Завалы, образующиеся при разрушении зданий в зонах поражения
Общие положения
 
При воздействии поражающих факторов взрывов, землетрясений, цунами и разрушения плотин здания могут получить ту или иную степень разрушения. Анализ характера разрушений зданий при чрезвычайных ситуациях показал, что здания при полном разрушении практически полностью превращаются в обломки, образуя завалы. При разрушении зданий на ступень ниже полной в расчетах можно принять, что объем завалов составляет примерно 50% от объемов завалов  зданий в случае их полного разрушения.
Завалы различных типов зданий характеризуются показателями. Показатели завалов зданий являются определяющими параметрами при выборе технологии спасательных работ. Показатели можно свести к двум группам:
- показатели, непосредственно характеризующие завал;
- показатели, характеризующие обломки завала.
К показателям, непосредственно характеризующими завал, можно отнести:
- дальность разлета обломков;
- высоту завала;
- объемно-массовые характеристики завалов;
- структуру завалов по весу обломков, составу строительных элементов и арматуры.
К показателям, характеризующим обломки завала, относят:
- вес обломков;
- геометрические размеры;
- структуру и содержание арматуры.
 
2.1. РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ЗАВАЛОВ
 
На основании анализа материалов натурных завалов зданий установлено, что завалы зданий можно упрощенно представить как обелиски - геометрические фигуры с прямоугольными основаниями, расположенными в параллельных плоскостях (рис.2.1). Противоположные боковые грани обелиска наклонены к основанию. Основными данными для построения этой фигуры являются размеры основания здания А и В, высота завала h и дальность разлета обломков L. Характерными геометрическими показателями завала также являются длина и ширина завала.
Длина завала - геометрический размер завала в направлении наибольшего размера А здания
Азав = 2 L + A.                                                   (2.1)
 
Ширина завала - геометрический размер завала в направлении наименьшего размера В здания
Взав = 2 L + В.                                                   (2.2)
 
Расчетные схемы завалов зависят от воздействия поражающего фактора. Принимается, что при аварии со взрывом внутри здания, обломки разлетаются в стороны равномерно, а при взрыве вне здания обломки смещаются по направлению действия воздушной ударной волны.
Характерный размер завала по направлению действия воздушной ударной волны в последнем случае равен
 
Взав = В + L   или   Азав = А + L.                              (2.3)
 
Верхняя грань расчетного обелиска при авариях со взрывом принимается равной площади основания здания. При землетрясениях площадь верхней грани обелиска по размерам меньше площади основания здания. Длина и ширина верхней грани обелиска, для этого случая, соответственно равна
 
А1 = А - 2L;  В1 = В - 2L.                                        (2.4)
 
2.2. ДАЛЬНОСТЬ РАЗЛЕТА ОБЛОМКОВ
Дальность разлета обломков при взрывах
 
Рассмотрим методику определения дальности разлета обломков при взрывах, приняв следующие предпосылки:
- волна мгновенно обтекает обломки вследствие их небольших размеров;
- вращения обломков при разлете и изменения за счет этого лобовой площади Fл (миделя) не происходит.
Дальность разлета обломков (L) - расстояние от контура здания до основной массы обломков.
Смещение обломков можно описать уравнениями движения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Рассмотрим сначала горизонтальное движение обломков с учетом сопротивления воздуха.
Силу, создаваемую скоростным напором воздушной ударной волны, действующим на обломок, вычисляют по формуле
Fск  =  Сх  Fл  
 
,                                   (2.5)
 
где Сх - коэффициент лобового сопротивления, который для обломков принимают равным 1.52;
ф (t)  и Uф (t) - плотность и скорость воздушного потока в момент времени t;
Fл - площадь лобового сечения обломков.
Расчетные схемы завалов
Расчетная схема образования завала при различных давлениях во фронте воздушной ударной волны
Рис. 2.2. Расчетная схема образования завала при различных давлениях во фронте воздушной ударной волны
H1, hn, l1, ln  - соответственно высота и длина завала;
Р1 , Рi , Рn  - значения давлений (Р1 < Рi  < Рn);
В - размер здания

Высота завала на различных расстояниях  Х от здания зависит от высоты завала в пределах контура здания и дальности l разлета обломков



Показатель  в формуле (2.12) при ориентировочных расчетах рекомендуется принимать равным:
для промышленных зданий =20 м3;
для жилых зданий                 =40 м3.
Более точные значения показателей , с учетом различных типов и конструктивных решений зданий, приведены в табл. 2.1. Эти данные получены на основе статистической обработки соответствующих показателей натурных завалов.
На основании обобщения расчетов получена формула для определения высоты завала при оперативном прогнозировании

, м;                                               (2.15)

где  Н - высота здания в м;
- объем завала на 100 м3 объема здания;
к - показатель, принимаемый равным:
для взрыва вне здания к=2;
для взрыва внутри здания к=2,5.

Таблица 2.1
ОБЪЕМНО-МАССОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАВАЛА
Примечания: 
1.Пустотность завала () - объем пустот на 100 м3 завала.
2. Удельный объем завала () - объем завала на 100 м3 строительного объема.
3. Объемный вес завала () - вес в т 1 м3 завала.

