Міністерство освіти і науки України

Черкаський державний технологічний університет

Кафедра промислового та цивільного будівництва

Реферат

з курсу “Новітні технології будівництва”

на тему: “Новітні технології будівництва високоповерхових будівель у сейсмічних районах.”

Перевірив: Виконав:

Коновал В.М. студент 5-гокурсу

групи МГБ-82

Солодкий В.С.

Черкаси 2013

Зміст

Вступ ……………………………………………………………………………………

1. Будівництво в сейсмічних районах

1.Фундаменти глибокого закладання при спорудженні

будівель висотою 450 м і вище……………………………………………………….3

2.

3.Обладнання для подачі й розподілу бетонної суміші…………………………….36

4.Бетон та залізобетон в сучасному будівництві……………………………………55

5.Важкі та легкі бетони. Їх характеристики…………………………………………76

6. Цементи. Види цементів, їх складові. Технологія виготовлення…………………………………..……………………………………..100

Список використанної літератури………………………………………………….120

ВСТУП

Поняття «сейсміка» походить від грецького слова «seismos», що означає коливання при землетрусі. Під землетрусом варто розуміти струс земної поверхні і, зокрема, підстав споруд, викликані тими чи іншими процесами, які відбуваються в товщі Землі.

Вивченням землетрусів називається галузь науки, звана сейсмологією. З точки зору сейсмостійкості споруд найбільш цікава одна із прикладних частин цієї науки – інженерна сейсмологія, завданням якої є вивчення сейсмічних явищ для здійснення сейсмічного будівництва [1].

Землетрус – підземні поштовхи і коливання земної поверхні, що передаються на великі відстані у вигляді пружних коливань, що виникають в результаті розривів у земній корі або верхній частині мантії землі і раптових зміщень порід. Землетрус може бути викликаний природними процесами (тектонічними, вулканічними) або штучними (вибухи, заповнення водосховищ, обвалення підземних порожнин гірських виробок).

Найбільш сильні і небезпечні землетруси, що викликаються тектонічними процесами. У надрах землі постійно відбуваються складні процеси накопичення тектонічної енергії, вивільнення якої і викликає сейсмічний поштовх.

Сукупність землетрусів у просторі та часі – сейсмічність Землі, або сейсмічний процес – є одним з видів тектонічних процесів, через які здійснюється еволюція Землі як планети. Щорічно в середньому на Землі через землетруси звільняється порядку 1019 Дж потенційної тектонічної енергії, яка, в кінцевому рахунку, йде на руйнування гірських порід і їх нагрівання (це відповідає 0,01% теплової енергії, випромінюваної Землею в космічний простір).

У районах, що зазнають землетрусів, здійснюється сейсмостійке, або антисейсмічне будівництво. Це значить, що при проектуванні та будівництві ураховуються можливі дії на будівлі та споруди сейсмічних сил. Додаткові вимоги до об’єктів, що будуються в сейсмічних районах, встановлюються відповідними нормами (правилами).

Інтенсивність землетрусів в різних країнах оцінюється по різних сейсмічних шкалах. За прийнятою в СРСР шкалою (ГОСТ 6249 – 52) небезпечними для будівель і споруд вважаються землетруси, інтенсивність яких досягає 7 балів і більш. У районах, де прогнозована максимальна інтенсивність землетрусів (сейсмічність, сейсмічна активність) не перевищує 6 балів, проведення спеціальних антисейсмічних заходів (при проектуванні і будівництві), як правило, не передбачається. Сейсмічність районів, схильних до землетрусів, визначається по картах сейсмічного районування. Для уточнення сейсмічності майданчика (ділянки) будівництва проводяться відповідні дослідження. Будівництво в районах з сейсмічністю, що перевищує 9 балів, вельми неекономічно. Тому в нормах вказівки обмежені районами 7-9-бальної сейсмічності. Забезпечення повного збереження будівель під час землетрусів зазвичай вимагає великих витрат на антисейсмічні заходи, а в деяких випадках практично нездійсненно. Враховуючи, що землетруси (особливо сильні) відбуваються порівняно рідко, нормами допускається можливість пошкодження елементів конструкцій, що не представляє загрози для безпеки людей або збереження коштовного устаткування.

