Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве
Общее сейсмическое районирование
Сейсмическое районирование – это картирование потенциальной сейсмической опасности, обусловленной максимальными возможными сейсмическими воздействиями, выраженными в баллах макросейсмической шкалы интенсивности, а также в других физических единицах — в ускорениях, скоростях, спектрах, длительности колебаний грунта и др., которые необходимо учитывать при проектировании и строительстве в сейсмических районах. Сейсмическое районирование актуально для всей без исключения территории Российской Федерации, где даже на относительно спокойных в геологическом отношении равнинных территориях имели место, и возможны в будущем, достаточно сильные и разрушительные землетрясения. На Северном Кавказе, юге Сибири и Дальнем Востоке значительную площадь занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении 8-9- и 9-10-балльные зоны.
Согласно российским стандартам, сейсмическое районирование подразделяется на общее сейсмическое районирование (ОСР), детальное сейсмическое районирование (ДСР) и сейсмическое микрорайонирование (СМР). Различие между перечисленными видами сейсмического районирования заключается в объектах изучения, содержании задач и методиках их решения, что определяет масштабы картирования. ОСР отвечает федеральному уровню, ДСР — региональному и СМР — местному (муниципальному). Карты общего сейсмического районирования, определяющие исходную сейсмическую опасность, входят в состав Строительных норм и правил (СНиП), а также других нормативных и методических документов по сейсмостойкому проектированию и строительству.
Особенности строительства в сейсмических районах
В последние десятилетия в большинстве стран мира для сейсмического районирования территорий широко используется вероятностный анализ сейсмической опасности (ВАСО). Однако, как ни парадоксально, в нашей стране, где в 1937 году впервые в мире была создана нормативная карта сейсмического районирования территории СССР (составитель Г.П.Горшков), а в середине 60-х годов прошлого столетия впервые были разработаны методы вероятностных оценок сейсмических воздействий (Ю.В.Ризниченко), практически все карты ОСР (1937, 1949, 1957, 1968 и 1978 гг.) территории страны оказывались детерминистскими и не учитывали особенностей сейсмического режима регионов.
Даже карта сейсмического районирования выпуска 1978 г. (СР-78), в которую ее составителями были введены некие индексы 1, 2 и 3, якобы отражающие повторяемость сейсмических сотрясений один раз в 100, 1000 и 10000 лет, на самом деле не давала адекватных оценок сейсмической опасности, что явилось одной из причин недостаточной надежности этой карты. В частности, в результате такой индексации реальный инженерный риск, определяемый картой СР-78, оказался не единым для всех сейсмоопасных районов страны. Более того, как было показано при создании в 1991-1997 гг. первых вероятностных карт ОСР-97 (отв. ред. В.И.Уломов), совмещать такую разнородную информацию на одной и той же карте, по меньшей мере, некорректно, поскольку с увеличением периода «ожидания», на картах меняется не только номинал сейсмической интенсивности, но и конфигурация сейсмоопасных зон, поскольку «срабатывание» тех или иных сейсмогенерирующих структур непосредственно связано с продолжительностью заданного интервала времени.
Сейсмическое строительство в Японии / Seismic construction in Japan
Как показали исследования 1991-1997 гг., карта СР-78 на самом деле и не была «общей», поскольку составлялась из разрозненных фрагментов, созданных в разных республиках и регионах на основе разнородных исходных данных и различной, не всегда понятной, методики. Например, единый в сейсмогенетическом и сейсмогеодинамическом отношении Иран-Кавказ-Анатолийский регион, протяженностью около 3000 км, был искусственно (административно) разделен на части, каждая из которых исследовалась «самостоятельно» сейсмологами в каждой из шести бывших союзных республик — Азербайджане, Армении, Грузии, Туркмении, Украине и РСФСР.
Карта СР-78 оказалась самой неудачной из всех предыдущих официальных карт сейсмического районирования. Так, начиная со Спитак-Ленинаканской катастрофы, в течение относительно короткого отрезка времени на территории бывшего СССР одно за другим произошли разрушительные землетрясения, на 2-3 балла превысившие сейсмическую интенсивность, указанную на карте ОСР-78. Ими были Спитакское землетрясение 1988 г. в Армении, Зайсанское землетрясение 1990 г. — в Казахстане, Рача-Джавское 1991г. — в Грузии, Сусамырское 1992 г. — в Киргизии, Хаилинское 1991 г. и Нефтегорское 1995 г. — в России (в Корякии и на Сахалине).
Нефтегорское землетрясение, произошедшее ночью 28 мая 1995 г. в северной части острова, было самым разрушительным из известных до этого на территории России. Строительство города началось в 1964 г. Первоначально поселок назывался Восток, в 1970 г. его переименовали в Нефтегорск. По генеральному плану поселок был рассчитан на 5 тысяч жителей.
В результате землетрясения были полностью разрушены почти все здания и сооружения. Пятиэтажные 80-квартирные дома, совершенно не рассчитанные на сейсмику, которая в те времена оценивалась местной картой сейсмического районирования лишь в 6 баллов, рухнули под собственным весом. В общей сложности погибло свыше 2000 человек из, прмерно, 3000 жителей Нефтегорска, который поле этой катастрофы перестал существовать.
Прежней, детерминистской, карте ОСР-78 не соответствовало и крупнейшее землетрясение в Горном Алтае в 2003 г, обошедшееся без жертв только благодаря незаселенности его эпицентральной области. Ещё более крупное (магнитуда М=7.6-7.8) землетрясение случилось в 2006 г. в малозаселенном районе на севере Камчатки — в Корякии, где в 1991 г. произошло Хаилинское землетрясение.
В 1991-1997 гг. произошла смена парадигмы в прогнозе сейсмической опасности. Была разработана целостная методология конструирования модели зон возникновения очагов землетрясений (ЛДФ-модель зон ВОЗ) и её сейсмогеодинамической параметризации. Вместо традиционно одной детерминистской карты впервые в мировой сейсмологической и строительной практике в нашей стране стал использоваться комплект вероятностных карт — ОСР-97, положивших начало принципиально новому, динамическому, сейсмическому районированию, учитывающему фактор времени.
Условия неопределенностей, которые в природе всегда существуют, а также экономические аспекты обеспечения сейсмостойкого строительства, делают неправомочным детерминистский подход к сейсмическому районированию. В настоящее время районирование сейсмической опасности может быть осуществлено лишь на вероятностной основе. Иными словами, риск всегда будет иметь место, но его необходимо грамотно оценить и свести к минимуму, делая приемлемым для человеческого сообщества. Это и заложено в картах ОСР-97 (отв. ред. В.И.Уломов, ИФЗ РАН), позволяющих оценивать степень сейсмической опасности для объектов разных сроков службы и категорий ответственности на нескольких уровнях, отражающих расчетную интенсивность сейсмических сотрясений, ожидаемых на данной географической площадке с заданной вероятностью в течение определенного интервала времени.
Комплект карт ОСР-97, созданный в 1991-1997 гг. в Институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН при участии ряда научных и производственных организаций, был рекомендован Российской академией наук к применению в практике сейсмостойкого строительства. Комплект ОСР-97 включает карты, рассчитанные для периодов повторяемости сейсмических воздействий в среднем один раз за Т=500 (карта А), 1000 (карта В) и 5000 (карта С) лет (рис. 1), что соответствует вероятностям Р=10%, Р=5% и Р=1% возможного превышения (или 90%, 95% и 99%-ной вероятности не превышения) расчетного сейсмического эффекта в течение 50-летних интервалов времени. Для атомной отрасли составлена карта ОСР-97-D, характеризующаяся периодом повторяемости Т=10000 лет и Р=0.5% в течение 50 лет.
