Губайдуллин Р.Р., Зиганшин М.Д., Шевченко И.С. "Анализ и причины аварий зданий и сооружений на опасных производственных объектах теплоэнергетики, возникших из-за разрушения строительных конструкций"

Губайдуллин Радиф Радикович, ведущий инженер проектного института «Союзхимпроект» ФГБОУ ВПО КНИТУ

Зиганшин Марат Дамилевич, главный специалист проектного института «Союзхимпроект» ФГБОУ ВПО КНИТУ

Шевченко Илья Сергеевич, старший инженер проектного института «Союзхимпроект» ФГБОУ ВПО КНИТУ

 Анализ и причины аварий зданий и сооружений на опасных производственных объектах теплоэнергетики, возникших из-за разрушения строительных конструкций

В статье описываются причины разрушения разных по типу конструкций эксплуатируемых на объектах теплоэнергетики, даются формулы по расчетам, используемым в процессе анализа состояния здания, уже после выявления дефектов.

Опасные производственные объекты это те, ремонт, реконструкцию, ликвидацию, консервацию и переоснащение которых регулирует ФЗ № 116.[1]В области теплоэнергетики активно не только ведется строительство зданий и сооружений, но и проводится экспертиза промышленной безопасности относительно тех, которые изживают свой нормативный срок или уже его изжили.

Чтобы снизить уровень аварийности проводится подробный анализ причин аварий на опасных производственных объектах. Сегодня, как и несколько десятков лет назад, технический уровень строения определяется качеством:

·           Проектного решения.

·           Строительно-монтажных работ.

·           Оборудования.

·           Используемых материалов.

Данные по обрушениям и повреждениям конструктивных элементов, полученные на основании анализа причин важны для выявления наиболее опасных моментов на этапе строительства.

Последние исследования показали, что каменные конструкции обрушивались чаще всего потому, что не были выполнены требования правил выполнения узлов опирания несущей конструкции на стены. Во время использования здания дефект усугубляется разупрочнением кладки, которое происходит по причине протечек коммуникаций.

Чаще всего нарушается технология опирания балок на стены без использования распределительных пластин. В некоторых случаях на стены опирание происходит через неармированную подушку. Она не может из-за передачи неравномерной нагрузки воспринять изгибающие моменты, это приводит к обрушению конструкции.

Приостановление эксплуатации зданий из каменной кладки может происходить из-за пучения грунтов, неравномерного осадка. Именно кирпичные стены больше всего восприимчивы к такому роду осадков. Проведенный анализ показал, что в большинстве случаев из-за того, что руководство предприятия не принимало решение о консервации здания, его дальнейшая эксплуатация приводила к последующему разрушению. Атмосферные осадки со временем сделали свое дело, несущая способность стала значительно снижаться, в результате чего происходило обрушение внешней стены и плит перекрытий.

Растяжение по неперевязанному сечению

Растяжение по перевязанному сечению

Растяжение при изгибе по перевязанному сечению

Модуль упругости Е₀ при кратковременной нагрузке должен приниматься равным:

для неармированной кладки

Е₀ = aR_u;                                                                        

для кладки с продольным армированием

Е₀ = aR_sku.                                                                       

Модуль упругости при сетчатом армировании принимается такой же, как для неармированной кладке.

Если армирование продольное, то характеристикапринимается такой же, как для кладкинеармированной; 

R_u - временное сопротивление  сжатию, его определяют следующим образом:

R_u = kR,                                                                         

k - коэффициент, принимаемый по таблице;

R - расчетные сопротивления сжатию.

Упругая характеристика кладки, в которой использовалось сетчатое армирование находится следующим образом:

    R_u

α____

    R_sku

R_sku - временное сопротивление при высоте ряда менее 150 мм. Оно определяется так же по формуле:

Если кладка с продольной арматурой

                    R_sn^µ

R_sku = kR +_____

                   100                                           

Если кладка с сетчатой арматурой

                    2R_sn^µ

R_sku = kR +_____

                    100                                                                                   

R_sn - нормативное сопротивление арматуры принимаемое для сталей класса А-I и А-II по СниП, для стали Вр-I - с коэффициентом работы 0,6.

