О прочности зданий построенных по технологии Monolithic.

 Вспомните школьный опыт с яйцом.  Сферическая форма даже при хрупком материале из которого состоит яйцо и его тонкими стенками, очень тяжело разрушить.

ВЫДЕРЖАТ ЛИ НАШИ ЗДАНИЯ АМЕРИКАНСКУЮ БОМБАРДИРОВКУ СПЕЦИАЛЬНЫМИ СНАРЯДАМИ GBU-28 (мощность 2500кг)  ДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ БУНКЕРОВ?
 

МНОГО ЛИ ПОВРЕЖДЕНИЙ? ТОЛЬКО ИНТЕРЬЕР !

Этот купол был построен в Ираке. Во время военного конфликта на него была сброшена авиационная бомба GBU-28 с лазерным наведением, мощностью 2,5т в тротиловом эквиваленте.  За счет кумулятивного заряда, она смогла пробить лишь небольшое отверстие и хоть затем она взорвалась внутри здания и повредила архитектурное оформление, но сама конструкция здания не пострадала. После незначительного ремонта здание вновь было запущено в эксплуатацию.

BAGHDAD, Iraq (AFPN) -- A member of the Combined Weapons Effectiveness Assessment Team assesses the impact of a precision-guided 5,000-pound bomb through the dome of one of Saddam Hussein's key regime buildings here. The impact point is one of up to 500 the team will assess in coming weeks. (U.S. Air Force photo by Master Sgt. Carla Kippes, 1st Combat Camera Squadron, 621st Air Mobility Operations Group)
 

Купола Monolithic  являются самыми устойчивыми к воздействию неблагоприятных условий, а так же обладают не высокой ценой и имеют легкий фундамент не требующий серьезных земляных работ, что особенно хорошо для горной местности.
Ветер, дующий со скоростью в 70 миль/ч, на ровной местности создает давление на стену, высотой в 9 метров, равное 22 psf (фунта на квадратный дюйм). Если скорость ветра увеличится до 300 миль/ч давление увелится до 404psf. Скорость в 300 миль в час - это максимальная скорость смерча. Это значение намного превышает значения скорости для урагана.
[Для поднятия в воздух машины нужно давление воздуха 100 фунтов/ кв фут. Давление на стену здания может равняться весу 4 машин. Ни одно обычное здание не сможет выдержать такого давления. Многие купола Monolithic строятся под землей на глубине 10 метров. Такие здания должны выдерживать давления в 1 тонну на 1 кв фут (2000 psf).]
При воздействии торнадо купол Monolithic диаметром 100 футов и высотой в 35 футов будет иметь запас прочности приблизительно в 1,5 раза от своей минимальной проектной прочности. Другими словами ветер скоростью в 300 миль в час создаст давление в 1098 фунтов на кв. дюйм. Купол способен выдержать давление в 2394 фунта на кв. дюйм при проектной прочности в 4000 фунтов на кв. дюйм.
Так как купол Momolithic не является плоским зданием, то на него будет действовать не максимальное давление в 404 фунта на кв. фут, а меньшее. Так же и с прочностью бетона в 4000 фунтов на кв. дюйм. На самом деле прочность намного больше. Запас прочности  превысит возможную нагрузку в 3 или 4 раза.
   
Анализ прочности бетонных куполов
 
Примеры
Диаметр купола = 110’  Высота купола = 37’ Толщина = 3” (купол) и 8” основание
pz = pcos<b> sin<a>
p<a> = p<b> = o
мембранные силы
N<a> = - apk1 cos<b>
N<ab> = - apk2 sin<b>
N<b> = - apk3 cos<b>
сейсмическая сила (UBC 1985 Edition)
V = ZSICKW (формула для общей горизонтальной прочности)
Z = 1.0 (Zone IV — фактор сейсмической зоны)
CS = 0.14
I = 1.5 (фактор важности= больница)
K = 2.0 (необычное здания, такие как купол — более прочн
Следовательно: V = (1.0) (1.5) (0.14) (2.0) W = 0.420W — Замечение:
V = 0.14W для обычной деформации стены здания!
V = (0.420) (100) = 42.0 psf (фунтов на кв. фут) — один кв. фут купола толщиной в 8” весит 100 фунтов.
Значение p = V = 42.0 psf. для примера представим,что p = 60 psf. Это представляет собой разрушительную силу землетресения по требованиям с использованием максимального фактора 1.4 Максимальное давление в соответствии с N<b> is -64.8 psi; N<a> будет -70.6 psi.
Максимальный отрицательный момент is 909.3 lbs - ft/ft.
Для рабочей нагрузки в 40 psf в добавок к весу купола будут добавлены
приведенные выше давление и момент. Максимальное давление в соответствии с N<a>= -82.5psi; N<b> = -70.7 psi или . 146.5 psi. Максимальный отрицательный момент 1,588.0 lbs-ft/ft.
Максимальная допустимая сила сжатия для бетона
fc = 1.33 (0.45) (4000psi) = -2.394psi. Эта значение во много раз больше, чем необходимое -70.6psi.
Заключение
Сила воздействия большинства землетрясений значительно
меньше, чем вертикальные нагрузки, на которые рассчитана прочность купола.

