Как известно, около 5% территории России расположено в зоне риска чрезвычайно опасных землетрясений: до 9 баллов по шкале Рихтера. Это весь Дальний Восток (включая Сахалин, Курилы и Камчатку), Северный Кавказ, Алтай, Саяны, Прибайкалье, Становое нагорье и Якутия. Еще 20% территории периодически подвергается воздействию подземных толчков силой до 7 баллов, причём в этих местностях проживает до 20 млн. человек! Остальные районы (к ним относится, в частности, и Центральная Россия, включая Москву) считаются умеренно спокойными, но и здесь возможны толчки силой до 5 баллов, вызванные отголосками крупных тектонических катастроф (см. табл. 1).
Более того, последние исследования показали, что существующая сейсмическая опасность во многих случаях занижена. Так, совсем недавно несколько крупных землетрясений произошли в районах, которые либо вовсе не относились к сейсмически опасным, либо классифицировались как территории с меньшей расчётной интенсивностью воздействий.
Таблица 1. Сейсмическая шкала Института физики Земли РАН
9 бальные сейсмические испытания (дополнение)
| Балл | Смещение х0 мм | Краткая характеристика землетрясения |
| 1 | — | Колебания почвы отмечаются приборами |
| 2 | — | Колебания почвы ощущаются в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии |
| 3 | — | Колебания отмечаются немногими людьми |
| 4 | 0,5 | Землетрясение отмечается многими людьми. Возможно колебание окон, дверей |
| 5 | 0,5 1 | Качание висячих предметов, скрип полов, дребезжание стекол, осыпание извести |
| 6 | 1,1-2 | Легкие повреждения в некоторых зданиях: тонкие трещины в штукатурке, трещины в печах и т.п. |
| 7 | 2,1-4 | Значительные повреждения в некоторых зданиях: трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах, повреждение дымовых труб |
| 8 | 4,1-8 | Разрушения в некоторых зданиях: большие трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб |
| 9 | 8,1-16 | Обвалы в некоторых зданиях, обрушение стен, перекрытий, кровли |
| 10 | 16,1-32 | Обвалы во многих зданиях. Трещины в грунтах около 1 м шириной |
| 11 | 32 | Многочисленные трещины на поверхности земли, большие обвалы в горах |
| 12 | — | Изменение рельефа в больших размерах |
Испытание дома в Ташкенте, вибродинамические испытания
Можно вспомнить землетрясение мощностью 9 баллов на Алтае в 2003 году, целую серию ударов мощностью 10 баллов в Корякском АО в 2006 году, на Средних Курилах в 2006 и 2007 годах, на Сахалине в 2007 году и, наконец, катастрофу в Республиках Тыва, Хакасия и Алтай, произошедшую 27 декабря 2011 г., при этом следует отметить, что долгосрочный прогноз сейсмической активности говорит о её увеличении: например, уже в ближайшее десятилетие высока вероятность серьёзного землетрясения в Курило-Камчатской зоне.
На этом фоне угрожающе звучат экспертные оценки и данные МЧС, согласно которым «имеют дефицит сейсмостойкости и могут представлять источник опасности при сейсмических воздействиях до 50% объектов жилого, общественного, производственного назначения и коммунальной сферы (в некоторых регионах этот показатель составляет от 60 до 90%)»1. Реконструкции требуют около 20 тыс. различных сооружений, в том числе — жилые дома. Общая площадь зданий и сооружений, требующих первоочередного усиления и защиты, достигает 30 млн. кв. метров, а их стоимость оценивается в 400-450 млрд. рублей.
Также следует заметить, что строительство и реконструкция зданий в сейсмоопасных районах дороже стандартных. Удорожание сметы во многом зависит от сейсмической зоны. Так, в 7-балльных районах оно составляет примерно 5%, в 8-балльных — 8%, а в 9-балльных — 11% от стоимости реализации обычного проекта2.
