Сейсмическое микрорайонирование (СМР) — определение сейсмичности площадки изысканий на основе материалов уточнения исходной сейсмичности (УИС), детального сейсмического районирования с учётом локальных грунтовых условий по данным инженерно-геологических изысканий.
Детальное сейсмическое районирование, уточнение исходной сейсмичности – оценка сейсмичности района или площадки строительства без учёта влияния локальных грунтовых условий, может рассчитываться на уровень коренных пород, либо на «эталонный грунт» (обычно грунт II категории или наиболее распространённый грунт на территории региона). Данный этап обычно предшествует сейсмическому микрорайонированию и предусматривает сейсмотектонические и сейсмологические исследования.
Проведение cейсмического микрорайонирования площадок строительства зданий и сооружений предусмотрено в районах с сейсмичностью 7, 8 или 9 баллов согласно предварительной оценке на основе карт общего сейсмического районирования и табл. 1 СП 14.13330.2014. Сейсмическое микрорайонирование входит в состав комплексных инженерно-строительных изысканий.
Особенности строительства в сейсмических районах
Область применения
Нормативная база
Сейсмическое микрорайонирование. Фрагмент карты СМР
Компания ГЕОФИЗТЕХ проводит сейсмическое микрорайонирование местности, используя современные инструментальные, теоретические и программные разработки. Для наиболее ответственных объектов проводятся дополнительные работы по уточнению исходной сейсмичности площадки строительства или детальное сейсмическое районирование исследуемых территорий. Специалисты ГЕОФИЗТЕХ имеют опыт и возможности по сбору материалов и построению региональных баз данных параметров региональной сейсмичности, зон возможных очагов землетрясений, подбору соотношений затухания динамических параметров прогнозируемых сейсмических воздействий с учётом передового международного опыта в области оценки сейсмической опасности.
Разрез и годограф для поперечных сейсмических волн, по горизонтали отметка по профилю (в м), по оси ординат снизу времена вступления волн, по оси ординат сверху глубина, цифрами на разрезе приведены значения скоростей сейсмических волн (в м/с)
В комплекс работ по сейсмическому микрорайонированию входят инженерно-геологические и инструментальные исследования, теоретические расчеты и специальные работы по выбору эталонных грунтов.
При инженерно-геологических исследованиях мы используем методы наземной инженерной сейсморазведки: метод преломленных волн (МПВ, КМПВ), метод анализа поверхностных волн (MASW), а также методы электроразведки: вертикальное электрозондирование (ВЭЗ) и его модификации, электропрофилирование (ЭП).
Сейсмическое строительство в Японии / Seismic construction in Japan
Дополнительно проводим инструментальные сейсмологические наблюдения для регистрации микросейсм и землетрясений на исследуемой территории. Для получения параметров прогнозируемых сейсмических воздействий для принятия проектных решений на последней стадии проектирования производятся специальные расчёты по методу сейсмических жесткостей (МСЖ) и методам моделирования с подбором акселерограмм-аналогов.
Определение активности сегментов тектонического разлома
Зависимости интенсивности пикового ускорения грунта (PGA) от периода повторяемости для рассматриваемой площадки
Результаты деагрегационного анализа позволяют оценить характеристические землетрясения, то есть наиболее вероятные для заданного уровня сейсмических воздействий
Подбор акселерограмм-аналогов на основе проектного спектра реакции для заданного периода повторяемости по мировым источникам и собственному банку данных
| Сейсморазведочные работы | 48-канальная сейсмостанция, разрешение по времени — до 0,25 мс, глубинность исследований — до 50-100 м, разрешение по глубине — до десятых долей метра |
| Электроразведочные работы | 48-электродная электроразведочная аппаратура, глубинность — до 100 м |
| Регистрация слабых землетрясений и микросейсм | 3х-компонентная сейсмологическая станция Диапазон частот 0.5. 65 Гц Частота дискретизации 125 Гц |
Этапы работ
Основные этапы СМР
Работы по проведению работ по сейсмическому микрорайонированию проходят в 2 этапа:
I этап. Проведение полевых работ.
II этап. Обработка и анализ данных с помощью современного специализированного программного обеспечения, составление отчета.
Наши преимущества
- Высокая квалификация и большой опыт инженерного и научного персонала являются залогом качества проводимых работ.
- Современное оборудование и программное обеспечение способствуют увеличению производительности, повышению качества и сокращению сроков проведения работ.
- Большая база данных выполненных работ.
- Прозрачный расчёт стоимости проводимых работ.
Отправьте заявку по e-mail или свяжитесь с нами по телефону. Для задач вашего проекта в течение пяти рабочих дней будут подобраны оптимальные варианты решений с более детальным описанием и расчётом стоимости.
Источник: geophystech.ru
Принципы обеспечения сейсмостойкости зданий.
В России свыше 26 % площади относится к сейсмоопасным зонам, где возможны сейсмические сотрясения с интенсивностью 7 и более баллов. В этих районах проживает ок. 20 млн чел.
В России же к сейсмоопасным зонам относятся Камчатка, Курилы, район Байкала, далее Алтай, Саяны и Северный Кавказ. Наиболее опасным в России из всех регионов, относящихся к сейсмоопасным зонам, является южный район Камчатки. По среднесрочному прогнозу на Камчатке в ближайшие 10 лет возможно возникновение землетрясения с магнитудой больше 7 баллов по 12 бальной системе. В сейсмоопасной зоне расположен Петропавловск.
На этой территории расположены около 3000 больших и малых городов и поселков, 100 крупных гидро- и тепловых электростанций, 5 атомных электростанций и большое количество предприятий повышенной экологической опасности.
В среднем на Земле в год происходит более 20 сильнейших и 100 … 120 потенциально разрушительных землетрясений. По-гречески землетрясение – seimos, т.е. сейсмические явления связаны с колебаниями земной поверхности. Около 70 % землетрясений происходит на глубине до 60 км. В некоторых районах землетрясения происходят на глубине до 300 км и более.
Очагом землетрясений называют пространство, внутри которого заключены все сопровождающие землетрясения первичные деформации. Наблюдаемые на поверхности деформации и нарушения являются вторичными.
Интенсивность землетрясений оценивают в баллах. В последние годы в нашей стране используют международную шкалу MSK-64 (по начальным буквам фамилии ее создателя). Шкала MSK-64 подразделяет землетрясения на 12 баллов: I – IV баллов – слабые, V – VII баллов – сильные, VIII – XII баллов – разрушительные. Описательная часть шкалы состоит из трех разделов: 1) степень повреждения сооружений, выполненных без антисейсмических мер; 2) остаточные явления в грунтах и изменения в режиме грунтовых вод; 3) прочие признаки, включая реакции людей на землетрясения.
Мерой интенсивности землетрясения служит магнитуда – величина, пропорциональная выделенной в очаге землетрясения энергии, равной десятичному логарифму амплитуды наибольшего колебания грунта по отношению к некоторому стандартному колебанию. Шкала магнитуд (от 0 до 8,7 баллов) разработана Ч. Рихтером. Разница магнитуд на единицу соответствует различию энергии землетрясений в 30 раз. Магнитуда определяется через амплитуду m α поверхностной волны и расстоянием R до эпицентра землетрясения:
M = lg α m +1,32 lg R
Для сильных землетрясений а = 1,5; b = 11,8; для слабых а = 1,8; b = 11.
Длина разрыва на поверхности земли связана с магнитной формулой
M = 6,03 + 0,76 lg L .
Сейсмически опасные районы разделяют на зоны с одинаковым сейсмическим воздействием, составлены карты сейсмического районирования. Расчет и проектирование сооружений производят на особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий, представляемых инструментальными записями ускорений и синтезированными акселерограммами. Для анализа поведения конструкций при сейсмических воздействиях производят статическое моделирование и оценку показателей риска.
Последствия землетрясений оценивают по шкале Бюро МСССС (1973), согласно которой здания классифицируют по трем типам:
А – здания из рваного камня, сельские постройки;
Б – кирпичные крупноблочные дома, здания из естественного тесаного камня;
В – здания панельные, каркасные железобетонные и деревянные хорошей постройки.
Различают: легкие, умеренные и тяжелые повреждения, разрушения и обвалы.
Причиной землетрясений является следующее: земная кора толщиной 30 … 60 км расчленена на блоки разного объема и формы. Блоки (платформы) перемещаются в пространстве с разной скоростью. Это создает условия для перераспределения и периодической концентрации напряжений в граничных областях – разломах. Накопление и разрядка энергии вызывает разрыв и смещения соседних блоков, что и порождает сейсмические волны и колебания.