Міра сейсмічної дії на будівлі (споруди) значною мірою залежить від ґрунтових умов. Найбільш сприятливими в сейсмічному відношенні вважаються міцні скельні ґрунти. Сильно вивітрені або порушені геологічними процесами породи, ґрунти просадки, райони осипів, пливунів, гірських вироблень несприятливі, а інколи і непридатні для пристрою основ споруджень; в тих випадках, коли будівництво все ж здійснюється в таких геологічних умовах, удаються до посилення підстав і здійснюють додаткові заходи щодо сейсмозахисту споруд. Це призводить до значного дорожчання будівництва.

Сейсмостійкість споруди забезпечується як вибором сприятливої в сейсмічному відношенні майданчика будівництва, так і розробкою найбільш раціональних конструктивної і планувальної схем споруди, спеціальними конструктивними заходами, що підвищують міцність і монолітність несучих конструкцій, створюють можливість розвитку в конструктивних елементах і вузлах пластичних деформацій, споруд, що значно збільшують опірність, дії сейсмічних сил. Велике значення для підвищення сейсмостійкості споруд має висока якість будівельних матеріалів і робіт.

Правильність вибору конструктивних систем і розмірів перетинів визначається відповідним розрахунком конструкцій. Згідно з нормами, що діють, розрахунок сейсмостійких споруд, як правило, виробляється по несучій здатності, і передбачає знаходження розрахункових сейсмічних навантажень. Точно визначити величини сейсмічних сил і напряму їх дії на споруду не представляється можливим, так як рух земної кори під час землетрусу залежить від багатьох чинників, кількісна оцінка яких можлива лише при відомих допущеннях. Застосовуються різні наближені методи оцінки сейсмічних сил, що набули поширення в 1-ій половині ХХ ст.

Статичний метод визначення сейсмічних сил виходить з припущення про те, що спорудою є абсолютно жорстке тіло, всі точки якого мають сейсмічні прискорення, рівні прискоренню основи, і що інерційні сили, які розвиваються в споруді, дорівнюють посиленням відповідних мас на прискорення основи. Досконалішим є динамічний метод визначення сейсмічних сил, вживаний в сучасній практиці проектування і розрахунку сейсмостійких споруд в Японії, США і інших країнах. Проте і цей метод передбачає ряд допущень, необхідність яких викликана головним чином відсутністю надійної вихідної інформації про максимальні величини і закони зміни в часі при землетрусах основних характеристик руху основ будівель і інших споруд (зсувів, швидкостей, прискорень і ін.).

Враховуючи наближений характер методів розрахункової оцінки сейсмостійкості споруд, норми вводять ряд обов’язкових конструктивних обмежень і вимог. До їх числа відноситься, наприклад, обмеження розмірів будівель в плані і по висоті. Так, висота будівель з цегельними стінами з кладки 2-ої категорії (встановлено для 3 категорії сейсмостійкості кладки: 1-ша володіє найбільшою міцністю і монолітністю, 3-я – найменшою), що зводяться в районах з 7-бальною сейсмічністю, не повинна перевищувати 4 поверхів, а з 9-бальною – 2 поверхів. Для цегельних і кам’яних будинків нормами визначені мінімальні розміри перетинів простінків і відстаней між стінами, потрібно обов’язкове введення поетажних залізобетонних поясів і т. п. Висота будівель, що споруджуються з найбільш надійних конструкцій і матеріалів (наприклад, каркасних – із сталі і залізобетону, з монолітними залізобетонними стінами), нормами не обмежується.

Величини сейсмічних навантажень і всі конструктивні вимоги встановлюються нормами залежно від сейсмічності майданчика будівництва і призначення будівлі (споруди). Для більшості будівель їх розрахункова сейсмічність приймається рівній сейсмічності будівельних майданчиків. Для особливо відповідальних споруд їх розрахункова сейсмічність підвищується в порівнянні з сейсмічністю будівельного майданчика (як правило, на один бал, що відповідає збільшенню сейсмічних навантажень удвічі), а для тимчасових споруд (наприклад, складів), руйнування яких не пов’язане з людськими жертвами, – знижується.

1. Будівництво в сейсмічних районах.

1.1 Оцінка сейсмічності будівельного майданчика.

Осередком землетрусів називають простір, усередині якого укладені всі супроводжуючі землетрусу первинні деформації. Спостережувані на поверхні деформації і порушення є вторинними.