Купол Monolithic в Порт Артуре выстоял уже против трех ураганов. Ураган не нанес куполу никаких значитетельных повреждений. Как упоминалось выше купол может легко выдержать силу давления смерча. Однако мусор переносимый смерчами может повредить поверхность купола. Если среди мусора есть деревянные балки или большие куски металла, то при определенных условиях они могу пробить дыру в куполе. Но дыра будет иметь локальное значение и серьезно не скажется на устойчивости всего купола. Так же возможны повреждения дверей и окон из-за перепада давления, вызванного смерчем. Самыми незаметными по воздействию на купол являются землетрясения. Самые сейсмоопасные территории в США помечены как зоны 4 Из анализа (см. врезку “Анализ ветровой устойчивости бетонных куполов”) ясно видно, что силы землетрясения не достигают достаточной мощности, чтобы достигнуть проектной прочность куполов Monolithic, предназначенных для общих целей. Нужны внешние силы во много раз больше, чем силы землетрясения для достижения проектной прочности бетона.

Анализ ветровой устойчивости бетонных куполов

Пример 1
Коммерческое здание высотой в 30 футов при воздействии класса С (самое сильное воздействие на открытой местности). Используя расчетное давление ветра из UBC 1985 Edition, section 2311.d,
V = 300 MPH
p = Ce Cq Qs I
I = 1.0 (Коммерческое здание)
Qs = 13psf (давление ветра)
Ce = 1.3 (высота здания 30 ft. - воздействие C)
Cq = 1.3 (метод 2)
Therefore p = (1.3) (1.3) (1.3psf) (1.0) = 22psf
Пример 2
Представим тоже здание и тоже класс воздействия при скорости ветра в 300 mph.
Ссылка: Finte, Mark, Handbook of Concrete Engineering; Nan Nostrand Reinhold, 1974.
p = 1/2 Cs Ca Cg P Vh
2 (H/h)2/alpha
Представим, что все значения постоянны, кроме скорости ветра.
p = C Vh
2 = 22psf for V = 70 mph (пример 1).
Из чего следует C = (22) / (70)2 = 0.00449
И следовательно p = (0.00449) Vh
2 for V = 300 mph; p = 404psf
Максимальная сила сжатия бетона в куполе диаметром 100 футов и высотой 35 футов при p = 400psf будет равняться 1,098psi. Из “Сейсмического анализа бетонных куполов” вы знаем, что
допустимое давление значительно больше и равняется 2,394 psi.
Заключение
Силы воздействия ветра и урагана на бетонный купол не могут нанести ему значительных повреждений. Купола являются очень прочными и устойчивыми сооружениями и в реальных условиях
останутся не поврежденными, в то время, как все обычные здания будут разрушены.   

Теперь рассмотрим радиоактивное заражение. Интересно отметить, что единственное сооружение, уцелевшее на поверхности земли в Хиросиме был купол с бетонным остовом. Купола Monolithic являются превосходной защитой при ядерном заражении. Дожди будут смывать ядерное заражении с купола намного эффективнее, чем с обычных зданий. Большинство куполов Monolithic довольно высокие. Сила воздействия радиации обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника. Крыша купола Monolithic будет держать радиацию на большем расстоянии, чем большинство обычных построек. Сам по себе бетон является хорошим абсорбентом радиации. Бетон купола Monolithic будет значительно уменьшать воздействие радиации на людей, укрывшихся под ним. Важно отметить, что немецкие тонкие купола лучше выдерживали бомбежку союзников, чем другие здания, во время Второй Мировой Войны. При попадании бомба могла отскочить от внешней стены купола или просто пробить дыру наскозь. Так как в куполах нет каких либо частей, несущих большую общую нагрузку, то не может быть серьезных повреждений, как у балок и колонн обычных зданий. Весь ремонт сводился в заделывании дыры от бомбы, если такая образовывалась.