Составлены карты распределения сейсмической энергии. Для каждого района определена максимальная величина интенсивности и разработаны карты сейсмического районирования и микрорайонирования. На картах указаны не только максимальные интенсивности, но и категории повторяемости. Для первой категории – раз в 100 лет, второй – в 1000 лет, третьей – в 10 000 лет. Срок службы сооружений, в среднем, значительно меньше промежутков между землетрясениями максимальной для данного района интенсивности.
Замкнутые линии, соединяющие землетрясения одинаковой интенсивности называют изосейстами. На территории страны имеются службы сейсмического наблюдения и инженерно-сейсмометрическая. Приборы, фиксирующие параметры колебаний, находятся в ждущем режиме. Строятся графики смещений – сейсмограммы, скоростей – велосиграммы, ускорения – акселерограммы.
Точно предсказать величину и характер сейсмических воздействий невозможно. Землетрясения меньшей интенсивности возникают чаще. Они не вызывают серьезных повреждений, но являются причиной постепенного накопления дефектов, снижающих сейсмостойкость. До землетрясения в конструкциях существует напряженное состояние, вызванное действием собственного веса, полезных нагрузок, неравномерных осадок, температурных напряжений. Сейсмические нагрузки могут действовать в любом направлении, вызывая в разные моменты времени напряжения одних или разных знаков.
Колокольня собора св. Марка в Венеции. Первая колокольня на ее месте построена в 9 в н.э., в настоящем виде существует с 1514 г. В 1912 г. появились трещины, создали комиссию, обследовали. Комиссия пришла к выводу, что трещины старые и опасности обрушения нет. через 3 дня колокольня рухнула. Только благодаря временному закрытию доступа людей в башню никто не пострадал.
Причинами падения стали землетрясения, удары молний и общий износ постройки, примечательно, что при разрушении не пострадал ни один человек, было решено восстановить башню, в точности повторив внешний вид и усилив конструкцию.
Индская или Хараппская цивилизация — одна из трёх наиболее древних цивилизаций человечества, наряду с древнеегипетской и шумерской. Из всех трёх она занимала наибольшую площадь.
Хараппская цивилизация развивалась в долине реки Инд в 3300-1300 до н. э. Наиболее значительные центры — Хараппа, Лотхал и Мохенджо-Даро. Население в годы расцвета составляло около 5 миллионов человек. В шумерских текстах Хараппская цивилизация предположительно носила название «Мелухха».
Совсем недавно была установлена причина таинственной гибели могущественной древней Хараппской цивилизации. Ее главные города Харапп и Мохенджо-Даро, раскинувшиеся в долине реки Инд, состояли из двух- и трехэтажных зданий, сложенных из кирпича, улицы были вымощены камнем, в городе был водопровод с горячей и холодной водой, прекрасная канализация. И вот, примерно в 1500 г. до н. э. гигантское землетрясение в течение нескольких минут полностью изменило характер местности и запрудило реку Инд. Были разрушены города и образовалось грязевое озеро, затопившее цветущую долину. Эта катастрофа оказалась роковой и привела к исчезновению этой удивительной цивилизации.
Исследования сейсмостойкости строительных материалов осуществляют в экспериментах на циклическое нагружение. Основными параметрами испытаний являются: число циклов, уровень нагрузки, период цикла, коэффициент асимметрии цикла.
Отношение динамического предела прочности Rd к статическому R прямолинейно уменьшается с ростом lgN (N – число циклов нагружения). Опыты показали, что чем большая работа затрачивается в первых циклах загружения, тем при меньшем числе циклов можно ожидать разрушения; чем большими возможностями пластического деформирования обладают конструкции, тем менее опасными для них оказываются отдельные перегрузки. Наличие концентраторов напряжений (отверстий, надрезов, трещин, резких изменений размеров элементов) приводит к значительному снижению пределов циклической прочности. При проектировании сейсмические воздействия учитывают в районах с интенсивностью 7, 8 и 9 баллов.
Сейсмичность площадки строительства корректируют в зависимости от вида и состояния грунтов К первой категории относят: скальные грунты всех видов; крупнообломочные; вечномерзлые при температуре –2 °С и ниже, при строительстве и эксплуатации по принципу сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии (принцип I).
Ко второй категории относят: скальные грунты выветрелые; пески гравелистые крупные и средней крупности, плотные и средней плотности, маловлажные и влажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 0,5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 для супесей; вечномерзлые нескальные грунты эксплуатируемые при температуре выше –2 °С при строительстве и эксплуатации по принципу I.
К третьей категории относят: пески рыхлые; пески гравелистые, крупные и средней крупности, мелкие и пылеватые, не вошедшие во II категорию; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу допущения оттаивания (принцип II).
Принципы обеспечения сейсмостойкости зданий.
Конструктивные схемы зданий, с точки зрения их реакции на сейсмические воздействия, разделяют на жесткие, гибкие, смешанного типа и массивные.
В зависимости от соотношения размеров в гибком сооружении могут проявляться деформации сдвига. Первая же форма колебаний по частоте и конфигурации соответствует изгибным деформациям, а не сдвиговым.
Жесткие сооружения имеют стены и диафрагмы в плоскости действия сейсмических нагрузок. Преобладающими являются деформации сдвига. В сооружениях смешанного типа при действии горизонтальных нагрузок несущими являются изгибаемые вертикальные элементы.
Анализ последствий землетрясений позволил разработать общие принципы проектирования сейсмостойких зданий.
1 Снижение сейсмической нагрузки. В зданиях с жесткой конструктивной схемой снижение нагрузки достигают уменьшением веса конструкций; с гибкой схемой – наилучшим сочетанием динамической жесткости с характеристиками затухания колебаний.
2 Равномерное распределение жесткостей и масс. Стены располагают симметрично относительно продольной и поперечной оси здания. Само здание должно иметь простую форму. При сложной конфигурации его разделяют антисейсмическими швами на отсеки простой формы. Антисейсмические швы выполняют путем возведения парных стен и рам.
При высоте здания до 5 м ширина такого шва должна быт не менее 3 см. Для зданий большей высоты ширину шва увеличивают на 2 см на каждые 5 м высоты.
3 Принципы монолитности и равнопрочности элементов. Стыковые соединения располагают вне зоны максимальных усилий, возникающих при землетрясениях. В зданиях обеспечивают совместную работу стен и перекрытий, ригелей и колонн.
В бескаркасных зданиях пространственная работа стен и перекрытий обеспечивается жесткими и прочными связями. В каменных зданиях устраивают антисейсмические пояса, ограничивают расстояния между параллельными стенами.
Обеспечение условий, облегчающих развитие в элементах конструкций пластических деформаций. При возможной перегрузке зданий во время землетрясения конструкции не должны разрушаться хрупко, а иметь возможность пластической работы.
Повышение податливости приводит к повышенному поглощению энергии сейсмического воздействия и затуханию колебаний.
Отметим основные требования к конструктивным решениям. Каркасные здания. Предпочтение отдается зданиям с поперечным несущим каркасом. Во время землетрясения преимущественно разрушаются узлы каркаса. Особенно значительно повреждаются основания стоек и узлы соединений ригелей со стойками.
Осуществляется строительство зданий как с железобетонным, так и металлическим каркасом. При расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов допускается применение зданий с наружными каменными стенами и внутренними рамами. Высота таких зданий не должна превышать семи метров.
Каменные здания. Несущие стены должны возводится из каменных панелей или блоков, изготавливаемых в заводских условиях с применением вибрации, либо из кладки на растворах с добавками, повышающими сцепление раствора с кирпичом.
Для строительства в сейсмических районах не допускается применять камни с крупными пустотами и тонкими стенками, кладки с засыпками.
Кладки подразделяются на две категории по сопротивляемости сейсмическим воздействиям. В основу положено значение временного сопротивления осевому растяжению по не перевязанным швам. Первая – Rbt ≥ 180 кПа, вторая – Rbt ≥ 120 кПа.
При расчетной сейсмичности 7 баллов допускается применение кладки при Rbt ≥ 60 кПа. В этом случае высота здания ограничивается тремя этажами, ширина простенков принимается не менее 0,9 м, а проемов – не более 2 м.
Несущие стены здания в пределах отсеков выполняют из одного материала. При использовании разных материалов устраивают рабочий шов по высоте между этими материалами и антисейсмический пояс. Ширину простенков, проемов, отношение ширины простенка к ширине проема, выступы стен в плане, вынос карнизов ограничивают предельными значениями, зависящими от расчетной сейсмичности. Если проемы должны иметь ширину, превышающую предельную, то их окаймляют железобетонной рамой.