Інтенсивність землетрусів оцінюють в балах. В останні роки в нашій країні використовують міжнародну шкалу MSK-64. Шкала MSK-64 підрозділяє землетруси на 12 балів: I - IV балів – слабкі, V - VII балів – сильні, VIII - XII балів – руйнівні. Описова частина шкали складається з трьох розділів:

1. Ступінь пошкодження споруд, виконаних без антисейсмічних заходів.

2. Залишкові явища в ґрунтах і зміни в режимі ґрунтових вод.

3. Інші ознаки, включаючи реакції людей на землетруси.

Мірою інтенсивності землетрусу служить магнітуда – величина, пропорційна виділеної в осередку землетрусу енергії, рівної десятинному логарифму амплітуди найбільшого коливання ґрунту по відношенню до деякого стандартного коливання. Шкала магнітуд (від 0 до 8,7 балів) розроблена Ч. Ріхтером. Різниця магнітуд на одиницю відповідає відмінності енергії землетрусів в 30 разів. Магнітуда визначається через амплітуду m α поверхневої хвилі і відстані R до епіцентру землетрусу:

M = lg α m +1,32 lg R.

Для сильних землетрусів а = 1,5; b = 11,8; для слабких а = 1,8; b = 11.

Довжина розриву на поверхні землі пов’язана з магнітною формулою:

M = 6,03 + 0,76 lg L.

Сейсмічно небезпечні райони поділяють на зони з однаковим сейсмічним впливом, складені карти сейсмічного районування. Розрахунок та проектування споруд здійснюють на особливі сполучення навантажень з урахуванням сейсмічних впливів, що подаються інструментальними записами прискорень і синтезованими акселограмами. Для аналізу поведінки конструкцій при сейсмічних діях здійснюють статичне моделювання та оцінку показників ризику.

Наслідки землетрусів оцінюють за шкалою Бюро МСССС (1973), згідно якої будинки класифікують за трьома типами:

А – будівлі з рваного каменю, сільські будівлі;

Б – цегляні великоблочні будинки, будівлі з природного тесаного каменю;

В – будівлі панельні, каркасні залізобетонні і дерев’яні.

Розрізняють: легкі, помірні і тяжкі пошкодження, руйнування і обвали.

Причиною землетрусів є наступне: земна кора товщиною 30...60км розчленована на блоки різного об’єму і форми. Блоки (платформи) переміщуються в просторі з різною швидкістю. Це створює умови для перерозподілу і періодичної концентрації напружень в граничних областях – розломах. Накопичення і розрядка енергії викликає розрив і зміщення сусідніх блоків, що й породжує сейсмічні хвилі і коливання.

Складені карти розподілу сейсмічної енергії. Для кожного району визначена максимальна величина інтенсивності і розроблені карти сейсмічного районування та мікрорайонування. На картах вказані не тільки максимальні інтенсивності, але і категорії повторюваності. Для першої категорії – 1 раз на 100 років, другий – 1000 років, третьої – на 10 000 років. Термін служби споруд, в середньому, значно менший проміжків між землетрусами максимальної для даного району інтенсивності.

Замкнуті лінії, що з’єднують землетрус однакової інтенсивності називають ізосейстами. На території країни є служби сейсмічного спостереження та інженерно-сейсмометричні. Прилади, які фіксують параметри коливань, знаходяться в режимі очікування. Будуються графіки зсувів – сейсмограми, швидкостей – велосиграми, прискорення – акселограми.

Сейсмічне мікрорайонування включає:

- збір, аналіз та узагальнення даних попередніх землетрусів;

- інженерно-геологічні та макросейсмічні дослідження; інструментальні інженерно-сейсмологічні та інші геофізичні дослідження;

- комплексну інтерпретацію отриманих даних; складання карти сейсмічного мікрорайонування.

Точно передбачити величину і характер сейсмічних впливів неможливо. Землетруси меншої інтенсивності виникають частіше. Вони не викликають серйозних ушкоджень, але є причиною поступового накопичення дефектів, що знижують сейсмостійкість. До землетрусу у конструкцій існує напружений стан, викликаний дією власної ваги, корисних навантажень, нерівномірних осадів, температурних напружень. Сейсмічні навантаження можуть діяти в будь-якому напрямку, викликаючи в різні моменти часу напруги одних або різних знаків.