Высота завалов при землетрясениях
Тип здания
Пустотность (альфа), куб м
Удельный объем (гамма), куб м
Объемный вес (бетта), т/куб м
Производственные  здания:
одноэтажное легкого типа
40
14
1,5
одноэтажное среднего типа
50
16
1,2
одноэтажное тяжелого типа
60
20
1
многоэтажное
40
21
1,5
смешанного типа
45
22
1,4
Жилые  здания  бескаркасные:
кирпичное
30
36
1,2
мелкоблочное
30
36
1,2
крупноблочное
30
36
1,2
крупнопанельное
40
42
1,1
Жилые  здания  каркасные:
со стенами из навесных панелей
40
42
1,1
со стенами из каменных материалов
40
42
1,1

При землетрясениях высота завала рассчитывается по тем же формулам, но с учетом поправки на расчетную схему завала (рис. 2.1). Объем обелиска в этом случае равен

,                       (2.16)

где  Азав, Взав - размеры нижних граней обелиска (длина и ширина завала) 
Азав=А+2L;  Взав=В+2L;
А1 и В1 - размеры верхних граней обелиска
А1=А-2L;  В1=В-2L.

При оперативном прогнозировании высоту завала для землетрясения рекомендуется определять по формуле (2.15), в которой показатель К принимается равным К=0,5.

2.4. СТРУКТУРА И ОБЪЕМНО-МАССОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАВАЛОВ
Структура завалов
Структура завалов влияет как на способы выполнения спасательных работ, так и на состав сил и средств, привлекаемых для ликвидации последствий землетрясения. Основными показателями, характеризующими структуру завала, являются распределение обломков по весу, составу элементов (материала) и содержанию арматуры.
Структура завала по весу обломков - процентное содержание в завалах различных типов обломков, определяется по табл. 2.2. Эти показатели получены на основе анализа информации о завалах зданий, разрушенных при авариях и катастрофах, а также при проведении ряда натурных испытаний. При определении состава сил и средств следует иметь в виду, что очень крупные и крупные обломки весом более 2-х т, перемещаются с использованием инженерной техники; средние - весом до 2-х т, могут быть перемещены с помощью ручных лебедок, а мелкие - весом до 0,2 т, могут быть перемещены спасателями вручную.

Таблица 2.2
СТРУКТУРА ЗАВАЛА ПО ВЕСУ ОБЛОМКОВ, (%)
Тип здания
Тип обломков по весу
Очень крупные
больше 5 т
Крупные от 2 до
5 т
Средние от
0,2 до 2 т
Мелкие до
0,2 т
Производственное одноэтажное
60
10
20/5
10/25
Производственное многоэтажное и
смешанного типа
10
40
40/10
10/40
Жилое здание бескаркасное
0
30
60/10
10/60
Жилое здание каркасное
0
50
40/10
10/40
Примечание:
В числителе - значения для стен из крупных панелей, в знаменателе - значения для стен из каменных материалов (кирпича, мелких обломков).

Структура завала по составу элементов - процентное содержание в завалах обломков из различного материала, определяется по табл. 2.3. Эти показатели могут быть использованы при оценке объемов и видов работ.

Таблица 2.3
СТРУКТУРА ЗАВАЛА ПО СОСТАВУ ЭЛЕМЕНТОВ (%) ПРИ РАЗРУШЕНИИ ЗДАНИЙ
Состав элементов
Здания жилые со стенами
Здания производственные со стенами
Из кирпича
(каменных материал.)
Из крупных панелей
Из кирпича
Из крупных панелей
Кирпичные глыбы, битый кирпич
50
-
25
-
Обломки железобетонных и бетонных конструкций
15
75
55
80
Деревянные конструкции
15
8
3
3
Металлические конструкции (включая станочное
оборудование)
5
2
10
10
Строительный мусор
15
15
7
7
Структура завала по составу арматуры
- содержание арматуры в различных сечениях завала.
В настоящее время, в литературе отсутствуют какие-либо сведения по содержанию арматуры в сечениях завала. Эти показатели получены на основе анализа проектов производственных и жилых зданий. Результаты обобщения материалов приведены в табл. 2.4. Содержание арматуры в завале за пределами контура здания определяется по формуле

, см2,

где  Fа - содержание арматуры в пределах контура здания (табл. 2.4);
х - рассматриваемое расстояние от контура здания;
1- дальность разлета обломков.

