Сейсмоустойчивость конструкций зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сейсмоустойчивость зданий

Одно из сильнейших землетрясений за последние годы произошло 11 марта 2011 года на севере Японии.

Сейсмоустойчивость ? способность построек и конструкций выдерживать землетрясения с минимальными повреждениями.

Сейсмоустойчивость объекта, прежде всего, зависит от его высоты, его веса в целом, конструктивной системы, которая принимает на себя сейсмическое воздействие, сейсмических регионов, где строится объект, включая и микросейсмическую регионализацию, так как в зонах малой сейсмической активности могут существовать геологические разломы, которые могут представлять повышенную геодинамическую опасность отдельных объектов, особенно высотных зданий.

строительство сейсмоустойчивый здание

Особенности строительства сейсмоустойчивых зданий

Традиционные методы и средства защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий включают большой комплекс различных мероприятий, направленных на повышение несущей способности строительных конструкций, проектирование которых 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.

Проектирование зданий и сооружений в сейсмически опасных районах начинается с соблюдения общеполагающих принципов сейсмостойкого строительства, в соответствии с которыми все используемые строительные материалы, конструкции и конструктивные схемы должны обеспечивать наименьшее значение сейсмических нагрузок. Рекомендуется при проектировании принимать, как правило, симметричные конструктивные схемы и добиваться равномерного распределения жесткостей конструкций и масс. В зданиях и сооружениях из сборных элементов рекомендуется располагать стыки вне зоны максимальных усилий, необходимо обеспечивать однородность и монолитность конструкций за счет применения укрепленных сборных элементов.

Существенное влияние на сейсмостойкость зданий оказывает выбор объемно-планировочных схем, их формы и габаритов. Наиболее предпочтительными формами сооружений в плане являются круг, многоугольник, квадрат и близкие им по формам очертания. Однако такие формы не всегда соответствуют требованиям планировки, поэтому чаще всего применяется прямоугольная форма с параллельно расположенными пролетами, без перепада высот смежных пролетов и без входящих углов. В случае, если возникает необходимость создания сложных форм 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. Достигается это устройством антисейсмических швов, которые могут быть совмещены с температурными или осадочными. Антисейсмические швы осуществляются путем установки парных стен, парных колонн или рам, а также путем возведения рамы и стены.

При высоте здания до 5 м ширина такого шва должна быт 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, работающих как диафрагмы жесткости, обеспечивающие распределение сейсмической нагрузки между вертикальными несущими элементами. 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.

Не несущие элементы типа перегородок и заполнений каркаса рекомендуются выполнять легкими, как правило, крупнопанельной или каркасной конструкции и соединять со стенами, колоннами, а при длине более 3 м -- и с перекрытиями. 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. Каменные здания получают при землетрясениях наибольшие повреждения по сравнению с другими типами зданий современной постройки. Сейсмостойкость каменных зданий определяется прочностью кирпича и камня, а также зависит от прочности их сцепления с раствором. По действующим нормативным документам рекомендуется несущие кирпичные и каменные стены возводить, как правило, из кирпича или каменных панелей, блоков, изготавливаемых в заводских условиях с применением вибрации, или из кирпичной или каменной кладки на растворах со специальными добавками, повышающими сцепление раствора с кирпичом или камнем. Для обеспечения сейсмоустойчивости важен выбор места постройки ? следует избегать близости к линиям сброса. Также вносятся изменения в фундамент конструкций ? создаются «подушки» из бетона или полимерных материалов, благодаря которым здания скользят или «плавают» во время землетрясения и не разламываются по тем линиям, где создается наибольшее напряжение. Наиболее перспективное направление повышения сейсмоустойчивости - это сейсмоизоляция зданий. Сейсмоизоляция подразумевает отстройку частот колебаний здания от преобладающих частот воздействия. Именно это и обеспечивает снижение механической энергии, получаемой конструкцией от основания. Специалистами России и зарубежных стран предложены разнообразные устройства систем сейсмоизоляции и гасители энергии колебаний сооружений, а также системы с использованием сплавов, запоминающих объемное состояние, и другие «интеллектуальные» системы. В мире наблюдаются следующие тенденции: первая ? это применение в чистом виде сейсмоизоляции зданий, которая устраивается, как правило, в нижних этажах: резинометаллические опоры самой различной модификации, с низким и высоким демпфированием, с сердечником из свинца и без него, с применением различных материалов. Есть также фрикционные скользящие опоры маятникового типа. И те и другие опоры применяются в мире очень широко. (Строительство (Москва), 30.03.2009) Второе направление ? применение демпфирования (гашения колебаний), которое известно очень давно и постоянно совершенствуется. Для высотного строительства, как правило, используется сочетание: сейсмоизоляцию располагают в нижнем этаже, а по высоте здания устанавливают демпфирование. Сейчас производители предлагают самые различные демпферы: металлические, жидкостные, есть специальные сплавы с памятью, специальные демпфирующие стены, последние устройства хотя и относительно дорогие, но достаточно эффективные.

