|
Перегрузка Анализ большого числа аварий и аварийных состояний конструкций позволяет придти к выводу, что большинство их происходит в результате снеговой перегрузки, на которую при эксплуатации сооружений не обращают должного внимания. Это и понятно: если, например, увеличивается крановая нагрузка, делается какая-либо реконструкция сооружения, сразу же возникает вопрос о перерасчете конструкций, их усилении и пр.
Принятые же в свое время к эксплуатации сооружения, зачастую выполненные по типовым проектам, рассчитанные на усредненные, а не на реальные для каждого конкретного объекта нагрузки, продолжают эксплуатировать, не обращая внимания на несоответствие между проектными и реальными нагрузками. Иногда имеет место не только перегрузка снегом, наледями, производственной пылью, но и непродуманная очистка конструкций, в результате которой отдельные несущие конструкции или их части перегружаются. В правилах эксплуатации зданий и сооружений обязательно должна быть инструкция, в которой указаны способы очистки конструкций от снега. Нельзя допускать сбрасывания снега на конструкции, расположенные ниже, образования снеговых мешков, односторонней неравномерной перегрузки конструкций.
Заслуживает внимания не так давно предложенная простая в изготовлении портативная в употреблении переносная установка для очистки кровли промышленных зданий от снега.
Установка представляет собой перфорированную стальную трубу длиной 7—8 м и диаметром 40—50 мм. Для удобства и быстроты соединения она имеет на концах полугайки Ротта. К трубе приварены невысокие ножки. Установка действует на отработанном паре от отопительной системы цеха. При эксплуатации один конец трубы закрыт заглушкой, а ко второму подсоединяется гибкий шланг, который в свою очередь присоединяется к специальным стоякам-отводам от отопительной системы. Установку укладывают на крыше на снег и открывают вентиль. Пар, выходящий из отверстия, расплавляет снег, и вода стекает в воронку ливнепри-емника. Затем установку переносят на другое место. При небольших заносах снег просто сгребают на установку, образуя вал. Для предотвращения утечки пара снег подгребают. Обслуживается она двумя рабочими. Применение такой установки или другой, сделанной по указанному принципу, может решить проблему очистки кровель от снега.
Предложена конструкция снегомета на крыше и А. Тер-Мкрти-чаном. Снегомет внешне напоминает обычную щетку с длинной рукояткой, но вместо щетки установлен ротор с четырьмя лопастями, оборудованными эластичными надставками, что позволяет сгребать снег, не повреждая кровлю. При тестировании снегомета использовались образцы шероховатости поверхности, встречающиеся на различных типах кровли. Вращение ротор получает через редуктор от электродвигателя, который установлен в корпусе и закреплен у основания рукоятки. Во время работы ротора его лопасти отбрасывают снег на 3—4 м. Питается электродвигатель от городской сети. На рукоятке обычный включатель. Передвижение инструмента облегчают легкие опорные колеса или лыжи. Вращающийся ротор расчищает полосу шириной около 3 м. Этот ручной снегомет может сбросить с крыши свыше 12 г снега в час. Чтобы досуха очистить крышу, эластичные резиновые надставки лопастей заменяют ворсом из синтетического материала.
При изучении и расследовании причин аварий конструкций зданий и сооружений ряда производственных цехов цементных заводов установлено, что обрушение кровельных покрытий обусловлено в основном значительной перегрузкой конструкций, большим скоплением сцементированной технической пыли на кровле и, как исключение, другими причинами. Примеры аварий, происшедших в результате перегрузки снегом, производственной пылью и т. п., весьма многочисленны. Укажем некоторые из них: 1. В 1956 г. на Урале при наружной температуре 13° С обрушились трехшарнирные арки трапецеидального очертания пролетом 30 м с опирающимися на них конструкциями, перекрывавшие склад минерального сырья. Расчетная снеговая нагрузка была 60 кГ/м2, а фактическая, замеренная по толщине снегового покрова на кровле сохранившейся части сооружения, достигала 134 кГ/м2. Снег был перемешан с пылью и золой. Объемный вес оказался равным 235 кГ/м3. Напряжения в элементах арки достигали предела текучести, что привело к выпучиванию арки из ее плоскости и послужило основной причиной аварии. |
| 2. Авария двух ферм покрытия цеха металлоконструкций пролетом 48 м на Урале произошла вследствие снеговой перегрузки. Снег был смешан с пылью. Объемный вес снега был 220—390 кГ/м3. Фактическая снеговая нагрузка на отдельных участках достигала 500 кГ/м3 и в 5 раз превышала проектную. Нагрузка от собственного веса также превышала проектную. Сжатые раскосы ферм выпучились из плоскости фермы. Нижние узлы ферм в месте присоединения деформированных раскосов получили прогиб до 600 мм. При использовании в освещении места аварии специальных ламп для проектора, было выявлено, что произошло перераспределение усилий в стержнях в результате изменения статической схемы и превращения конструкции в неразрезную. |
| 3. Дополнительная нагрузка в виде цементной пыли оказалась причиной обрушения стального двухпролетного покрытия по фермам цехового сооружения на цементном заводе в Куйбышеве в 1960 г. Фермы пролетом 21 м опирались на железо бетонные колонны с шагом 6 м. Пыль поступала через аэрационные фонари; толщина отложенной между фонарями пыли достигала 70—80 см, объемный же вес ее в результате дождей достигал 1,6—2 т/м3. Расчет показал, что элементы ферм в момент аварии испытывали аварийное перенапряжение. Нагрузка от пыли в момент аварии превышала расчетную в 14 рази была равна 960 кГ/м2. Сжатые элементы ферм потеряли устойчивость из плоскости фермы, и дальнейшие разрушения происходили по закону взаимосвязи. Недопустимая перегрузка кровли цементной пылью, усугубленная намоканием пыли в период дождей, привела к аварии. |
Аналогичные аварии имели место и на других цементных заводах: Пикалевском, Брянском и др. Скопление пыли происходило из-за неправильного ведения технологического процесса, неисправности или отсутствия пылеулавливающих устройств.