В 2000 г. карты ОСР-97 были опубликованы в настенном варианте в масштабе 1:8.000.000. В том же году Госстроем России комплект карт ОСР-97 введен в состав Строительных норм и правил (СНиП II-7-81*) «Строительство в сейсмических районах» (см. раздел «Сейсмостойкость»).
Рис. 1. Комплект нормативных карт ОСР-97(А, В, С,), характеризующихся вероятностью 10%, 5%. и 1% возможного превышения указанных на них величин сейсмической интенсинвоти в течение 50 лет.
Сейсмический эффект, указанный на каждой из карт комплекта ОСР-97, отнесен к средним грунтовым условиям (грунты II категории по сейсмическим свойствам, согласно СНиП II-7-81*) и может быть уточнен в результате исследований по сейсмическому микрорайонированию (СМР, масштаб 1:50000 и крупнее).
Методология составления карт ОСР-97 получила международное признание, а карта ОСР-97-А для всей обширной территории Северной Евразии, представленная в пиковых ускорениях колебаний грунта, вошла составной частью в опубликованную в 1999 г. под эгидой ООН мировую карту глобальной сейсмической опасности (Global Seismic Hazard Map).
Комплект карт ОСР-97 в 1998 г. был удостоен Диплома первой степени Международной выставки-ярмарки «ИННОВАЦИИ-98» и Медали Всероссийского выставочного Центра. Новая методология и комплект карт ОСР-97 отмечены Государственной премией Российской Федерации 2002 года в области науки и техники.
Уточнение модели зон ВОЗ, на основе которой рассчитаны и построены все карты ОСР-97, и представление зон ВОЗ в более крупном масштабе, по сравнению с ОСР-97 (масштаб 1:2.500.000), должно осуществляться путем проведения исследований по детальному сейсмическому районированию (ДСР, масштаб 1:500.000 и крупнее). Исходной же оценкой сейсмической опасности исследуемой территории при всех работах по ДСР и СМР непременно должны быть карты ОСР-97, их целостная методология расчетов и построений, а также нормативные периоды повторяемости сейсмических воздействий.
Карты ДСР и СМР, составляемые различными организациями и коллективами, не могут быть «конфиденциальными» и «частными», как это нередко делается в последние десятилетия в нашей стране, а должны официально утверждаться, как и карты ОСР, после их профессионального обсуждения, в том числе, на страницах Интернет-портала «Сейсмобезопасность России».
В 2010-2011 гг. выполнены исследования по актуализации карт ОСР-97 в составе создаваемой по заданию Министерства регионального развития Российской Федерации Единой информационной системы «Сейсмобезопасность России». В результате создан ещё более расширенный и функционально содержательный комплект карт ОСР-97*, возросло в десяток раз их число в свзи с увеличением количества расчетных периодов повторяемости (см. табл. 1) и введения, наряду с целочисленными, дробных баллов с шагом 0.5 и 0.1 балла, а также карт, представленных в пиковых ускорениях колебаний грунта, в соответствии с двумя макросейсмическими шкалами — MSK-64 и проектом новой шкалы ШИЗ-2010 (Ф.Ф.Аптикаев и др.). Все расчёты и построения расширенного комплекта карт ОСР-97* выполнили В.И.Уломов и С.А.Перетокин с использованием программно-математического обеспечения «Восток-2003» и на основе той же, но несколько актуализированной, модели зон ВОЗ, что и комплект карт ОСР-97.
В таблице 1 для каждой из карт приведены интервалы времени t лет, в течение которых с вероятностью P=90% не должна быть превышена указанная на картах расчетная сейсмическая интенсивность. Здесь T* — периоды повторяемости сейсмических воздействий, обеспечивающие величину P%; а T – их округленные значения, более привычные для восприятия.
Таблица 1. Интервалы времени t, в течение которых с вероятностью Р=90% не должны быть превышены расчетные сейсмические воздействия.
| t лет | 10 | 50 | 100 | 250 | 500 | 1000 |
| T* лет | 95 | 475 | 975 | 2475 | 4975 | 9975 |
| T лет | 100 | 500 | 1000 | 2500 | 5000 | 10000 |
На рис.2, в форме символических прямоугольников, показан весь набор карт ОСР-97*, созданный в электронной векторной форме в виде слоёв, размещенных на этом сайте (см. меню слева). В векторную базу данных вошли также карта ОСР-78 и четыре карты ОСР-97, выраженные в целочисленных баллах. Для ОСР-97* расчеты и построения выполнены не только в целых, но и в дробных баллах с шагом 0.5 и 0.1, а также в пиковых ускорениях. Со всеми перечисоенными картами следует работать в в Интеренете, поскольку издаваться типографским способом они не поанируются. Для удобства пользования (как и в СНиП) все указанные параметры нового комплекта карт представлены в перечне городов и населенных пунктов Российской Федерации, приведенном на этом сайте.
Рис. 2. Иллюстрация комплекта электронных слоев всех карт ОСР-97 и ОСР-97*, размещенных на портале ЕИС «Сейсмобезопасность России».
Следует подчеркнуть, что карты ОСР-97*, построенные через 0.5 балла станут такими же нормативными, как и сами карты ОСР-97* в целочисленных баллах, поскольку вполне отвечают той же точности. Карты с шагом в 0.1 балла имеют справочный характер и могут служить для определения градиентной неоднородности макросейсмического поля и изменения балльности с расстоянием, а также для использования при СМР. На рис.3 и 4 приведены примеры фрагментов новых электронных карт, которые можно получить в системе ЕИС «Сейсмобезопасность России» (см. меню справа на этом сайте).
Источник: igiis.ru
СП 14.13330.2014: Строительство в сейсмических районах
3.1 абсолютное движение : Движение точек сооружения, определяемое как сумма переносного и относительного движений во время землетрясения.
3.2 акселерограмма (велосиграмма, сейсмограмма) : Зависимость ускорения (скорости, смещения) от времени точки основания или сооружения в процессе землетрясения, имеющая одну, две или три компоненты.
3.3 акселерограмма землетрясения : Запись во времени процесса изменения ускорения колебаний грунта (основания) для определенного направления.
3.4 акселерограмма синтезированная : Акселерограмма, полученная с помощью расчетных методов, в том числе, на основе статистической обработки и анализа ряда акселерограмм и/или спектров реальных землетрясений с учетом местных сейсмологических условий.
3.5 активный разлом : Тектоническое нарушение с признаками постоянных или периодических перемещений бортов разлома в позднем плейстоцене — голоцене (за последние 100000 лет), величина (скорость) которых такова, что она представляет опасность для сооружений и требует специальных конструктивных и/или компоновочных мероприятий для обеспечения их безопасности.
3.6 антисейсмические мероприятия : Совокупность конструктивных и планировочных решений, основанных на выполнении требований, обеспечивающая определенный, регламентированный нормами, уровень сейсмостойкости сооружений.
3.7 вторичная схема : Расчетная схема, отражающая состояние сооружения в период времени от момента окончания землетрясения до начала ремонтных работ.
3.8 детальное сейсмическое районирование (ДСР) : Определение возможных сейсмических воздействий, в том числе в инженерных терминах, на конкретные существующие и проектируемые сооружения, территории населенных пунктов и отдельных районов. Масштаб карт ДСР — 1:500000 и крупнее.
3.9 динамический метод анализа : Метод расчета на воздействие в виде акселерограмм колебаний грунта в основании сооружения путем численного интегрирования уравнений движения.
3.10 железобетонный каркас с железобетонными диафрагмами, ядрами жесткости или стальными связями : Конструктивная система, в которой восприятие вертикальных нагрузок обеспечивается в основном пространственным каркасом, а сопротивление горизонтальным нагрузкам, обеспечиваемое железобетонными диафрагмами, ядрами жесткости или стальными связями, составляет более 35 % и менее 65 % общего сопротивления горизонтальным нагрузкам всей конструктивной системы.