Усиление конструкций зданий

Как правило, любые строительные конструкции имеют свойство со временем изнашиваться. В некоторых зданиях состояние несущих конструкций, плит перекрытия и других элементов здания находится в очень плачевном состоянии, и их реконструкция начинает носить срочный характер. Наша компания выполнит любые работы по восстановлению несущей способности, целостности, а следовательно и эксплуатационной безопасности любого вида строительных конструкций.

Известно, что усиление конструкций любого вида может быть произведено по одной из двух технологий: современная и традиционная.

Методы последней технологии используются довольно редко, поскольку требуют больших затрат трудовых ресурсов и времени на работы по увеличению площадей сечения рабочих элементов, воспринимающих нагрузку. Все это, в общем и целом делает конструкцию дешевой, но более громоздкой и менее технологичной. Одним словом данные технологии экстенсивны.

Несмотря на это они, также как и современные методы, имеют широкое распространение и наша компания также готова произвести усиление конструкций зданий традиционными методами. Примерами таких работ являются: монтаж металлических рам, стоек и порталов, установка дополнительной арматуры, устройство железобетонных рубашек и обойм, а также установка балок, стоек и рам, разгружающих несущие конструкции здания.

Все работы - от устройства гидроизоляции и до заполнения пустот цементными или другими минеральными составами, выполняются высококвалифицированными специалистами нашей компании с использованием современных строительных смесей, гидроизоляционных материалов, а также инструментов.

Современные же технологии, по которым осуществляется усиление конструкций здания, подразумевают использование современных особо прочных материалов, в частности углеродного волокна. Углеволокно представляет собой высокопрочный, линейно упругий материал, который можно использовать для увеличения прочности строительных конструкций практически любой конфигурации и назначения. Усиление их достигается путем внешнего армирования конструкции холстами, лентами или ламинатами из углеволокна.

Внешнее армирование позволяет осуществить усиление конструкций из железобетона, замена и ремонт которых или очень дорогостоящий, или невозможен в принципе ввиду особенностей ее элементов. К таковым относятся различные промышленные сооружения и установки, мосты и памятники архитектуры. Углеволокном можно усиливать как элементы, работающие на сжатие и растяжение, так и элементы, находящиеся в особых условиях эксплуатации (сейсмоустойчивые конструкции, воздействие химических веществ и т. д.).

Углеволокном также осуществляется усиление конструкций зданий, которые выполнены из металла и внецентренно сжаты или растянуты. Для монтажа углеволоконного холста или ленты сначала производится очистка поверхности металла и нанесение монтажного эпоксидного клея. Углеволоконные холсты наклеиваются симметрично, дабы повысить устойчивость стальных пластинок. Деревянные конструкции также могут быть укреплены с помощью углеволоконных холстов и лент. Обычно усилению подвергаются участки, испытывающие растягивающие напряжения, вследствие чего возникает опасность раскалывания вдоль волокон. Углеволоконные холсты обычно просто приклеиваются к поверхности или укладываются в заранее подготовленные продольные пропилы. Последний вариант используется в случаях, когда требуется усилить деревянную конструкцию без изменения ее внешнего вида.

Усиление конструкций из камня (кирпичные стены, бетонные элементы и т. д.) с помощью углеволокна позволяет сводить к минимуму нарушение их целостности. При традиционных же методах здесь используются точечные укрепления, например, скобы, анкеры и профили. Эти крепления являются нерентабельными с точки зрения сохранения энергоэффективности ограждающей конструкции, поскольку хорошо проводят холод. Углеволоконные холсты позволяют бережно отнестись к неповрежденным участкам конструкции и реализовать ее имеющиеся резервы прочности.

Вне зависимости от методов, первые работы, которые производятся над усиливаемыми конструкциями, носят аналитический характер. То есть сначала оценивается настоящее техническое состояние конструкций здания, выявляются дефекты и оценивается пригодность данных конструкций к дальнейшему безопасному использованию.

Затем производится детальное обследование конструкций, подлежащих усилению. На этом этапе отбираются пробы материала, замеряются такие характеристики как отклонение от строительных размеров, величины прогибов и осадки фундамента. Это делается для обеспечения необходимыми данными поверочные расчеты.

И на заключительном этапе подготовки выполняется камеральная обработка данных и поверочный расчет. Поверочный расчет носит особо важный характер, когда выполняется усиление конструкций зданий с учетом выявленных дефектов, отклонений от размеров, степени коррозионного износа и других факторов.