| 4. В результате снеговой перегрузки обрушился в 1952—1953 гг. средний отсек покрытия «корпуса сгущения» на обогатительной фабрике комбината «Апатит». Стропильные фермы пролетом 36,5 м и подстропильные фермы крайних отсеков требовали усиления. Длина подстропильных ферм 33,1 м, 34,8 м (обрушившиеся) и 32,2 м. В результате уточнения снеговой нагрузки оказалось, что фактическая нагрузка 490 кГ/м2, а не 390 кГ/м2, как было предусмотрено в проекте. Усилия в стержнях возросли в среднем от 30 до 50%. |
Проект усиления стропильных и подстропильных ферм, разработанный ленинградским институтом Механобр, предусматривал усиление посредством увеличения сечений стержней ферм приваркой к ним дополнительных профилей. Усиление проектировалось в напряженном состоянии — без разгрузки ферм (консультация автора). | 5. Причиной, обусловившей разрушение двух двухшарнирных арок покрытия центрального рынка (решетчатые арки пролетом 45,2 м), была односторонняя снеговая перегрузка, значительно превысившая нормативную нагрузку. В результате перегрузки конструкций разрушение началось от среза заклепок в прикреплении раскосов, разрыва опорного рас¬коса прогона и среза заклепок в прикреплении этого раскоса. Здание было построено в 1961 г. с использованием старых клепаных конструкций ангара. Авария произошла в феврале 1966 г. Обрушились две средние арки из шести. Остальные сильно деформировались, провисли и наклонились в сторону упавших арок. Фактически снеговой покров был от 175 кГ/м2 до 340 кГ/м2 вместо 100 кГ/м2 по нормам. |
В условиях Сибири на кровлях промышленных предприятий, особенно при наличии фонарей или перепадов, расположенных поперек направления господствующих ветров, толщина снеговых отложений (мешков) доходит до 1,5—2,0 м. Уплотненный снег, смешанный с частицами песка и золы, имеет по данным объемный вес до 0,3—0,4 т/м3. До сих пор не наведен должный порядок в правильном учете снеговых нагрузок, особенно в районах с интенсивными снегопадами. Исследования ЦНИИСК (1962—1965 гг.) не совсем правильно утверждают, что «конструкции покрытий рассчитанные по действующим нормам, работают обычно удовлетворительно и выход их из строя в результате перегрузки снегом — редкое явление». Примеры, приведенные выше, наглядно убеждают в том, что аварии от перегрузки снегом не единичны, и рекомендации о дальнейшем снижении нормируемых снеговых нагрузок в среднем на 20% нуждаются в больших ограничениях и оговорках.
Вопрос о правильном учете снеговых нагрузок на современные промышленные сооружения далеко не нов. Так, например, Э. Д. Каи-Хут считает, что все крыши с уклоном не более 10° без уступов рассчитывают на большую, никогда не встречающуюся в практике снеювую нагрузку, а все крыши с уступами — на нагрузку, значительно меньше фактической. Интересные данные с фотографиями снежных заносов на крышах промышленных' зданий в условиях Сибири приведены в. Высота снежного покрова, если конфигурация кровли не обеспечивает беспрепятственного проноса снега, приводит к его интенсивному отложению в снеговых мешках слоями толщиной до 1 м в сутки. Объемный вес снега в январе—феврале составляет 300—350 кГ/м3, а в марте достигает 450 кГ/м3.
Автору в период Великой Отечественной войны приходилось неоднократно производить усиление аварийных металлических конструкций, главным образом стропильных ферм и прогонов. В большинстве случаев аварийное состояние возникало в связи со снеговой перегрузкой кровель промышленных зданий, которые в осажденном Ленинграде не очищались. Учет реальных метеорологических условий играет существенную роль при проектировании и, особенно, при эксплуатации сооружений. Разработка способов борьбы с заносами и снеговыми мешками на кровлях должна являться неотъемлемой частью проекта и инструкции по эксплуатации и уходу за сооружением. Не следует переоценивать также и возможность механизированной уборки снега, особенно для кровель с большими размерами в плане, очистку которых от снега даже механизированным способом производить достаточно сложно. В этом случае более эффективны методы растапливания снега и его удаления через систему водостоков.
|