Специальные вопросы архитектурно-конструктивного проектирования зданий Конструктивные решения зданий для строительства в особых природно-климатических условиях

10. Особенности конструктивных решений зданий

Для строительства в сейсмоопасных районах

При проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмоопасных районах кроме обычных нагрузок учитывают также возможные воздействия сейсмических сил. Сила землетрясений измеряется по 12-ти балльной шкале системы МSК-64. Расчёт и конструирование элементов зданий (и зданий в целом) для строительства в сейсмоопасных районах производят в соответствии с требованиями специальных норм. Для современных зданий и сооружений сейсмические воздействия силой до 6 баллов не опасны и при проектировании их не учитывают. В районах с сейсмичностью в 6, 7, 8 и 9 баллов принимаются определённые меры, исключающие или смягчающие последствия воздействий сейсмических сил на здания и сооружения, а в районах с сейсмичностью 10 баллов и более строительство капитальных зданий нецелесообразно.

Меры, позволяющие в определённой степени повысить сейсмостойкость зданий и сооружений следующие:

• выбор участка для строительства с меньшей сейсмичностью;

• выбор соответствующих конструктивных схем и материалов для зданий;

• выбор соответствующих объёмно-планировочных решений зданий;

• выбор конструктивных решений зданий, которые повышают прочность и соответственно сейсмостойкость зданий;

• другие меры.

Сейсмостойким считается здание, у которого обеспечена сохранность основных несущих конструкций, разрушение которых из-за действия сейсмических сил угрожало бы обрушением всего здания или его частей. При этом возможны (допустимы) повреждения второстепенных элементов, выход которых из строя не угрожал бы безопасности людей или сохранности оборудования.

Конструктивные схемы зданий и их объёмно-планировочные решения следует выбирать с учётом возможного их противодействия сейсмическим силам. Форма зданий в плане должна быть простой, компактной, без выступов, впадин, резких изломов стен в плане, а внутренние стены и другие конструкции следует располагать в плане равномерно и симметрично относительно центра тяжести здания (рис. 10.1).

Рис. 10.1. Варианты расположения стен в плане: а – рекомендуемая симметричная; б – нерекомендуемая асимметричная; в – нерекомендуемая с изломом внутренних стен в плане

Здания сложной формы в плане и протяжённые здания необходимо разделять на отсеки простой формы антисейсмическими швами, при этом в каждом отсеке необходимо соблюдать симметричность расположения вертикальных и горизонтальных несущих конструкций, диафрагм жёсткости, связей и перегородок относительно центра тяжести отсека (рис. 10.2). В каждом отсеке конструктивная схема, этажность и материал конструкций должны быть одинаковыми, а всё здание не должно иметь перепадов высот.

Рис. 10.2. Вариант схемы разделения здания со сложной конфигурацией в плане на отдельные отсеки: а – нерекомендуемое решение; б – рекомендуемое решение

Фундаменты зданий в сейсмических районах желательно выполнять монолитными из железобетона и они должны заглубляться до одного уровня (отметки), а подвалы следует устраивать под всем зданием или под отдельными отсеками. В многоэтажных зданиях глубину заложения фундаментов увеличивают путём устройства коробчатых фундаментов, а в свайных фундаментах применяют только забивные сваи с монолитными ростверками. В каркасных многоэтажных зданиях под колонны применяют фундаменты в виде перекрёстно-ребристой или сплошной монолитной железобетонной плиты, а отдельно стоящие столбчатые фундаменты необходимо соединять между собой фундаментными балками (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Схема конструктивного решения столбчатых фундаментов с антисейсмиче-скими связями: 1 – столбчатые фундаменты под колонны; 2 – железобетонные фундаментные балки

Несущий остов зданий в сейсмоопасных районах целесообразно тоже выполнять монолитным железобетонным в виде несущих стен, каркасным из линейных элементов или в виде каркасно-этажерочных систем. А при сборном варианте необходимо усиливать элементы несущего остова и их стыки введением дополнительной арматуры.

В зданиях со стенами из мелких каменных элементов, в том числе и кирпичной кладки, необходимо соблюдать установленные нормами марки стеновых материалов и раствора, вид кладки, размеры простенков и проёмов. Устойчивость и пространственная жёсткость зданий с несущими каменными стенами повышается соответствующим размещением стен в плане, прочным сопряжением в местах примыкания одной стены к другой и устройством антисейсмических поясов на уровне всех междуэтажных, чердачных и надподвальных перекрытий по всей протяжённости наружных и внутренних стен (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Детали антисейсмических поэтажных поясов в кладке кирпич-ных стен: а – в несущей кирпичной стене; б – в ненесущей кирпичной стене; 1 – хомуты из проволоки Ø 6 мм; 2 – кладка кирпичной стены; 3 – анкер-ные связи; 4 – продольные арматурные стержни Ø 10–12 мм; 5 – закладные детали; 6 – железобетонная много-пустотная плита-настил перекрытия; 7 – антисейсмический поэтажный железобетонный пояс