Ситуация усугубилась тем, что во время монтажа строения нарушались технические правила. Службы по надзору не смогли своевременно выявить нарушения, в результате и произошло со временем обрушение.

Что касается зданий и сооружений из сборного железобетона, основной причиной обрушения стало нарушение правил проведения работ. Среди причин аварий можно выделить:

·           На сварочных прихватках панели были закреплены некачественно.

·           Сварка низкого качества.

·           Не было выполнено проектное опирание конструкций, а впоследствии и их закрепление в положении до того, как произведется освобождение строповок.

·           Грубое нарушение технологии проведения монтажных работ.

Конструкции из монолитного железобетона тоже исследовались на причину появления аварий. Как было установлено, дефекты, появившиеся в результате нарушения технологии работ, особенно в тех случаях, когда приходилось возводить конструкция зимой, в большинстве случаев становились основной причиной обрушения. Бетонная смесь плохо уплотнялась, прочность бетона определялась проектом неправильно.

Особое внимание специалисты уделили вопросу привлечения к работе неспециализированных компаний, не имеющих соответствующей лицензий и квалифицированных специалистов. Среди основных дефектов можно выделить:

·           Изменение указанных в проекте размеров.

·           Смещение осей.

·           Отсутствие прямолинейности.

·           Подрезы металла.

·           Отсутствие пространственной жесткости.

·           Увеличение нагрузки.

Исследование основных причин аварий показали, что много ошибок допускается на этапе проектирования, неправильные расчеты в определении нагрузки, неправильное определение связей и использование некачественной стали приводят к последующему разрушению строения и соответственно и созданию аварийной ситуации.

Проведение расследования причин произошедшей аварии всегда занимается специально создаваемая комиссия. Если обрушение произошло без человеческих жертв, тогдаразрешает создавать местную комиссию, в состав которой должен входить представитель субподрядной организации, проектной, генподрядной организации, а также заказчика.

В состав всегда входят специалисты высокой категории, проектных и научных организаций. Местная комиссия обязана:

·           Осмотреть поврежденную конструкцию и документально зафиксировать ее на фотопленке.

·           Предпринять все возможные меры, предотвращающие распространение дальнейшего разрушения, которые позволять проводить в безопасном режиме разбор завалов.

·           Ограничить доступ посторонних в зону обрушения.

·           Провести опрос очевидцев, если таковые имеются и выяснить наиболее вероятные причины аварии.

Чтобы в дальнейшем провести восстановительные работы по разобранные конструкции сохраняют для дальнейшего обследования с привлечением технической комиссии. Обязательно составляется акт предварительного расследования. Все это определено Приказом Минстроя от 6.12. 1994 года № 17-48 «О порядке расследования причин аварий зданий и сооружений на территории РФ». [3]

В момент обрушения здания наблюдается полное или частичное разрушение конструкции. ЧС становится следствием ошибок в проектировании, несоблюдении качества и технологии монтажных работ. Конечно, есть и иные случаи, к примеру, стихийное бедствие, террористический акт, но в нашей работе эти случаи рассматриваться не будут.

После тщательного проведенного анализа причин аварий зданий и сооружений в результате обрушения конструкции, в список основных причин вошли:

·           Несоответствующий уровень монтажных работ.

·           Несоблюдение условий жесткости.

·           Недопустимая нагрузка.

·           Использование материалов, прочность которых не соответствует требуемой.

·           Ошибки в проектных решениях.

·           Отсутствие антикоррозийной обработки.

В процессе изучения причин аварий в результате обрушения зданий и сооружений в сфере теплоэнергетики позволяет существенно увеличить уровень промышленной безопасности в будущем.

За последние годы только 6% обрушений произошли из-за воздействия природы, около 40% аварий стали следствием человеческого фактора, а именно ненадлежащее исполнение строительно-монтажных работ.

Около 12% случаев были связаны с использованием некачественных материалов и 9% обусловлены ошибками на этапе проектирования. Нарушается Федеральный закон Российской Федерации от 30 декабря 2009 г.  №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». [4

После получения результатов обработки данных проведенных испытаний предел текучести стальных конструкций определяется по следующей формуле:

R_n=σ_n-αS, R=σ_cp-αS,

Σ_cp=Ʃσ₁₀/n – среднеарифметическое значение предела текучести по данным проведенных испытаний.

