Глава 4. Принципы сейсмостойкого строительства.

4.1 Общие положения.

Сейсмостойкость – способность зданий и сооружений (главным образом их несущих конструкций) противостоять расчетным сейсмическим воздействиям, сохраняя свои эксплуатационные качества с учетом допускаемых повреждений, обеспечивая безопасность людей и сохранность оборудования. Принципы обеспечения сейсмостойкости зданий:

- выбор благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства;

- соблюдение определенных объемно-планировочных решений, обеспечивающих равномерное распределение сейсмических нагрузок;

- применение конструктивных схем, приводящих к снижению усилий или перемещений при сейсмических воздействиях;

- расчет на сейсмические воздействия;

- принятие конструктивных решений по результатам расчета на сейсмические воздействия;

- выполнение специальных конструктивных мероприятий, назначаемых независимо от результатов расчета на сейсмические воздействия и допускающих при определенных уровнях воздействия конструктивное развитие в некоторых элементах конструкций пластических деформаций при обеспечении общей устойчивости здания;

- высококачественное выполнение СМР.

Сейсмостойкость состоит из двух слагаемых: расчетная нагрузка + конструктивные мероприятия. Т.е. выполнение при проектировании и строительстве всех нормированных конструктивных мероприятий.

4.2 Объемно-планировочные решения.

При проектировании зданий и сооружений необходимо принимать симметричные конструктивные схемы с равномерным распределением жесткостей конструкций и масс (от конструкций и нагрузок на перекрытия). Несоблюдение этого условия приводит к несовпадению центра жесткости и тяжести здания, что способствует развитию крутящих моментов в плане здания и вызывает концентрацию усилий в отдельных несущих конструкциях. Форма здания должна быть компактной и простой. В здания с равномерным и симметричным расположением внутренних несущих стен и рам каркаса, а также элементов наружных стен и монолитных или замоноличенных сборных перекрытиях все несущие элементы здания одновременно вовлекаются в работу при сейсмических воздействиях. Здания со сложными очертаниями в плане необходимо разделять антисейсмическими швами на отсеки простой формы- квадраты, прямоугольники без входящих углов.

Приложение №1 табл.4-1 Предельные размеры (м) элементов стен каменных зданий.

4.3 Конструктивные схемы.

Здания подразделяются на жесткие и гибкие. Жесткие- каменные, каркасно-каменные,крупноблочные, крупнопанельные, бескаркасные. Гибкие- каркасные (ж/б, стальные и смешанные).

Каркасно-каменные из пильного известняка имеют конструктивную схему в виде пространственного ж/б каркаса с заполнением из блочной кладки, возведение которой опережает устройство каркаса, т.к. кладка используется в качестве опалубки для монолитных стоек каркаса. Ригели выполняются сборно-монолитными или монолитными по заранее возведенной кладке данного этажа. Кладка является одновременно с каркасом несущим элементом и участвует в восприятии как горизонтальной, так и вертикальных нагрузок (высота здания 7-8 этажей). Здания до 5эт. с продольными несущими стенами, а более 5эт. – с несущими поперечными стенами или с перекрытиями , укладываемыми во взаимно перпендикулярных направлениях через этаж по высоте здания.

4.4 Снижение сейсмических нагрузок.

Инженерные приемы: - применение для несущих конструкций легких материалов;

- применение навесных ограждающих конструкций;

- повышение гибкости с одновременным повышением затухания колебаний в конструкциях, но следует учитывать возможность возникновения резонанса;

- применение сейсмоизолирующих фундаментов.

В зданиях с жесткой конструктивной схемой снижение за счет уменьшения веса здания (для крупнопанельных домов на керамзитобетоне). В гибких -за счет наилучшего сочетания малой жесткости здания и высоких характеристик затухания колебаний.