Горизонтальные швы кладки армируют сетками, что способствует развитию пластических деформаций. Армируют сопряжения каменных стен. Для этого применяют горизонтальные сетки с площадью сечения продольной арматуры не менее 1 см 2 и длиной 1,5 м. Сетки ставят через 70 см по высоте при расчетной сейсмичности 7 – 8 баллов и через 50 см при 9 баллах.
Несущую способность каменного здания повышают вертикальным армированием кладки, включением в нее вертикальных железобетонных элементов, арматура которых связывается с антисейсмическими поясами. Железобетонные обрамления связывают с кладкой арматурными сетками, запускаемыми в кладку на 70 см.
В уровне перекрытий и покрытий каменных зданий устраиваются антисейсмические пояса по всем продольным и поперечным стенам. Они увеличивают сопротивляемость разрушению стен в углах и сопряжениях, препятствуют выпадению больших участков стен, обеспечивают пространственную работу здания, сближают периоды колебаний отдельных конструкций с разной динамической жесткостью. Железобетонные пояса обычно выполняются шириной, равной толщине стен, высотой 25 … 50 см.
Сечение арматуры определяется расчетом, но принимается не менее 4∅10A-I при расчетной сейсмичности 7–8 баллов и не менее 4∅12A-I при сейсмичности 9 баллов. Антисейсмический пояс верхнего этажа связывают анкерами с кладкой.
Растягивающие усилия между элементами перекрытий воспринимаются специальными металлическими связями, сдвигающие усилия между плитами – сцеплением раствора или бетона, которыми заполняются пазы, и бетонными шпонками. Перемычки, как правило, устраиваются на всю толщину стены и заделываются в кладку на глубину не менее 350 мм. Лестничные площадки надежно анкеруют в кладке.
Специальные системы сейсмозащиты.
Первыми строителями, обратившим особое внимание на сейсмостойкость капитальных построек, в частности, стен зданий, были инки и др. древние жители Перу.
Особенностями архитектуры инков является необычайно тщательная и плотная (так, что между блоками нельзя просунуть и лезвия ножа) подгонка каменных блоков (часто неправильной формы и очень различных размеров) друг к другу без использования строительных растворов [18].
Благодаря этим особенностям кладка инков не имела резонансных частот и точек концентрации напряжений, обладая дополнительной прочностьюсвода
. При землетрясениях небольшой и средней силы такая кладка оставалась практически неподвижной, а при сильных — камни «плясали» на своих местах, не теряя взаимного расположения и при окончании землетрясения укладывались в прежнем порядке.
Эти обстоятельства позволяют считать сухую кладку стен инками одним из первых в истории устройств пассивного виброконтроля зданий.
Отмечены следующие направления в создании конструкций, увеличивающих сейсмозащиту зданий:
• конструкций с подвесными опорами;
(Идея гибкой подвески здания для снижения его сейсмической реакции
была реализована в ряде проектов. В 60-х годах в Ашхабаде было построено трехэтажное здание с сейсмоизоляцией системы Ф.Д. Зеленкова, где наземные конструкции с помощью тяжей и пружин подвешивались к стенам, монолитного фундамента. В отличие от других предложений такая система должна была снижать как горизонтальные, так и вертикальные колебания.
Однако опыты Туркменского института сейсмостойкого строительства не подтвердили предполагаемые большие значения периодов собственных колебаний здания, указав на сравнительно большую жесткость конструкции.
Похожая конструкция была применена в Испании. Фундамент этой конструкции (рис. 3.2.4) представляет собой бетонный колодец, к верхней плите которого подвешена на четырех наклонных преднапряженных тяжах железобетонная штата. На эту плиту установлены железобетонные опоры, расположенные под колоннами здания и поверху объединенные железобетонным ростверком.
Обе эти конструкции являются очень сложными и дорогими. Так, стоимость сейсмоизоляции системы Ф.Д. Зеленкова составила 24 % общих затрат. Кроме того, стальные пружины находятся постоянно под напряжением, здание чувствительно к любым динамическим нагрузкам.
Поэтому представляется не рациональным рекомендовать сейсмоизоляцию такого типа для внедрения в сейсмостойкое строительство. К этой же группе систем сейсмоизоляции можно отнести и здания с подвешенными этажами, получившие распространение в практике сейсмостойкого строительства за рубежом. К преимуществам таких зданий относятся: увеличение доли полезной площади помещений, меньшая чувствительность к неравномерным осадкам фундаментов, уменьшение объемов работ по возведению фундаментов. Недостатки таких систем остаются теми же, что и для указанных выше конструктивных решений систем с подвесными опорами. Одним из возможных направлений улучшения системы сейсмоизоляции с подвешенными этажами, повышения ее надежности является применение в перекрытиях узлов сухого трения).
• конструкций с катковыми опорами; в том числе, катковыми опорами с гидравлическим демпфером;
(Предложений об использовании опор качения как средства сейсмоизоляции зданий появилось очень много, но их применение в практике сейсмостойкого строительства встречается довольно редко.
Одной из основных причин этого является недостаточная изученность поведения такого рода систем при сейсмических воздействиях, особенно при землетрясениях, имеющих доминантные периоды более 1 с. При таких землетрясениях здание с кинематическими опорами может получить значительные смещения, при которых может произойти потеря устойчивости всего здания и его полное обрушение. Таким образом, такая система сейсмоизоляции может применяться только в районах, для которых прогнозируются высокочастотные землетрясения, и исключается возможность появления низкочастотных землетрясений. В остальных случаях сейсмоизоляция с кинематическими опорами может применяться только с дополнительными средствами сейсмозащиты.
В настоящее время имеется некоторый опыт практического применения таких систем в нашей стране. Так, в Севастополе в 1972 г. построено пятиэтажное крупнопанельное здание с сейсмоизолирующим поясом, состоящим из 6500 армоцементных опор в форме эллипсоидов вращения диаметром 6 см и высотой 5,8 см (рис. 3.2.3, а), уложенных по всей площади фундамента. Кроме того, в здании применена демпфирующая система в виде железобетонного бункера, жестко соединенного с надфундаментной частью здания и свободно опущенного в слой песка.
С целью получения данных о реальных динамических параметрах здания были проведены экспериментальные исследования. Было обнаружено, что часть опор под действием веса здания разрушилась, что говорит об их неравномерном загружении или разной прочности. Кроме того, при испытаниях выяснилось, что данное конструктивное решение не привело к существенному изменению динамических характеристик здания по сравнению с аналогичными характеристиками зданий, имеющих обычные фундаменты.
Проведенные дополнительные модельные исследования показали, что применение опор в форме эллипсоидов диаметром меньше 0,5 м не обеспечивает сейсмоизоляцию сооружений.
К недостаткам данной системы следует отнести следующее. Изготовление стоек со сферическими торцами и специальными высокопрочными контактными поверхностями требует высокой точности, присущей скорее машиностроительному производству, чем строительной технологии.
Кроме того, при наклонах стоек возникают существенные местные напряжения, для восприятия которых требуется дополнительная арматура, что приводит к увеличению расхода стали. Все это, а также повышенная точность при монтаже приводит к существенному возрастанию трудоемкости и стоимости 38 конструкций. Более экономичной и простой при монтаже представляет с система сейсмоизоляции с кинематическими опорами конструкции (рис. 3.2.3,в), примененная для четырехэтажного здания в г. Навои. Нижние основания кинематических опор, имеющие выпуклую сферическую поверхность опирания размещаются в сферических выемках опорной плиты фундамента, а верхние основания их соединяются шарнирно с колоннами посредством центрирующей шайбы)
• конструкций с односторонними включающимися и выключающимися связями (система во время землетрясений односторонним изменением жесткости избегает попадания в резонанс на какой-либо динамической частоте сейсмического воздействия);
(Такие системы относятся к классу нестационарных динамических систем, т. е. таких систем, которые в процессе колебаний под действием динамических нагрузок могут менять свои характеристики во времени, причем эти изменения являются необратимыми. Изменения динамических характеристик системы происходят за счет разрушения выключающихся связей при достижении некоторого порогового уровня амплитуд колебания системы.
