Перспективы и реальность сейсмостойкого строительства

Старые постройки постепенно исчезают с карты городов Казахстана. Их место занимают красивые здания. И это, конечно, замечательно, что города становятся архитектурно привлекательными. Но одной красоты недостаточно. Главное, чтобы новое жилье радовало не только своим видом, но и качеством. Нельзя забывать о том, что мы живем в сейсмически опасном регионе. И землетрясения, несмотря на то, что происходят редко, все же внушают жителям страх. Поэтому здания, строящиеся в Казахстане, требуют особого подхода к архитектурной, технологической, инженерной проработке.Например, жилые дома, возводимые на пересечении улиц Гагарина и Сатпаева и жилой комплекс «На Торайгырова», находящийся в микрорайоне Орбита-3, конструктивность которых специалисты относят к уникальным архитектурным решениям, еще не имевшим аналогов в республике. При сооружении этих объектов применяются последние достижения мировой научной мысли. В их числе - жесткий монолитный каркас с заполнением современными стеновыми материалами, позволяющий формировать огромные сейсмостойкие пролеты. Применение стальных элементов в опорных узлах колонн и перекрытий, которые совместно с диафрагмами жёсткости воспринимают основные сейсмические нагрузки в конструкциях здания, позволило проектировщикам уверенно говорить о безопасности в условиях даже экстремальных сейсмических нагрузок.К сожалению, не все здания строятся по такому принципу. Когда утверждался Генеральный план развития и строительства Алматы аким города поставил задачу всем строительным инвесторам сделать наш город не только красивым и комфортным, но и безопасным для проживания. Особый акцент Имангали Тасмагамбетов сделал на необходимости сейсмоиспытаний вновь строящихся зданий.Он потребовал от акиматовских структур, в той или иной степени задействованных в области строительства, ужесточить контроль за стройплощадками. С той поры и по сей день сейсмоиспытания носят регулярный характер.К примеру, точно известно, что дома строительной корпорации «KUAT» выдерживают землетрясения силой в девять баллов, что подтвердилось при испытаниях проведенных Казахским научно-исследовательским институтом сейсмостойкого строительства и архитектуры (КазНИИССА). Испытания прошли в июне 2005 года в жилом комплексе «Almaty Towers», который располагается по пр. Достык (уг. ул. Жолдасбекова).

Постройки Алматы

Введение.

В нашем регионе (Алматы, Алматинская область) особыми условиями является землетрясение. Для обеспечения надежности зданий вначале определяются конструктивная и расчетная схемы с учетом возможного развития пластических деформаций.

Рис 1. Многоэтажное каркасное здание рамной системы с балочными перекрытиями.

Рис 2. Многоэтажное каркасное здание рамно-связевой системы с безбалочными перекрытиями.

Здание должно иметь симметричную форму с равномерным распределением жесткостей. Далее, определив области возможного появления пластических шарниров, большое внимание уделяем анкеровке хомутов. В ответственных узлах каркасов высотных зданий должно быть исключено образование пластических шарниров. Надежность проектирования возможно обеспечить и различными конструктивными мерами: связи, легкие ограждающие конструкции, применение смешанных конструкций. Проектирование многоэтажных зданий с каркасно-панельными стенами- диафрагмами в сейсмических районах при 8 баллах рекомендуется высотой 30м. В районах Алматинской области, Алматы высота здания должна быть обоснована и проводятся дополнительные меры. В каркасных зданиях стены диафрагмы проектируются сплошными, прерывистыми; каркасные здания с цилиндрическим ядром жесткости и цилиндрическая конструкция с внутренним ядром жесткости. Для разных уровней сейсмичности, местных условий, ответственности зданий принимаются разные проектные решения и мероприятия. При проектировании высотных зданий со сложной конструктивной схемой наиболее пригоден метод проектирования с заданными сейсмостойкими свойствами. В несимметричных в плане конструкции зданий даже при легких землетрясениях возникает кручение конструкции и хрупкое разрушение элементов. Серьезные землетрясения (7-9 баллов) могут вызвать обрушение зданий. Однако требования архитектурной выразительности является причиной появления несимметричных высотных зданий. По анализу сейсмических бедствий можно сделать вывод, что несимметричные в плане конструкции приводят к ослаблению конструкций и их разрушению. Еврокод «Проектирование сейсмостойких конструкций» применяется при проектировании и строительстве гражданских зданий и сооружений в сейсмических зонах.

Цель Еврокода:

–обеспечить защиту жизни людей в случае землетрясений:

–ограничить ущерб сооружения и сохранить их эксплуатационные качества.

