Краткий обзор ASCE/SEI 76-23 «Standard for mitigation of disproportionate collapse potential in buildings and other structures»

 Книгу "Возможные технологии расчета на прогрессирующее обрушение" можно приобрести, нажав на https://www.litres.ru/71598097 или по второй  ССЫЛКЕ. 

Обучающий курс лекций и практикум по прогрессирующему обрушению https://rflira.ru/education/programs/1110

   Ключевые слова: прогрессирующее, лавинообразное, цепное, диспропорциональное обрушение, механическая безопасность, динамика прогрессирующего обрушения, динамическое догружение, коэффициент динамичности DIF (Dynamic Increase Factor), pushdown, progressive collapse, СП 385, СП 296, зона влияния при расчете на прогрессирующее обрушение, ASCE 76-23, GSA 2016, UFC 4-023-03-2016.

   В этой заметке приводится обзор с выборочным переводом нового нормативного документа ASCE/SEI 76-23 «Standard for mitigation of disproportionate collapse potential in buildings and other structures».

В блоге несколько первых страниц, целиком публикацию можно приобрести на Литрес по ссылке.

Видео версия доклада на ютубе по ссылке.

Введение

   В начале июня 2023 г. ASCE 76-23 был выпущен Американским обществом инженеров в гражданском строительстве (ASCE). Стандарт разработан группой специалистов и ученых из США, широко известных в теме прогрессирующего обрушения. В основном в эту группу вошли авторы GSA 2016, UFC 4-023-03 [1, 2] и другие видные ученые, чьи публикации значительно повлияли на развитие и отношение к проблеме локализации последствий инициирующего аварийного повреждения (D. Dusenberry, B. Ellingwood, E. Williamson, B. Crowder, A. McKay, K. Marchand, U. Starossek, H.S. Lew и др.). Стандарт оформлен в стиле и увязан с другими документами ASCE (например, ASCE 7, ASCE 41).

   Ниже приведен краткий обзор с выборочным переводом. Вначале надо отметить, что обзор субъективен и его основная цель — помочь сориентироваться в сути нового стандарта интересующимся темой прогрессирующего обрушения и ее проявлением в зарубежной нормативной базе. Текущий обзор не претендует на глубокий анализ, точность формулировок, перевода и пр. Он что-то вроде черновика на «first look».

   Примечания и сноски написаны автором обзора. Если рисунок или таблица взяты из стандарта, то для них указывается два номера — первый по нумерации обзора, второй — по нумерации стандарта.

Предварительно рекомендуется ознакомиться с [3-5].

. . .

   После первого знакомства норматив оставляет после себя странное впечатление. При этом сложно ответить на вопрос — почему? Возможно, причина в том, что у многих, кто ждал выхода этого документа, сложились завышенные ожидания и собственные представления, что в итоге должно получиться при синтезе GSA 2016 с UFC 4-023-03. Еще до начала разработки документа и неоднократно после декларировалась благая цель, что новый документ должен устранить сложившиеся разночтения в подходах и в итоге прийти к общему знаменателю в понимании проблемы и путях ее решения. Но в итоге документ получился другим как по характеру, так и по внутреннему содержанию. Во многом ASCE 76-23 похож на сухую выжимку предшественников (GSA 2016 и UFC 4-023-03). Наиболее сильные новшества в локальных повреждениях и допустимых последствиях, в некоторых случаях которых разрешается частичное обрушение с учетом нагрузки от обломков. Что крайне необычно? Лимиты допустимых разрушений определяются через зоны влияния удаляемых элементов.

   Где авторы сумели договориться, найти общий подход — там конкретика (термины, прямой и косвенный методы, необходимость постановки соединительных связей, расчетные процедуры метода альтернативного пути и пр.), где не смогли найти общий язык — там вместо бывшей ранее конкретики появились размытые формулировки и (или) требования с рассуждениями общего характера.