Составляется техническое заключение, в котором содержится результаты проведенного обследования здания, фотоматериалы выявленных дефектов, поверочные расчеты, выполненные для каждого вида конструкции, а также обмерные чертежи. После этого намечается перечень работ по усилению каждого вида конструкции из имеющихся в здании.

Все эти работы наша компания готова выполнить максимально качественно и эффективно. Своевременное усиление конструкций заметно экономит время и средства, которые могут быть потрачены на восстановление вышедших из строя элементов и узлов здания или сооружения. Поэтому, какими бы ни были технологии по усилению конструкций зданий, в любом случае они будут экономически целесообразны. Результаты работы наших специалистов не заставят себя долго ждать, а сделают долгим исправное и бесперебойное функционирование всех конструкций здания.

Принципы строительства сейсмоустойчивых зданий

Чуть более года назад профессор Университета Колорадо Роджер Билхэм опубликовал свой доклад, в котором говорилось, что при современном росте урбанизации и увеличении населения, к середине XXI века потребуется более миллиарда жилых строений, а человечество столкнется с новым оружием массового уничтожения - таким оружием станет... обыкновенный жилой дом. Объясняя свой парадоксальный вывод, ученый ссылается на то, что власти и архитекторы не уделяли и не будут в будущем уделять должного внимания возведению сейсмоустойчивых зданий, а также укреплению уже имеющихся. Причина банальна - для строительства таких зданий требуются существенно большие затраты. Роджер Билхэм предрекает, что в этом веке должно произойти землетрясение, числом жертв превосходящее гаитянское, в котором пострадало порядка 230 тысяч человек.

После того, как в 2010 году случилась страшная трагедия на Гаити, ученые отметили, что многих жертв можно было бы избежать, если бы на острове уделялось должное внимание строительству сейсмоустойчивых зданий. Профессор Чак ДеМетс из Northwestern University заявил, что свою роль в появлении такого количестве жертв сыграло безответственное строительство. Здания, не рассчитанные на столь мощный удар, складывались как картонные домики, становясь могилами для людей. Случись подобное землетрясение в Калифорнии, жертв было бы на порядок меньше. Вывод профессора подтверждают следующие факты: землетрясение в Армении 1988 года магнитудой 6,9 баллов по шкале Рихтера унесло жизни 25 тысяч человек, а годом спустя, при аналогичном землетрясении в Калифорнии погибли только 63 человека. Эти цифры, как считает Чак ДеМетс, наглядно иллюстрируют огромную роль сейсмоустойчивых зданий в спасении жизней во время землетрясений.

Изначально в Ленинакане (современное название - Гюмри) велось лишь монолитное домостроение. Однако это - многоступенчатая работа. Необходимо было искать новые пути развития технологий строительства. И они были найдены. Специально для Ленинакана были разработаны сборные конструкции, которые выдержали бы землетрясения до 9 баллов. Дома из сборных конструкций возводились в полтора раза быстрее, чем монолитные дома, к тому же они оказались экономичнее, так как себестоимость строительства была на 30% ниже себестоимости монолитных домов. Специалисты компании "Стройтехника" принимали участие в ликвидации последствий землетрясения и строительстве сейсмоустойчивых зданий в Армении.

Стоит заметить, что даже по прошествии более чем 20-и лет со дня землетрясения в Армении технология не потеряла своей актуальности, хотя, без сомнения, появились и новые пути решения проблемы обеспечения сейсмоустойчивости зданий.

Как сообщает портал ScienceNOW, одну из самых революционных идей предлагает группа французско-британских ученых. Они рассчитывают сделать здания... невидимыми для землетрясений. На эту идею ученых навела стелс-технология в авиации, позволяющая самолетам оставаться невидимыми для радаров. Только в данном случае речь идёт о "невидимости" зданий для сейсмических волн. Как известно, эта технология основывается на сочетании использования специального материала и специфической формы поверхности. Вкупе эти свойства делают самолеты невидимыми для радаров, частично отклоняя, а частично - поглощая сигналы. При создании "невидимых" зданий принцип такой же. Ученые рассчитали, каким должен быть "волнорез", состоящий из меди, пластика и других материалов. "Волнорезы", по проекту ученых, должны рассеивать катастрофическую энергию землетрясений. Во время экспериментов на защищённые сооружения направляли волновые возмущения, моделирующие АЧХ сейсмоволн при землетрясении. Устройства в виде колец поглощали и рассеивали волны, практически, не пропуская их внутрь кольца. Не исключено, что именно эта технология ляжет в основу строительства сейсмоустойчивых домов в будущем.