В Еврокоде «Проектирование сейсмостойких конструкций» применяются термины, приведенные ниже: Коэффициент поведения(behaviour factor):коэффициент, используемый при проектировании для уменьшения сил, полученных в результате линейного расчета, с целью учета нелинейной реакции сооружения, обусловленной особенностями материала, конструктивной системы и принятой методики проектирования.

Метод проектирования по несущейспособности(capacity design metod): Метод проектирования, при котором в конструктивной системе выбирают и соответствующим образом конструируют элементы, предназначенные для диссипации энергии при больших деформациях, в то время как другие конструктивные элементы должны обладать прочностью, достаточной для того, чтобы выбранные элементы, диссипатирующие энергию, могли оставаться в работоспособном состоянии.

Диссипативная конструкция(dissipative structure): конструкция, спо­собная к диссипации энергии в результате пластического гистерезисного поведения и/или с помощью других механизмов.

Диссипативные зоны(dissipative zones):Предварительно определенные локальные участки диссипативной конструкции, в которых главным образом реализуется их способность к диссипации энергии.

Динамически независимый элемент(dynamically independent unit): Сооружение или часть сооружения, подверженные колебаниям основания, и реакция которых не зависит от реакции смежных сооружений или частей.

Коэффициент ответственности(importance factor):Коэффициент, учитывающий последствия отказа сооружения.

Недиссипативное сооружение(non-dissipative structure):Сооружение, запроектиро­ванное для определенной сейсмической расчетной ситуации без учета нелинейного поведения материала.

Неконструктивный (ненесущий) элемент(non-structural element):Архитектурный, механический или электрический элемент, система или компонент, который из-за своей недостаточной прочности или принятого способа соединения с сооружением, не рассматривается при проектировании в качестве элемента, воспринимающего сейсмическую нагрузку, приходящуюся на конструктивную систему.

Первичные элементы(primary seismic members): Элементы, рассматриваемые как часть конструктив­ной системы, сопротивляющейся сейсмическому воздейст­вию, моделируемые в расчете при сейсмической расчетной ситуации, рассчитанные и законструированные в полном соответствии с требованиями по сейсмостойкости EN 1998.

Вторичные элементы(secondary seismic members):Элементы, которые не рассматриваются как часть конструктивной системы, сопротивляющейся сейсмическому воздействию, прочностью и жесткостью которых, при расчетах на сейсмические воздействия пренебрегают.Неотъемлемой частью Еврокода является его Национальное Приложение. Без Национального Приложения настоящий государственный нормативный документ не должен применяться для проектирования сооружений и может использо­ваться исключительно в ознакомительно-образовательных целях. В Национальном приложении принимаются параметры для зданий и сооружений, отличающиеся от Евростандартов.

Глава 1.

Общие положения.

Одним из наиболее распространенных воздействий являются сейсмические, возникающие в результате землетрясений. Землетрясением называют упругие колебания земной коры, вызванные в большинстве случаев тектоническими процессами в ее толще, часто связанные с извержением вулканов или обвалами потолков подземных, карстовых пород. Землетрясения интенсивностью до 6 баллов особых повреждений зданиям и сооружениям не причиняют. При землетрясении в 6 баллов, которое считается уже сильным, могут произойти разрушения штукатурки, возникнуть трещины в ограждениях. Опасными являются землетрясения силой 7 баллов и выше, при которых имеют место значительные повреждения зданий, разрушения обвалы. Механизм распространения сейсмических волн из очага землетрясения схематически показан на (рис.1.1,а.) Кривыми линиями отмечены зоны интенсивности воздействия, которые уменьшаются по мере удаления от эпицентра. Кривые, соединяющие точки с одинаковой интенсивностью, называют изосейсмами.

В эпицентральной зоне вертикальная составляющая преобладает над горизонтальными, а по мере удаления от эпицен­тра уменьшается, при этом горизонтальная составляющая является уже главной (рис.1.1,б). Она и является наиболее опасной для зданий и сооружений

а – схема распространения сейсмических волн;

б – характер колебаний точки грунта в зависимости от удаления от эпицентра

Рис. 1.1. Характеристика очага землетрясения:

К сейсмическим районам с силой землетрясения в 6 баллов и более относят Республики Средней Азии. Нормы проектирования зданий и сооружений в этих районах предъявляют специальные требования по обеспечению сейсмостойкости. При проектировании сейсмичность объекта строительства определяют по нормам или картам сейсмичности, после чегона основании СНиП «Строительство в сейсмических районах» устанавливают расчетную сейсмостойкость для проектируемого здания. В зависимости от назначения здания, его значимости, этажности и количества находящихся в нем людей расчетная сейсмостойкость может быть равна, больше или меньше расчетной. Сейсмостойкость зданий зависит от особенности объемно -планировочных и конструктивных решений. Способность здания или сооружения противостоять сейсмическим воздействиям называют сейсмостойкостью. Для достижения необходимой сейсмостойкости зданий, строящихся в сейсмических районах, необходимо учитывать, что на конструкции действуют не только обычные нагрузки, но и горизонтальные пульсирующие, возникающие во время землетрясения. Эти нагрузки носят циклический характер и могут действовать в различных направлениях. Нормы рекомендуют в целях упрощения расчетов рассматривать только действие горизонтальных сейсмических сил, направленных вдоль осей симметрии, соответствующих наибольшей и наименьшей жесткости здания. При эпицентре землетрясения вблизи района застройки опасными становятся и вертикальные сейсмические воздействия. При сейсмическом воздействии в отличие от ветровой нагрузки период собственных колебаний несущей системы непосредственно определяет величину сейсмических сил, поэтому его следует вычислять строго, имея при этом в виду, что увеличение жесткости здания уменьшает период собственных колебаний и увеличивают сейсмическую нагрузку. Периодом колебаний Т называется время, в течение которого совершается одно полное колебание. Для регулярных зданий, у которых жесткость и масса незначительно изменяются по высоте при определении сейсмических сил допускается учитывать колебания только первого тона. Колебания высших тонов следует учитывать для зданий с жесткостью и массой, значительно изменяющимися по высоте. При учете колебаний первого тона сейсмическая нагрузка заменяется эквивалентной (по моменту в основании) треугольной нагрузкой, и задача решается на основе уравнений равновесий поперечных сил в горизонтальном сечении рамы. Расчетное усилие (изгибающий момент, поперечная или продольная сила) в рассматриваемом сечении конструкции от действия сейсмической нагрузки при учете высших форм колебаний определяют вероятностным методом по формуле:

Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений достигается осуществлением градостроительных, объемно-планировочных и конструктивных мероприятий. При решении вопросов планировки населенных мест в сейсмических районах рекомендуется территорию зонировать с расчленением не застраиваемыми пространствами (зеленые насаждения, площади, каналы). Это требование носит в основном противопожарный характер, т.е. ограничивает распространение возможных пожаров. Разрабатывая проект здания или сооружения, необходимо руководствоваться следующими основными положениями: Объемно-планировочное и конструктивное решения должны удовлетворять условиям симметрии и равномерного распределения масс и жесткостей (рис. 1.2). Если по функциональным и архитектурно-планировочным соображениям нельзя избежать сложной и ассиметричной формы здания в плане, то его следует разделить антисейсмическими швами на отсеки простой формы без входящих углов (рис. 1.3). Эти швы применяют также при размерах здания в плане, превышающих нормативы.

Антисейсмичёские швы применяют в зданиях с несущими стенами постановкой двойных стен, а в каркасных зданиях - постановкой двойных рам. Ширина швов должна обеспечивать свободное горизонтальное смещение элементов. В фундаментах, если только они не являются одновременно осадочными, швы можно не делать. Фундаменты здания или его отсеков, как правило, необходимо закладывать на одном уровне. Под несущие каменные стены надо применять ленточные фундаменты. При устройстве свайных фундаментов следует отдавать предпочтение сваям-стойкам. В зданиях каркасного типа фундаменты под колонны делают железобетонными, монолитными или сборными, связывая их между собой фундаментными балками. Устойчивость и пространственная жесткость зданий с несущими каменными стенами их соответствующим расположением и усилением их антисейсмическими поясами, которые устраивают по всей протяженности наружных и внутренних стен на уровне перекрытий всех этажей.

Рис. 1.2.

Схема расположения жесткости в плане здания:

а – рекомендуемая симметричная, б – нерекомендуемая ассиметричная,в – то же, с изломом внутренних стен.

Рис. 1.3.

Схема разрезки здания со сложной конфигурацией в плане на самостоятельные отсеки:

а – нерекомендуемое решение, б – рекомендуемое решение.

Рис. 1.4.

Схема столбчатых фундаментов с антисейсмическими связями:

1 – фундаменты под колонны,

2 – железобетонные фундаментные балки.

Такие пояса выполняют из монолитного или сборного железобетона или металла. Монолитные пояса должны иметь непрерывное армирование, а сборные пояса должны быть соединены в жесткую горизонтальную раму сваркой закладных деталей или замоноличиванием выпусков арматуры. Антисейсмические пояса должны иметь ширину, как правило, равную толщине стены. При толщине стены более 500 мм пояса могут быть на 120 мм меньше ширины