Антисейсмические пояса выполняют, как правило, железобетонными, чаще монолитными с непрерывным армированием, а при сборном варианте элементы поясов соединяют сваркой закладных деталей или арматурных выпусков с последующим замоноличиванием стыков. Ширину антисейсмических поясов принимают равной толщине стен, но при толщине стены более 500 мм ширину пояса можно принимать на 120 мм (т. е. на 1/2 кирпича) меньше. Высота пояса принимается не менее 150 мм.

При сейсмичности в 7, 8 и 9 баллов высота этажей каменных зданий должна быть соответственно не более 6, 5 и 4 м, а отношение толщины стены к высоте этажа должно быть не менее 1:12. В местах примыкания стен одна к другой в горизонтальные швы кладки укладывают арматурные сетки (рис. 10.5), а кладка стен под и над антисейсмическими поясами должна быть связана с ними (поясами) вертикальными арматурными выпусками.

В крупноблочных зданиях необходимо соблюдать перевязку вертикальных швов блочных стен. В качестве антисейсмических поясов в таких зданиях используют перемычечные и поясные стеновые блоки со сваркой арматурных выпусков или укладкой в горизонтальные швы на уровне перекрытий дополнительной арматуры по принципу непрерывного армирования с последующим замоноличиванием этих швов.

а

Рис. 10.5. Варианты усиления кирпичных стен при строительстве в сейсмоопасных районах: а – устройство деревянного и железобетонного карнизов (размеры в мм); б – усиление кладки стен в углах (А) и (Б) – в местах пересечений (размеры в см)

Для крупнопанельных зданий в сейсмоопасных районах следует применять смешанные конструктивные схемы с продольными и поперечными несущими стенами, при этом необходимо обеспечивать совместную работу стен между собой и с элементами перекрытий, а шаг поперечных стен не должен превышать 6 м. Усиление горизонтальных стыков панельных стен от сдвиговых воздействий достигается или сваркой арматурных выпусков, или дополнительным армированием, или устройством специальных шпоночных связей (рис. 10.6). Панели перекрытий выполняют размером на перекрываемую ячейку с рифлеными гранями для лучшего сцепления с раствором или бетоном замоноличивания.

Несущие элементы перекрытий и покрытий зданий, строящихся в сейсмоопасных районах, необходимо проектировать жесткими, надежно связанными с вертикальными несущими конструкциями. Эти элементы должны по возможности объединяться поэтажно в жесткие горизонтальные диски, получаемые путем анкеровки элементов между собой и заполнения швов между ними цементно-песчаным раствором, а также устройством поэтажных монолитных обвязок, соединяющих сборные элементы перекрытий и покрытий в одно целое. При замоноличивании дисков перекрытий и покрытий целесообразно использовать монтажные петли, анкера, армированные шпоночные соединения. Длину опорных участков сборных элементов перекрытий и покрытий необходимо увеличивать и их опорные участки, как уже указывалось, выполнять рифлёными для лучшего сцепления с раствором или бетоном в опорных швах.

Рис. 10.6. Варианты усиления стыков стен крупнопанельных зданий (размеры в см):

а – усиление панелей наружных стен и их стыков арматурой и устройством шпоночных соединений; б – то же, панелей внутренних стен; 1 – выпуски арматуры; 2 – стальные накладки

Лестницы устраивают крупноэлементными или крупнопанельными с опиранием их несущих элементов на стены не менее чем на 250 мм и с надёжным заанкерением или сваркой закладных деталей. Все элементы лестниц соединяют между собой с помощью сварки. Перегородки внутри зданий выполняют из крупных панелей или армированными из штучных элементов и надёжно крепят к элементам несущего остова зданий.

При устройстве лоджий их боковые стенки выполняют как продолжение поперечных несущих стен зданий, а плиты балконов выполняют как консольные выпуски элементов перекрытий или надёжно с ними (перекрытиями) соединяют. Вынос балконов не более 1 м. Оконные и дверные проёмы, а также проёмы балконов и лоджий должны иметь монолитное железобетонное обрамление.

В деревянных домах бревенчатые или брусчатые стены усиливают шипами или нагелями, угловые соединения выполняют в виде врубки с остатком и в углах устанавливают дополнительные связи-сжимы, а в каркасных, щитовых и каркасно-щитовых домах жёсткость стен повышают установкой подкосов или косой обшивкой, перекрытий – настилом диагонального черного пола.