3.11 интенсивность землетрясения : Оценка воздействия землетрясения в баллах 12-балльной шкалы, определяемая по макросейсмическим описаниям разрушений и повреждений природных объектов, грунта, зданий и сооружений, движений тел, а также по наблюдениям и ощущениям людей.
3.12 исходная сейсмичность : Сейсмичность района или площадки, определяемая для нормативных периодов повторяемости и средних грунтовых условий с помощью ДСР или УИС (или принятая равной нормативной сейсмичности).
3.14 каркасно-каменные здания : Здания с монолитными железобетонными каркасами, при возведении которых применяют специфическую технологию: вначале возводят кладку, которую используют в качестве опалубки при бетонировании элементов каркаса.
3.13 каркасные здания : Конструктивная система, в которой как вертикальным, так и нагрузкам в любом из горизонтальных направлений в основном противодействует пространственный каркас, а его сопротивление горизонтальным нагрузкам составляет более 65 % общего сопротивления горизонтальным нагрузкам всей конструктивной системы.
3.15 категория грунта по сейсмическим свойствам (I, II или III) : Характеристика, выражающая способность грунта в примыкающей к сооружению части основания ослаблять (или усиливать) интенсивность сейсмических воздействий, передающихся от грунтового основания на сооружение.
3.16 комплексная конструкция : Стеновая конструкция из кладки, выполненной с применением кирпича, бетонных блоков, пильного известняка или других естественных или искусственных камней и усиленная железобетонными включениями, не образующими рамы (каркас).
3.17 конструктивная нелинейность : Изменение расчетной схемы сооружения в процессе его нагружения, связанное с взаимными смещениями (например, раскрытием швов и трещин, проскальзыванием) отдельных частей сооружения и основания.
3.18 линейно-спектральный метод анализа (ЛCM) : Метод расчета на сейсмостойкость, в котором значения сейсмических нагрузок определяют по коэффициентам динамичности в зависимости от частот и форм собственных колебаний конструкции.
3.19 линейный временной динамический анализ (линейный динамический анализ) : Временной динамический анализ, при котором материалы сооружения и грунты основания принимаются линейно-упругими, а геометрическая и конструктивная нелинейность в поведении системы «сооружение — основание» отсутствует.
3.20 максимальное расчетное землетрясение (MPЗ) : Землетрясение максимальной интенсивности на площадке строительства с повторяемостью один раз в 1000 лет и один раз в 5000 лет — для объектов повышенной ответственности (для гидротехнических сооружений). Принимают по комплектам карт ОСР-97 В и С соответственно.
3.21 монолитно-каменные здания : Здания с трехслойными или многослойными стенами, в которых бетонирование основного несущего слоя из монолитного железобетона осуществляют с применением двух наружных слоев кладки с применением естественных или искусственных камней, использующихся в качестве несъемной опалубки. В необходимых случаях устраиваются дополнительные термоизолирующие слои.
3.22 нарушение нормальной эксплуатации : Нарушение в работе строительного объекта, при котором произошло отклонение от установленных эксплуатационных пределов и условий.
3.23 нелинейный временной динамический анализ (нелинейный динамический анализ) : Временной динамический анализ, при котором учитывают зависимость механических характеристик материалов сооружения и грунтов основания от уровня напряжений и характера динамического воздействий, а также возможны геометрическая и конструктивная нелинейность в поведении системы «сооружение-основание».
3.24 нормальная эксплуатация : Эксплуатация объекта строительства в определенных проектом эксплуатационных пределах и условиях.
3.25 нормативная сейсмичность : Сейсмичность района нахождения гидротехнического сооружения, определяемая для нормативных периодов повторяемости по картам ОСР-97.
3.26 общее сейсмическое районирование (ОСР) : Представляет собой оценку сейсмической опасности на территории всей страны и имеет общегосударственное значение для осуществления рационального землепользования и планирования социально-экономического развития крупных регионов. Масштаб карт ОСР — 1:2500000 — 1:8000000.
3.27 осциллятор : Одномассовая линейно-упругая динамическая система, состоящая из массы, пружины и демпфера.
3.28 относительное движение : Движение точек сооружения относительно основания во время землетрясения под влиянием сейсмических сил (нагрузок).
3.29 переносное движение : Совместное движение сооружения и основания во время землетрясения как единого недеформируемого целого с ускорениями (скоростями или смещениями) основания.
3.30 площадка гидротехнического сооружения (площадка строительства) : Территория, на которой проектируется (или размещается) гидротехническое сооружение.
3.31 проектное землетрясение (ПЗ) : Землетрясение максимальной интенсивности на площадке строительства с повторяемостью один раз в 500 лет (для гидротехнических сооружений).
3.32 прямой динамический метод расчета сейсмостойкости (ПДМ) : Метод численного интегрирования уравнений движения, применяемый для анализа вынужденных колебаний конструкций при сейсмическом воздействии, заданном акселерограммами землетрясений.
3.33 рамно-связевая система : Система, состоящая из рам (каркаса) и вертикальных диафрагм, стен или ядер жесткости и воспринимающая горизонтальные и вертикальные нагрузки. Горизонтальную и вертикальную нагрузки распределяют между рамами (каркасами) и вертикальными диафрагмами (и другими элементами) в зависимости от соотношения жесткостей этих элементов.
3.34 расчетная сейсмичность : Значение расчетного сейсмического воздействия для заданного периода повторяемости, выраженное в баллах макросейсмической шкалы или в кинематических параметрах движения грунта (ускорения, скорости, смещения).
3.35 расчетные сейсмические воздействия : Сейсмические воздействия, применяемые в расчетах сейсмостойкости сооружений (акселерограммы, велосиграммы, сейсмограммы и их основные параметры — амплитуда, длительность, спектральный состав).
3.36 резонансная характеристика грунта : Совокупность характерных периодов (или частот), на которых достигается резонансное усиление колебаний основания сооружения при прохождении сейсмических волн.
3.37 связевая система : Система, состоящая из рам (каркаса) и вертикальных диафрагм, стен и (или) ядер жесткости; при этом расчетная горизонтальная нагрузка полностью воспринимается диафрагмами, стенами и (или) ядрами жесткости.
3.40 сейсмическая (инерционная) сила, сейсмическая нагрузка : Сила (нагрузка), возникающая в системе «сооружение-основание» при колебаниях основания сооружения во время землетрясения.
3.41 сейсмический район : Район с установленными и возможными очагами землетрясений, вызывающими на площадке строительства сейсмические воздействия интенсивностью 6 и более баллов.
3.38 сейсмическое воздействие : Движение грунта, вызванное природными или техногенными факторами (землетрясения, взрывы, движение транспорта, работа промышленного оборудования), обусловливающее движение, деформации, иногда разрушение сооружений и других объектов.
3.39 сейсмическое микрорайонирование (СМР) : Оценивает влияние свойств грунтов на сейсмические колебания в пределах площадей расположения конкретных сооружений и на территории населенных пунктов. Масштаб карт СМР — 1:50000 и крупнее.
3.42 сейсмическое районирование (СР) : Картирование сейсмической опасности, основанное на выявлении зон возникновения очагов землетрясений (зон ВОЗ) и определении сейсмического эффекта, создаваемого ими на земной поверхности.
Примечание — Карты СР служат для осуществления сейсмостойкого строительства, обеспечения безопасности населения, охраны окружающей среды и других мероприятий, направленных на снижение ущерба при сильных землетрясениях.
3.43 сейсмичность площадки строительства : Интенсивность расчетных сейсмических воздействий на площадке строительства с соответствующими периодами повторяемости за нормативный срок.