Неудивительно, что Федеральная целевая программа (ФЦП) по повышению устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения сейсмических районов России продлена до 2018 года, а объём её финансирования увеличен до 80 млрд. руб. — об этом сообщил на прошедшем 4 июля 2012 года совещании в Петропавловске-Камчатском премьер-министр России Дмитрий Медведев.
Согласно ФЦП, выделенные средства пойдут на сейсмоусиление зданий и сооружений, начиная с жилых домов и заканчивая инфраструктурными объектами. Кроме того, планируется взамен объектов, сейсмоусиление или реконструкция которых экономически нецелесообразны, возводить новые. Причём строительство должно вестись с использованием современных материалов и технологий.
Следует отметить, что само по себе применение подобных методов, вне комплексных технических решений и продуманного общего подхода к строительству, не гарантирует сейсмостойкости объектов. Более того, даже самые передовые технологии могут оказаться бесполезными или опасными, если их применять без учёта специфики региона и опыта прошлых сейсмических атак.
Например, одним из наиболее эффективных способов модернизации фасадов старых зданий и облицовки новых является установка навесных фасадных систем, состоящих из металлических несущих подконструкций, облицовочных элементов и теплоизоляции. На первый взгляд, они обладают достаточной расчётной прочностью, чтобы противостоять даже значительным толчкам (эти системы широко применяются в различных сейсмоопасных регионах мира). Однако до недавнего времени в России не проводились регулярные полномасштабные испытания поведения данных конструкций в условиях, наиболее приближенных к реальным. Таким образом, при выборе подобных систем у проектировщиков не было возможности предсказать их поведение и гарантировать устойчивость во время серьёзных толчков.
«Между тем именно подконструкция (или подсистема) определяет способность вентфасада выполнять возложенные на него задачи, — говорит Сергей Якубов, руководитель департамента «Фасадные системы и ограждающие конструкции» Группы компаний Металл-Профиль. — Требования к подконструкции должны быть основаны на серьёзном прочностном расчёте, который с возможной полнотой учтёт специфику эксплуатации фасадной системы, в том числе и экстремальную. Понятно, что стоимость и простота монтажа и эксплуатации фасадной системы являются важными факторами, однако главным критерием её выбора должна быть подтверждённая сейсмостойкость».
Примечательно, что методика проверок достаточно сложна и включает в себя испытания на экспериментальном стенде, позволяющем смоделировать весь процесс развития реального землетрясения. Например, испытания навесных фасадных систем с облицовкой плитами из керамогранита и стальными фасадными кассетами проводились в 2 этапа.
Сначала исследовалась реакция экспериментального образца на действие сейсмических сил. Процесс смоделировали за счёт колебаний платформы-маятника, на которую была установлена рама с фасадной системой. Механизм стенда имитировал колебания с частотой от 0,4 до 20 Гц при амплитуде от 1 до 100 мм.
На втором этапе проводились испытания при горизонтальном импульсном (ударном) силовом воздействии платформы-маятника на демпфирующий упор. Величина воздействия соответствовала короткопериодному спектру от 0,1 до 0,3 секунды с ускорением от 0,1 до 1,0 g. Дополнительно в процессе испытаний было исследовано поведение системы в случае совпадения величин собственных частот колебаний системы с частотами колебаний виброплатформы (т.е. эффект резонанса). Это явление наблюдалось при колебаниях с частотой 4,4 Гц с амплитудой 3,8 мм.
По результатам испытаний, эксплуатационная надёжность образцов на всех этапах нагружения не была нарушена, что позволило экспертам сделать выводы о возможности использования подобных систем вентилируемых фасадов в районах с сейсмичностью от 7 до 9 баллов.
