородку оставили проход, с другой стороны которого пусто или, быть может, стоит пара легких торговых точек с сотовыми телефонами, наушниками и прочими гаджетами. Результат — балка испытывает неравномерную нагрузку, которая как раз и провоцирует возникновение бимомента, и при неудачном стечении обстоятельств (скажем, брак в металлическом массиве балки, отчего ее прочность дополнительно занижается, и т.п.) — получаем обрушение, за которое понесет ответственность проектировщик».

При этом, по словам Сергея Яковлева, бимоменты являются уже давно известным явлением, изучение которого началось еще в 1920-е годы. К сожалению, в Советском Союзе на каком-то этапе расчет бимоментов в строительных проектах стали считать неким «излишеством». В итоге такой расчет остался обязательным только в тех отраслях, где пренебрежение им обязательно приводило бы к авариям — например, в самолетостроении, где, скажем, конструкции тягового воздушного винта «по умолчанию» работают в условиях стесненного кручения. И не учитывать бимоменты в таком контексте просто нельзя. «Так и получилось, что у нас даже органы экспертизы, по сложившейся традиции, смотрят на неучет бимомента в запроектированных конструкциях сквозь пальцы либо вовсе не замечают его отсутствие в проектных расчетах», — сетует эксперт, призывая ликвидировать пробел системным образом.

В целом, нормативная чехарда затрудняет работу проектировщиков и снижает ее качество, усложняет взаимодействие с органами экспертизы и заказчиками. «Чтобы как-то компенсировать ее пагубное воздействие, профессионалам надо чаще встречаться и обсуждать возникающие проблемы и противоречия», — резюмирует Алексей Побожий.