Примечание — Сейсмичность устанавливают в соответствии с картами сейсмического районирования и сейсмомикрорайонирования площадки строительства и измеряют в баллах по шкале MSK-64.
3.45 сейсмичность территории : Максимальная интенсивность сейсмических воздействий в баллах на рассматриваемой территории для принятого периода повторяемости землетрясения (в том числе площадки гидротехнического сооружения).
3.46 сейсмогенерирующий разлом : Тектонический разлом, с которым связаны возможные очаги землетрясений.
3.44 сейсмоизоляция : Снижение сейсмических нагрузок на сооружение за счет применения специальных конструктивных элементов:
повышающих гибкость и периоды собственных колебаний сооружения (гибкие стойки; качающиеся опоры; резинометаллические опоры и др.);
увеличивающих поглощение (диссипацию) энергии сейсмических колебаний (демпферы сухого трения; скользящие пояса; гистерезисные; вязкие демпферы);
резервных, выключающихся элементов.
Примечание — В зависимости от конкретного проекта применяют все или некоторые из перечисленных элементов.
3.48 сейсмостойкость сооружения : Способность сооружения сохранять после расчетного землетрясения функции, предусмотренные проектом, например:
отсутствие глобальных обрушений или разрушений сооружения или его частей, способных обусловить гибель и травматизм людей;
эксплуатация сооружения после восстановления или ремонта.
3.47 скоростные характеристики грунта : Скорости распространения сейсмических (продольных Vp и поперечных Vs) волн в грунтах оснований, измеряемые в м∙с -1 .
3.49 спектр отклика однокомпонентной акселерограммы : Функция, связывающая между собой максимальное по модулю ускорение одномассового линейного осциллятора и соответствующий этому ускорению период (либо частоту) собственных колебаний того же осциллятора, основание которого движется по закону, определенному данной акселерограммой.
3.50 средние грунтовые условия : Грунты категории II по сейсмическим свойствам.
3.51 стеновая система : Конструктивная система, в которой, как вертикальным, так и нагрузкам в любом из горизонтальных направлений в основном противодействуют вертикальные несущие стены, прочность на сдвиг которых в основании здания составляет более 65 % общей прочности на сдвиг всей конструктивной системы.
3.53 суммарная эффективная модальная масса : Сумма эффективных модальных масс по учитываемым в расчете формам колебаний
где — число учтенных в расчете форм колебаний.
При учете всех форм должно выполняться условие
где n — число всех форм колебаний (число динамических степеней свободы системы).
Основные буквенные обозначения и сокращения приведены в приложении Б.
3.52 эффективная модальная масса : Доля массы сооружения, участвующей в динамической реакции по определенной форме колебаний при заданном направлении сейсмического воздействия в виде смещения основания как абсолютно жесткого тела. Значение эффективной массы в долях единицы вычисляют по формуле
Наряду с безразмерной величиной можно применять значение эффективной модальной массы в % (μi∙100 %).
Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации . academic.ru . 2015 .
Полезное
Смотреть что такое «СП 14.13330.2014: Строительство в сейсмических районах» в других словарях:
Акселерограмма — зависимость ускорения колебаний от времени. Источник: НП 031 01: Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций 3.1.2 акселерограмма: Зависимость ускорения колебаний от времени по title= Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций .… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Сейсмичность — вероятная интенсивность землетрясения в баллах по шкале MSK 64. Источник: РД 31.3.06 2000: Руководство по учету сейсмических во … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Расчетные — 17. Расчетные нормативы для составления проектов организации строительства: Ч. 13/ ЦНИИОМТП. М.: Стройиздат, 1973. 174 с. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Интенсивность — Показатель геологической или другой природной опасности, прямо или косвенно характеризующий ее разрушительную силу Источник: Рекомендации: Рекомендации по оценке геологического риска на территории г. Москвы Смотри также родственные термины: 65… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
категория — 3.1 категория: Класс или группа объектов, обладающих одними и теми же общими качественными характеристиками. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
площадка — 3.28.4 площадка: Наибольшая по площади единичная грань бриллианта, расположенная в центре короны. Источник: ГОСТ Р 52913 2008: Бриллианты. Классификация. Технические требования оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Сейсмическое районирование — разделение территории, подверженной землетрясениям, на районы с одинаковой сейсмической опасностью. Источник: РД … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
сейсмичность площадки — 3.69 сейсмичность площадки: Интенсивность возможных сейсмических воздействий на площадке размещения АЭС в баллах по шкале MSK 64 ( title= Нормы проектирования сейсмостойких атомных станций [51]). Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Сейсмическое воздействие — 15 Сейсмическое воздействие Подземные удары и колебания поверхности, вызванные естественными и искусственными причинами Источник: ГОСТ 26883 86: Внешние воздействующие факторы. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Акселерограмма синтезированная — акселерограмма, полученная аналитическим путем на основе статистической обработки и анализа ряда акселерограмм и (или) спектров реальных землетрясений с учетом местных сейсмических условий. Источник: НП 031 01: Нормы проектирования сейсмостойких… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Источник: normative_reference_dictionary.academic.ru
VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2016
АРХИТЕКТУРНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РАЙОНАХ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Кто из нас не мечтал поехать отдыхать к морю, высоким горам? Как правило, такие местности подвергаются природным воздействиям, в том числе и сейсмическим. Сейсмическими являются районы, подверженные землетрясениям.
В Сочи, Крыму и других южных городах идет интенсивная застройка, в связи с большим количеством туристов, поэтому данный вопрос как никогда актуален.
Итак, приступим к ознакомлению с этим вопросом. Начнем с истоков и выясним, что же такое землетрясение.
Землетрясения — подземные удары и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами [2]. Они могут быть такими слабыми, что лишь детская колыбель слегка качнется. Но бывают и настолько катастрофическими, что разрушают горы и стирают целые города с лица Земли. Недавние события в Неаполе являются тому подтверждением.
На самом деле колебания земли могут вызываться самыми различными причинами — от проезда тяжелой транспортной техники до извержения вулкана. Крупные землетрясения происходят при разрыве и перемещении горных пород в местах столкновения тектонических плит, из которых состоит земная кора.
Таким образом, чтобы исключить или смягчить разрушительные факторы от сейсмических воздействий, необходимо прибегнуть к следующим мероприятиям:
1) выбор участков с меньшей степенью сейсмической опасности;
2) применение соответствующих конструктивных схем зданий;
3) применение соответствующих сейсмостойких материалов при строительстве;
4) реализация соответствующих объёмно-планировочных решений;
5) выбор конструктивных решений, обеспечивающих сейсмостойкость здания [1].
Также минимизация риска разрушений от сейсмических воздействий достигается совершенствованием действующих или разработкой новых строительных норм и правил, а также методов расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия.
Рассмотрим подробнее вышеизложенные положения.
Под сейсмостойкостью понимают сохранность несущих конструкций, нарушение целостности которых угрожает обрушением здания или его частей. При этом возможны повреждения второстепенных несущих элементов, не угрожающих безопасности людей или сохранности ценного оборудования.
Сейсмичность места строительства уточняется по картам сейсмического микрорайонирования [4]. Сейсмическое микрорайонирование территорий строительства и населенных мест производится по материалам, характеризующим физико-механические свойства грунтов, геологические и гидрогеологические условия и рельеф местности.
Далее рассмотрим благоприятные и неблагоприятные грунтовые условия, ведь именно правильно выбранный район строительства с наиболее благоприятными грунтами является началом прочного, устойчивого и долговечного здания.
