“Парящие дома”, гиганты-маятники, сплавы с памятью формы, BIM-моделирование: современная инженерия настолько продвинулась в технологии для сейсмостойкого строительства, что небоскребы возводят чуть ли не в эпицентрах землетрясений.
Ежегодно в мире происходит 16 сильных землетрясений магнитудой 7 баллов. Япония, Индонезия, Китай, Турция, страны Южной Америки, Балканы, Италия, Греция, Казахстан, Узбекистан — это далеко не полный список стран, которые время от времени ощущают на себе действие сейсмической активности. Тем не менее, даже в странах с наибольшим количеством землетрясений появляются небоскребы. Современные технологии позволяют возводить грандиозные постройки в сейсмически опасных зонах, обеспечивая безопасность сооружений.
Сейсмостойкие здания , рассчитанные на сильные землетрясения, имеют глубокие фундаменты и забивные сваи. Все элементы соединены так, чтобы при вибрациях двигаться как единое целое. Ведь во время землетрясения по земле во всех направлениях короткими быстрыми интервалами расходятся ударные волны. Горизонтальное движение вызывает вибрацию всех элементов конструкции. Из-за экстремального напряжения, происходит разрыв несущей рамы и, как результат, разрушение всей конструкции.
Спасатели из Центральной Азии помогают разбирать завалы. Сейсмостойкость зданий в регионе | НОВОСТИ
Обычные конструкции приспособлены справляться только с гравитацией и вертикальными силами, создаваемыми собственным весом. Они не рассчитаны на поперечные силы, возникающие из-за землетрясения, поэтому разрушаются.
Избежать таких последствий могут сейсмостойкие здания с усиленной конструкцией здания, которые способны противодействовать поперечным силам землетрясения. И все благодаря новейшим технологиям в этой области.
Изоляция
Чтобы увеличить сейсмостойкость зданий и сооружений, например, инки возводили каменные стены без использования раствора: камни подбирали и укладывали так, чтобы между ними нельзя просунуть лезвие. Тогда стены двигались в такт с толчками, не разрушаясь полностью. Сегодня современная инженерия использует другой подход к сейсмостойкому строительству, а технологии для сейсмостойкого строительства значительно продвинулись за последние десятки лет.
Один из способов противостоять землетрясению — «приподнять» фундамент здания над землей, изолировать его от основы. Передача сейсмической энергии в надстройку — основную часть здания, оказывается значительно ослабленной. Так удается эффективно поглощать расходящиеся во время землетрясения волны и препятствовать их разрушительному эффекту. Для достижения такого эффекта в каждом конкретном случае подбирают стройматериалы и конфигурацию приподнятого основания здания. Разработано много технологии для сейсмостойкого строительства, позволяющих изолировать здание от его основы.
- Использование базовой изоляции дает возможность зданию перемещаться приблизительно на 30 см относительно поверхности земли.
- Вокруг здания следует обеспечить достаточное пространство: должна быть возможность беспрепятственно отклониться от первоначального положения.
- Подойдет для зданий средней этажности, выполненных из камня или кирпича, бетона.
- Подходит не для всех видов конструкций зданий: ограниченной способностью справляться с напряжением.
- Базовая изоляция получила широкое распространение в мире. Такая технология используется в Новой Зеландии, Индии, Японии, Италии, США.
Фундамент на подшипниках
Базовая изоляция может базироваться на композитных резинометаллических подушках или компонентах, работающих по принципу скольжения. Часто для этих целей используют гибкие подшипники или прокладки. Например, здание возводят поверх гибких прокладок из стали, резины и свинца. Во время землетрясения основание здания движется, но сама конструкция остается устойчивой.
Галилео. Сейсмоустойчивые здания
По сути, используется тот же принцип, что и у систем автомобильной подвески, которая изолирует внутреннюю часть системы и поглощает. Тяжелое свинцовое ядро окружено чередующимися слоями резины и стали. Стальные пластины крепятся подшипниками к конструкции и фундаменту. И во время появления волн землетрясения двигается только фундамент, а само здание остается неподвижным. Установка большого числа таких изоляторов на 80% снижает сейсмическую нагрузку.
“Парящее здание”
В Японии, Гонконге, на Тайване несмотря на сейсмическую опасность сооружают умопомрачительные небоскребы, применяя новейшие технологии. Именно Япония стала разработчиком технологии для сейсмостойкого строительства и, в частности, технологии левитирующих зданий. При возникновении подземных толчков вся конструкция буквально парит на воздушной подушке. Сейсмостойкие здания в Японии способны подниматься на 3 см над землей, чтобы изолироваться от вибраций земли.
- Сенсоры, распознающие сигнал сейсмической активности, передают компрессору сигнал о включении в работу.
- Между фундаментом и основанием здания с помощью компрессора, моментального нагнетающего воздух, создается воздушная подушка. Мощные компрессоры расположены с внешней стороны здания. Воздушная прослойка позволяет зданию левитировать, и избежать губительных вибраций или же ослабить их действие.
- По завершению землетрясения компрессор автоматически выключается и здание возвращается на прежнюю позицию.
Также в этой технологии используют усиленные стеклопакеты, которые стройки к деформации и могут выдержать тряску. Первой к поднятию домов на воздушной подушке прибегла компания Air Danshin. Технология обрела популярность и практически все здания в Японии в зоне сейсмической активности, возводятся с использованием новой технологии.
- Стоимость. Она ниже, чем применение других техник защиты от землетрясений;
- Недорогое обслуживание;
- Подходит для зданий разной высотности.