Адаптация (приспособление) зданий и конструкций к сейсмическим воздействиям способствует снижению сейсмических нагрузок, т.е. в существенном увеличении периодов и затухании , а следовательно, в уменьшении воспринимаемых сейсмических нагрузок в результате снижения коэффициента динамичности. Адаптабельность обеспечивается за счет активной сейсмозащиты:

- фундаменты с подвесными опорами- сейсмоамортизаторами (ЗеленьковаФ.Д.);

- фундаменты с катковыми опорами различной формы;

- выключающиеся и включающиеся элементы (связи, диафрагмы и т. д.);

- динамические гасители колебаний, которые применяются как самостоятельная система (для монолитного домостроения);

- сейсмоизолирующий скользящий пояс в уровне верха стен подвала или фундамента, выполняемый в виде отдельных скользящих опор, упругих и жестких ограничителей горизонтальных и вертикальных перемещений (например, для крупнопанельных домов).

4.5 Пространственная работа несущих элементов здания.

Горизонтальная сейсмическая нагрузка распределяется между вертикальными несущими конструкциями в основном пропорционально их жесткости. Чем жестче перекрытие и чем надежнее его связь с вертикальными несущими элементами, тем надежнее совместная работа всех несущих конструкций. В каркасных- колонны, ригеля, перекрытия и вертикальные связи- диафрагмы. В зданиях жесткой конструктивной схемы расстояния между осями стен или рамами и контрофорсов проверяют расчетом и применяют не более, чем в метрах:

Категория кладки Расчетная сейсмичность в баллах

(с учетом временного сопротивления осевому растяжению) 7 8 9

1 (минимум -180 кПа максимум - 0) 18 15 12

11 ( - -120 кПа - - 180 кПа) 15 12 9

11-Д ( - - 60 кПа - - 120 кПа) 12 - -

Примечание:

- если здания со стенами комплекной конструкции допускается увеличивать расстояние между осями стен на 30%; - при сейсмичности 7 баллов по согласованию допускается применение кладки из естественного камня при 120 до 60 кПа.

При расчете здание рассматривается как вертикальная консоль, работающая на изгиб. Увеличение высоты здания вызывает увеличение веса, но и сейсмические силы инерции, что ведет к резкому росту сейсмических нагрузок, конструкции теряют прочность. Установлены предельные высоты и этажности зданий. Этажность школ, больниц, д/с не более 3-х этажей: - при7 баллах и выше для стен каменной кладки из пильного известняка; - 8 и 9 баллов независимо от вида несущих конструкций здания. При назначении высоты зданий следует обращать возможность возникновения резонансных явлений на отдельных участках по картам сейсмического микрорайонирования.

Приложение №2 табл.4-6 Предельные размеры зданий (отсеков).

4.6 Развитие пластических деформаций и диссипации энергии.

При землетрясении от очага к зданию подходят глубинные волны –первая объемная продольная волна и затем поперечная, которая несет с собой основную массу энергии. При сейсмическом воздействии кинетическая энергия, сообщаемая зданию грунтом, зависит от соотношения сейсмических жесткостей грунта и здания. Если здание способно поглотить передаваемое ему количество энергии в виде упругих или пластических деформаций, то оно не разрушается. В случае возникновения в материале напряжений, превышающих предел текучести, происходит разрушение перенапряженных элементов. Происходит диссипация- превращение механической энергии перемещений в другие формы энергии, например тепло, и вследствие этого происходит затухание колебаний. Податливость конструкций является важным показателем работы зданий при землетрясении. Прочность соединений была выше прочности соединяемых элементов, ж/б конструкциях прочность на скалывание по отношению к несущей способности на изгиб. Для конструкций из каменных материалов (естественных и искусственных) и бетона, склонных к хрупкому разрушению, важнейшим антисейсмическим мероприятием является армирование.

4.7 Антисейсмические пояса.