Показатели по содержанию арматуры в завале могут быть использованы при планировании распределения технических средств, используемых для резки металла.
Объемно-массовые характеристики завалов

Объемно-массовые характеристики завалов используются для обоснования состава транспортной и грузоподъемной инженерной техники. К этим характеристикам отнесены удельный объем завала, объем завала от разрушенного здания, объемный вес завала и пустотность.
Тип  здания
Содержание арматуры в пределах контура здания на 1 пог. м. завала,
(Fа),кв.см
Сортамент арматуры на 1 пог. м. завала (сечение)
Производственные одноэтажные:
легкого типа
20
12-14 - 11 ед.
28-32 - 1 ед.
среднего типа
25
12-14 - 12 ед.
32-36 - 1 ед.
тяжелого типа
30
12-14 - 13 ед.
36-40 - 1 ед.
Производственное многоэтажное
15п
(п-число этажей)
12-14 - 16 ед.
36-40 - 1 ед.
Производственное смешанного типа
40
12-14 - 16 ед.
36-40 - 1 ед.
Жилые здания бескаркасные: 36-40 - 1 ед.
Мелкоблочные
12п
12-14 - 7 ед.
Крупноблочные
12п
12-14 - 7 ед.
Крупнопанельные
14п
12-14 - 9 ед.
Жилые здания каркасные
20п
12-14 - 9 ед.
  25-28 - 11 ед.


Таблица 2.4
СТРУКТУРА ЗАВАЛА ПО СОДЕРЖАНИЮ АРМАТУРЫ
Удельный объем завала (гамма) - объем завала на 100 куб.м, определяется по табл. 2.1. Этот показатель используется при определении высоты завала (2.4) и объема завала.(2.1).
Объем завала (Vзав) от обрушенного здания рассчитывается по формуле (2.12).
Объемный вес завала (бетта) - вес в т 1 м3 завала, определяется по табл. 2.1. Последние два показателя используются при планировании транспортных средств для разборки завалов.
Показатель пустотности завала (альфа) - используется при подготовке предложений по технологии спасательных работ, в частности, при проходке галерей в завалах. Анализ информации по разрушению зданий показал, что пустотность завалов промышленных зданий может быть почти в два раза больше жилых. Показатели пустотности завалов приведены в табл. 2.1.

2.5. ПОКАЗАТЕЛИ ОБЛОМКОВ
 
К показателям, характеризующим крупные обломки завалов, отнесены максимальный вес, размеры и структура обломка по составу арматуры. Максимальный вес обломков необходимо знать для подбора грузоподъемности крана, а их размеры - для подбора транспортных средств. Эти показатели получены на основе анализа проектов производственных и жилых зданий и могут быть приняты для производственных зданий по табл. 2.5,  для жилых - по табл. 2.6.
Как видно из таблиц, для выполнения спасательных работ при разборке завалов производственных зданий может возникнуть потребность в кранах грузоподъемностью свыше 30-ти т. При ведении работ в районах размещения жилых зданий достаточно иметь грузоподъемные средства до 4-х тонн.

Таблица 2.5
ВЕС ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Тип здания
Конструктивные элементы и их размеры, м
Вес, т
Содержание арматуры, кг
1
2
3
4
Одноэтажное
Н = 3.6
1
80
легкого типа
Н = 7.2
4
300
Балки покрытия:
1 = 6
3
200
1 = 12
5
300
1 = 18
12
1200
Плиты покрытия:
6 х 1.5
1
130
6 х 3
2
250
12 х 1.5
3.5
200
12 х 3
7
400
Полосовые панели наружных стен:
6 х 1.2
2
60
6 х 1.8
3
100
Одноэтажное
Колонны:
Н = 8.4
5
300
среднего типа
Н = 10.8
12
600
Фермы покрытия:
l = 18
8
500
l = 24
20
1500
Одноэтажное
Колонны:
Н = 10.8
100
600
тяжелого типа
Н = 18
20
1500
Фермы покрытия:
1 = 24
20
1200
1 = 36
35
2500
Плиты покрытия:
12 х 3
7
300
Многоэтажное
Колонны:
Н = 6.2
3
660
Н = 10
5
1200
Н = 14.8
10
1500
Балки перекрытий:
1 = 5
4
400
1 = 9
7
700
Плиты перекрытий:
6 х 0.75
0.5
65
6 х 2.5
1
130
Смешанного типа
Строительная система включает элементы многоэтажного здания и здания среднего типа
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ АРМАТУРЫ
 
Таблица 2.6
ВЕС ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И СОДЕРЖАНИЕ АРМАТУРЫ
В заключение приведем полный перечень показателей завалов и рекомендации по их определению:
Тип здания
Конструктивные элементы
Вес, т
Содержание арматуры, кг
Бескаркасное
Кирпичное
Максимальный вес обломков стен
1.5
-
Мелкоблочное
Максимальный вес обломков стен
1
-
Крупноблочное
Максимальный вес обломков стен
2
-
Крупнопанельное
Панели наружных стен
4
140
Каркасное
Со стенами из навесных панелей
Панели наружных стен
3
100
Со стенами из каменных материалов
Максимальный вес обломков стен
1
-
Колонны:           Н = 8 м
сечением 30 х 30 см  ( до 5 этажей)
2
150
Н = 8 м
сечением 40 х 40 см  ( 5-12 этажей)
2.5
200
Ригели каркаса 40 х 45 см
2
150
Плиты перекрытий 6 х 1 м
2.5
150
Приведенные показатели завалов используются при оценке инженерной обстановки в зонах разрушений, а также при планировании мероприятий по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Публикация материалов возможна при ссылке на http://gochs.info
© Сергей Кульпинов 2003
Яндекс.Метрика