В качестве выключающихся связей применяются как специальные резервные элементы, так и отдельные несущие конструкций. В качестве примера опоры с включающимися и выключающимися связями, можно привести конструкцию, являющуюся в период между землетрясениями неподвижной пространственно — жесткой, а при землетрясении — податливой. Конструкция состоит из жесткого стального разборного цилиндрического кожуха, внутри которого помещена многослойная резинометаллическая опора (рис.3.3.1). При сейсмическом воздействии запорное устройство кожуха ослабевает или разрушается (т.е. жесткие связи выключаются), верхняя часть кожуха опускается и опирается на резинометаллическую опору (т.е. в работу включается резинометаллическая опора).
• конструкций с гасителем колебаний (например, гидравлические демпферы) между фундаментом и опорными частями зданий;
(Наиболее простым и эффективным способом уменьшения амплитуды колебания здания при землетрясении могло бы быть использование вязких демпферов промышленного изготовления.
Демпфер состоит из цилиндрического корпуса, в который с определенным зазором помещен поршень. Демпфирующая жидкость состоит из двух компонентов, один из которых имеет большую вязкость, но малый удельный вес (например, полиметилсилоксановая жидкость), другой — малую вязкость, но больший удельный вес (вода).
Рассеивание энергии происходит как при движении поршня в вертикальном направлении, так и при движении в горизонтальном. Но такие демпферы довольно дороги, и в них используется дефицитная вязкая жидкость. Кроме того, они требуют периодической проверки в процессе эксплуатации. В связи с этим в практике сейсмостойкого строительства в нашей стране они не нашли практического применения. За рубежом вязкие демпферы нашли применение в системе сейсмоизоляции, применяемой фирмой GERB (ФРГ) для реакторов атомных электростанций.
В Японии разработана конструкция демпфера, состоящего из четырех подвижных пластин и двух круглых вращающихся дисков (рис.3.4.2). Между дисками уложены резиновые прокладки и слой материала повышенной вязкости. Демпфер устанавливается в месте пересечения диагональных связей каркасов.)
• конструкций с повышенными диссипативными свойствами в виде сейсмоизолирующего скользящего пояса в фундаменте;
(Сейсмоизолирующий скользящий пояс выполняется в виде ряда опор, расположенных между фундаментом здания и надземными конструкциями, как правило, в местах пересечения продольных и поперечных стен. Каждая опора имеет две пластины — из нержавеющей стали и фторопласта-4. Благодаря низкому коэффициенту трения скольжения в опорах (f = 0,05—0,1), при превышении инерционными нагрузками определенного уровня здание начинает проскальзывать относительно фундамента. С этого момента усилия от сейсмических нагрузок в элементах несущих конструкций практически не изменяются. Для обеспечения надежности зданий в системе предусмотрены упругие и жесткие ограничители горизонтальных и вертикальных перемещений. Принципиальная схема элементов сейсмоизолирующего пояса для зданий жесткой конструктивной схемы показана на рис.3.2.5.)
• конструкций свайных фундаментов с высоким ростверком и повышенными диссипативными свойствами.
(Основным конструктивным решением таких систем, названных свайными фундаментами, имеющих повышенную диссипацию, является свайный фундамент с высоким ростверком, сопряжение которого со сваями осуществляется шарнирно.
В целях обеспечения требуемой степени демпфирования горизонтальных сейсмических воздействий свайные фундаменты с высоким ростверком модифицированы путем введения элементов сухого трения — наклонных и горизонтальных свай (рис.3.4.3), дисковых демпферов (рис. 3.4.4) и других ограничителей колебаний (рис. 3.4.5). Демпфирование здания с жесткой конструктивной схемой па свайных фундаментах физически основано на том, что часть сейсмической энергии, передаваемой основанием, будет расходоваться на преодоление силы сухого трения в демпфере. В связи с этим доля энергии, затрачиваемая на деформацию несущих элементов здания, уменьшается. Повышение диссипации энергии происходит за счет демпфера сухого трения, энергоемкость которого практически неограниченна.)
Инерционный демпфер. Обычно, инерционный демпфер (Tuned Mass Damper), называемый также инерционный гаситель, который является одним из устройств для вибрационного контроля, представляет собой массивный бетонный блок, установленный на высотном здании или другом сооружении, который колеблется с резонансной частотой данного объекта с помощью специального пружиноподобного механизма под сейсмической нагрузкой.
Для этой цели, например, инерционный демпфер небоскреба Тайбэй 101 оборудован двумя маятниковыми подвесками, на 92-ом и 88-ом этажах, весящими 660 тонн каждая.
В этом небоскрёбе находятся самые быстрые лифты в мире, поднимающиеся со скоростью 60,6 км/ч. С пятого этажа до обзорной площадки на 89-м можно доехать за 39 секунд.
Здание из стекла, стали и алюминия поддерживают 380 бетонных опор, каждая из которых уходит в землю на 80 м. Опасность обрушения при урагане или землетрясении снижает огромный 660-тонный шар-маятник, помещённый между 87 и 91 этажами. По словам инженеров, башня сможет выдержать сильные колебания в течение 2500 лет.
Конструктивные меры защиты эксплуатируемых зданий подразделяют на три группы:
• мероприятия по уменьшению перемещений и деформаций земной поверхности в пределах защищаемого здания;
• мероприятия по предотвращению повреждения конструкции;
• рекомендации по исправлению положения здания.
К первой группе относятся: разделение зданий на отсеки с устройством деформационных швов; устройство компенсационных траншей вокруг здания; изоляция грунтового основания под зданием от сдвигающегося массива с помощью скважин глубокого бурения. Деформационные швы должны разделять смежные отсеки зданий по высоте, включая кровлю и, как правило, фундаменты. Компенсационные траншеи применяют для защиты зданий от горизонтальных деформаций сжатия. Их устраивают на расстоянии 1 … 3 м от здания под углом 20° к направлению действия горизонтальных деформаций земной поверхности. Траншеи отрывают на 20 см ниже подошвы фундаментов.
Ко второй группе относятся следующие:
усиление фундаментов и стен железобетонными поясами; усиление опорных сечений балок и колонн, плит, панелей; увеличение площади опирания плит, балок, прогонов и ферм, узлов их сопряжения с опорными и пролетными конструкциями. Для уменьшения влияния на колонны, столбы и стены рекомендуется устраивать гибкие связи – распорки между фундаментами в уровне их подошвы. Стены бескаркасных зданий усиливают с помощью железобетонных поясов, металлических тяжей, железобетонных и металлических шпонок. Междуоконные простенки усиливают с помощью железобетонных и металлических обойм.
К третьей группе конструктивных мер относятся различные методы исправления положения зданий:
подъем конструкций или частей зданий гидравлическими домкратами; опускание здания путем разработки слоя грунта под фундаментом;
экранирование зданий с целью изоляции от разрушительного действия землетрясений за счет неодинакового распределения сейсмических волн в различных средах; предварительное натяжение арматуры в стыках наружных стен.
Изучение динамических характеристик зданий и сооружений. Колебания зданий создаются: вибромашинами, установленными на перекрытиях, приложением статических нагрузок к зданию в уровнях перекрытий и мгновенным их сбросом, динамическими нагрузками, передаваемыми зданию через грунт. Для изучения динамических характеристик широко используется метод электромоделирования.
Приведем некоторые данные о периодах собственных колебаний зданий (табл. 7.6). Период собственных колебаний здания зависит от: размеров в плане, высоты, площади и механических свойств стен, характеристик грунтов основания, несущей конструкции сооружения и др.
Периоды собственных колебаний зданий с жесткой конструктивной схемой приближенно оценивают по эмпирическим формулам:
T=an,T=0,017H,T=0,0905−H B,T=0,3H/ Bg, (7.31)
где n – число этажей, a – коэффициент, зависящий от конструкции здания и вида основания a = 0,04 … 0,09; Н – высота здания, м; В – ширина или длина здания; g = 9,81 м/с2.
Прогнозирование землетрясений. Для уменьшения риска тяжелых последствий от выброса взрыва и пожароопасных веществ, разрушения зданий и сооружений делается прогноз землетрясений. Предложен ряд гипотез прогноза. По одной из них устанавливается зависимость времени появления разрыва земной коры от значения предельной деформации грунта 0 ε [57].
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 2855 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник: studopedia.net
Перспективы и реальность сейсмостойкого строительства
Старые постройки постепенно исчезают с карты городов Казахстана. Их место занимают красивые здания. И это, конечно, замечательно, что города становятся архитектурно привлекательными. Но одной красоты недостаточно. Главное, чтобы новое жилье радовало не только своим видом, но и качеством. Нельзя забывать о том, что мы живем в сейсмически опасном регионе.