Недеформированность перекрытия - сейсмостойкость здания. В уровне перекрытий и покрытий устраивают антисейсмические пояса по всем продольным и поперечным стенам, которые:

- обеспечивают повышенную сопротивляемость отрыву стен в углах, примыканиях и пересечениях;

- препятствуют выпучиванию стен при колебаниях, направленных перпендикулярно к их плоскости, передавая возникающие в них силы на стены, положение которых совпадает с направлением толчка;

- уменьшают возможнос ть выпадания больших участков по высоте,т.к. они, подобно обручам, охватывают все стены здания;

- уравнивают периоды колебаний отдельных вертикальных конструкций, имеющих различную динамическую жесткость;

- обеспечивают пространственную работу здания;

- предохраняют кладку от разрушения при «таранном» действии элементов перекрытия, особенно торцов настилов в местах их заделки в стену;

- позволяют рационально использовать несущую способность вертикальных конструкций стен при сейсмическом воздействии, поскольку, являясь обоймой для перекрытия, они обеспечивают ему жесткость в плоскости, необходимую для благоприятного распределения сейсмических сил по вертикальным конструкциям.

Роль антисейсмических поясов играют также ж/б обвязки перекрытий, по несущим стенам расположенным под плитами перекрытий с непрерывным армированием. Пояса могут быть сборно- монолитные или из блок-перемычек, связанных закладными деталями или арматурными выпусками.

Здания из блоков пильного известняка. Сечение пояса не менее 60% площади поперечного сечения стен оказалось в контакте с монолитным ж/б. В каркасно-каменных зданиях роль антисейсмического пояса выполняют ригели ж/б каркаса.

Армирование ж/б поясов или обвязок в местах примыкания панелей перекрытий к наружным стенам в зависимости от расстояния между несущими стенами 6,4м:

Толщина стены, мм Ширина пояса (обвязки), мм Армирование при 7-8 баллах 9 баллах

380 380 4Д10А-1 4Д12А-1

510 390 4Д12А-1

640 520 4Д12А-1+2Д8А-1

В каркасных гражданских зданиях многоэтажных поясами служат сборные связевые панели перекрытий и ж/б ригели.

В пром. зданиях – объвязочные балки, в уровне перемычек гибко соединяемые с колоннами;

- в уровне покрытия- жесткий диск покрытия;

- в уровне перекрытий- монолитные (сборные) продольные ригели в плоскости плит перекрытия, в поперечном направлении- сборные ж/б ригели.

4.8 Антисейсмические швы.

Здания и сооружения необходимо разделять антисейсмическими швами в случаях:

- сложной формы в плане; - наличия перепада высот 5м и более между смежными участками или отсеками;

- превышения предельных размеров по табл.4-6 (приложения №1).

В зданиях 1эт. до 10м А/швы не устраивают при 7 баллах.

А/швы разделяют здание по всей высоте. Допускается не устраивать шов в фундаменте, за исключением случаев, когда а/шов совпадает с осадочным. Ширина осадочных и температурных принимается как для антисейсмических. А/швы следует выполнять путем возведения парных стен или рам, а также сочетанием рамы и стены.

Ширина шва не менее 30мм здания до 5м, с последующим добавлением по 20мм на каждые последующие 5м высоты.

Вертикальные а/швы закрываются компенсаторами или нащельниками из оцинкованной стали, иногда а/швы оштукатуриваются по сетке. В стенах а/швы утепляются мин.ватой, обернутой толем, из поропласта или др. утеплителем.

Горизонтальные а/швы устраивают высотой 15-20мм заполняют гернитом, резиной и др.упругими прокладками ( для навесных стеновых панелей). Ширина а/шва в покрытиях и перекрытиях принимается кратной 50мм.

В перегородках вертикальные а/швы устраивают на всю высоту:

- в местах пересечения продольных и поперечных перегородок; - в случае, если участки панелей перегородок в соседних пролетах имеют опоры на каркас здания или фундамент на разных отметках между указанными участками панелей.

Горизонтальные а/швы устраиваются между панелью нижележащего самонесущего участка и нижней панелью вышележащего участка, опирающейся на столики-консоли, прикрепленные к колонне.

Заполнение а/швов эластичными герметиками из пороизола или гернита с последующей затиркой швов мастикой по ГОСТ 1491-79.