Итак, к наиболее благоприятными в сейсмическом отношении грунтами являются невыветренные скальные и полускальные породы, а также плотные и маловлажные крупнообломочные грунты. Неблагоприятными грунтами являются насыщенные водой гравийные, песчаные и глинистые (макропористые), а также пластичные, текучие глинистые (не макропористые) грунты. Плюс ко всему к неблагоприятным условиям, в сейсмическом отношении, следует отнести сильно расчлененный рельеф местности (обрывистые берега, овраги, ущелья и др.) и близкое расположение линий тектонических разрывов.
Конструктивные схемы зданий можно применять жесткие и гибкие со специальными амортизаторами и гибкими первыми этажами.
Что касается объемно-планировочного решения, то здания должны иметь простую форму плана (квадрат, прямоугольник, круг, эллипс и т. п.), без выступов, впадин и переломов стен. Внутренние стены следует располагать в плане равномерно и симметрично центру тяжести здания.
Если по функциональным и архитектурно-планировочным соображениям нельзя избежать сложной и ассимметричной формы здания в плане, то в них располагаются антисейсмические швы, разделяя тем самым протяженные и сложные по конфигурации строения на отсеки простой формы (рис). Они устраиваются в виде двойных несущих стен в зданиях со стеновой конструктивной системой, в каркасных зданиях — установкой двойных рам. В пределах каждого отсека материал конструкций, конструктивная схема, этажность должны быть одинаковыми. Также желательно, чтобы здание не имело перепадов высот.
Рисунок. Схемы расположения несущих стен в зданиях, возводимых в сейсмических районах: а- неправильное расположение (входящие углы 1-4 подвергаются разрушению); б — правильное расположение стен (образующие замкнутые сейсмостойкие отсеки 5,6,7; 8 — антисейсмический шов)
Из изложенного можно сделать вывод, что для строительства в сейсмических районах, следует применять такие конструктивные схемы, объемно-планировочные решения, которые позволяют до минимума снижать сейсмические нагрузки и обеспечивают развитие пластических деформаций в элементах и стыках.
Конструкции зданий для сейсмических районов следует рассчитывать и конструировать в соответствии с требованиями [3].
В соответствии с этими нормами, кроме расчета конструкций на обычные нагрузки (собственный вес, временные и другие нагрузки) проводятся расчеты на воздействие сейсмических сил, которые условно принимают действующими горизонтально. В сочетании нагрузок необходимо учитывать особые нагрузки, которые и предполагают наличие сейсмической угрозы в данном географическом районе строительства. Во время землетрясения вступает в силу тот резерв прочности системы, который был заложен при расчётах. Сила землетрясения в таких расчетах устанавливается по 12-балльной шкале [4].
Необходимо также предусматривать специальные конструктивные мероприятия, повышающие монолитность и прочность несущих конструкций, создающих возможность развития в конструктивных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость сооружений действию сейсмических сил.
Также стоит отметить, что особое значение при строительстве в сейсмических условиях должно быть уделено глубине заложения фундаментов и наличие или отсутствие подземной части здания. Ленточные и сплошные фундаменты в монолитном варианте являются наиболее надежными и устойчивыми при сейсмических воздействиях.
В зданиях до 9 этажей включительно конструкции фундаментов, стен подвалов и подземных этажей могут выполняться как в сборных конструкциях, так и в монолитном железобетоне.
В многоэтажном здании целесообразно устройство подвала и свайного основания.
Стоит отметить, что высокую сейсмостойкость обеспечивают крупнопанельные здания и здания с монолитными многослойными железобетонными стенами. Им придают одинаковую прочность, так как преждевременный выход из строя слабых узлов и элементов может привести к разрушению здания до исчерпания несущей способности основных конструкций.
В крупнопанельном строительстве для повышения сейсмостойкости зданий их проектируют таким образом, чтобы в них было большое количество перегородок. Эти перегородки несут функцию жестких связей и способны гасить энергию землетрясения. При строительстве высотных зданий, очень важно добиться того, чтобы они были жесткими, и в них не возникали недопустимые деформации.
Для этого каждое из этих зданий должно иметь так называемое ядро жесткости. В центре объекта возводят жесткий пространственный стержень из монолитного железобетона. Он занимает 30% от площади каждого этажа. Важное значение на сейсмостойкость оказывают системы междуэтажных перекрытий и покрытий, работающих как диафрагмы жесткости, обеспечивающие распределение сейсмической перегрузки на вертикальные несущие конструкции.
Проектирование зданий и сооружений для строительства в районах повышенной сейсмоактивности в настоящее время осуществляется на основании выработанных отечественным и зарубежным опытом строительства норм и правил, гарантирующих сейсмостойкость зданий и сооружений в районах с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов.
1. Захаров А.В.Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания. — Москва, Стройиздат, 1993.
2.Большая советская энциклопедия. Строительство: Энциклопедии, словари, справочники — М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1952 — 671с.
3. СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*
4. ГОСТ Р 53166-2008. Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Землетрясения
Источник: scienceforum.ru
Энергоэффективное строительство в сейсмически опасных районах
Ежегодно на нашей планете происходит около миллиона землетрясений. Более четверти площади Российской Федерации расположены в сейсмоактивных районах, часть из которых приходятся на крупные города. Среди наиболее сейсмически активных территорий России выделяются Сахалин, Курилы, Камчатский край, Северный Кавказ, Алтай, Саяны, Прибайкалье, Якутия и Становое нагорье.
Стихийные бедствия сложно предсказать и главная задача при возникновении землетрясения — сохранить человеческие жизни и не допустить разрушений строений. О том, насколько важно использовать проверенные технические решения и материалы при строительстве в сейсмически активных районах, рассказал начальник технического отдела компании ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» Андрей Жеребцов.
Строительство в сейсмоопасных районах нашей страны активизируется с каждым годом все больше. С какими трудностями сталкиваются в своей работе проектировщики?
Построить безопасное здание в сейсмически активном районе проблематично без новых строительных технологий, надежных материалов и конструкций. И главной задачей архитекторов и инженеров-проектировщиков является максимальное снижение рисков при землетрясении, обеспечение безопасности людей, возможность бесперебойной работы предприятий и социально важных объектов.
При проектировании зданий и сооружений на всей территории России внедряются энергосберегающие технологии и материалы. Уже сейчас можно привести много примеров применения многослойных систем утепления фасадов, как вентилируемых, так и штукатурных в сейсмически активных районах. Вопрос в том, насколько те или иные конструкции проверены и надежны в условиях сейсмических воздействий.
Каким образом фасадные теплоизоляционные системы проверяют на сейсмоустойчивость?
Чтобы быть уверенным в применяемых в сейсмоопасных районах системах и технологиях, проводятся динамические испытания. На сегодняшний день в России существует единственная организация, которая обладает уникальными условиями и стендами для испытания динамических нагрузок, имитирующих сейсмическое воздействие до 10 баллов включительно — Центр исследований сейсмостойкости сооружений (ЦИСС) ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство», подведомственный Минстрою России.
Здесь всегда уделялось большое внимание исследованиям и разработкам, посвященным снижению сейсмической угрозы и повышению сейсмостойкости сооружений. В институте ведет работу научное подразделение, которое занимается исследованиями и нормотворчеством в области сейсмостойкого строительства. Специалисты Центра участвуют в выполнении Федеральных целевых программ, проводят испытания и внедрение инновационных методов сейсмоусиления зданий и сооружений, проектируют и обследуют уникальные и сложные объекты.
Именно в ЦИСС прошли проверку на сейсмостойкость фасадные теплоизоляционные системы с плитами из экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС ® .
Испытания фрагмента утепленного здания — системы c ПЕНОПЛЭКС ® были проведены на специальном динамическом стенде. Для этого был смоделирован монолитный железобетонный каркас.
Рис. 1. Принципиальная схема фасадных конструкций
- Основание (монолитный железобетон, кирпич, блок и т.п.)