Однако сейсмическая надёжность подсистемы — не единственный критерий безопасности вентфасадов. Во многих случаях важен также правильный выбор облицовочных материалов. Известно, что наибольшей популярностью у российских застройщиков пользуется довольно привлекательный с экономической точки зрения керамогранит, однако этот облицовочный материал может быть потенциально опасен при землетрясениях. И это наглядно показывает опыт Казахстана. «Керамогранит в сейсмически опасных районах представляет собой бомбу замедленного действия, — считает член Совета директоров ГК Металл Профиль Евгений Шумаков. — В случае даже относительно слабого по баллам землетрясения он очень легко превращается в осколки, которые представляют угрозу не только для строений или припаркованных рядом с ними машин, но и для жизни людей.
Мы хорошо осознаём масштабы угрозы, потому что производим подсистему для крепления керамогранита. Мы проводили испытания на сейсмоустойчивость, которые показали, что, в частности, металлическая фасадная кассета выдерживает землетрясение до 9-ти баллов. Можно констатировать, что для сейсмоопасных территорий идеальной является именно стальная облицовка вентфасадов: например, фасадные кассеты или более доступные по стоимости линеарные панели Primepanel®».
Облицованные керамогранитом фасады после землетрясения (Казахстан)
Конечно, вентфасады — не единственное решение, которое может использоваться при строительстве зданий в сейсмоопасных районах. Например, при строительстве олимпийских объектов в Сочи, где сейсмоопасность весьма значительна, широко использовались сэндвич-панели со специальным сейсмоустойчивым креплением.
В частности, стены Большой ледовой арены возводятся с применением трёхслойных сэндвич-панелей (ТСП), специально изготовленных ГК Металл Профиль. С использованием ТСП построен и конькобежный центр, спроектированный итальянским архитектором Алессандро Цоппини в сотрудничестве с Buro Happold. В соответствии с проектом для них используются специальные сейсмостойкие крепления, получившие одобрение ЦНИИПромзданий и способные выдержать даже 9-балльное землетрясение. «В настоящий момент мы, совместно с компанией Global Rivet, осуществляем разработку сейсмобезопасного крепежа ТСП с помощью обычных саморезов. Это позволит существенно снизить сметную стоимость возведения сейсмоустойчивых зданий», — добавляет Сергей Якубов (ГК Металл Профиль).
Для обеспечения безопасности зданий на сейсмоопасных территориях важно, чтобы способностью выдержать землетрясение обладали не только конструкции этих зданий, но и инженерные системы. Между тем подобным вопросам часто не уделяется должного внимания, хотя современные здания, особенно высотные, которые строятся сейчас в том числе и в сейсмоопасных зонах, представляют собой сложнейший комплекс разнообразных сетей и технологического оборудования.
От их успешного функционирования даже в условиях подземных толчков напрямую зависит безопасность всех, кто находится внутри таких зданий.
Например, известно, что наибольшие потери во время землетрясений вызваны возгораниями из обрывов электропроводки и т.п. Поэтому при строительстве и реконструкции инженерных сетей и сооружений для сейсмоопасных районов (с сейсмичностью 7-9 баллов) необходимо дублировать критические технологические узлы (насосные подстанции, электрогенераторы и пр.). Об этом говорит трагический опыт японской АЭС Фукусимы, где проблемы начались именно из-за выхода из строя насосного оборудования системы охлаждения реакторного блока.
«При землетрясениях на трубопроводы и насосы действуют чрезмерные нагрузки, во много раз превосходящие стандартные, — говорит Роман Марихбейн, руководитель направления «Насосы инженерных систем зданий» компании GRUNDFOS, ведущего мирового производится насосного оборудования. — Единственным выходом является увеличение жёсткости всей трубопроводной сети, выбор надёжного оборудования и его дублирование, включающее организацию независимых источников питания». Также специалист добавляет, что при сохранности несущих конструкций здания во время землетрясения водопроводные и теплофикационные системы, выполненные из металлических труб диаметром 25-75 мм, получают незначительные повреждения. На практике инженерные коммуникации повреждаются от землетрясения интенсивностью в 8 баллов и более.