“Танцующее здание”
Ученые из Стэнфордского университета придумали технологию “танцующего дома”, который располагается на стальных рамах. Рамы можно крепить к существующим зданиям или предусматривать их при проектировании новых домов. Каркас соединяет между собой стены и также крепится к фундаменту. Таким образом, во время подземных толчков конструкция словно двигается в ритм с волнами землетрясений, но не разрушается. Благодаря специальным тросам, обвивающим здание, оно возвращается в исходную позицию, когда землетрясение заканчивается.
Устройства контроля вибрации
Технологии для сейсмостойкого строительства способствуют замедлению вибрации и уменьшению амплитуды. Амортизаторы размещают на всех уровнях строения, прикрепляя один из концов к балке, а второй к колонне. Амортизатор представляет собой гаситель колебаний в виде поршня, размещенного внутри цилиндра, который заполнен силиконовым маслом. Из-за горизонтальных толчков при землетрясениях поршни начинают двигаться и оказывают давление на масло. Так происходит преобразование механическую энергию в вибрационной энергии в тепло.
Сейсмозащитные устройства
Во многих х небоскребах мира есть “секретное” устройство, защищающее здание от сильного движения из-за ветра и землетрясений. Демпферы — это устройства для гашения колебаний, которые монтируются непосредственно в конструктивную раму здания или сооружения. Существует много разновидностей, которые выбирают исходя из конкретного проекта:
- Инерционный демпфер. Обычно выполнен в виде бетонного блока, который колеблется с резонансной частотой объекта. Этому способствует пружиноподобный механизм, находящийся под сейсмической нагрузкой.
- Гистерезисный демпфер. Помогает улучшить сейсмические характеристики за счет рассеивания энергии сейсмической нагрузки.Включает в себя 4 группы демпферов.
- Жидкостный вязкостной демпфер. Устанавливает в конструкции здания, являясь дополнительной системой демпфирования. Имеет овальную гистерезисную петлю, а демпфирование зависит от скорости. Хотя потенциально требуется небольшое техническое обслуживание, вязкостные демпферы, как правило, не нуждаются в замене после землетрясения.
- Фрикционные демпферы. Как правило, бывают двух основных типов: линейные и вращательные. Они рассеивают энергию за счет тепла. Демпфер работает по принципу кулоновского трения. При использовании в сейсмостойких условиях износ не является проблемой, и обслуживание не требуется.
- Металлические упругие демпферы. Имеют запас гибкости, позволяющий поглотить вибрации землетрясения. Этот тип демпфера поглощает большое количество энергии, однако он требует замены после землетрясения.
- Вязкоупругие демпферы. Можно использовать как для ветровых, так и для сейсмических применений. Они обычно ограничиваются небольшими смещениями.
Настроенные массовые демпферы
Подвешивание огромной массы у вершины здания — один из способов амортизации, который часто используется в небоскребах.
Огромный маятник поддерживается на стальных тросах, а тягучие жидкие амортизаторы расположены между массой и строением. В случае возникновения вибраций, здание начинает раскачиваться. А шар выполняет функцию маятника, раскачиваясь в противоположном направлении. Так создается противовес вибрационных силам.
Маятники настраиваются под частоту вибраций здания, чтобы не создавать резонанс. Пример такой технологии для сейсмостойкого строительства — тайваньский небоскреб Тайбэй 101.
Многочастотный успокоитель колебаний
Система устройств вибрационного контроля, которая в случае возникновения вибраций колеблется с резонансными частотами. Состоит из междуэтажных диафрагм, набора консолей, выступающих инерционными демпферами. Они имеют различные периоды собственных колебаний.
Качающаяся основная стена
Недорогая технология, которая успешно работает вместе с применением базовой изоляции с подшипниками из каучука и слоев стали. Сейсмостойкие многоэтажные здания с железобетонным каркасом имеют стену центрального ствола здания колеблется на нижнем уровне здания, чтобы предотвратить разрушения бетона стены. Кроме того, инженеры укрепляют два нижних этажа здания сталью и устанавливают натяжную арматуру по всей высоте. Cтальные тросы проходят через центральный ствол здания. Они работают как резиновые ленты, которые могут быть растянуты гидродомкратами, чтобы усилить временное сопротивление разрыву центрального ствола.
“Плащ-невидимка”
Технология предполагает перенаправление вибрационных землетрясений вместо того, чтобы противодействовать им и полностью отклонять. Она подразумевает созданt своеобразного “плаща” из ста концентрических колец (бетон, пластик), которые закапывают под фундамент сооружения. Вибрации входят в кольца и благодаря легкости перемещения передвигаются к внешним кольцам, после чего по сути отводятся от конструкции, рассеиваясь в земле.
Технология укрепления структуры здания
- Стены жесткости. Технология для сейсмостойкого строительства , в рамках которой возводят стены из нескольких панелей. Во время движения здания при землетрясении, они помогают конструкци сохранить свою форму.
- Диафрагмы. Для поддержки используют диагональные стальные балки, которые способны поддерживать сжатие и растяжение. Они являются центральной частью конструкции здания. Состоящие из перекрытий здания, крыши и расположенных над ними настилов, они помогают снимать напряжение с пола и передают силы на вертикальные конструкции здания.
- Жесткий пространственный каркас обеспечивает дополнительную гибкость зданию. Эти конструкции размещаются между стыками здания и позволяют колоннам и балкам изгибаться, в то время как стыки остаются жесткими. Таким образом, здание способно противостоять более сильным землетрясениям, при этом предоставляя проектировщикам свободу расположения строительных элементов.
- Симметричность. Несимметричные конструкций более подвержены действию землетрясений. Поэтому в зоне сейсмической опасности инженеры проектируют симметричные конструкции. Это позволяет равномерно распределялись силы по строению и огранить декоративные элементы.
