Судя по характеристикам проектных решений здания школы, качеству использованных заводских изделий и качеству строительно-монтажных работ, можно сделать вывод о том, что обрушение части 4-этажного корпуса А вызвано несколькими причинами, главнейшими из которых являются:
Расчетная проверка прочности коридорных, участков поперечных стен, выполненных в зимних условиях в соответствии со всеми требованиями проекта, показывает, что прочность их в стадии оттаивания (при нулевой прочности раствора) оказывается значительно ниже требуемой СНиП.
Следует отметить, что указания по производству работ в зимних условиях, приведенные в типовом проекте, являются весьма неудачными, так как они, с одной стороны, рекомендуют вводить в раствор такое малое количество противоморозных добавок (5 % массы воды за-творения), которое не может обеспечить набор этим раствором прочности в зимних условиях, а с другой стороны не требуют устройства временного усиления или разгрузки коридорного участка поперечной стены на период оттаивания в соответствии с требованиями СНиП II-2-81 «Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования».
Непосредственной причиной обрушения явилось, по-видимому, оттаивание раствора в нижнем шве южной торцевой стены корпуса А. Аналогичный шов на сохранившемся северном крыле здания имеет толщину 8… 12 см и выполнен из очень слабого раствора. Можно полагать, что он был таким же и на южном крыле. При оттаивании он, естественно, потерял прочность прежде всего снаружи здания, и южная торцевая стена утратила устойчивость, Падая от здания, т. е. на юг, она повлекла за собой и перекрытия, которые в свою очередь потащили все поперечные стены, включая стену лестничной клетки по оси 10.
Завал конструкций, образовавшийся после обрушения части корпуса А, находился в основном внутри периметра его наружных стен. Только панели наружных стен нижнего этажа и части второго опрокинулись наружу за линии осей 1, Л а Н на 2…4 м. Панели верхних этажей этих стен упали внутрь здания. Последовательность обрушения конструкций и расположение последних в завале дают основание предполагать следующее:
В 1972 г. произошло обрушение части крупнопанельного здания школы. Здание состоит из трех корпусов— корпуса А высотой 4 этажа с размером в плане 16,8×12 м и корпусов Б и В высотой 2 этажа с размером в плане соответственно 26,8X12,8 и 80X12 м (рис. 9).
Несущими конструкциями корпуса А являются поперечные стены толщиной 15 см и ригели, расположенные в основном через 7,2 м, за исключением средней части между осями 10—17, где они расположены через 3,2 и 6,8 м. На несущие стены через ригели опираются многопустотные панели перекрытий. Опирание панелей на ригели осуществляется в виде платформенного стыка. В соответствии с проектом торцы многопустотных панелей на участках опирания должны заполняться бетоном марки М 300.
Поперечные стены опираются на фундаментные панели с проемами для прохода по техническому подполью. Фундаментные параметры опираются на сборные ленточные фундаменты из сборных железобетонных блоков-подушек (рис. 10).
Несущими конструкциями в осях 1—9 и 20—26 служат железобетонные колонны высотой в 2 этажа и балки пролетом 12 м, по которым уложены многопустотные панели покрытий.
Устойчивость конструкций здания, которое разрушено в результате воздействия случайных нагрузок, зависит от трех факторов. Это, во-первых, прочность материала и взаимное расположение конструктивных элементов и их несущая способность; во-вторых, характер и величина усилий, которые должна воспринять конструкция в результате воздействия основных и дополнительных нагрузок, и, в треьих, потенциальная энергия самой конструкции (при местном нарушении ее прочности и устойчивости).
Результаты испытаний модели показывают, что в этом случае существует относительно простая зависимость между разрушающей нагрузкой и количеством арматуры в шве между панелями. Такой вывод подтверждается тем фактом, что основной причиной разрушений для всех опытов с этой конструкцией явились напряжения при изгибе с достижением арматурной стали в шве напряжения, равного пределу текучести на растяжение и без разрушения бетона, заполняющего шов в процессе его сжатия. Выявлено, что в результате простого расчета на изгиб можно с достаточной точностью определить величину разрушающей нагрузки для такого вида конструкции. В этом расчете необходимо учитывать прежде всего изгибающие моменты относительно нижней точки поворота консоли с плечом от верхнего до нижнего яруса арматуры, а также иметь в виду, что вся арматура в сечении вертикального шва достигает предела текучести в момент, когда на конструкцию действует разрушающая нагрузка.
Испытания конструкций крупнопанельных зданий, которые описываются ниже, преследовали две цели: исследовать влияние новых требований, изложенных в дополнении, на повышение надежности конструкций из сборных железобетонных панелей, находящихся под нагрузкой, и исследовать поведение стыков между панелями при групповой работе панелей.
Для проведения испытаний были выбраны модели участка торцевой стены в обычной конструкции крупнопанельного здания с несущими взаимно пересекающимися стенами. Панели конструкции были выполнены из железобетона в масштабе 1 : 2 и приняты трех типов.
Стыки часто являются самым слабым звеном в крупнопанельных сооружениях. Они должны быть соответствующим образом армированы, иметь достаточно простую конструкцию с хорошо замоноличенными арматурными стержнями, что обеспечит расчетную несущую способность стыков. Чтобы гарантировать требуемое усилие в связях, может потребоваться устройство петель с механическими анкерами нли сварных соединений. По-видимому, неразрезность стеновых панелей в вертикальном направлении можно обеспечить без существенного удорожания, используя для этого подвижные стержни и установочные гайки (рис. 7).
В связи с обрушением здания в Лондоне в канадские строительные нормы было включено специальное требование о «конструктивной связности» здания или сооружения. Это требование устанавливает, что здания и сооружения должны обладать такой конструктивной связностью, чтобы вероятность прогрессирующего разрушения, вызванного местным разрушением конструкций от действия исключительно высоких перегрузок или необычных нагрузок, не предусмотренных специально в данном разделе норм, снизилась до величины, обычной в инженерной практике.
Давая оценку обычной конструкции с точки зрения прогрессирующего разрушения, Р. Ферахиан отмечает, что многие обычные типы конструкций уже обладают скрытым сопротивлением прогрессирующему разрушению: прочностью, гибкостью и способностью к перераспределению нагрузок. Примерами таких сооружений могут служить здания с монолитным железобетонным и неразрезным стальным каркасом и заполнением из панелей. Кроме того, в прошлом инженеры были не так уж невнимательны к вопросам прогрессирующего разрушения, о чем свидетельствуют общепринятые правила устройства связей.