С учётом озвученных принципов проектировался и строился, например, горнолыжный комплекс ОАО «Газпром» «Лаура», который стал одним из базовых элементов олимпийской инфраструктуры. Он расположен в сейсмически неспокойном районе реки Мзымта, поэтому расчёт вёлся на устойчивость даже при 9-балльном землетрясении. В состав комплекса входят несколько десятков горнолыжных трасс, канатные дороги и подъёмники, лыжная школа, коттеджный посёлок и гостинично-ресторанный комплекс. Горно-туристический центр автономен: энергия вырабатывается собственной газотурбинной теплоэлектростанцией, выдающей 10 МВт, достаточных для бесперебойного снабжения всего комплекса электричеством, водой (артезианские скважины) и теплом. Основные линии жизнеобеспечения дублированы, а всё оборудование полностью диспетчеризовано, что позволяет быстро обнаруживать и ликвидировать неполадки.
На сегодняшний день, с учётом явного усиления сейсмической активности и одновременно с активизацией строительства в сейсмоопасных районах, вопросы безопасности зданий и сооружений стоят как никогда остро. Поэтому грамотное применение современных технологий с тщательным учётом специфики материалов и оборудования становится насущной необходимостью.
Источник: www.vashdom.ru
Сейсмостойкость и высота многоэтажных железобетонных зданий
Каркасно-панельная система со стенами-диафрагмами
Как показала практика, сейсмостойкость обычной каркасно-панельной конструкции невысока. При землетрясении горизонтальное перемещение системы больше, при этом совместная работа колонн с плитами при передаче поперечных сил затруднена. При землетрясении часто наблюдаются разрушения, вызванные потерей устойчивости колонн и нарушением соединений. Как отмечено в ряде литературных источников, цельная каркасно-панельная система неприменима при проявлении сейсмических воздействий. Отечественные и китайские нормы сейсмостойкости, нормы проектирования железобетонных конструкций и правила проектирования многоэтажных железобетонных конструкций исключают эту систему из возможных вариантов конструктивных решений.
Сейсмостойкость каркасно-панельной системы со стенами-диафрагмами лучше по сравнению с предыдущей системой. Оценка сейсмостойкости конструкций имеет различия в проектировании по нормам разных стран мира. Нормы сейсмостойкого проектирования Китая строго ограничивают высоту каркасно-панельного сооружения со стенами-диафрагмами. Для оценки сейсмостойкости этой конструктивной системы на рисунках показаны два каркасно-панельных здания со стенами-диафрагмами, разрушенных в результате землетрясения в Мексике в 1985 году.
Каркасно-панельное здание со стенами-диафрагмами (12 этажей)
1 — облицовка фасада, не соединяющаяся с конструкцией; 2 — кирпичная стена толщиной 14 см; 3 — колонна 35×70 см; 4 — железобетонное ядро толщиной 20 см
Каркасно-панельное здание со стенами-диафрагмами (15 этажей)
В здании на первом рисунке стены и колонны 2-го и 5-го этажей разрушились от кручения в основании стен, в перекрытиях возникли локальные трещины, в колоннах с 5-го по 11-й этаж возникли трещины значительного раскрытия, основание стен-диафрагм просело.
В здании на втором рисунке стены и колонны 2-5 этаж разрушились от кручения, возникли трещины на отдельных участках перекрытия. Конструкции 1-4 этажей почти не пострадали, в колоннах с 5-го по 11-й этаж возникли трещины.
Максимальные высоты железобетонных многоэтажных зданий (м)
Сейсмическое воздействие (баллы)
Каркас со стенами-диафрагмами
каркасные конструкции с цилиндрическим ядром жесткости
цилиндрическая конструкция с внутренним ядром жесткости
Каркас с панельными стенами-диафрагмами
1. Высота здания определяется по наружной поверхности до верхнего перекрытия, не включая высоты аппаратной лифта, водохранилища, каркасы которых превышают перекрытие.
2. В таблице приведены данные для симметричных каркасов.
3. Прерывистые стены-диафрагмы опираются на фундамент.
