Сейсмостойкость
Сейсмостойкость — очень важный параметр гражданского строительства, особенно в тех районах, где сейсмическая обстановка может быть очень опасной. Однако и в сейсмически спокойных местах при строительстве зданий и сооружений с запасом закладывается сейсмостойкость. В первую очередь это касается прочности постройки, использования мощного стального каркаса и надежных стен. Однако есть и другой подход, в частности, в Японии, где землетрясения особенно часты. Здесь наоборот, сейсмическая защита издревле достигалась путём максимального облегчения построек. В традиционном японском доме вместо камня используются древесина и бамбук, а вместо капитальных стен - легкие ширмы. Но разумеется, что в более суровом климате и в современных городских условиях японский опыт используется с учетом новых реалий.
В комплекс антисейсмических мероприятий входит обеспечение сохранности несущих конструкций, при этом допускается возможность повреждения некоторых второстепенных несущих элементов. Устанавливаются предельные размеры зданий по высоте, предельные значения высоты этажей, отношений высоты этажей к толщине стен и предельные расстояния между осями стен каменных зданий. Особые требования предъявляются к стенам. В зависимости от сейсмостойкости, типы кладки стен делят на четыре категории.
Большое значение имеет сейсмостойкость мостов, гидротехнических сооружений.
Сертификат сейсмостойкости гарантирует то, что здание или сооружение тщательно проверены в своей устойчивости к землетрясениям.
Основные принципы обеспечения сейсмостойкости:
- равномерное распределение сейсмических сил;
- уменьшение сейсмических сил путем облегчения собственного веса конструкций и понижения их центра тяжести, а также увеличения допустимой гибкости несущих элементов;
- обеспечение восприятия значительных «пиковых» перегрузок за счет допущения пластических деформаций в отдельных сечениях, узлах и соединениях конструкций;
- обеспечение в максимально-возможной степени совместной работы всех несущих элементов зданий при землетрясении.
Все здания и сооружения рассчитываются на одновременное действие собственного веса конструкций, снеговой нагрузки, временной нагрузки на перекрытия и сейсмической нагрузки. Для высоких сооружений, таких, как башни, дымовые трубы и т. д., учитывается также ветровая нагрузка в размере 30% от нормативной.
К сожалению, невозможно точно рассчитать величину и направление сейсмических сил, потому что колебания земной коры в процессе землетрясения носят достаточно случайный характер. Тем не менее, сейсмостойкость можно рассчитать, в этом плане выделяются два основных подхода.
Первый подход основан на статической теории японского специалиста Омори. Согласно ему, сооружение считается абсолютно жестким и предполагается, что все его точки имеют ускорения, соответствующие ускорению основания. При этом сейсмическая сила в каждой точке сооружения принимается как равная произведению ее массы на ускорение земной поверхности. Недостатком этой теории является то, что она не учитывает упругих свойств сооружения и процесса его колебаний во время землетрясения.
Второй подход основан на динамическом методе расчета на сейсмостойкость. Он заключается в том, что сооружение рассматривается как система с определенными степенями свободы. Рассматриваются только горизонтальные колебания ( но конструкции типа козырьков, выносных консолей, балконов должны рассчитываться и на вертикальные сейсмической силы). При составлении расчетной схемы сооружения расчетные массы помещаются в местах их наибольшего сосредоточения. Например, для обычного жилого дома сосредоточенные массы помещаются на уровне междуэтажных перекрытий, при этом каждая масса равна полезной нагрузке и весу всех конструкций, заключенных между серединами выше- и нижележащих этажей.
Сейсмоустойчивость зданий и сооружений, как и взрывозащита, в первую очередь зависит от их высоты, веса в целом, конструктивной системы, которая принимает на себя сейсмическое воздействие, от сейсмической опасности региона, где строится объект. Существенное влияние на сейсмостойкость зданий оказывает выбор объемно-планировочных схем, их формы и габаритов. Наиболее предпочтительны такие формы, как круг, многоугольник, квадрат и близкие им по формам очертания. Но они не всегда могут соответствовать требованиям планировки, поэтому чаще всего применяется прямоугольная форма с параллельно расположенными пролетами, без перепада высот смежных пролетов и без входящих углов. Если необходимо создать сложные формы в плане здания, то его следует разрезать по всей высоте на отдельные замкнутые отсеки простой формы. Конструктивные решения отсеков во время землетрясения должны обеспечивать независимую работу каждого из них. Это достигается устройством антисейсмических швов, которые могут быть совмещены с температурными или осадочными. Антисейсмические швы осуществляются путем установки парных стен, колонн или рам, а также путем возведения рамы и стены. При высоте здания до 5 м ширина такого шва должна быть не менее 3 см. Для зданий большей высоты ширину шва увеличивают на 2 см на каждые 5 м высоты.
В многоэтажных зданиях большую роль на их сейсмостойкость оказывают конструкции междуэтажных перекрытий и покрытий. Сборные железобетонные перекрытия и покрытия зданий должны быть замоноличенными, жесткими в горизонтальной плоскости и соединенными с вертикальными несущими конструкциями. Боковые грани панелей (плит) перекрытий и покрытий должны иметь шпоночную или рифленую поверхность. Для соединения с антисейсмическим поясом или для связи с элементами каркаса в панелях (плитах) следует предусматривать выпуски арматуры или закладные детали.
Существенное влияние на значения сейсмических нагрузок оказывает масса сооружения. Поэтому при действии сейсмических сил необходимо стремиться к максимально возможному снижению веса конструкций и полученных нагрузок. В зданиях более пяти этажей не допускается применение перегородок из кирпичной кладки, выполненной вручную. Перегородки из кирпича или камня следует армировать на всю длину не реже, чем через 700 мм по высоте стержнями общим сечением в шве не менее 0,2 кв. см. Допускается выполнять перегородки подвесными с ограничителями перемещений из плоскости панелей.
Очень перспективным направлением повышения сейсмоустойчивости является сейсмоизоляция зданий. Это означает отстройку частот колебаний здания от преобладающих частот воздействия, что обеспечивает снижение механической энергии, получаемой конструкцией от основания.
Можно выделить две тенденции в повышении сейсмоустойчивости: первая - это применение в нижних этажах резинометаллических опор с низким и высоким демпфированием, с сердечником из свинца и без него, с применением различных материалов. Есть также фрикционные скользящие опоры маятникового типа;
вторая — это применение демпфирования, то есть гашения колебаний.
Для высотного строительства, как правило, используется сочетание обоих способов: сейсмоизоляцию располагают в нижнем этаже, а по высоте здания устанавливают демпфирование.