Сейсмостойкие материалы
Устойчивость зданий во многом зависит от материалов, которые использованы для его строительства.
- Стальная ферма. Для сейсмоустойчивых зданий используют конструкционную сталь, которая дает возможность сооружению гнуться без разрушений. Сталь прочнее бетона и кирпича в 10 раз, поэтому использование стального каркаса оправдано. В качестве примера можно привести спальный корпус Калифорнийского университета Беркли. Сейсмостойкое строительство также использует древесину.
- Сплавы с памятью формы. Один из наиболее инновационных материалов, наделенных свойством выдерживать значительные нагрузки, после чего возвращаться к изначальной форме. Вариант такого сплава — никель-титан, на 10-30% эластичнее стали.
- Углеродное волокно. Дополнительную прочность порядка 40% дает пластиковая пленка, армированная волокном. Пластиковый материал оборачивают вокруг бетонных колонн, а между элементом здания и материалом закачивают эпоксидную смолу. Усиленная углеродным волокном пластиковая оболочка обеспечивает дополнительную прочность. Инженеры также обращаются к природным элементам, чтобы укрепить здания, разрабатываются материалы на основе мидий, паутины, бамбука.
- Картонные трубы. В Японии также применяют картонные трубы, покрытые полиуретаном. Легкая и гибкая конструкция способна выдерживать большие сейсмические нагрузки, чем бетон.
Укрепление стен сетками
Италия — одна из сейсмически опасных стран, где землетрясения время от времени уносят жизни людей и памятники архитектуры. Согласно с градостроительными нормами страны, все постройки должны иметь уровень сейсмической защищенности. Это правило касается и же построенных домов, которые необходимо укрепить минимум на 60%. По новостройкам эта цифра составляет 100%.
Итальянские ученые нашли свой вариант уменьшения риском землетрясения: предложили использовать стальные и базальтовые сетки для укрепления стен. Ими в рамках эксперимента укрепили две стены – одну каменную и другую из туфа. Технология оказалась эффективной для зданий из бетона, стены из туфа, самана.
BIM-технологии в проектировании сейсмостойких зданий
Сейсмическое проектирование является важным процессом структурного анализа при проектировании здания, подверженного вибрациям при землетрясении. Использование инновационных системных подходов, основанных на динамическом анализе, дает лучшее представление о поведении объекта при моделировании сейсмических условий.
Процесс можно дополнительно изучить с помощью API-инструментов и технологии BIM. При помощи BIM-моделирования удается увидеть цифровую модель здания, а элементы дополненной реальности дают возможность предсказать возможные сценарии, включая землетрясение.Так можно сконструировать здание, предусмотрев все необходимые нюансы на стадии проектирования. Наличие нескольких стратегий потенциально может увеличить стоимость строительства. Но это позволит избежать гораздо более дорогих ошибок на стадии строительства.
Сейсмостойкость зданий может быть увеличена за счет применения различных типов конструктивных систем. Именно в случае с BIM-проектированием удается выбрать правильные решения, избежать ошибок и конфликтов при возведении сложных объектов.
Исследование: Будущее управления строительством
Как цифровые решения изменят управление проектами в 2022 и дальнейшем?
Технологии для сейсмостойкого строительства: самые укрепленные здания мира
Рассмотрим примеры использования современных технологий на практике: ТОП-5 грандиозных проектов, вошедших в список самых сейсмостойких зданий мира.
-
Международный аэропорт Sabiha Gökçen, Стамбул
Источник фото: https://images.cdn.centreforaviation.com/stories/SABIYA-GOKCGEN.JPG
Сооружение, расположенное в районе Северо-Анатолийского разлома, способно выдержать землетрясение мощностью до 8 МВт. Специфика местности вынудила инженеров внедрить 292 тройных изоляционных базовых маятниковых изоляционных систем.
48-ми этажное здание находится возле разломов Сан-Андреас и Хейворд. Сооружение прошло проверку землетрясением порядка 7 МВт в конце 80-х. Верхний этаж 48-этажного здания более минуты раскачивался в боковые стороны практически на 30 см. Башня осталась неповрежденной. Таких успехов удалось добиться благодаря каркасным фермам, расположенным над первым уровнем здания, а также внутренним рамам, достигающих верхних этажей.
Самое высокое здание в мире (828 м), где для повышения сейсмоустойчивости здания инженеры использовали 200 сваи-колонны, каждая из которых может выдержать нагрузку в 500 тыс тонн. Механические полы с выносными опорными стенками соединяют колонны по периметру с внутренней стеной. Так удается удерживать боковое сопротивление сооружения.
Грандиозное строение (509,2 м) расположено в сейсмоактивной зоне. Внутри здания находится самый большой настроенный массовый демпфер. Он представляет собой огромный металлический шар, противодействующий вибрациям. Маятниковый подвес в виде стального шара весом 660 тонн расположенным между 92-м и 88-м этажами.
Два других 6-тонных гасителя колебаний расположены на вершине шпиля и призваны гасить колебания верхней части здания. Демпфер раскачивается в противоположном направлении вибрациям, если на здание воздействуют силы (ветер, землетрясение).
Технологии сейсмостойкого строительства в СНГ: Казахстан
На постсоветском пространстве лидером в разработке сейсмостойкого строительства является Казахстан. Треть территории расположена в сейсмоактивных регионах, а наиболее опасная сейсмическая зона находится в Алматы.
Разрушительные землетрясения уже стирали с лица земли города. Многие помнят катастрофу , которая произошла более ста лет назад на территории нынешнего Алматы. Из-за землетрясения города, который тогда назывался Верным, практически не стало.
