Модернизация зданий с учетом поперечных нагрузок

Для предотвращения ущерба от ураганов и землетрясений современные строительные нормы и правила могут потребовать, чтобы многие обычные ремонтные работы сопровождались повышением устойчивости здания к поперечным нагрузкам. В некоторых районах с высокой сейсмичностью, таких как Лос-Анджелес, местные законы требуют, чтобы все здания определенных типов были сейсмически усилены, даже при отсутствии ремонтных работ.

Повышение поперечной нагрузки включает в себя не только установку новых перекрытий или несущих рам. Довольно часто сейсмическая модернизация включает в себя крепление несущих элементов, таких как перегородки, светильники, оборудование для кондиционирования воздуха, наружные парапеты и декоративные элементы, и даже картотечные шкафы и книжные полки. Полная реконструкция здания может оказаться довольно сложной и потребовать применения специализированных продуктов и опыта. Например, на рис. 1.6 показан исторический отель Woodward в Вудленде, Калифорния.

Рисунок 1.6. Исторический отель Woodward был одним из первых зданий в Северной Америке, подвергшихся сейсмической модернизации с использованием вязкостных амортизаторов

Это здание, построенное в 1928 году, внесено в Национальный реестр исторических мест. Это было одно из первых зданий в Северной Америке, которое было сейсмически модифицировано с помощью гидроизоляционных амортизаторов, что позволило сохранить его внешний вид и в то же время выдержать установленные законодательством уровни сейсмической нагрузки.

Впечатляющий пример реконструкции с учетом боковых нагрузок был продемонстрирован в 1978 году, когда компания LeMessurier Consultants, одна из ведущих строительных фирм страны, решила укрепить недавно построенный по ее проекту центр Citicorp в Нью-Йорке. Невинный вопрос, заданный студентом-инженером, положил начало внутреннему расследованию прочности конструкции, в ходе которого руководитель проектной фирмы убедился, что соединения в поперечных несущих конструкциях (LLR) не обладают достаточной прочностью.

Этот поразительный вывод привел к драматической череде событий, описанных в The New Yorker. Дизайнеры сами сообщили владельцу плохие новости и предложили программу укрепления, которая проводилась ночью, чтобы свести к минимуму разрушения. Правильные действия в этой сложной ситуации не только не подорвали, но и фактически укрепили репутацию Уильяма Лемессюрье и его фирмы.

Снижение проблем с ремонтом. Здание, испытывающее проблемы с ремонтом, может потребовать ремонта, даже если его прочность достаточна. Как обсуждалось ранее, неработоспособные окна, переплетные двери, прогнувшиеся полы и перегородки могут быть вызваны землетрясением; однако чаще всего эти проблемы возникают из-за чрезмерно гибкой конструкции.

Абсолютно безопасное здание может восприниматься как опасное, если балки прогибаются, а окна разбиваются. В дополнение к последствиям таких чрезмерных вертикальных прогибов каркаса, проблемы с эксплуатацией могут также возникать, когда здание слишком изгибается в горизонтальном направлении, то есть когда его боковой снос при сильном ветре является чрезмерным. Жильцы редко считают здание безопасным, если оно раскачивается на ветру.

Другая распространенная проблема, связанная с ремонтом, связана с раздражающей вибрацией пола. То, на что раньше часто жаловались в офисных зданиях, где расположены студии танцев или аэробики, становится все более распространенным явлением и в других зданиях. В чем причины этих проблем с повышенной вибрацией?

Сложные методы проектирования конструкций, использование высокопрочных сталей и конструкция из композитных материалов - все это способствует созданию более изящного и легкого каркаса. Такое легкое обрамление, как правило, имеет очень низкие собственные частоты, которые случайно совпадают с частотами гармоник, создаваемых обитателями здания. Корректировка собственной частоты обрамления является сложной задачей, особенно в жилом здании.