К сожалению, по сравнению с GSA 2016 и UFC 4-023-03-2016 не вошли:

• требуемые минимумы соединительных связей (нет ни формул, ни абсолютных значений минимальных величин). В комментариях в разделе С2.28 поясняется, что стандарт сфокусирован на прямых методах защиты (direct design; прим.: имеются ввиду расчеты). При этом нельзя сказать, что ASCE 76-23 совсем не уделяет внимания косвенным мерам, обеспечивающим конструктивную целостность. Например, в разделе 4.1 и комментариях к нему (С4.1) даются общие рассуждения (зачем нужны соединительные связи, их виды, способы увеличения сопротивления обрушению и пр.);
• примеры расчетов по соединительным связям и на удаление элементов;
• значительное количество графических пояснений.

   Что необычно по сравнению с отечественной нормативной базой? В конце стандарта приводится значительный объем комментариев практически по всем разделам. Если содержательный объем стандарта (за исключением введения, содержания и т. д.) составляет около 15 стр., то объем комментариев занимает 23 стр.

. . .

Учитывая сложность стандарта, ниже приводится краткая последовательность расчета.

Последовательность расчета

1. Рассчитывается величина риска (глава 3).
2. На основе величины риска определяется категория стойкости к обрушению (A, B, C или D) (глава 3).
3. Для присвоенной категории стойкости определяются сценарии угроз (глава 3).
4. Элементы и компоненты подразделяются на главные и второстепенные (глава 4).
5. Для сценариев угроз определяются сценарии начальных повреждений HIDS и HDDS (глава 4). Для HIDS рассматриваются четыре уровня повреждений H-1… H-4.
6. Выполняется несколько расчетов методом альтернативного пути (ALPA), при котором удаляются части конструкции (повреждения H-1… H-4). Три процедуры расчета: линейная квазистатика с коэффициентом LIF, нелинейная квазистатика с коэффициентом DIF, нелинейная динамика. Для нелинейной квазистатики допускается рассчитывать DIF путем энергетического подхода. Допускаются любые другие рациональные процедуры расчета.
7. Для H-1… H-4 вычисляются соответствующие зоны влияния AI-1… AI-4 (глава 4), на базе которых вычисляются допустимые степени повреждений.
8. Вычисляется итоговая степень разрушения (раздел 5.3.6).
9. Проверяется соответствие требованиям, приведенным в разделе 4.3.2. Определенные по результатам расчета степени разрушений сравниваются с допустимыми степенями разрушений. Для отдельных случаев после начального локального повреждения допускается разрушение части конструкции и частичное обрушение (прим.: элемент считается разрушенным, если не удовлетворяет критериям из главы 6).

Наименование стандарта

   Уже на уровне наименования стандарта отражается концептуальное изменение подхода к проблеме. Если из наименований UFC 4-023-03-2016 «Проектирование зданий для сопротивления прогрессирующему обрушению» и GSA 2016 «Расчет методом альтернативного пути и руководство по проектированию сопротивления прогрессирующему обрушению» видно, что они фокусировались на сопротивлении прогрессирующему обрушению, то ASCE 76-23 — на снижении возможности диспропорционального обрушения. Поэтому в части 2 «Термины» авторы стандарта сразу дают понять, что в их понимании прогрессирующее и диспропорциональное обрушение — не одно и то же.

Глава 1. Общие положения

   Очень кратко раскрывается суть стандарта: цель, область применения, содержание частей, базовые требования по сопротивлению диспропорциональному обрушению, указания к документированию, дается дисклеймер (отказ от ответственности).

Глава 2. Термины

Ниже приводится перевод некоторых терминов стандарта.

Аномальное событие (abnormal event) — событие, которое является непредвиденным или происходит с очень низкой вероятностью и не учитывается при обычном проектировании сооружения (прим.: аналог в ГОСТ 27751 — особые воздействия).

Диспропорциональное обрушение (прим.: непропорциональное/несоразмерное) — обрушение, характеризующееся явным несоответствием (прим.: несоразмерностью) между начальной причиной и последующим обрушением значительной части или всей конструкции.