В связи с сейсмическими угрозами в Казахстане особый подход к строительству и среди стран бывшего СССР самые жесткие нормы. А в Алмате расположен один из самых сильных в странах СНГ Казахский научно-исследовательский и проектный институт строительства и архитектуры (КазНИИСА). Задаваясь вопросом, как определить сейсмостойкость дома, стоит в первую обратиться в КазНИИСА или акимат Алматы, где хранятся все данные.
Еще в советское время институт начал активные разработки в области сейсмостроительства . Сотрудники Института участником разработки и актуализации норм в СССР по сейсмостойкому строительству и провели экспериментальные исследования, позволяющие прогнозировать поведения зданий в условиях реальных землетрясений. Их результаты были использованы для норм серийных типовых конструкций и проектов на территории СССР, а СНИП РК Сейсмостойкое строительство взят за образец при разработке аналогичных документов Узбекистана, Киргизии и Украины.
- Гостиница «Казахстан» стала первым высотным зданием Алматы. Высотка появилась благодаря разработке института, где изобрели метод строительства сейсмостойкойких зданий высотою в 30 этажей в зоне 9-балльных землетрясений.
- Группа научных сотрудников института привлекается для возведения высотных зданий, в частности 100-метровых 25-этажных башен-близнецов “Алматы-Тауэрс”. В рамках строительства была построена опытная модель, которую подвергли воздействию – сооружение сотрясали с силой в 9-10 баллов.
- Два здания высотой в 28 этажей в сейсмической зоне Алматы в районе интенсивностью 9 баллов возводились по проекту американских фирм, а дублирующие расчеты выполнялись в Японии. В последующие годы проверка сейсмостойкости осуществлялась институтом КазНИИСА с использованием возбуждения колебаний с помощью мощной вибромашины.
- Сейчас несмотря на зону сейсмической опасности в Казахстане насчитывается не один десяток высотных зданий. Долгие годы возводится самое высокое здание в Центральной Азии — 320-метровый небоскреб «Абу-Даби Плаза». Среди самых крупных проектов можно выделить:
- Изумрудные башни 1 (Нур-Султан) — высота 240 м, 64 этажа
- Башни Северного сияния ЦМТ (Нур-Султан) — высота 221 метра, 60 этажей
- Казахстан Темир Жолы Дом 2 (Нур-Султан) — высота 208 метров, 54 этажа
- Башня Есентай (Алматы) — высота 200 метров, 52 этажа
- Emerald Towers 2 (Нур-Султан) — высота 186 метров, 50 этажей
- Казахстан Темир Жолы Корпус 1 (Нур-Султан) — высота 181 метра, 47 этажей
- Башня Северного сияния 2 (Нур-Султан) — высота 176 метров, 47 этажей.
Защита от землетрясений основана на совместной работе специалистов многих областей науки. За последние несколько десятилетий технологии достигли значительных результатов. В таких сейсмически активных странах, как Китай, Япония, Индонезия, появляются небоскребы, способные выдерживать невероятные вибрационные нагрузки. Инженеры представили новые конструкции и строительные материалы, которые позволяют увеличить сопротивление здания во время землетрясения.
Возведение сложных конструкций невозможно без использования современных технологий, в частности, BIM-моделирования и применения цифровых облачных решений для управления проектами. Одним из универсальных и эффективных программных решений для оптимизации работы крупных строительных проектов повышенной сложности, в которых задействованы BIM-моделирование и управленческий учет, является наше приложение PlanRadar.
Более 25 000 разных проектов работают с PlanRadar по всему миру в 60 странах. Мы помогаем эффективно управлять работой на всех этапах проекта, вести и управлять структурированно цифровую документацию, которая в полном объеме всегда под рукой и не требует долгой работы по подготовке — все отчеты формируются автоматически в несколько кликов.
Узнайте больше, как PlanRadar сможет помочь вашему бизнесу выйти на новый уровень эффективности — протестируйте приложение в течение 30 бесплатных дней!
Источник: www.planradar.com
Ссылка на источник
Как вы уже знаете, большинство жителей города живут в трех основных типах домов: мелкоблочных, крупноблочных, крупнопанельных. Каркасно-панельные здания — это, как правило, общественные и административные. Попробуем представить ситуацию землетрясения для каждого из таких домов.
Мелкоблочный дом. Фото: handmade-idei.ru
Итак, вы находитесь в мелкоблочном доме. Дефицит сейсмичности такого неукрепленного дома составляет 1,5-2 балла. Отметим только, что трещины во внутренних и наружных стенах могут быть от волосяных до 3-4 сантиметровых. Таких размеров трещины, сквозь которые была видна улица, комиссия специалистов наблюдала в подобных домах в г. Ленинакане после Спитакского землетрясения.
Паниковать при виде таких нарушений не стоит, т. к. дом на это рассчитан. Следует быть особенно осторожными, если разрушения будут сильно отличаться от тех, которые мы описали. Например, произойдет сдвиг перекрытий со стен на 3 и более сантиметров. рис. 5 Какие же элементы дома лучше всего противостоят стихии?
Планировка мелкоблочного дома. Фото: beton-karkas.ru
Обратимся к рисунку 5, на котором изображена наиболее характерная планировка жилого 2-5-этажного мелкоблочного дома. Несущие (на которые опираются перекрытия) капитальные стены 1,2 повреждаются меньше, чем поперечные 3,4,5. Последние легче сдвинуть (срезать) горизонтальными сейсмическими силами, т. к. они менее пригружены.
Особенно опасной считается торцевая стена 4, которая связана с остальными стенами только с одной стороны. Иногда торцы зданий даже отрываются от здания и вываливаются наружу, что неоднократно наблюдалось в поселке Газли, городах Спитаке и Нефтегорске. Очень опасен угол здания 6, который менее всего связан со зданием и наиболее подвержен «расшатыванию» при землетрясении.