4. Для несимметричных конструкций максимально применимая высота должна понижаться.
5. Для обеспечения сейсмостойкости рекомендуется проектировать здание с запасом на 1 балл по силе возможного землетрясения; при прогнозируемых воздействиях в 9 баллов необходимо проведение дополнительных мероприятий.
6. Если в случаях сейсмического воздействия силой 9 баллов высота здания превышает значение, приведенное в таблице, то данное проектное решение должно быть обосновано и проведены соответствующие конструктивные мероприятия.
Каркасные конструкции
В США, Новой Зеландии и других странах на основании практики проектирования считают, что здание с прямоугольным каркасом, обладающим достаточной упругостью, имеет хорошую сейсмостойкость. На рисунке ниже — каркасное здание,испытавшее крупные разрушения при землетрясении в Осака-Кобе (Япония) наиболее серьезные разрушения получили продольные каркасные балки по осям XI, Х2 и узлы сопряжения балок и колонн. Вследствие этого такая каркасная система не получила широкого распространения. Для высотных зданий, построенных на ее основе, установлены строгие ограничения.
Каркасные здания со стенами-диафрагнами и с цилиндрическим ядром жесткости
В 70-80-е годы XX века в мире существовали разные точки зрения на оценку сейсмостойкости стен-диафрагм и диафрагм-цилиндров. Опыт землетрясений показал важность стен-диафрагм для обеспечения сейсмостойкости зданий, позволил сделать общие выводы по данному вопросу.
Если конструкции стен-диафрагм (или цилиндрических конструкций) соединить пластическими элементами со связующими балками и обычными стенами здания, то можно обеспечить хорошую сейсмостойкость. При землетрясении в Японии (1995 г.) было замечено, что жилые дома с конструкциями стен-диафрагм (высотой 10 этажей), подверженные сильным сейсмическим воздействиям, проявили хорошую сейсмостойкость.
При этом элементы диафрагм не разрушались, а в связующих балках наружных стен возникают изгибные разрушения (рис. 3.3.15, а и рис. 3.3.15, Ь). Анализ последствий землетрясений подтвердил хорошую сейсмостойкость зданий со стенами-диафрагмами в Хэпули (Югославия, 1963 г.) и Бухаресте (Румыния, 1977 г.). Другие конструкции оказались слабее.
То же наблюдалось при землетрясении в Никарагуа (1972 г.).
Сложные конструкции многоэтажных зданий
К конструкциям сложных многоэтажных зданий относятся несимметричные системы, проектирование которых предусматривает проведение специальных мероприятий, обеспечивающих их сейсмостойкость. Примеры таких зданий при землетрясениях весьма многочисленны, особенно при наличии дискретных вертикальных стен-диафрагм. На опыте экспериментальных исследований в отечественных нормах сейсмостойкого проектирования для конструкции зданий с прерывистыми стенами-диафрагмами приведены соответствующие способы сейсмостойкого проектирования. Применимость таких конструкций зданий ограничивается 9-балльным землетрясением, а их высота ниже, чем при использовании сплошных стен диафрагм.
«Техническая инструкция по проектированию конструкций высотных зданий» содержит ограничение проектирования конструкций в сейсмических районах. Под воздействием сейсмики несимметричные конструкции легко проявляют недостатки. Для повышения сейсмостойкости конструкций необходимо соблюдение правил проектирования и соответствующих рекомендаций, проведение специальных исследований.
1. При 9-балльной сейсмической активности уже не применимы многие возможные конструктивные решения.
2. При строительстве многоэтажных зданий в районах с сейсмостойкостью 7, 8 баллов не рекомендуется применять более двух различных типов конструкций (сложные здания). Это приводит к серьезным разрушениям.