- Клеевой состав
- Теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС ®
- Противопожарная рассечка из минераловатной плиты
- Пластиковый дюбель
- Клеевой состав
- Стеклотканевая сетка
- Облицовка из штучных фасадных материалов (плитка, камень)
- Декоративно-защитная штукатурка
Рис. 2. Вибростенд
Рис. 3. Система теплоизоляции с фасадной плиткой
Рис. 4. Система теплоизоляции с тонким слоем штукатурки
Для регистрации параметров воздействия на конструкцию использовались датчики акселерометры совместно с цифровым многоканальным измерительным комплексом.
С помощью регистрирующей аппаратуры были получены и проанализированы записи ускорения колебаний конструкции при проведении испытаний. Также была выведена осциллограмма перемещений верхней части конструкции относительно нижней.
В ходе динамических испытаний были достигнуты параметры воздействия, эквивалентные 9-ти баллам по шкале MSK-64, после чего не было обнаружено каких-либо повреждений конструкции. По результатам испытаний был сделан вывод о возможности применения системы c плитами ПЕНОПЛЭКС ® в сейсмических районах.
Это испытание показало, что фасадные теплоизоляционные системы с ПЕНОПЛЭКС ® могут уверенно применяться в любой части мира в условиях сейсмических воздействий, в отличии от ряда других альтернативных решений по утеплению фасадов.
Какие еще теплоизоляционные системы применяют в сейсмических районах?
Достаточно активно строятся здания и с энергоэффективными вентилируемыми фасадами. Изначально технически грамотные системы, достаточно уязвимы и небезопасны в условиях сейсмики.
Не секрет, что в системах вентилируемых фасадов порой происходит замена комплектующих, например, кляммеров или кронштейнов на более дешевые аналоги, чем изначально предусмотрено проектом. Как это повлияет при землетрясении? Очевидно, что может произойти обрушение облицовочных плит или кассет. Более того, среди разработчиков вентилируемых фасадных систем лишь единицы успешно прошли испытания на динамические воздействия. А подавляющая часть компаний даже не стремится испытывать системы, понимая зыбкость шансов на успех.
На что обращать внимание проектировщикам в своей работе?
При проектировании зданий и сооружений в сейсмически активных районах очень важно применять не только качественные материалы, важно использовать проверенные и отвечающие требованиям по сейсмостойкости решения, как при новом строительстве, так и при реконструкции.
Компанией ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» совместно с Ассоциацией по Сейсмостойкому Строительству и защите от природных и техногенных воздействий (РАСС) был разработан альбом технических решений теплоизоляции конструкций с адаптацией их к условиям повышенной сейсмичности — материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов.
На сегодняшний день ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» — единственная компания среди производителей теплоизоляционных материалов, которая прошла испытания на сейсмическую устойчивость, что подтверждено отчетом об испытаниях и заключением АО «НИЦ «Строительство». По итогам испытаний, в помощь проектировщикам были подготовлены материалы технических решений и рабочие чертежи узлов для проектирования в сейсмически активных районах.
Кроме того, фасадные теплоизоляционные системы ПЕНОПЛЭКС ® прошли испытания на огнестойкость и климатическую устойчивость. Плиты теплоизоляции испытаны на прочность, биостойкость, водопоглощение и долговечность.
Как убедиться, что построенный объект — безопасный, надежный и долговечный? В сейсмически активных районах это особенно актуально.
При соблюдении всех рекомендаций по применению продукции, гарантирована эффективная и долговечная эксплуатация любых объектов, в конструктивы которых заложены материалы нашего производства. ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» предоставляет полный спектр услуг по сопровождению объекта на стадии проектирования и монтажа до сдачи в эксплуатацию, а впоследствии — на протяжении всего жизненного цикла объекта.
Плиты ПЕНОПЛЭКС ® отличаются неизменно низкой теплопроводностью, экологичностью и абсолютной биостокостью, практически нулевым водопоглощением, высокой прочностью и долговечностью. Благодаря отличным техническим характеристикам, материал успешно применяется в России и за ее пределами, в том числе в районах со сложными климатическими условиями и повышенной сейсмической активностью.
Источник: ardexpert.ru
Seysmika
Особенности сейсмических районов, Сейсмическими называют районы, в которых возможны землетрясения. В нашей стране землетрясениям подвержено более 13% территории. Сейсмические воздействия относятся к динамическим. Возникают они в период землетрясения в связи с перемещением основания зданий или сооружений, вызывая их горизонтальные и вертикальные колебания.
Рис.1. Характеристика очага землетрясения:
а) – схема распространения сейсмических волн; б) – характер колебаний точки грунта в зависимости от удаления от эпицентра.
Землетрясения, эпицентры которых находятся вблизи населенных пунктов, вызывают повреждения или разрушения недостаточно прочных построек. Поэтому при проектировании зданий и сооружений, предназначенных для возведения в сейсмически активных районах, необходимо учитывать помимо обычных нагрузок сейсмические силы.
Силы землетрясений оценивают по 12-балльной шкале и принимают по картам сейсмического районирования.
Землетрясения силой в 5 баллов и меньше не вызывают заметных повреждений в строениях и поэтому практически не учитываются. Землетрясения в 7 баллов вызывают трещины и другие повреждения в стенах каменных зданий, в 8 баллов — значительные повреждения и отдельные разрушения, в 9 баллов — сильные разрушения и обвалы зданий, если они возведены без антисейсмических мероприятий.
В районах с предполагаемыми землетрясениями в 10 баллов и более здания не возводят, так как возникающие при этом сейсмические силы обычно разрушают основания сооружений.
Степень сейсмического воздействия на здания и сооружения зависит от грунтовых условий. При строительстве на плотных и сухих грунтах сейсмическое воздействие ослабляется, на рыхлых и водонасыщенных грунтах усиливается. Особенно опасны в сейсмическом отношении участки с сильно расчлененным горным рельефам.
Сейсмическими районами в нашей стране являются республики Средней Азии, Кавказ, Крым, Горный Алтай, Прикарпатье, Прибайкалье, Чукотка, Дальний Восток, Камчатка, Сахалин.
При проектировании зданий и сооружений пользуются приведенными в табл.1 величинами расчетной сейсмичности, под которыми понимают сейсмичность территории, увеличенную или уменьшенную на один балл в зависимости от назначения, срока службы и степени опасности разрушения объекта.
Таблица 1. Расчетная сейсмичность зданий и сооружений
Характеристика зданий и сооружений
Расчетная сейсмичность при сейсмичности площадки строительства, баллы
1.Здания и сооружения, за исключением указанных в п.2 и 3 настоящей таблицы
2.Особо ответственные здания и сооружения республиканского значения
3.Одноэтажные здания с числом работающих не более 50 и не содержащие особо ценного оборудования, небольшие мастерские и т.п. здания
* Здания и сооружения рассчитывают на нагрузку, соответствующую расчетной сейсмичности, умноженную на дополнительный коэффициент 1.5.
** То же, на коэффициент 0,5.
Здания и сооружения, разрушение которых не угрожает людям и ценному оборудованию (кроме зданий и сооружений, сохранность которых важна для предотвращения возможных аварий и для ликвидации последствий землетрясения), строят без учета сейсмических воздействий.
Сейсмостойкость зданий и сооружений обеспечивают: выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, конструктивно-планировочной схемы и материалов; соответствующим расчетом несущих и ограждающих конструкций; применением специальных конструктивных мер; особенно высоким качеством выполнения строительно-монтажных работ.
Проблема надежности и экономичности сейсмостойкого строительства особенно актуальна в настоящее время в связи с быстрым развитием промышленности в сейсмически активных южных и восточных районах, а также с возведением зданий и сооружений преимущественно из сборных элементов и конструкций.