Уже при 7-8-балльном землетрясении углы зданий на верхнем этаже, как правило, повреждаются, а при 9-балльном могут вывалиться наружу. У наружных продольных стен (1) находиться при землетрясении не рекомендуется, так как здесь могут «выстреливать» стекла, вываливаться внутрь и наружу окна (это замечание верно не только для мелкоблочных домов), а у особо слабых домов даже отрываться (стены продольные от поперечных).
Наиболее безопасными при землетрясении считаются места пересечений внутренних несущих продольных стен (2) с внутренними поперечными. На рисунке показаны наиболее характерные «островки безопасности»: у выходов из квартир на лестничную клетку и у межсекционной стены 5. В этих местах, за счет крестообразного пересечения несущих и ненесущих стен, создается ядро повышенной прочности, которое может выстоять даже при обрушении остальных стен.
Это ядро тем прочнее, чем меньше в нем дверных проемов. Так, например, наиболее надежным будет место у правой трехкомнатной квартиры в зоне пересечения внутренних стен 2 и 5. Также надежным представляется островок в двухкомнатной квартире на пересечении глухих участков стен типа 3 и 2. Что касается однокомнатной и левой трехкомнатной квартир, то у них ядра имеют по одному- два проема и поэтому считаются менее прочными, чем ядра с глухими стенами.
Поэтому, в случае необходимости, здесь можно перемещаться вдоль стены 2. В таких домах постройки 70-80 гг. дверные проемы, выходящие на лестничную клетку, обрамлены железобетонными рамками, что гарантирует их прочность. Однако в домах более ранней постройки рамки есть не везде, поэтому эти выходы нельзя считать полностью безопасными. Несколько общих советов по поведению.
Как только начнется землетрясение, следует открыть двери, ведущие на лестничную площадку и перейти на островок безопасности. Стоит попытаться выбежать из здания, если вы находитесь на первом или втором этажах. С более высокого этажа вы можете не успеть это сделать до того, как начнутся серьезные разрушения.
Выбегать из дома надо особенно быстро и внимательно, чтобы тебя не «накрыли» кирпичи, летящие с крыши от разрушенных труб, или не придавил тяжелый козырек. Если вы не успели на островок безопасности, то следует помнить, что очень опасны перегородки, сделанные из мелкоблочной кладки. Они разрушаются одними из первых, вплоть до обрушения.
Менее опасны деревянные щитовые перегородки, но и от них могут отваливаться достаточно большие куски штукатурки, которые особенно опасны для маленьких детей. Каменную перегородку от щитовой легко отличить по глухому, очень короткому, невибрирующему звуку при ударе по стене кулаком. При расстановке мебели в квартире обратите внимание на то, чтобы громоздкая мебель не могла упасть на территорию островка безопасности или на путь возможной эвакуации из квартиры.
Многие жители крупноблочных домов знают, что их дома достаточно хорошо выдерживают землетрясение. Их реальная сейсмостойкость оценивается специалистами в 7,7 баллов.
Типовая планировка крупноблочного дома (примерно). Чертёж: resog.ru
На рис. 6 изображена типовая планировка крупноблочного дома. Положение капитальных несущих и ненесущих стен — такое же, как и в мелкоблочном доме. Крупноблочный дом теряет свою несущую способность главным образом за счет расслоения стен на отдельные блоки, которые в домах старой постройки, к сожалению, не имеют хорошей связи друг с другом.
Наружные стены состоят по высоте этажа из двух блоков: простеночного высотой 2,2 м и перемычного высотой 0,6 м. Внутренние стены состоят из блоков высотой в этаж, т. е. 2,8 м. Железобетонные перекрытия толщиной 0,22 м опираются на перемычные блоки наружных стен и непосредственно на блоки внутренних стен. При землетрясении силой более 7 баллов блоки начинают смещаться из плоскости стены.
Наибольшие трещины и разрушения стыков (11) следует ожидать в менее пригруженных плитами ненесущих поперечных стенах, особенно в торцевой стене (4) и стенах лестничной клетки (3). В последних стенах есть небольшая связь блоков друг с другом с помощью не очень прочных металлических пластин, которые уже при землетрясении 7,5-8 баллов начнут сильно расшатываться, откалывая вокруг себя куски бетона и штукатурки.
Эти обломки могут травмировать бегущих по лестнице людей, поэтому передвигаться необходимо, прижимаясь ближе к перилам. рис. 6. Как и в мелкоблочных зданиях, очень опасны углы здания (6), особенно на верхних этажах. Сдвиг блоков из плоскости стены может привести к частичному обрушению торцевой стены (4) и плит перекрытия.
Перегородки в этих домах, как правило, деревянные, щитовые, оштукатуренные, и их обрушения бояться не следует. Травму, особенно маленькому ребенку, могут нанести отваливающиеся от перегородок куски штукатурки и куски цементного раствора, выпадающие из швов между плитами перекрытия. Такие повреждения наступают при землетрясении 7,5 баллов.
На рисунке отмечены наиболее безопасные места в крупноблочном доме. В отличие от мелкоблочных зданий, здесь все двери выходов на лестничную площадку усилены железобетонными рамами (9), поэтому вероятность заклинивания дверей от перекоса невысокая и выход из квартиры достаточно надежен. К общему совету — не вешать в районе островка безопасности тяжелые полки и закрепить мебель, следует добавить, что это особенно важно сделать в чулане-кладовой (7) и в коридоре (8), иначе на островке безопасности для вас просто не останется места.