3. Для конструкций зданий с разноуровневыми этажами, выполненных на основе каркасной системы со стенами-диафрагмами, строго ограничивают высоту здания. При сейсмичности района 7, 8 баллов высоты зданий с разноуровневыми этажами и стенами-диафрагмами должно быть менее 80 и 60 м соответственно. Конструкции с разноуровневыми этажами имеют несимметричную структуру, недостаточное число реакций для восприятия горизонтальных сил, ослабления из-за разноуровневых этажей. Практика показала, что такие конструкции обладают меньшей сейсмостойкостью и высота их должна быть строго ограничена.
Конструкции каркасных зданий со стенами-диафрагмами в Осаке-Кобе, при землетрясении получившие разрушения среднего уровня
а — конструкции 10-этажного жилого дома со стенами-диафрагмами; b — состояние конструкции каркасного 7-этажного здания со стенами-диафрагмами, разрушение неразрезных балок из-за текучести, стены-диафрагмы не разрушились
Конструкция ствола 18-этажного здания банка Мэнь Шоу
План конструкций 15-этажного здания Государственного банка
4.Конструкции многоэтажных зданий не должны иметь жестких соединений. При землетрясении более жесткие соединения наиболее подвержены разрушению. При этом, чем выше здание, тем больше значения реакций в жестких соединениях, следовательно, необходимо ограничивать применимые высоты для таких конструкций.
5.При проектировании сейсмостойких цилиндрических конструкций с внутренним ядром жесткости (пункт В), имеющих разноуровневые этажи и внешний цилиндр жесткости с панельным каркасом из стен-диафрагм, максимальное значение применимых высот должно быть меньше, чем значения, приведенные в таблице. Исследования показали, что в этих конструкциях наблюдается существенное изменение несущей способности и передачи усилий между элементами системы, следовательно, необходимо снижать максимально применимые высоты. Исследованиями установлено, что снижение определяется в пределах 10-20%.
Главная особенность правил состоит в разделении зданий на типы А и В. Многоэтажные здания типа А проектируются согласно общепринятым строительным нормам. Многоэтажные здания типа В требуют соблюдения дополнительных требований проектирования.
Правила требуют соблюдения следующих положений:
1. Железобетонным многоэтажным зданиям типа А соответствуют предельные значения высоты, приведенные в таблице, такие конструкции получили широкое распространение и многостороннее применение. Если каркасные здания со стенами-диафрагмами или диафрагмами цилиндрической формы превышают высоты, указанные в табл. 3.3.2, то такие многоэтажные здания относят к типу В. Максимально применимые высоты многоэтажных зданий типа В не должны превышать значений, приведенных в таблице, при этом предусматривается проведение дополнительных исследований и соответствующих мероприятий.
Каркасные конструкции, конструкции с каркасно-панельными стенами- диафрагмами и конструкции с сейсмостойкостью 9 баллов, высоты которых превышают максимально применимые высоты для зданий типа А, из-за недостаточности исследований и отсутствия опытов строительства не могут быть причислены к типу В.
2. Теперь для обеспечения сейсмостойкости конструкций со стенами-диафрагмами, несмотря на разногласия, исследованиями установлено, что максимально применимые высоты таких зданий следует снижать. Так, конструкции со стенами-диафрагмами при 7-балльной сейсмостойкости должны быть ниже 100 м, при 8-балльной ниже 80 м; в многоэтажных зданиях типа В и 9-балльной сейсмостойкости типа А не следует применять такую конструктивную схему.
Источник: ros-pipe.ru
Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений
Халелова, А. К. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений / А. К. Халелова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 46 (336). — С. 40-44. — URL: https://moluch.ru/archive/336/75185/ (дата обращения: 05.10.2022).
Сейсмостойкость зданий и сооружений — фактор, который необходимо учитывать, особенно при строительстве в сейсмически активных регионах. Одним из основных подходов к повышению сейсмостойкости на сегодняшний день является использование различных систем сейсмозащиты. Не всегда экономически выгодно и рационально повышать сейсмическую стойкость строительных конструкций или фундаментов для оборудования простым увеличением прочности. Повышение прочности конструкций приводит к увеличению их массы и, как следствие, к увеличению инерционных сейсмических нагрузок. В этой статье подробно рассматриваются различные методы сейсмической защиты, наиболее часто используемые в строительстве.