Дослідження сейсмостійкості будівельних матеріалів здійснюють в експериментах на циклічне навантаження двох типів. При першому (м’якому) витримують постійними амплітуди навантажень, а деформації змінюються від циклу до циклу. При другому (жорсткому) навантаженні залишають постійними амплітуди деформацій (переміщень), а міняють амплітуди напружень.

Основними параметрами випробувань є: число циклів, рівень навантаження, період циклу, коефіцієнт асиметрії циклу.

Відношення динамічної межі міцності Rd до статичного R прямолінійно зменшується із зростанням lgN (N – число циклів навантаження). Досліди показали, що чим більша робота затрачається в перших циклах завантаження, тим при меншому числі циклів можна очікувати руйнування; чим більшими можливостями пластичного деформування володіють конструкції, тим менш небезпечними для них виявляються окремі перевантаження. Наявність концентраторів напруг (отворів, надрізів, тріщин, різких змін розмірів елементів) призводить до значного зниження меж циклічної міцності. Часто досліди проводять у режимі статичних знакозмінних змін навантаження або переміщень. При постійних амплітудах переміщень відмічено поступове «розм’якшення» матеріалу – зниження максимального навантаження, що відповідає одній і тій амплітуді змін. При проектуванні сейсмічні впливи враховують у районах з інтенсивністю 7, 8 і 9 балів. Сейсмічність майданчика будівництва коригують залежно від виду і стану ґрунтів.

До першої категорії відносять:

- скельні ґрунти усіх видів;

- крупноуламкові;

- вічномерзлі при температурі -2°С і нижче, при будівництві та експлуатації за принципом збереження ґрунтів основи у замерзлому стані ( принцип I).

До другої категорії відносять:

- скельні ґрунти вивітрілі; піски гравелисті крупні та середньої крупності, щільні та середньої щільності, мало-вологі та вологі;

- глинисті ґрунти з показником консистенції IL ≤ 0,5 при коефіцієнті пористості е < 0,9 для глин і суглинків та е < 0,7 для супісків;

- вічномерзлі нескельні ґрунти експлуатовані при температурі вище -2°С при будівництві та експлуатації за принципом I.

До третьої категорії відносять:

- піски пухкі;

- піски гравелисті, крупні та середньої крупності, дрібні і пилуваті, що не увійшли до II категорії;

- вічномерзлі нескельні ґрунти при будівництві та експлуатації за принципом допущення відтавання (принцип II).

При вимушених коливаннях істотно змінюється напружено-деформований стан конструкцій в результаті зростання непружних деформацій. Фіброві деформації, прогини, тріщини зростають до 2...3 разів. Частота вертикальних коливань залежить від конструктивних особливостей, рівня навантаження, тривалості її дії і граничних умов защемлення.

Коливання просторової системи відбуваються за випадковим законом. Будь-який фрагмент будівель являє собою систему з нескінченно більшим числом елементарних мас (нескінченно великим числом ступенів свободи). У багатьох випадках її можна замінити системою з кінцевим числом мас, зосереджених у характерних точках, наприклад, в місцях розташування найбільших вертикальних навантажень. Зосереджені маси можна розподілити рівномірно вздовж елементів системи. Найпростішою системою є система з одним ступенем свободи. Так, водонапірну башту спрощено можна представити у вигляді защемленого в основі стрижня з масою в рівні центра тяжіння бака. Поперечну раму замінюють також стрижнем з масою на рівні центра тяжіння ригеля. Жорсткість стрижня дорівнює сумі жорсткостей стійок.

При розрахунку часто відмовляються від обліку загасання коливань, тобто запас механічної енергії при коливаннях не змінюється. Такі системи називаються консервативними, на відміну від реальних дисипативних, що мають властивість розсіювати енергію. Коливання, які відбуваються після усунення зовнішніх впливів, називають власними.

Для високих гнучких споруд вільні коливання можуть бути враховані приблизно:

- розрахункова схема споруди розглядається як система з 5-8 зосередженими масами Qi;

- ординати xi форм вільних коливань залежно від тону розраховують як для консольного стрижня постійного перетину;

- в одній з точок системи k від сил Pi = Qi xi обчислюється статичний прогин;

- залежно від тону коливань визначається відповідний період вільних коливань:

Т = 2π fk / gxk. (1.1)