В старых крупнопанельных пятиэтажных жилых домах, типовая планировка которых представлена на рис. 7, площадь островков безопасности уже значительно больше. Несмотря на то, что эти дома проектировались на 7-8 баллов, практика показала, что их реальная сейсмостойкость близка к 9 баллам.
Ни одно такое здание нигде во время землетрясений на территории бывшего Советского Союза не было разрушено. Все наружные и внутренние стены в таких домах — железобетонные крупные панели, хорошо связанные в узлах с помощью замоноличивания и сварки (узел 5). Внутренние стены и перегородки связаны друг с другом на сварных выпусках.
Панели перекрытия размером с комнату, опираются на стены по четырем сторонам и связаны со стенами также сваркой. Получается надежная сотовая конструкция.
Расчеты поведения крупнопанельного дома при 9-балльном землетрясении, показали, что наибольшие повреждения ожидаются в углах здания (6), и в узлах сопряжения торцевых панелей (4), где могут раскрыться большие вертикальные трещины в 1-2 см. Первые трещины могут появиться уже при Л-7,5 баллах. Такие же трещины могут появиться у деформационных швов между зданиями.
Но эти трещины не влияют на общую устойчивость здания. К неприятным факторам можно отнести возможное появление наклонных трещин шириной до 1 см в железобетонных перемычках над входными дверями в квартиры, что может привести к заклиниванию дверей. Поэтому их необходимо закрывать сразу же при начале колебаний силой в 6 баллов и более.
Поскольку крупнопанельные здания достаточно надежны, то выбегать из них при землетрясении не следует. Но держаться во время землетрясения рекомендуется в зоне островков безопасности, подальше от наружных стен, где возможны «выстреливания» оконных стекол, и от торцевой стены, в узлах которой возможно раскрытие протяженных пугающих трещин. Выбегать не следует еще и потому, что в старых домах этой серии стоят очень тяжелые опасные козырьки над входами в подъезды. Закладные металлические детали, с помощью которых эти козырьки крепились к зданию. в связи со старением сильно проржавели и могут не удержать их при сильных сейсмических толчках.
Планировка Хрущёвок. Чертёж: kvartirakrasivo.ru
Во время землетрясения на о. Шикотане в 1994 году у аналогичных крупнопанельных трехэтажных домов упало несколько козырьков, которые придавили двух жильцов, выбегавших из одного дома. При этом ни один человек, остававшийся в доме, не пострадал. Сам дом ни получил серьезных повреждений.
Более поздние крупнопанельные дома, так называемой «усовершенствованной» серии, с эркерами, а также дома «новой» планировки с большими застекленными балконами изначально рассчитаны на 9 баллов и находиться в них при землетрясении такой силы практически безопасно. Остерегаться нужно падающих сверху, прежде всего с балконов, разбитых стекол, которые могут разлетаться на большие расстояния — до 15 метров.
Поэтому из этих домов не рекомендуется выбегать, так же, как находиться на улице рядом с ними. рис.7 Опыт показывает, что даже при сильных 8-9-балльных землетрясениях 1-2-этажные деревянные дома практически не разрушаются до обвала. Один из авторов книги [4], наблюдал за поведением щитовых и брусчатых домов при 9-балльном землетрясении на о. Шикотане.
Из обследованных почти пятидесяти двухэтажных домов не было ни одного дома, где обрушилась бы хотя бы одна стена или провалилось перекрытие. Были случаи, когда фундамент «вырывался» из-под дома и увлекался оползнем на 1-1,5 метра, а дом, прогнувшись, стоял! Были разрывы стен в углах до 20 см и проседания грунта под зданием до 0,5 м, а дома выстояли.
Поэтому никуда из таких домов выбегать не следует, тем более, что опасность представляют падающие на выбегающих кирпичи от разрушающихся печных труб. В деревянных домах сильней других раскачиваются перекрытия и «трещат» стены, что вызывает неприятные ощущения. Могут вывалиться куски штукатурки из стен и с потолка.
Поэтому в таких домах имеет смысл выбрать место, где штукатурка плотно прилегает к стене, перекрытию, т. е. заранее «не бухтит» при постукивании. Детям лучше спрятаться под столом. И, конечно, необходимо находиться подальше от наружных стен с окнами, от тяжелых шкафов и полок, в особенности, если они специально не закреплены. Это является общим правилом для любых зданий.
Домашний тренинг. Давайте проведем мысленный эксперимент. Закройте глаза и вообразите, что вылежите на собственной кровати. Представьте, что в данный момент произошел первый сильный сейсмический толчок. Теперь мысленно постарайтесь как можно быстрее добраться до двери, открыть ее и занять место в дверном проеме.
Одновременно загибайте пальцы на руке в каждом случае, когда при вашем мысленном продвижении вы натыкаетесь на препятствия, реально существующие. А теперь посчитайте. Каждое препятствие — это минимум 3 потерянных секунды. Оцените время чистого движения и время открывания дверного замка.
Прибавьте секунды на то, чтобы прихватить рюкзачок с документами и продуктами (несомненно, он, как и рекомендовано, висит рядом с дверью). И если у вас получится больше 20 секунд, то поставьте себе жирный НЕУД, и давайте займемся реорганизацией. Составьте список обнаруженных при эксперименте препятствий. Это тот минимум, который предстоит сделать.
Начнем движение в обратном порядке. Оцените дверной замок с точки зрения возможности быстрого открытия двери. Легко ли вы даже в темноте находите сам замок и устройство его открывания? Сколько действий требуется для отпирания замка и двери? Постарайтесь устроить все таким образом, чтобы замок открывался при минимуме движений, и доведите эти движения до автоматизма..