Принципы проектирования сейсмостойких зданий и сооружений. Здания и сооружения, предназначенные для возведения в сейсмических районах, отличаются от обычных рядом особенностей в объемно-планировочном и конструктивном решениях.
При проектировании сейсмостойких зданий и сооружений необходимо обеспечивать симметричное относительно их главных осей и равномерное в плане распределение масс и жесткостей. Невыполнение этого условия может привести к несовпадению центра тяжести нагрузок с центром жесткости сооружения (этот центр определяется расположением и жесткостью рам каркаса, стен, покрытия и т. д.), что будет интенсифицировать развитие крутящих моментов в плане здания и приведет к концентрации усилий на отдельных несущих конструкциях. Здания в сейсмических районах должны иметь простое очертание в плане (круг, квадрат, прямоугольник). Не рекомендуется делать к ним пристройки и асимметрично располагать лестничные клетки. Простыми должны быть и фасады зданий — без уступов и надстроек.
Здания и сооружения большой площади застройки, а также со сложным очертанием в плане или различной высотой частей расчленяют на отсеки прямоугольной формы антисейсмическими швами (рис.1, а). Предельные размеры зданий (отсеков) в зависимости от характера их несущих конструкций и расчетной сейсмичности принимают по нормам.
Антисейсмические швы разделяют смежные отсеки по всей высоте здания; шов допускается не делать лишь в фундаменте. Устраивают такие швы постановкой парных колонн или несущих стен и, как правило, совмещают с температурными и осадочными швами.
При выборе типов зданий для строительства в сейсмических районах при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать одноэтажным. В случае устройства подвала его предусматривают под всем зданием или отсеком. При расчетной сейсмичности 9 баллов в зданиях высотой в три этажа и более выходы из лестничных клеток делают на обе стороны здания.
Основные несущие конструкции сейсмостойких зданий должны быть по возможности монолитными и однородными. Им придают не только достаточную прочность, но и равнопрочность, так как преждевременный выход из строя слабых узлов и элементов может привести к разрушению здания до исчерпания несущей способности основных конструкций. Следует стремиться к максимальному облегчению и понижению центра тяжести конструкций.
При проектировании сборных железобетонных конструкций по возможности увеличивают их размеры: укрупненные конструкции позволяют уменьшить количество стыковых мест и тем самым. Повысить сейсмостойкость зданий. Стыки должны быть надежными и простыми; располагать их следует вне зоны максимальных усилий.
Рис. 1. Конструктивные мероприятия, снижающие сейсмические воздействия на здания (планы):
а — разделение здания на отсеки антисейсмическими швами; б — перенос тяжелого оборудования в нижний этаж; в — замена мостового крана козловым (напольным); 1 — антисейсмический шов; 2 — не рекомендуемое расположение оборудования; 3 — рекомендуемое; 4- мостовой кран; 5 — козловой кран
Необходимо избегать резкой концентрации напряжений в элементах конструкций и хрупких соединений. Благодаря более высоким механическим качествам предварительно напряженные конструкции лучше противостоят повреждениям при землетрясениях.
Поскольку величина сейсмических нагрузок зависит от массы здания, для уменьшения усилий, возникающих в несущих конструкциях под воздействием сейсмических сил, следует применять более легкие конструкции.
Помимо этого желательно уменьшать высоту зданий, переносить технологические процессы, связанные с тяжелым оборудованием, с верхних на нижние этажи (рис.1, б), заменять мостовые краны и подвесной транспорт козловыми кранами или другими средствами напольного транспорта (рис.1, в). Эти меры позволяют понизить центр тяжести здания и тем самым приблизить к основанию уровень приложения равнодействующей горизонтальных сейсмических сил, что в свою очередь уменьшает значения моментов в основании и поперечных сил в верхней части здания (здание рассматривается как заделанная в грунт консоль).
Сейсмостойкие конструкции зданий и сооружений проектируют по двум конструктивным схемам: по жесткой схеме из несущих вертикальных элементов (диафрагм), работающих под действием сейсмической нагрузки преимущественно на сдвиг и обладающих малыми деформациями; по гибкой схеме из несущих вертикальных элементов, работающих под действием сейсмических толчков преимущественно на изгиб.
При выборе конструктивной схемы здания необходимо иметь в виду, что жесткая схема способствует более эффективному затуханию колебаний, а гибкая снижает сейсмическую нагрузку на здание.
В сейсмостойких каркасных промышленных зданиях применяют рамы с жесткими нижними и шарнирными верхними узлами, а также рамы со всеми жесткими узлами. Для одноэтажных зданий отдают предпочтение рамам первого типа, позволяющим применять типовые конструкции покрытия, предназначенные для обычных зданий, но, как правило, с некоторым усилением их. Кроме того, такая схема менее чувствительна к неравномерным осадкам, вызываемым сейсмическими воздействиями, и позволяет ослабить их.
Многоэтажные здания для сейсмических районов проектируют с несущим каркасом, образованным продольными и поперечными рамами преимущественно со всеми жесткими узлами. Покрытиям и перекрытиям сейсмостойких зданий придают свойства жесткой диафрагмы, обеспечивающей пространственную работу здания и распределяющей горизонтальные нагрузки между всеми вертикальными несущими конструкциями.
Конструктивные особенности сейсмостойких зданий.
Во время землетрясений фундаменты по сравнению с другими элементами здания подвергаются меньшим повреждениям. Однако надежно выполненные фундаменты — залог повышенной сейсмостойкости других конструкций зданий.
Под здания с несущими стенами предусматривают, как правило, ленточные фундаменты из крупных блоков. Сейсмостойкость таких фундаментов повышают устройством по нижней ленте (подушке) и по верху блоков армированных швов (рис.2, а). Блоки укладывают с перевязкой вертикальных швов на растворе не ниже марки 25. Армированные швы выполняют из раствора М50, в который укладывают четыре продольных стержня диаметром 8-12 мм, связанных через .30-40 см поперечными стержнями диаметром 6 мм.
В каркасных зданиях колонны устанавливают на отдельно стоящие железобетонные фундаменты стаканного типа, как и в зданиях, возводимых в несейсмических районах. В тех случаях, когда отдельные фундаменты не могут противостоять сдвигающим усилиям сейсмических нагрузок, их соединяют с соседними фундаментами распорками-связями. В качестве распорок можно использовать фундаментные балки, которые крепят к фундаментам сваркой закладных элементов (рис.2, б).
Рис. XXI-2. Фундаменты сейсмостойких зданий:
а -для зданий с несущими стенами; б — крепление фундаментных балок к фундаментам под колонны; в – фундамент на песчано-гравийной подушке; 1 – армированный; шов 2 — жирный цементный раствор; 3 — бетонный столбик; 4 — стальные закладные элементы;5 — железобетонный башмак; 6 — железобетонная обойма-оболочка; 7 — песчано-гравийная смесь
Во избежание коррозии стальных деталей места соединении покрывают бетоном. Над стыками фундаментных балок с фундаментами следует укладывать симметрично оси ряда арматурную сетку длиной 2 м из стержней диаметром 8-10 мм. Для зданий повышенной этажности фундаменты рекомендуется устраивать в виде перекрестных лент или сплошных плит.
Хорошей сейсмостойкостью обладают применяемые в Японии фундаменты из железобетонных башмаком круглой формы, установленных на уплотненную песчано-гравийную подушку; последнюю заключают
в железобетонную цилиндрическую обойму-оболочку (рис.2, в). Подушка является амортизатором, смягчающим сейсмические воздействия на здание.
Сейсмостойкие сооружения можно сооружать на свайных фундаментах – забивных железобетонных сваях — стойках. Ростверк в пределах отсека устраивают непрерывным, в одном уровне и с заглублением в грунт. В целях обеспечения хорошего сцепления стен с фундаментными балками или ленточными фундаментами гидроизоляционный слой следует выполнять из жирного цементного раствора.