Существуют и другие методы защиты. Один из них - в буквальном смысле, "выращивание" сейсмоустойчивых домов. Как сообщает портал LiveScience, одна из групп ученых пришла к выводу, что некоторые деревья могут расти в условиях аэропонного культивирования, а также воздушного культивирования. Необходимые для роста дерева питательные вещества поступают не с корнями из земли, а разбрызгиваются в воздухе. При этом данные деревья имеют пластичные корни и с помощью металлических рамок им можно придать любую форму. Как только дерево-дом выросло до нужных размеров, его укореняют в земле. Надземная часть корня, соответствующая строго заданной форме, лифгинифицируется, с возрастом становится все прочнее и крупнее. Ее можно использовать как основу под строительство экологически безопасного и сейсмоустойчивого дома. Первый такой дом ученые планируют "сдать" через 10 лет.

Один из распространённых способов сейсмоустойчивого строительства - возведение зданий на фундаменте с большим запасом несущей прочности. Например, в России по такому принципу построены экспериментальные дома в городе Усть-Лабинск. Здесь возводят 4-5-этажные здания на усиленном фундаменте, соответствующем дому в 9 этажей для обычных сейсмоусловий.

Для того чтобы успешно противостоять землетрясениям ученые разрабатывают и новые строительные материалы. В частности, представители высшей школы из Мичигана создали новый вид бетона, получивший название "эластичный" бетон. Он, как следует из названия, отличается повышенной эластичностью и гибкостью. Интересной особенностью материала можно считать способность самовосстанавливаться под воздействием дождя или снега. Эти необычные свойства бетону обеспечивает добавление минералов, которые входят в состав морских раковин. Возникшие в результате нагрузки трещины в этом удивительном бетоне, со временем затягиваются, и прочность материала остается неизменной.

Однако и некоторые известные с древности строительные материалы отличаются сейсмоустойчивостью. В частности, к таким материалам относится глина. В Таджикистане построено немало сейсмоустойчивых зданий именно из этого материала, с добавлением древесины эластичных сортов дерева, таких как, например, тутовник. Для строительства такого здания прежде всего изготавливают деревянную стойку, нижнюю и верхнюю обвязочную балку, (именно так веками строили дома в Средней Азии), а затем, во время постепенного возведения глиняных стен, в них "вплетаются" ветки деревьев. По словам и.о. заведующего лаборатории Института сейсмостойкого строительства Джумы Рузиева такой дом выдержит девятибалльное землетрясение. Описанная технология применяется в Таджикистане, очевидно, из-за необходимости экономить на строительной технике и материалах. И её недостатком можно признать то, что это возможно только в малоэтажном строительстве.

Ещё одна инновация в отрасли строительных материалов: применение высокопрочной арматуры при бетонировании опалубки элементов зданий и сооружений. В настоящее время осуществляется производство сейсмоустойчивой арматуры класса прочности 500 МПа.

Произошедшее землетрясение в Японии подтолкнуло ученых Страны восходящего Солнца и самих выступить в СМИ с заявлением о том, какими должны быть сейсмоустойчивые здания и какие принципы необходимо соблюдать при их строительстве. Следует использовать симметричные конструктивные схемы. При строительстве требуется равномерно распределять жесткость конструкции и массу. Однородность и монолитность конструкции обеспечивается благодаря применению укрепленных сборных элементов. К особенностям строительства стоит отнести и создание антисейсмических швов - двойные стены или двойные ряды несущих стоек. Они как бы разрезают дом на самостоятельные, независимые друг от друга отсеки. Не допускается при строительстве использовать перегородки из ручной кирпичной кладки в зданиях выше пяти этажей. В качестве строительных материалов для сейсмоустойчивых зданий рекомендуются панельные блоки, изготовленные с применением вибрации в специальных заводских условиях. В растворы необходимо добавлять пластификаторы и адгезирующие добавки, которые повышают сцепление раствора со строительным материалом. Еще одно правило возведения сейсмоустойчивых зданий - бетонные или кирпичные перегородки должны армироваться и анкероваться по всей длине. Предпочтительные формы объектов при строительстве в сейсмоопасной зоне - прямоугольный, круглый, квадратный или шестиугольный дом. Строения в виде книжек, с вытянутыми одной или двумя сторонами категорически не подходят.

Фундаменту во время строительства всегда должно придаваться особое значение, особенно если речь идет о сейсмоустойчивых зданиях. Известна методика применения сейсмоизолирующих подушек из бетона и полимерных материалов, когда возникнет эффект скольжения по ним здания во время землетрясения.

Многие из описанных в статье принципов строительства сейсмоустойчивых зданий относятся к будущему. Пока же очевидно одно, и землетрясение в Японии это подтвердило, - на сегодняшний день не существует технологии и строительного материала, который на 100% смог бы противостоять самому сильному землетрясению. Создавать эти технологии и материалы - задача ученых, технологов и строителей.

Размещено на Allbest.ru