Осмотрите пространство около входной двери. Находятся ли рядом предметы, которые при первом же толчке могут упасть и перегородить вам путь? Если таковые есть, либо укрепите их, либо определите им более подходящее место в квартире. Коридор должен быть максимально свободным.
Очень часто проход загромождают вещи, только недавно принесенные в квартиру и еще не обретшие своего постоянного места. Каждый знает, что нет ничего более постоянного, чем временное. Поэтому, не откладывая «на потом», расчистите себе путь к спасению. Обратите внимание на то, чтобы вдоль стен не находились предметы, за которые можно зацепиться.
Посмотрите под ноги, убрана ли не используемая сейчас обувь из коридора и не создает ли она препятствий для движения. Теперь обратим внимание на дверь из коридора в комнату. Желательно, чтобы она находилась постоянно открытой. Подумайте, как можно зафиксировать ее в открытом положении, и оборудуйте фиксатор.
Если на полу расстелено ковровое покрытие или имеются дорожки, то проверьте, насколько плотно они прилегают к полу, нет ли сборок, складок, задиров. Не проскальзывает ли дорожка по основному покрытию пола. Особое внимание обратите на места стыков ковровых покрытий и дорожек. Устраните все изъяны, пусть путь будет «шелковым».
В последние годы в наш быт прочно вошли мобильные элементы интерьера: столики на колесиках, передвижные тумбы под телевизор, видео-аудиотехнику. Возьмите за правило не оставлять их вечером на возможном пути эвакуации.
Оставляйте их в таком положении, чтобы их самопроизвольное движение в случае сейсмических толчков не могло происходить в направлении этого пути эвакуации и не вызывало бы падение предметов или мебели на этот путь. Если для подключения электроаппаратуры вы используете удлинители, то сделайте так, чтобы провода не пересекали путь вашего движения к выходу.
Гордость почти каждой семьи — домашняя библиотека. Проверьте, не стоят ли книги на открытых полках, из которых они могут при первом же сейсмическом толчке выпасть вам под ноги или свалиться на голову, когда вы побежите к двери. Оцените с тех же позиций предметы, стоящие на открытых полках, особенно, если эти полки находятся над дверями. Убедитесь, что сами полки закреплены надежно.
Прикроватные тумбочки должны быть также надежно закреплены, чтобы не явиться первым непреодолимым барьером на пути к спасению. Желательно закрепить настольные светильники, стоящие на этих тумбах. Если ящики в этих тумбочках легко вываливаются или раскрываются при несильных воздействиях дверцы, то позаботьтесь о том, чтобы они были надежно зафиксированы. Серьезным препятствием для быстрого движения может оказаться периодически накапливающаяся рядом с постелью одежда. Возьмите за правило убирать на место вещи, которые вы в этот день носить не будете. (Оказывается, возможное сильное землетрясение — немаловажная причина поддерживать в доме порядок!)
Вспомните еще раз проведенный мысленный эксперимент и обратите внимание на то, какое препятствие первым возникло на вашем пути. Если оно устранено, то проверьте, остались ли в вашем послеэкспериментном списке неустраненные барьеры и примите соответствующие меры. Проверьте теперь путь к выходу для каждого члена семьи.
Если в семье есть маленькие дети и вы сначала будете двигаться к ним, то обратите внимание на те участки, которые вы вынуждены будете пересекать дважды в разном направлении. Выясните, не создадите ли вы своим первым движением препятствия для обратного пути. Аналогичным образом обследуйте и приведите в порядок путь эвакуации из гостиной и кухни.
Учтите, что из этих помещений могут одновременно двигаться несколько человек, включая детей. Когда смотришь соревнования по легкой атлетике, то, наблюдая забег по стипль-чезу, часто возникает желание облегчить путь спортсменам и убрать препятствия и яму с водой. Как легко и красиво они добрались бы до финиша. Но там правила игры не позволяют это сделать.
Правила же сейсмобезопасности, наоборот, говорят нам — не доводите дело до домашнего стипль-чеза, иначе добраться благополучно до финиша не получится. Поэтому мы советуем убрать барьеры с дороги и не рисковать понапрасну.
Дома-убийцы на карте катастроф
Отрывок из работы В.Н. Андреева, В.Н. Медведева «ПРОБЛЕМЫ СЕЙСМИЧЕСКОГО РИСКА В РЕСПУБЛИКЕ САХА (ЯКУТИЯ)» без авторских иллюстраций.
22 февраля 2002
Тревожную тенденцию выявили новейшие Карты общего сейсмического районирования территории Российской Федерации: по сравнению с предыдущими расчетами количество регионов с повышенной сейсмической опасностью значительно увеличилось.
Планета продолжает показывать свой буйный характер. С удивительным постоянством происходят на ней землетрясения. Только за две недели их было 15 — в Турции и в Мексике, на Сахалине и Камчатке, в Лос-Анджелесе и на Аляске, на Кавказе и на Тайване, в Ионическом море и в Японии. К счастью, на этот раз подземные толчки были не самые сильные — их максимальная интенсивность не превысила 6,2 балла, но и они привели к разрушениям и гибели людей. А ведь сильное землетрясение может стать экономической и социальной катастрофой для целой страны, достаточно вспомнить трагедию в Индии 26 января прошлого года.
В последние десятилетия опасность сейсмических катастроф резко возросла, что в первую очередь связано с хозяйственной деятельностью человека, техногенными воздействиями на земную кору — созданием водохранилищ, добычей нефти, газа, твердых полезных ископаемых, закачкой жидких промышленных отходов и целого ряда других факторов. А возможные при этом разрушения построенных на поверхности крупных инженерных сооружений (атомные станции, химические комбинаты, высотные плотины и т. п.) могут привести к экологическим катастрофам. Пример такой потенциальной опасности — Балаковская АЭС, которая выдержит землетрясение не сильнее 6 баллов, при том, что Саратовская область сегодня отнесена к зоне семибалльной сейсмичности.