             Ʃ ( σ₁₀ – σ_n)²

S = √_____________ - среднеквадратическое отклонение испытаний.

               n-1

σ_1о – предел текучести при испытании i-го образца;

α – коэффициент, который учитывает объем выборки, он определяется по следующей таблице:

[5]

Коэффициент надежности по материалу для определения сопротивления стали стоит принимать в зависимости от того, когда она была изготовлена:

До 1932 года – 1,2.

1932-1982 – 1,1 для сталей с σ_т<380 Мпа;

                      1,15 для сталей σ_т>380 Мпа;

После 1982 по СниП ll-23-81.

Во время анализа причин аварий можно найти действительные нагрузки или их сочетания. Масса конструкции находится по результатам сделанных обмеров, толщину мерят в пяти и более сечениях слоев стен, кровли, пола. Затем умножают толщину на взятый из справочников объемный вес материалов.

Нормативные значения определяются после обработки данных, полученных в результате взвешивания:

q_n= P_n+-t/√mS_q

         ƩP_t

P_n=_____

         m_t

            Ʃ(m_t-P_n)²

S_q=√__________

             (m-l)

Р_п — среднее арифметическое значение веса образцов;

S_g — среднее квадратич­ное отклонение;

Р_i, — вес /-го образца;т — количество образцов;

t — коэффициент, учитывающий объем выборки.

Масса стальной конструкции, при исследовании причин аварии, устанавливается по имеющемуся чертежу КМД, если его нет, то по замерам сечений с выведением строительного коэффициента, который учитывает стыки, швы, соединения. Для ферм он составляет 1,25, для балок прокатных 1,05, сквозных колонн – 1,7, сплошных колонн – 1,3.

Одной из причин обрушения конструкции здания могуть стать временные нагрузки от подвесных кранов, трубопровода, оборудования. Временная нагрузка от веса этих элементов определяется по данным в паспорте оборудования и обмерочным чертежам с учетом нахождения агрегатов и их опирания на конструкцию.

Общее действие нагрузки от ветра, осадков, кранов учитывается коэффиционтом \|/:

\|/ = C_c/(1,45 – 0,45C_c) + C_в/ (1,45 – 0,45 C_в)+С_к/(1, 85 – 0,85С_к)

C_с,C_в , С_к— доли усилий или напряжений в сечении соответственно от снегаN_с ветраN_B и крановN:

С_с=N_c/ƩN_э, C_в=N_в/ƩN, C_к=N_k/ ƩN, ƩN = N_c+N_в+N_k

При изучении причин крушения не всегда учитывается дополнительная нагрузка от пыли, особенно когда речь идет о промышленных конструкциях. В целом она соизмерима со снеговой, поэтому не стоит ей принебрегать.

К примеру, при изучении причин обрушения кровли одного из промышленных зданий была всзвешена снегопылевая масса одного квадратного метра кровли. Оказалось, что она превышает расчетную нагрузку простого снега в 2,5 раза. Более того, плотность мокрого снега 450 кг/м₃^, плотность у льда вместе с пылью составляет уже 1500 кг/м₃, вот почему важно в зимний период строго следить, чтобы на кровле не образовывались большие скопления снега, которые необратимо покрывается пылью через несколько дней после выпадания. Отсутствие контроля над очисткой приводит к обрушению крыши.

Во время обследования причин аварий важно установить, имелись ли нагрузки, вызывающие колебания. Они могут быть вызваны работой станков или прессов. Их работа оказывает влияние на напряженное состояние, отсюда и возникают дефекты конструкций.

Список используемой литературы:

1.      ФЗ № 116

2.      http://files.stroyinf.ru/Data1/2/2020/

3.      Приказом Минстроя от 6.12. 1994 года № 17-48 «О порядке расследования причин аварий зданий и сооружений на территории РФ».

4.      Федеральный закон Российской Федерации от 30 декабря 2009 г.  №384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

5.      http://www.studfiles.ru/preview/2996454/page:2/