Объемно-планировочные решения с учётом обеспечения устойчивости и защиты здания от прогрессирующего обрушения

В ИЖС существует тенденция проектирования зданий без внутренних несущих стен - "коробка" со свободной планировкой, перекрываемая фермами. В данной статье рассмотрим нюансы, которые нужно учитывать в таких проектах с точки зрения обеспечения устойчивости здания и его защиты от прогрессирующего обрушения.

Например, в сети можно найти вот такой проект:

Рис. 1. 3д-вид проекта.

Предлагается следующее планировочное решение к нему:

Рис. 2. Планировочное решение.

Для того, чтобы понять, что может быть не так в этом проекте, ознакомимся с нормативными документами  СП 15.13330.2012 "Каменные и армокаменные конструкции" и СП 385.1325800.2018 "Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения". Последний свод правил содержит общие требования по проектированию защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения при аварийной расчетной ситуации вследствие предполагаемого начального локального разрушения, приводящего к изменению конструктивной системы. Конечно, этот документ предназначен прежде всего для многоквартирных домов и сооружений с массовым скоплением людей (его появление стало ответом на обрушения жилых домов целыми подъездами при взрыве газа в одной из квартир). но тем не менее его положения и общий подход к проектированию вполне применимы и для ИЖС.

Так, например, в СП 385.1325800.2018 есть следующие интересные понятия:

• Расчетные ситуации: Учитываемый при расчете зданий или сооружений комплекс наиболее неблагоприятных условий, которые могут возникнуть при его эксплуатации.
  
• Предполагаемое начальное локальное разрушение (локальное разрушение): Удаление несущего конструктивного элемента, имитирующее потерю несущей способности и (или) устойчивости, а также приводящее к изменению конструктивной системы здания и сооружения.
  
• Первичная расчетная схема - расчетная схема здания или сооружения, принятая для расчета на проектные сочетания нагрузок по первому и второму предельным состояниям.
  
• Вторичная расчетная схема - расчетная схема, полученная из первичной расчетной схемы путем исключения несущего конструктивного элемента в результате предполагаемого начального локального разрушения.
  

Рис. 3. Пример расчётной схемы для планировки на рис. 2 для определения результата неблагоприятных  воздействий.

С учётом того, что диск деревянных перекрытий в ИЖС редко когда является жестким в горизонтальной плоскости (по п.9.7 и таб. 28 СП 15.13330.2012 "Каменные и армокаменные конструкции" они могут быть жесткими только при определённых условиях: расстоянии между элементами жесткости, жесткие способы соединения с фермами, сплошной деревянный настил и т.д.), он не всегда создаёт сопротивления указанным на рис. 3 перемещениям, а с учётом характеристик кладки из газобетона на участке длинных стен по СП 15.13330.2012 "Каменные и армокаменные конструкции", такие стены нельзя считать жесткими, а значит возможно локальное выпирание стены с потерей устойчивости и локальным разрушением, которое потом приведёт в "складыванию" всего дома целиком. Сама конструктивная схема рассматривается как упругая, рассчитывается как рамная конструкция в соответствии с Приложением Г к  СП 15.13330.2012, с условными шарнирами и податливостью в них  (см. рис. 3).

По результатам моделирования неблагоприятных ситуаций очень часто в зданиях появляются аутригерные конструкции: пересекающиеся фермы, связи, диафрагмы или балки (балки-стенки), обеспечивающие повышенную жесткость здания или сооружения:

Рис. 4. Введение диафрагмы в конструкцию здания, как элемента жескости.

В СП 15.13330.2012 в п. 9.7 в качестве аутригерных конструкций, дающих жесткость стенам, указываются поперечные каменные и бетонные стены толщиной не менее 12 см, железобетонные толщиной не менее 6 см, контрфорсы, поперечные рамы с жесткими узлами, участки поперечных стен и другие конструкции, рассчитанные на восприятие горизонтальной нагрузки. При этом кирпичные перегородки, стоящие на полах по грунту, и соединённые с несущими стенами, такими жесткими аутригерными конструкциями не являются, несмотря даже на то, что они могут иметь толщину 120 мм.

Примером таких жестких опор могут стать небольшие эркеры, ниши, пилястры и простенки, которые также могут улучшать визуальный образ здания и его форму, например, как в проекте z7 проектной студии z500:

Рис. 5. Простенки-диафрагмы в районе крыльца в проекте z7.

Обычно такие решения легко осуществимы на стадии архитектурного проектирования и в будущем создают элементы жесткости и выступают простейшими аутригерными конструкциями. 

Аналогичные требования содержатся и в нормативной документации Евросоюза. Например, в Technical Guidance Document A, имеются такие разделы:

Рис. 6. Фрагмент из нормативных документов по строительству Евросоюза.

В данном разделе, приведённом на рис. 6, есть указание, что "Максимальная длина стены между вертикальными опорами не должна превышать 9 м. Стены должны быть снабжены промежуточными опорами, разделяющая стену на отдельные отрезки, подпирающие стены,  контрофорсы или дымоходы, которые обеспечивают поддержку по всей полной высоте стена". На рис. 7 приведены минимальные размеры таких контрофорсов:

Рис. 7. Диаграммы из нормативных документов по строительству Евросоюза.

Там же, в разделе 2, есть указания об обязательном учёте при проектировании вероятных факторов, вызывающих неконтролируемое и непропорциональное обрушение:

Рис. 8. Требования к расчёту на обрушение в нормативных документах по строительству Евросоюза.

В другом нормативном документе Approved Document A. Structure содержится ограничение по площади помещений, ограниченных следующими конфигурациями стен:

Рис. 9. Максимальные площади, которые допустимы при вариантах конфигурации стен.

Рекомендуется учитывать указанные в этой статье факторы при выборе объёмно-планировочного решения здания. В отдельных случаях может понадобиться отдельный расчёт в программных комплексах, с полным моделированием расчётной схемы здания и  введением в неё неблагоприятных ситуаций, чтобы посмотреть, как отрабатывает конструкция такие сценарии.