Ключевые слова: сейсмостойкость зданий и сооружений, методы сейсмозащиты, традиционный метод, специальный метод.
Землетрясение — одно из самых опасных природных динамических явлений, обладающее огромной силой, причиняющее значительный вред территории, на которой оно происходит: катастрофическое разрушение важнейших промышленных, энергетических и строительных объектов, колоссальные экономические потери, а в отдельных случаях — полное разрушение регионов и даже государств. Большая территория Республики Казахстан находится в сейсмически опасной зоне.
Самая высокая сейсмическая опасность — в Алматы. Алматы относится к району с 9-балльной сейсмичностью. Но есть и территории с 10-балльной активностью. К ним относятся предгорья.
По мере изучения особенностей и закономерностей сейсмических воздействий, благодаря развитию теорий сейсмостойкости, методов расчета и средств вычислительной техники, основные принципы обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений, разработанные в прошлые столетия, дополнялись и развивались за счет более совершенных конструкций и специальных средств, часть из которых нашла применение в практике строительства. Тем не менее, полагать проблему обеспечения сейсмостойкости сооружений полностью решенной нельзя, о чем убедительно говорят последствия многочисленных землетрясений, произошедших за более-менее длительный период времени современной истории.
В современных конструктивных решениях невозможно повысить сейсмостойкость только за счет увеличения размеров сечения, прочности и веса. Конструкция может быть более прочной, но не обязательно рентабельной из-за веса и инерционной сейсмической защиты. Эти методы включают изменение массы или жестокости или смягчение системы в зависимости от ее движений и скорости. В настоящее время известно более сотни запатентованных моделей сейсмической защиты.
Традиционные методы распространились в нескольких странах, подверженных сейсмическим рискам, и являются общепринятыми. Однако специальная сейсмическая защита во многих случаях позволяет снизить стоимость армирования и повысить надежность возводимых конструкций. За последнее десятилетие десятки различных технических решений по специальной сейсмической защите зданий и инженерных сооружений были предложены в Японии, США, Новой Зеландии и странах СНГ. Многие из этих предложений были реализованы на практике.
Классификация методов сейсмозащиты
- Традиционный метод
Существующие в настоящее время методы повышения сейсмостойкости оснований и строительных конструкций сооружений принято разделять на традиционные и специальные.
Традиционные методы основаны на выполнении ряда условий, часть которых применялись уже в древности и формулировались в виде следующих рекомендаций:
— сооружение не должно быть очень протяженным или чрезмерно высоким;
— распределение масс строительных конструкций должно быть равномерным;
— сооружение в плане должно быть центрально-симметричным;
— замена жесткой связи между фундаментом и сооружением за счет использования пластического вяжущего материала (в странах Средней Азии и Ближнего Востока таким материалом служил раствор на ганче — разновидности гипса);
Смысл этих рекомендаций состоит в следующем. Центральная симметрия сооружения позволяет обеспечить равнопрочность конструкции здания независимо от направления. Примеры таких сооружений приведены на рис. 1.
Рис. 1. Примеры центрально-симметричных сейсмостойких зданий.
К сожалению, на сегодняшний день у традиционной сейсмозащиты все имеющиеся положительные резервы уже выявлены и задействованы, поэтому ожидать существенных улучшений положения в эффективности и надежности сейсмозащите не приходится. Кроме этого, при разрушительных землетрясениях, традиционные методы сейсмозащиты оказываются недостаточными и слишком затратными.
Известно, что характер поведения зданий и сооружений во время землетрясения предугадать весьма сложно, в связи с этим наряду с традиционными способами сейсмозащиты были разработаны нетрадиционные способы, специальные, такие как активная и пассивная сейсмозащита. Специальные способы сейсмозащиты позволяют не только снизить затраты на усиление конструкции здания, но и повысить прочность и надежность всей конструкции.