И землетрясения, несмотря на то, что происходят редко, все же внушают жителям страх. Поэтому здания, строящиеся в Казахстане, требуют особого подхода к архитектурной, технологической, инженерной проработке.
Например, жилые дома, возводимые на пересечении улиц Гагарина и Сатпаева и жилой комплекс «На Торайгырова», находящийся в микрорайоне Орбита-3, конструктивность которых специалисты относят к уникальным архитектурным решениям, еще не имевшим аналогов в республике. При сооружении этих объектов применяются последние достижения мировой научной мысли.
В их числе — жесткий монолитный каркас с заполнением современными стеновыми материалами, позволяющий формировать огромные сейсмостойкие пролеты. Применение стальных элементов в опорных узлах колонн и перекрытий, которые совместно с диафрагмами жёсткости воспринимают основные сейсмические нагрузки в конструкциях здания, позволило проектировщикам уверенно говорить о безопасности в условиях даже экстремальных сейсмических нагрузок.К сожалению, не все здания строятся по такому принципу.
Когда утверждался Генеральный план развития и строительства Алматы аким города поставил задачу всем строительным инвесторам сделать наш город не только красивым и комфортным, но и безопасным для проживания. Особый акцент Имангали Тасмагамбетов сделал на необходимости сейсмоиспытаний вновь строящихся зданий.Он потребовал от акиматовских структур, в той или иной степени задействованных в области строительства, ужесточить контроль за стройплощадками.
С той поры и по сей день сейсмоиспытания носят регулярный характер.К примеру, точно известно, что дома строительной корпорации «KUAT» выдерживают землетрясения силой в девять баллов, что подтвердилось при испытаниях проведенных Казахским научно-исследовательским институтом сейсмостойкого строительства и архитектуры (КазНИИССА). Испытания прошли в июне 2005 года в жилом комплексе «Almaty Towers», который располагается по пр. Достык (уг. ул. Жолдасбекова).
Постройки Алматы
Но если новостройки еще как-то можно проконтролировать, то ситуация со старыми домами пока остается больным вопросом. По данным городского акимата, в настоящее время только 60% зданий в Алматы соответствуют требованиям сейсмостойкости, в отношении 30% — необходимо проводить работы по усилению их надежности, а 10%, являющееся в основном малоэтажными застройками, не сейсмостойки.
Ежегодно из местного бюджета выделяется 200-300 млн. тенге на укрепление коммунальных зданий Алматы для повышения их сейсмостойкости. Прежде всего, это учреждения образования и здравоохранения. По мнению специалистов, в южной столице растет число сейсмоопасных зданий потому, что старые постройки безвозвратно ветшают, а новые сооружения возводятся по принципу «на авось».
Вопиюще-легкомысленные перепланировки первых этажей под магазины, салоны и офисы — это мина замедленного действия. Разрешения на подобное экспресс-строительство выдаются легко, без всякого заключения экспертов сейсмостойкого строительства. Практически весь город сегодня стоит на этом шатком первом этаже карточного домика.
Между тем существуют две программы, каждая из которых рассчитана на десять лет: обновления жилищного фонда и сейсмического усиления. Финансирование их таково, что приведенные в порядок за год дома можно будет пересчитать по пальцам. В республиканском бюджете на эти цели средств не предусмотрено. Хотя по данным еще 1995 года, более четверти всего жилищного фонда республики находится в аварийном состоянии, правительство не намерено изыскивать деньги на поправку положения и бодро перекладывает хлопоты на местные бюджеты и КСК. Словно мы живем в совершенно безмятежной части света, где никогда и быть не может никаких сейсмических процессов.
Опыт на плотине
Казахстанская общественность периодически оказывается обеспокоенной слухами о предстоящем землетрясении, якобы с высокой временной точностью предсказанным сейсмологами. Потом слухи успокаиваются, и люди вместе с ними тоже. Прогнозирование землетрясений остается крайне сложным вопросом.
Многие эксперты вообще сомневаются в возможность эффективного краткосрочного прогноза. Другие полностью такую возможность не отрицают в принципе, но считают, что в условиях ограниченных финансовых ресурсов государства более целесообразно сосредоточить внимание на подготовке к возможной стихии путем строительства и усиления недостаточно прочных зданий.
Те дома и сооружения, что были созданы в Казахстане в советские времена, были, по мнению экспертов, в целом вполне надежными с сейсмической точки зрения. Известный казахстанский ученый, президент Ассоциации сейсмощатиты Казахстана академик Толеубай Жунусов отмечает, что поскольку в бывшем СССР мы считались самым сейсмоопасным районом, то в Алматы сейсмостойкому строительству уделялось исключительно большое внимание.
Уже начиная с 1960-х годов, все строительство велось по так называемому динамическому методу расчета, предполагающему значительные сейсмические нагрузки на сооружения. Малоизвестен широкой публике следующий факт.
В КазНИИССА был выполнен уникальный опыт в плане сейсмостойкого строительства: когда строилась селезащитная плотина на Медео в 1966-1967 годах, ученые воспользовались энергией взрывов для оценки сейсмостойкости зданий и сооружений. На площадке расположенной в 800 метрах от эпицентра взрыва были построены шесть типовых зданий и фрагментов в натуральную величину.
Там, в частности, были крупнопанельная 4-х этажная секция, кирпичное здание с железобетонными включениями, два железобетонных здания с двумя типами каркасов, одноэтажное промышленное здание и двухэтажное здание, применявшееся для школ и детских садов. Во время взрыва эти здания выдержали нагрузку, равную по ускорению 10 баллов, а по смещению 9 баллов по действовавшей тогда в СССР шкале, то есть воздействие очень большого уровня.
Подобного эксперимента в мировой практике не было. То есть изначально здания Алматы в целом, не считая старых серий и индивидуальных проектов, были вполне надежными. Но успокаиваться не приходится. Во-первых, проблемой является развернувшееся в последнее время массовое строительство новых особняков и коттеджей, в большом количестве строящихся в городе и поблизости от него.
По мнению академика Т.Жунусова, многие, если не сказать большинство из них, не отвечают действующим нормам и правилам строительства в сейсмических районах: зачастую отсутствуют антисейсмические пояса, толщина кирпичных стен недопустимо мала. Но еще большая проблема — это нынешнее состояние тех зданий, что строились при СССР. Очевидно, что определенное воздействие на состояние зданий и сооружений имеют и прошедшие со времени строительства годы, качество эксплуатации и ремонта. В связи с этим в ныне действующих в Казахстане строительных нормах и правилах, введен раздел, которого нет в аналогичных документах других стран СНГ по оценке сейсмобезопасности существующих зданий.
Факты и качество
В 2002 году объем строительно-монтажных работ составил 491437 млн. тенге. Наблюдается рост внутренних и внешних инвестиций в строительство, по прогнозным данным регионов в 2004-2006 годах только на жилищное строительство из всех инвестиционных источников поступило не менее 124 млрд. тенге и было введено в эксплуатацию 6,45 млн. кв.м. жилья.
Активно строятся дороги, нефтегазовые, промышленные и производственные комплексы. Все это – результат улучшения экономического состояния государства.
Но, как показывают факты, новые возросшие объемы строительства не отражают его качественный уровень. «Казахстанская правда» приводит примеры непростительного пренебрежения качеством жилой застройки в сейсмоопасной зоне Алматы. Как, утверждают специалисты, каждое второе здание не отвечает требованиям сейсмостойкого строительства.
И такие факты имеют место быть во всех регионах республики. В 2000 году произошло разрушение плотины на балке «Кончубай» Карачаганакского месторождения в Западно-Казахстанской области сметной стоимостью 5 млн. долларов США.
В 2002 году обрушились конструкции торговых рядов рынка в г.Петропавловске, гостевая трибуна Центрального стадиона в г.Костанае, торговый дом «Алдибек» в г.Талдыкоргане, кстати, эта трагедия сопровождалась человеческими жертвами. Эти факты являются еще одним подтверждением того, что за каждым строительством, независимо от того, какое это строительство – гражданское, коммерческое или промышленное, стоит человеческий фактор.
И еще одна острая проблема, которая имеется на сегодня – это проблема так называемых «хрущевок». Построенные в 50-е года крупнопанельные дома на сегодняшний день в основной массе находятся в аварийном состоянии. Государство полностью самоустранилось от решения этой проблемы.