Практически ни один сильный подземный толчок не проходит бесследно: после каждого ожидаемая сейсмическая опасность в пострадавшем и примыкающих к нему регионах повышается. Скажем, землетрясение в Нефтегорске 1995 года было оценено специалистами как 9-10-балльное. А ведь еще в 60-х годах эта и прилегающие территории вообще не считались сейсмически опасными, и при проектировании зданий возможность землетрясений не учитывалась. Такие же заниженные прогнозы сейсмической активности были допущены в Японии, Китае, Греции и других странах. Не исключены, к сожалению, подобные ошибки и в будущем.
Так что печальный перечень регионов, где земля может вдруг встать дыбом, непрерывно растет. Последние Карты общего сейсмического районирования территории Российской Федерации это наглядно демонстрируют. Еще недавно наиболее сейсмоопасными считались два региона России — Сахалин, Камчатка, Курилы и другие районы Дальнего Востока, а также территории Восточной Сибири, примыкающие к Прибайкалью и Забайкалью, включая горный Алтай. Там возможны катастрофические землетрясения интенсивностью 9 и более баллов (по шкале Рихтера — до 8,5). Кстати, территория Сахалинской области — из числа самых сейсмоопасных не только в России, но и в мире.
Теперь на последних картах угроза землетрясений в 9 и более баллов распространилась и на значительную часть Северного Кавказа, где проживают около 7 млн. человек. И это при том, что строительство жилых домов и промышленных зданий до недавнего времени осуществлялось здесь с учетом сейсмичности в 7 баллов. Наибольшие опасения вызывает Краснодарский край с пятимиллионным населением. В летние месяцы на узкой полоске Черноморского побережья количество людей многократно увеличивается.
Еще одно очень важное отличие новых карт в том, что на них впервые появились зоны 10-балльных землетрясений. Они расположены на Сахалине, Камчатке и Алтае. Раньше таких районов в нашей стране не значилось.
Но точное место, силу и время землетрясения предсказать невозможно. Нет способов и предотвратить катаклизм. Основная задача — свести к минимуму разрушения и человеческие жертвы. Последние сильные землетрясения в Нефтегорске (1995 г.), в Турции и на Тайване (1999 г.) показали: необходимы принципиально новые подходы в нормировании и проектировании инженерных сооружений.
А пока специалисты приходят к шокирующим результатам: главными «убийцами» людей при землетрясениях оказываются здания двух типов. Причем наиболее распространенных. Прежде всего — дома со стенами из малопрочных материалов. Второй тип — железобетонные каркасные здания, массовое разрушение которых оказалось совершенно неожиданным, поскольку еще недавно они по сейсмостойкости были на одном из первых мест. Так, во время землетрясения в Ленинакане 98 процентов железобетонных каркасных домов сложились как гармошка, в них погибло более 10 тысяч человек.
В отличие от каркасных очень хорошо себя зарекомендовали крупнопанельные здания и дома со стенами из монолитного железобетона, обладающие максимальной жесткостью во всех направлениях.
Разумеется, кардинальное решение создавшейся ситуации: снесение всех опасных домов и строительство на их месте новых сегодня нереально. Поэтому самая сложная и неотложная задача — усиление зданий, построенных без учета возможных сейсмических воздействий или рассчитанных на незначительные землетрясения. К сожалению, в России эта проблема стоит чрезвычайно остро. Недаром в Федеральной целевой программе «Сейсмобезопасность территории России», начавшей действовать в этом году, есть страшная фраза: «За всю историю СССР и Российской Федерации в стране не были реализованы общегосударственные программы по сейсмической безопасности, в результате чего десятки миллионов человек на сейсмоопасных территориях живут в домах, характеризующихся дефицитом сейсмостойкости в 2-3 балла». При этом в ряде субъектов Российской Федерации, даже по приближенным оценкам, от 60 до 90 процентов зданий и других сооружений должны быть отнесены к несейсмостойким.
По данным Программы, более половины территории России может пострадать от землетрясений средней балльности, которые способны привести к тяжелейшим последствиям в густонаселенных местностях, а «около 25 процентов территории Российской Федерации с населением более 20 млн. человек может подвергаться землетрясениям в 7 баллов и выше.
Именно с учетом высокой сейсмической опасности, плотности населения, степени фактической сейсмической уязвимости застройки субъекты Российской Федерации были классифицированы в зависимости от индекса сейсмического риска и подразделены на 2 группы.
В первую группу (см. таблицу) были включены 11 субъектов Российской Федерации — регионы наиболее высокого сейсмического риска. Многие города и крупные населенные пункты этих регионов расположены на территориях с сейсмичностью 9 и 10 баллов.
Во вторую группу попали Алтайский, Красноярский, Приморский, Ставропольский и Хабаровский края, Амурская, Кемеровская, Магаданская, Читинская области, Еврейская автономная область, Усть-Ордынский Бурятский, Чукотский и Корякский автономные округа, республики Саха (Якутия), Адыгея, Хакасия, Алтай и Чеченская Республика. В этих регионах прогнозируемая сейсмическая активность 7-8 баллов и ниже.
Москва и Московская область, по данным Российской академии наук, не являются сейсмически опасным районом. Максимально возможные колебания здесь не превысят 5 баллов.
Зона повышенного риска
_______
*Индекс сейсмического риска характеризует необходимый объем антисейсмических усилений, учитывает сейсмическую опасность, сейсмический риск и численность населения в крупных населенных пунктах.
Источник: www.xn—-ptbgks9a.kz