Прогрессирующее обрушение — обрушение, начинающееся с разрушения одного или нескольких несущих элементов и после развивающееся с последовательными разрушениями других элементов.

Ключевой элемент — несущий компонент (или часть конструкции) разрушение которого, как ожидается, приведет к дальнейшему повреждению, нарушающему эксплуатационные цели.

Сценарии угроз (hazard scenarios) — предполагающиеся при проектировании аномальные события, которые произойдут во время строительства и срока службы конструкции и которые могут нанести ущерб конструкции.

Начальное повреждение (initial damage) — повреждение конструкции, которое может быть отнесено непосредственно к аномальному событию (не прибегая к реакции конструкции в целом) или к условному повреждению, определяемому на основе сценариев угроз.

Локальное сопротивление (local resistance) — заключается в увеличении или подтверждении достаточности несущей способности компонента. Предотвращает или уменьшает начальное повреждение, которое в противном случае привело бы к диспропорциональному обрушению.

Частичное обрушение (partial collapse) — состояние конструкции, при котором сценарий угрозы приводит к разрушению одного или нескольких несущих компонентов, а оставшаяся конструкция не может перераспределить нагрузки от разрушенных компонентов, что вызывает неустойчивость части конструкции или утрату адекватного вертикального опирания.

Несущий компонент (component (structural)) — отдельный несущий фрагмент, являющийся частью пути передачи нагрузок в здании, например, балка, колонна, узел или стена.

Стойкость (прим: сопротивляемость; резистенция) к обрушению (collapse resistance) — нечувствительность к нормальным или аномальным событиям, за счет которой они не приведут к диспропорциональному обрушению.

Живучесть (robustness) — нечувствительность к начальному повреждению. Конструкция является живучей, если начальное повреждение не приводит к диспропорциональному обрушению. Для точности определения необходима увязка с конкретными целями проектирования: конструкция является живучей, если начальное повреждение, определенное на основе сценариев угроз, не приводит к степени повреждения, при которой нарушаются эксплуатационные цели.

Избыточность (redundancy) — наличие альтернативных путей для перераспределения нагрузок (прим.: силовых потоков) с путей, дискредитированных сценарием угрозы.

Целостность (общая конструктивная целостность) (integrity (general structural integrity)) — способность выдерживать локальные повреждения, благодаря которой несущая система остается в целом устойчивой и не повреждается в степени, несоразмерной начальному локальному повреждению. Применительно к стандарту использование этого термина применимо к предписывающим, не поддающимся количественной оценке косвенным проектным мерам наилучшей практики, содержащимся в отдельных стандартах.

Несвязанное с конкретной опасностью проектирование (Non-threat-specific design) — проектирование, основанное на предположении об условных воздействиях или условном повреждении, вместо проектирования с учетом конкретных опасностей (threat-specific design), которые возможно могут реализоваться.

Категория стойкости к обрушению (Collapse-Resistant Design Category) — классификация зданий и других сооружений для достижения желаемых эксплуатационных характеристик в соответствии с категорией конструкций, стойких к обрушению (CRDC), на основе риска, связанного с их повреждением или разрушением, а также с их заполненностью или назначением в соответствии с таблицей 1.5-1 в ASCE 7.

Глава 3. Оценка риска

   В главе выполняется расчет величины риска, на основе которой здания подразделяются на категории стойкости к диспропорциональному обрушению. В формулу (3-1) ASCE 76-23 подставляются порядковые номера множителей:

Риск = Вероятность угрозы х Уязвимость х Последствия

Вероятности угрозы присваивается один из следующих порядковых номеров:

Уязвимости присваивается один из следующих порядковых номеров:

1. Ограниченная,

2. Умеренная, или

4. Значительная.

Последствиям присваивается один из следующих порядковых номеров:

1. Очень низкие

2. Низкие

3. Средние

5. Тяжелые, или

7. Катастрофические.