- Нетрадиционный (специальный) метод
Рис. 2. Классификация систем сейсмозащиты
В связи со строительством высотных зданий в сейсмоактивных районах, использование специальных активных способов сейсмозащиты как никогда актуально. Активные способы включают в себя использование дополнительных источников энергии и элементы, регулирующие работу этих источников. Достоинство данной системы заключается в том, что стало возможно управлять колебательным процессом не только от сейсмических, но и от ветровых воздействий.
Идеи, заложенные в создании нетрадиционных методов обеспечения сейсмостойкости, основаны на хорошо известных принципах, к которым относятся снижение собственной частоты колебаний сооружения по сравнению с преобладающими частотами сейсмического воздействия, устройство фундаментов без жесткой связи с сооружением, использование динамических гасителей различного типа и др. Достаточно сказать, что число объектов, построенных с применением различных средств сейсмоизоляции и сейсмозащиты в промышленно развитых странах в настоящее время исчисляется многими сотнями, при этом в их число входят сооружения с высокой степенью ответственности — реакторные отделения АЭС, крупные мосты, высотные здания и т. п. Некоторые примеры использования нетрадиционных методов сейсмозащиты мостов, зданий и крупных сооружений приведены на рис. 3.
Рис. 3. Системы сейсмоизоляции высотных зданий
Особенно интенсивно исследования и разработки этого направления осуществляется в Японии, Новой Зеландии, сейсмически активных районах Европы, Северной и Южной Америки.
На основании изложенного выше, можно сделать следующие выводы.
На современном этапе проблема защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий является чрезвычайно важной задачей.
Правильное применение метода сейсмозащиты при проектировании и строительстве зданий и сооружений может значительно повысить такие характеристики как:
− Безопасность и надежность оборудования.
− Экономическая эффективность зданий.
− Нет необходимости в ремонте после разрушительных землетрясений.
− Комфорт и удобство для жителей
В последние два-три десятилетия внимание мировой науки к проблеме обеспечения сейсмостойкости конструкций, в том числе с применением нетрадиционных методов, значительно возросло, опубликованы десятки статей и докладов теоретического и экспериментального характера, проводятся международные конференции. В Республике Казахстан также создано несколько направлений по данной тематике, работы отечественных ученых занимают в них видное место, но масштабы практического применения значительно ниже, чем у зарубежных.
- Амосов А. А., Синицын С. Б. Основы теории сейсмостойкости сооружений. — М.: АСВ. 2001.
- Поляков В. С., Килимник Л. Ш., Черкашин А. В. Современные методы сейсмозащиты зданий. — М.: Стройиздат. 1989.
- Айзенберг, Я. М. Реабилитация сейсмостойкости зданий с гибким нижним этажом [Текст] / Я. М. Айзенберг // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. Вып. 5. 2001.
- Kageyama, T., Umeki K., Somati T., Moro S.. — Development of Three Dimensional Base Isolation System with Cable Reinforcing Air Spring. — Transaction of the 17th International Conference in Reactor Technology (SMIRT-17).
- Kashiwazaki A., Shimada T., Fudgiwaka T., Moro S. Study on 3- Dimensional Base Isolation System: No.l. — Transaction of the 17th Interna¬tional Conference in Reactor Technology (SMIRT 17).
- СП РК 2.03–30–2017 «Строительство в сейсмических зонах»
- Авидон Г. Э., Карлина Е. А. Особенности колебаний зданий с сейсмоизолирующими фундаментами
- А. М. Курзанова и Ю. Д. Черепинского // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. № 1, 2008.
- Ушаков, А. С. Методы сейсмоизоляции фундаментов сооружений.
Основные термины (генерируются автоматически): сооружение, жесткая связь, здание, Зеландия, Казахстан, сейсмическая защита, сейсмостойкость зданий, специальная сейсмическая защита, традиционный метод, Япония.
Источник: moluch.ru