Грани колонн каркаса, а также стенки стаканов фундаментов в большинстве случаев имеют шпонки, рассчитываемые на срез от растягивающих усилий. Вертикальные стальные связи между колоннами продольных рядов здания (отсека) с мостовыми кранами рекомендуется размещать в пределах подкрановых частей колонн.
Как отмечалось, снижение массы зданий способствует уменьшению сейсмических нагрузок. Поэтому стены сейсмостойких зданий целесообразно монтировать из легкобетонных, асбестоцементных и алюминиевых панелей длиной, равной шагу пристенных колонн. Нередко также выкладывают стены из кирпича и других каменных материалов.
По конструктивной схеме стены сейсмостойких каркасных зданий могут быть самонесущими — с опиранием на фундаментные балки и навесными — с опиранием на каркас.
Высота самонесущих стен при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов не должна превышать соответственно 18, 16 и 9 м. В стенах высотой более 12,9 и 6 м при расчетной сейсмичности соответственно 7, 8 и 9 баллов предусматривают конструктивное вертикальное продольное армирование. Площадь всей продольной арматуры должна составлять не менее 0,1% площади сечения кладки.
Для обеспечения беспрепятственных деформаций каркаса между внутренней поверхностью стены и наружными гранями колонн оставляют зазор шириной не менее 20 мм, а в местах пересечения торцовых и поперечных стен с продольными устраивают вертикальные антисейсмические швы на всю высоту стены (рис.3, а).
Ширину вертикальных швов в самонесущих каменных стенах высотой до 5 м принимают не менее 30 мм, а в стенах большей высоты ее увеличивают на 20 мм на каждые 5 м высоты. В навесных панельных и каменных стенах ширину шва определяют расчетом в зависимости от величины предполагаемых перемещений смежных объемов при землетрясениях.
В навесных стенах помимо вертикальных швов предусматривают горизонтальные антисейсмические швы по всей длине стены на уровне низа каждого навесного участка, заполняемые эластичным материалом (рис.3,б). Толщину горизонтальных швов принимают равной 15 – 20 мм.
Крепления стен к элементам каркаса не должны препятствовать горизонтальным смещениям каркаса вдоль самонесущих стен или на участках между горизонтальными антисейсмическими швами при навесных стенах.
Стеновые крупноразмерные панели крепят к колоннам в четырех углах, а панели простенков — в местах примыкания к колоннам в двух верхних и нижних точках. Скрепляют панели с колоннами посредством стальных пластинок и уголков (рис.3, а).
В самонесущих каменных стенах крепления размещают по высоте здания не реже чем через 1,2 м, а над каждым креплением в горизонтальный шов кладки укладывают сварные сетки из холоднотянутой проволоки диаметром 3-5,5 м общей площадью сечения продольной арматуры не менее 1 см 2 (рис. 3, г). Сетки заводят не менее чем на 50 см в каждую сторону от крепления. При расчетной сейсмичности 9 баллов сетки рекомендуется укладывать по всей длине стены. Кладку стен ведут на растворе марки не ниже 25; для парапетов марка раствора должна быть не менее 50.
Рис.3. Детали стен сейсмостойких зданий:
а -вертикальный антисейсмический шов; б — крепление стеновых и оконных панелей в уровне горизонтального антисейсмического шва; в — деталь крепления стеновых панелей к колонне в уровне рядового шва; г — крепление самонесущей кирпичной стены к колонне; 1 — пакля или эластичный материал; 2 — доска 50X150 мм; .3 — сталь толщиной 8 мм; 4 — оцинкованная сталь; 5 — утеплитель; 6- горизонтальный антисейсмический шов, заполняемый эластичным материалом; 7 -стальная пластинка; 8 — цементный раствор; 9 — закладная деталь панели; 10 — крепежный уголок; 11 — сварная сетка; 12 — крепежные элементы
В зданиях с каменными стенами по всей длине стены между вертикальными антисейсмическими швами на уровне плит покрытия и верха оконных проемов устраивают антисейсмические пояса. Их выполняют из сборного или монолитного железобетона и соединяют с каркасом анкерами. Хорошо соединенные с колоннами и между собой сборные перемычки и обвязочные балки служат надежными антисейсмическими поясами. Ширина поясов, как правило, равна толщине стены, а высота не менее 150 мм. Железобетонные пояса выполняют из бетона марки не ниже 150.
Покрытия сейсмостойких зданий должны быть, возможно, более жесткими в горизонтальной плоскости. Для их монтажа применяют сборные типовые конструкции, разработанные для несейсмических районов, но при условии выполнения более прочных соединений.
В зданиях при расчетной сейсмичности 8 и 9 баллов предпочтение отдают облегченным несущим и ограждающим конструкциям покрытий (металлические фермы, стальной профилированный настил, асбестоцементные и алюминиевые листы и панели и др.). Необходимую жесткость таким покрытиям придают постановкой дополнительных связей. Применять железобетонные подстропильные конструкции в таких зданиях не рекомендуется.
Стропильные конструкции в зданиях с расчетной сейсмичностью 7 и 8 баллов соединяют с колоннами, как в несейсмических районах, но с устройством более развитой системы связей. В зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллон узлы опирания фермы или балок покрытия на колонны создают путем соединения опорных выносных листов (рис.4,а). Такой узел обеспечивает возможность поворота верхнего сечения колонны.
Горизонтальная сейсмическая нагрузка, действующая на плиты покрытия в продольном направлении здания (отсека), передается на продольные ряды, колонн через диск покрытия. Диск образуется замоноличиванием плит бетоном и соединением плит стальными накладками поверху или понизу (в зависимости от расчетной сейсмичности и места расположения плит).
С этой целью в продольных швах между плитами предусматривают шпонки и арматурные каркасы. Швы тщательно заполняют раствором или бетоном марки не ниже 200. Указанные детали показаны на рис. 4,б-г.
Железобетонный каркас сейсмостойких многоэтажных зданиях состоит из сборных колонн и поперечных ригелей. Продольные ригели могут быть монолитными ( П – образного сечения ) или сборными ( рис.5,а).
В зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов продольную устойчивость обеспечивают постановкой стальных связей между колоннами или продольными рамами с жесткими узлами. Стыкуют колонны в зоне действия наименьших изгибающих моментов
Рис. ХХ1-5. Детали каркасов многоэтажных сейсмостойких зданий:
а — перекрытие с монолитными продольными ригелями; б — сопряжение поперечных сборных ригелей с колонной; в — сопряжение сборных поперечных и продольных ригелей с колонной; 1 продольные монолитные ригели; 2 — сборные железобетонные плиты; 3 — поперечные ригели; 4 — продольный сборный ригель; 5 – сварные сетки; 6 — хомуты; 7 — ванная сварка; 8 — бетон (на марку выше бетона стыкуемых элементов).
Междуэтажные перекрытия устраивают из сборных железобетонных элементов с образованием жесткого диска. С этой целью предусматривают следующие меры: стыки ригелей с колоннами выполняют замоноличенными со сваркой арматурных выпусков (рис.
5,б), плиты тщательно приваривают к сборным ригелям, а швы заполняют бетоном марки не ниже 200; в случае бесконсольного сопряжения сборных ригелей с колоннами помимо сварки закладных элементов в колоннах и ригелях на стыкуемых поверхностях устраивают шпонки (рис.5, в). Для зданий с расчетной сейсмичностью 9 баллов в продольных ребрах плит предусматривают пазы для образования бетонных шпонок. Марку бетона зазоров принимают на одну ступень — выше марки бетона соединяемых элементов. Например, примарке бетона соединяемых элементов 200 марка бетона для заполнения зазоров должна быть 300.
Источник: studfile.net