Только по городу Шымкенту таких многоэтажных домов насчитывается 1115 штук, не считая школ и детских садов. Если проследить закономерность всех фактов некачественного строительства, то первое, что бросается в глаза – объекты в основном в своей массе возводятся без архитектурно-строительного контроля. Строительство в основном ведут частные предприятия, которых в случае аварии построенных объектов нельзя будет привлечь к ответственности, так как данные предприятия существуют, как правило, два-три года. На сегодняшний день строительство ведут все, кому не лень. Получение лицензий на строительную деятельность превратилось в чистую формальность, основным условием которого является внесение лицензионного сбора.
Проверка на надежность
Специалисты Алматинского городского управления по ЧС за последние годы проверили на сейсмоустойчивость Государственный музей им. Кастеева, рынки «Болашак» и «Кулагер», Зеленый базар, здание бывшего нархоза, ныне Университета им.
Т. Рыскулова, железнодорожные вокзалы Алматы I и Алматы II, автовокзал «Саяхат», объекты ТЭЦ-1, Дворец Республики, Дворец спорта, Дворец бракосочетаний, Центральный стадион и Центральный плавательный бассейн, большинство общежитий и учебных корпусов вузов, колледжей и техникумов. Эти проверки подтвердили, что делать сейсмоусиление зданий старой постройки необходимо.
АГУ ЧС ежегодно проверяет различные объекты, правда, их владельцы не спешат устранять обнаруженные нарушения строительных норм. Чаще всего ссылаются на нехватку средств. Монополисты сразу же начинают говорить, что, дескать, тарифы надо бы поднять. ЗАО «АПК» из года в год переносит мероприятия по сейсмоусилению.
Есть большие сомнения, что опоры газопроводных труб низкого давления выдержат серьезное землетрясение. Специалисты государственной инспекции по предупреждению и ликвидации ЧС неоднократно убеждались в том, что владельцы зданий в последнее время вообще не обращают внимания на законы, обязывающие их обеспечить безопасность людей в этих зданиях.
В ноябре 2005 года агентство Казинформ опубликовало информацию о том, что сейсмостойкость строящихся сооружений в Алматы станут контролировать с помощью передвижных лабораторий из Швейцарии. Специальная аппаратура лаборатории позволит с максимальной точностью определять прочность бетонов и кирпичной кладки, а также защитного слоя бетона арматуры и диаметр самой арматуры. В результате лабораторной проверки будет выявлено, насколько строительство соответствует установленным нормативам сейсмостойкого строительства. Причем это можно делать на начальной стадии возведения объектов, чтобы своевременно запретить строительство, ведущееся с нарушением стандартов. На основе показаний уникальных приборов инспекторы смогут демонстрировать строительным фирмам нарушения, допущенные с их стороны, или подтверждать правильность ведения строительно-монтажных работ.
Элитные здания и безопасность
Для Казахстана проблема сейсмостойкого строительства издавна являлась одной из самых актуальных. Особую остроту, как считают многие, она обрела сегодня, когда строительная индустрия республики наглядно демонстрирует тенденцию к росту числа высотных новостроек. Алматы относится к зоне девяти- и десятибалльной сейсмичности.
В десятибалльной зоне расположены так называемые прилавки гор выше проспекта Аль-Фараби, застроенные элитными коттеджами, а также район горы Кок-Тюбе. Он неблагоприятен в сейсмическом отношении, поскольку там преобладают лессовые породы. В последние годы происходит интенсивная застройка предгорных зон, осуществляется полив земель, что и приводит к разрушению лессовых пород. В случае землетрясения все здания, построенные в вышеперечисленных зонах, будут разрушены, так как при землетрясениях 1887 и 1911 годов там происходили разрывы почвы, смещение грунтового массива и изменение рельефа.
Площадка, на которой расположен микрорайон «Коктем», относится к средним грунтовым условиям и благоприятна в сейсмическом отношении. Что касается крупнопанельных домов, они считаются одними из самых надежных зданий Алматы.
При постройке дома в опасных зонах цокольный этаж и фундамент следует выполнять в монолитном железобетоне, необходим усиленный каркас здания и железобетонные включения в наружные и внутренние стеновые ограждения. Кроме того, в этих районах нежелательно строить трех-четырех этажные здания.
Самыми прочными и сейсмостойкими считаются здания, построенные с соблюдением всех норм, с использованием качественного стройматериала. Они выдержат землетрясение той балльности, на которую рассчитаны. Если предполагать в общем, то, наверное, лидируют по прочности каркасные дома — с железобетонным или стальным каркасом. Хотя последние разработки в области крупнопанельного строительства позволили создать достаточно сейсмостойкие дома. Это постройки после 1975 года.
Нормы сейсмостойкого строительства
Нормативный срок службы зданий различный. Деревянным и каркасно-камышитовым отпущено около 30 лет. Капитальным зданиям с железобетонными включениями, домам с железобетонным, а также металлическим каркасом — не менее 100 лет. У крупнопанельных зданий фактически срок службы должен быть тоже около 100 лет, правда, иногда со временем швы теряют свою герметичность.
Но с точки зрения сейсмостойкости это не представляет опасности. Просто идут теплопотери. В 1957 году были введены первые динамические нормы сейсмостойкого строительства. Расчет зданий происходил на нагрузки, которые были получены по динамическим параметрам. Начиная с 1957 года каждые 7-10 лет менялись редакции норм в сторону их ужесточения.
Каждая следующая редакция выдвигала более жесткие требования. До 1983 года Алматы застраивался без учета разломов. Поэтому, когда ситуация прояснилась, сейсмологи столкнулись с тем, что зоны разломов уже застроены.
Последние годы по Алматы ведутся интенсивные сейсмологические исследования, фактически весь город запеленгован, расставлены сейсмические станции сильных движений по всей территории города. Эти станции дают неопровержимые фактические материалы о возможных сейсмических колебаниях грунтов.
На сегодняшний день нормы к сейсмостойкому строительству изменились практически во всех странах постсоветского пространства. В первую очередь это относится к Армении и Узбекистану, сейчас подготавливаются нормы России. Казахстан принял новые нормы сейсмостойкого строительства в 1998 году.
Это связано с тем, что каждая страна, находящаяся в опасных сейсмических районах, вырабатывает для себя приемлемые нормы надежности, которые позволили бы сохранить здания от сильных повреждений и разрушений. Существуют и международные нормы сейсмостроительства, и сейчас предпринимаются усилия для того, чтобы создать единые нормы для стран, входящих в СНГ.
Эти нормы будут носить рамочный характер, то есть при общих положениях для каждой страны будут выработаны свои конкретные нормативы. Дело в том, что попытка принять для всех стран универсальные нормы не увенчалась успехом. Хотя работа в этом направлении ведется.
Алматинцев всегда интересовала тема землетрясений и качества строительства городских зданий, поскольку южная столица является зоной повышенной сейсмоактивности. После недавнего толчка в 3,5 балла — отголоска киргизского землетрясения — люди снова заволновались. Насколько город готов к серьезным потрясениям, которые предсказывают сейсмологи?
И какие дома в наиболее выигрышном положении? Несколько десятков лет назад в Алматы можно было строить здания не выше девяти этажей. Специалисты-сейсмологи были уверены, что возведение более высоких зданий — заведомо опасное дело. С тех пор многое изменилось, наука и техника домостроения шагнули далеко вперед. Теперь никого уже не удивляют здания выше двадцати этажей.
Однако декабрьское землетрясение напомнило жителям и властям города о том, что в любой момент может случиться беда и никто не застрахован от этого. К сожалению, прогнозировать землетрясения мы еще не научились. Именно поэтому необходимо использовать другие методы противостояния этой катастрофе: строить новые качественные дома, укреплять старые, сносить ветхие. Все это реально и осуществимо. В городском акимате уже приняли программу по ремонту ветхого жилья, сносу аварийных жилых домов, сейсмоусилению объектов здравоохранения и образования, согласно которой постепенно в Алматы будут сейсмоусилены все дома и здания.
Панель или монолит
Наиболее массовым видом строительства в нашем городе долгое время являлось панельное домостроение. В последнее время предпочтение отдается более перспективной технологии — монолитному домостроению.
По мнению профессиональных участников рынка, строительство с использованием монолитного железобетонного каркаса имеет ряд преимуществ по сравнению с панельным.
— Срок службы дома составляет порядка 300 лет, а его конструктивные особенности дают возможность выдержать землетрясение силой 9 баллов;
— Конструктивная жесткость и прочность здания (как следствие — его равномерная осадка) дают возможность проведения качественных отделочных работ практически сразу же после возведения дома (в панельном доме это возможно лишь спустя год после завершения строительства);
— Индивидуальность фасада каждого дома (наружные стены могут быть любыми — панельными, кирпичными или навесными; дома можно строить в любых стесненных условиях, характерных для центральной части города);
— Свободная планировка квартир, объединение нескольких квартир;
— Монолитные дома легче реконструировать для продления их жизненного цикла;
— Нормативная нагрузка на межэтажные перекрытия (600 кг на 1 кв. метр) выше в три раза, чем в панельном доме, что позволяет устанавливать тяжелое бытовое оборудование (джакузи, мини-бассейны, сауны);
Таким образом, здания, возведенные по технологии монолитного домостроения, значительно превосходят по потребительским качествам панельные дома. К числу недостатков монолитного домостроения специалисты чаще всего относят такие особенности, как более высокая себестоимость строительства монолитного дома по сравнению с панельным и более продолжительный срок строительства.
Однако эти временные недостатки, скорее всего, являются особенностями переходного периода от панели к монолиту, так, во всех развитых странах монолитное домостроение является ведущим видом возведения зданий. Несмотря на заметный прогресс в области более сейсмостойкого монолитного домостроения, проблема ветхих домов в Алматы по-прежнему остается очень острой.
Ведь таких домов в нашем городе большинство. Например, самодельные дома из местных материалов: глина, кирпич, саман, без усиления первого этажа, получат тяжелые повреждения уже при семи баллах. Кирпичные дома с деревянным перекрытием, одно, двухэтажные, до 1955 года постройки, при семи баллах получат умеренные и тяжелые повреждения, при восьми баллах — частичные обрушения.
Кирпичные дома с железобетонным перекрытием в 3-5 этажей, построенные до 1957 года, получат умеренные и тяжелые повреждения при семи баллах. При девяти баллах они просто «лягут». Такие же дома с элементами антисейсмического усиления, но постройки уже после 1957 года, тоже опасны.
Каркасные дома различных типов со сварными соединениями и кирпичными стенами достаточно сейсмостойкие — у них при семи баллах будут только легкие повреждения, при восьми — немного тяжелее. Самые прочные из «старостроя» — это крупнопанельные дома. Они выдерживают 8 баллов и умеренные повреждения при девяти баллах. Что касается новостроек, здесь мнения сейсмологов схожи.
Те дома, которые прошли в свое время испытания на сейсмостойкость, проводимые Казахским научно-исследовательским институтом сейсмостойкого строительства и архитектуры, выдержат тряску без повреждений. К сожалению, компании, которые привлекают специалистов, чтобы проверить построенный дом на прочность, на рынке не так много.
Одной из компаний, уверенных в надежности своих объектов, является строительная Корпорация «KUAT». В июне 2005 года ее комплекс «Almaty Towers», который располагается по пр. Достык — уг. ул. Жолдасбекова, успешно выдержал испытания КазНИИССА. Один из блоков комплекса с помощью специальной виброустановки был подвергнут колебаниям, соответствующим землетрясению в 8,7 балла.
Подобные проверки являются свидетельством того, что здание построено качественно и с учетом всех требований к сейсмостойкости — в условиях Алматы это очень важно. Никому не хочется, чтобы стихия застала наш город врасплох.
И если каждая сторона (градостроители, частные корпорации, сейсмологи) будут по-своему прилагать к этому усилия, жители южной столицы смогут не бояться землетрясений. Сейчас в Алматы появились новые дома повышенной этажности, построенные из качественных материалов и с применением новейших технологий. Они проходят экспертизы и проверки на прочность и сейсмоустойчивость. Поэтому сегодня специалисты спорят уже не о том, опасно ли возводить высотные дома, а о том, из каких материалов их лучше строить в нашем регионе.
Учебное пособие разделено на 4 главы:
Глава 1.Общие положения.
Глава 2. Антисейсмические мероприятия в зданиях и сооружениях.
Глава 3. Проектирование сейсмостойких конструкций и сейсмостойкого строительства.
Глава 4. Высотные здания и решения их соединений с учетом требований энергосбережения.
Источник: poznayka.org
Сейсмическое строительство что это
6. Строительство в сейсмических районах.
6.1 Оценка сейсмичности строительной площадки.
В среднем на Земле в год происходит более 20 сильнейших и 100 … 120 потенциально разрушительных землетрясений. По-гречески землетрясение – seimos, т.е. сейсмические явления связаны с колебаниями земной поверхности. Около 70 % землетрясений происходит на глубине до 60 км. В некоторых районах землетрясения происходят на глубине до 300 км и более.
Очагом землетрясений называют пространство, внутри которого заключены все сопровождающие землетрясения первичные деформации. Наблюдаемые на поверхности деформации и нарушения являются вторичными.
Интенсивность землетрясений оценивают в баллах. В последние годы в нашей стране используют международную шкалу MSK-64 (по начальным буквам фамилии ее создателя). Шкала MSK-64 подразделяет землетрясения на 12 баллов: I – IV баллов – слабые, V – VII баллов – сильные, VIII – XII баллов – разрушительные. Описательная часть шкалы состоит из трех разделов: 1) степень повреждения сооружений, выполненных без антисейсмических мер; 2) остаточные явления в грунтах и изменения в режиме грунтовых вод; 3) прочие признаки, включая реакции людей на землетрясения.
Мерой интенсивности землетрясения служит магнитуда – величина, пропорциональная выделенной в очаге землетрясения энергии, равной десятичному логарифму амплитуды наибольшего колебания грунта по отношению к некоторому стандартному колебанию. Шкала магнитуд (от 0 до 8,7 баллов) разработана Ч. Рихтером. Разница магнитуд на единицу соответствует различию энергии землетрясений в 30 раз. Магнитуда определяется через амплитуду m α поверхностной волны и расстоянием R до эпицентра землетрясения:
M = lg α m +1,32 lg R
Для сильных землетрясений а = 1,5; b = 11,8; для слабых а = 1,8; b = 11.
Длина разрыва на поверхности земли связана с магнитной формулой
M = 6,03 + 0,76 lg L .
Сейсмически опасные районы разделяют на зоны с одинаковым сейсмическим воздействием, составлены карты сейсмического районирования. Расчет и проектирование сооружений производят на особые сочетания нагрузок с учетом сейсмических воздействий, представляемых инструментальными записями ускорений и синтезированными акселерограммами. Для анализа поведения конструкций при сейсмических воздействиях производят статическое моделирование и оценку показателей риска.
Последствия землетрясений оценивают по шкале Бюро МСССС (1973), согласно которой здания классифицируют по трем типам:
А – здания из рваного камня, сельские постройки;
Б – кирпичные крупноблочные дома, здания из естественного тесаного камня;
В – здания панельные, каркасные железобетонные и деревянные хорошей постройки.
Различают: легкие, умеренные и тяжелые повреждения, разрушения и обвалы.
Причиной землетрясений является следующее: земная кора толщиной 30 … 60 км расчленена на блоки разного объема и формы. Блоки (платформы) перемещаются в пространстве с разной скоростью. Это создает условия для перераспределения и периодической концентрации напряжений в граничных областях – разломах. Накопление и разрядка энергии вызывает разрыв и смещения соседних блоков, что и порождает сейсмические волны и колебания.
Составлены карты распределения сейсмической энергии. Для каждого района определена максимальная величина интенсивности и разработаны карты сейсмического районирования и микрорайонирования. На картах указаны не только максимальные интенсивности, но и категории повторяемости. Для первой категории – раз в 100 лет, второй – в 1000 лет, третьей – в 10 000 лет. Срок службы сооружений, в среднем, значительно меньше промежутков между землетрясениями максимальной для данного района интенсивности.
Замкнутые линии, соединяющие землетрясения одинаковой интенсивности называют изосейстами. На территории страны имеются службы сейсмического наблюдения и инженерно-сейсмометрическая. Приборы, фиксирующие параметры колебаний, находятся в ждущем режиме. Строятся графики смещений – сейсмограммы, скоростей – велосиграммы, ускорения – акселерограммы.
Сейсмическое микрорайонирование включает:
• сбор, анализ и обобщение данных предшествующих землетрясений;
• инженерно-геологические и макросейсмические исследования; инструментальные инженерно-сейсмологические и другие геофизические исследования;
• комплексную интерпретацию полученных данных; составление карты сейсмического микрорайонирования.
Точно предсказать величину и характер сейсмических воздействий невозможно. Землетрясения меньшей интенсивности возникают чаще. Они не вызывают серьезных повреждений, но являются причиной постепенного накопления дефектов, снижающих сейсмостойкость. До землетрясения в конструкциях существует напряженное состояние, вызванное действием собственного веса, полезных нагрузок, неравномерных осадок, температурных напряжений. Сейсмические нагрузки могут действовать в любом направлении, вызывая в разные моменты времени напряжения одних или разных знаков.
Исследования сейсмостойкости строительных материалов осуществляют в экспериментах на циклическое нагружение двух типов. При первом (мягком) выдерживают постоянными амплитуды нагрузок, а деформации меняются от цикла к циклу. При втором (жестком) нагружении оставляют постоянными амплитуды деформаций (перемещений), а меняют амплитуды напряжений.
Основными параметрами испытаний являются: число циклов, уровень нагрузки, период цикла, коэффициент асимметрии цикла.
Отношение динамического предела прочности Rd к статическому R прямолинейно уменьшается с ростом lgN (N – число циклов нагружения). Опыты показали, что чем большая работа затрачивается в первых циклах загружения, тем при меньшем числе циклов можно ожидать разрушения; чем большими возможностями пластического деформирования обладают конструкции, тем менее опасными для них оказываются отдельные перегрузки.
Наличие концентраторов напряжений (отверстий, надрезов, трещин, резких изменений размеров элементов) приводит к значительному снижению пределов циклической прочности. Часто опыты проводят в режиме статических знакопеременных изменений нагрузки или перемещений. При постоянных амплитудах перемещений отмечено постепенное «размягчение» материала – снижение максимальной нагрузки, соответствующей одной и той же амплитуде изменений. При проектировании сейсмические воздействия учитывают в районах с интенсивностью 7, 8 и 9 баллов. Сейсмичность площадки строительства корректируют в зависимости от вида и состояния грунтов К первой категории относят: скальные грунты всех видов; крупнообломочные; вечномерзлые при температуре –2 °С и ниже, при строительстве и эксплуатации по принципу сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии (принцип I).
Ко второй категории относят: скальные грунты выветрелые; пески гравелистые крупные и средней крупности, плотные и средней плотности, маловлажные и влажные; глинистые грунты с показателем консистенции IL ≤ 0,5 при коэффициенте пористости е 2 и длиной 1,5 м. Сетки ставят через 70 см по высоте при расчетной сейсмичности 7 – 8 баллов и через 50 см при 9 баллах.
Несущую способность каменного здания повышают вертикальным армированием кладки, включением в нее вертикальных железобетонных элементов, арматура которых связывается с антисейсмическими поясами. Железобетонные обрамления связывают с кладкой арматурными сетками, запускаемыми в кладку на 70 см.
В уровне перекрытий и покрытий каменных зданий устраиваются антисейсмические пояса по всем продольным и поперечным стенам. Они увеличивают сопротивляемость разрушению стен в углах и сопряжениях, препятствуют выпадению больших участков стен, обеспечивают пространственную работу здания, сближают периоды колебаний отдельных конструкций с разной динамической жесткостью. Железобетонные пояса обычно выполняются шириной, равной толщине стен, высотой 25 … 50 см.
Сечение арматуры определяется расчетом, но принимается не менее 4∅10A-I при расчетной сейсмичности 7–8 баллов и не менее 4∅12A-I при сейсмичности 9 баллов. Антисейсмический пояс верхнего этажа связывают анкерами с кладкой.
Растягивающие усилия между элементами перекрытий воспринимаются специальными металлическими связями, сдвигающие усилия между плитами – сцеплением раствора или бетона, которыми заполняются пазы, и бетонными шпонками. Перемычки, как правило, устраиваются на всю толщину стены и заделываются в кладку на глубину не менее 350 мм. Лестничные площадки надежно анкеруют в кладке.
Специальные системы сейсмозащиты. В основании стен сохранившихся памятников архитектуры обнаружены мягкие прокладки (на уровне верха фундаментов) из камышитовых подушек, пластических глин и других местных материалов. Зодчие Средней Азии усиливали ослабленный стык сопряжения фундамента с цоколем. Толщина шва здесь достигала высоты кирпича.
При строительстве мавзолеев в скалистом грунте котлованы заполняли рыхлой землей, песком и фундамент возводили по ним. При таком решении уменьшалась концентрация напряжений в фундаментах, а грунтовая подушка частично гасила высокочастотные колебания грунта при землетрясениях. Применялись и другие инженерные решения, направленные на снижение воздействий колеблющихся при землетрясениях фундаментах на подземные части зданий. Были предложены катковые опоры, фундаменты со сферическими концами.
В отмечены следующие направления в создании конструкций, увеличивающих сейсмозащиту зданий:
• конструкций с подвесными опорами;
• конструкций с катковыми опорами; в том числе, катковыми опорами с гидравлическим демпфером;
• конструкций с односторонними включающимися и выключающимися связями (система во время землетрясений односторонним изменением жесткости избегает попадания в резонанс на какой-либо динамической частоте сейсмического воздействия);
• конструкций с гасителем колебаний (например, гидравлические демпферы) между фундаментом и опорными частями зданий;
• конструкций с повышенными диссипативными свойствами в виде сейсмоизолирующего скользящего пояса в фундаменте;
• конструкций свайных фундаментов с высоким ростверком и повышенными диссипативными свойствами.
Конструктивные меры защиты эксплуатируемых зданий подразделяют на три группы:
• мероприятия по уменьшению перемещений и деформаций земной поверхности в пределах защищаемого здания;
• мероприятия по предотвращению повреждения конструкции;
• рекомендации по исправлению положения здания.
К первой группе относятся: разделение зданий на отсеки с устройством деформационных швов; устройство компенсационных траншей вокруг здания; изоляция грунтового основания под зданием от сдвигающегося массива с помощью скважин глубокого бурения. Деформационные швы должны разделять смежные отсеки зданий по высоте, включая кровлю и, как правило, фундаменты. Компенсационные траншеи применяют для защиты зданий от горизонтальных деформаций сжатия. Их устраивают на расстоянии 1 … 3 м от здания под углом 20° к направлению действия горизонтальных деформаций земной поверхности. Траншеи отрывают на 20 см ниже подошвы фундаментов.
Ко второй группе относятся следующие: усиление фундаментов и стен железобетонными поясами; усиление опорных сечений балок и колонн, плит, панелей; увеличение площади опирания плит, балок, прогонов и ферм, узлов их сопряжения с опорными и пролетными конструкциями. Для уменьшения влияния горных выработок на колонны, столбы и стены рекомендуется устраивать гибкие связи – распорки между фундаментами в уровне их подошвы. Стены бескаркасных зданий усиливают с помощью железобетонных поясов, металлических тяжей, железобетонных и металлических шпонок. Междуоконные простенки усиливают с помощью железобетонных и металлических обойм.
К третьей группе конструктивных мер относятся различные методы исправления положения зданий:
подъем конструкций или частей зданий гидравлическими домкратами; опускание здания путем разработки слоя грунта под фундаментом;
экранирование зданий с целью изоляции от разрушительного действия землетрясений за счет неодинакового распределения сейсмических волн в различных средах; предварительное натяжение арматуры в стыках наружных стен.
Изучение динамических характеристик зданий и сооружений. Колебания зданий создаются: вибромашинами, установленными на перекрытиях, приложением статических нагрузок к зданию в уровнях перекрытий и мгновенным их сбросом, динамическими нагрузками, передаваемыми зданию через грунт. Для изучения динамических характеристик широко используется метод электромоделирования.
Приведем некоторые данные о периодах собственных колебаний зданий (табл. 7.6). Период собственных колебаний здания зависит от: размеров в плане, высоты, площади и механических свойств стен, характеристик грунтов основания, несущей конструкции сооружения и др.
Периоды собственных колебаний зданий с жесткой конструктивной схемой приближенно оценивают по эмпирическим формулам:
T=an,T=0,017H,T=0,0905−H B,T=0,3H/ Bg, (7.31)
где n – число этажей, a – коэффициент, зависящий от конструкции здания и вида основания a = 0,04 … 0,09; Н – высота здания, м; В – ширина или длина здания; g = 9,81 м/с2.
Прогнозирование землетрясений. Для уменьшения риска тяжелых последствий от выброса взрыва и пожароопасных веществ, разрушения зданий и сооружений делается прогноз землетрясений. Предложен ряд гипотез прогноза. По одной из них устанавливается зависимость времени появления разрыва земной коры от значения предельной деформации грунта 0 ε [57].
Скорость накопления деформаций εhttp://magak.ru/fundament/spec-usloviya/450—6-?showall=1″ target=»_blank»]magak.ru[/mask_link]