У багатьох районах земної кулі відбуваються землетруси, більшість з яких мають невелику інтенсивність або трапляються в малонаселених районах. Однак є чимало землетрусів в результаті яких руйнувалися міста і населені пункти. Сильні землетруси за останні роки відбулися в% чи, 1960; Скопле, 1963; Біігате, 1964; Каракасі, 1967; Перу, 1970; Сан-Фернандо, I97I; Нікарагуа, 1972; Гватемалі, 1976; Румунії, 1977. На жаль, пршлери таких землетрусів можуть бути приведені і для нашої країни. Значної шкоди завдали Крикюкое, 1927; Кишинівське, 1940; Ашхабадское, 1948; Ташкентська, 1966; Джаглбульское, I97I; Газлійское, .1976; Назарбекское, 1980 землетрусу.
Найбільш повні дані по наслідках сильних землетрусів містяться в роботі професора В. Полякова / 115 /, де наводяться відомості про величезний збиток, який наносять людству ці стихійні лиха, що займають друге місце серед інших природних катастроф. За період 1947-70 рр. під час землетрусів загинуло більше 190 тис.осіб. В / 64 / наведені дані про наслідки землетрусів в США. де за період I905-I965 рр загинуло близько 1,4 млн, людина, а матеріальні збитки обчислювалися 1200 млн. доларів. Тільки від землетрусу I97I р в Сан-Фернандо збитки склали близько 500 млн.доларів. Землетрус 1906 року в Сан-Франциско завдало шкоди в 480 млн.доларів, а при такому ж землетрусі в даний час збитки склали б кілька мільярдів доларів, не рахуючи ланцюгової реакції можливих наслідків для економиш США. Зростання населення, швидкий розвиток промисловості вимагають освоєння все нових територій, в тому числі і в сейсмічно активних районах, тому питання надійності і економічності антисейсмічні будівництва має велике народногосподарське значення.
Аналіз розподілу території і населення СРСР по районам з різною сейсмічністю показав, що загальна площа сейсмічних районів СРСР становить близько 22% всієї території країни. У цих районах розташовані дев'ять столиць союзних республік, сотні міст і тисячі сільських населених пунктів, ведеться близько ЕД житлового будівництва.
Всі зростаючі об'єкти капітального будівництва, збільшення чисельності та поліпшення умов проживання населення, масове житлове будівництво в великих містах з несприятливим інженерно-геологічними умовами з вкрай обмеженими можливостями розширення території висувають високі вимоги до надійності і економічності будівель і споруд, що будуються в районах високої сейсмічності. Тому перед теорією сейсмостійкості споруд на сучасному етапі ставляться нові більш складні завдання, зобов'язані з необхідністю обліку запасів міцності конструкцій в граничної стадії роботи при інтенсивних сейсмічних навантаженнях, переходу до просторовими розрахунковими схемами, більш повно відображає реальні властивості будівель і споруд, використання нових сейсмологічних даних, характеризують довготривалу сейсмічну небезпеку території, схильною до сейсмічних впливів.
Як свідчить досвід минулих землетрусів, будівлі та споруди, розраховані, запроектовані і побудовані з урахуванням вимог норм з сейсмостійкого будівництва, цілком задовільно виконують своє призначення. У цьому велика заслуга радянських вчених, з працями яких пов'язане становлення і розвиток, теорії сейсмостійкості.
Відповідно до чинного СНиПом будівлі і споруди, що будуються в сейсмічно активних районах, повинні бути розраховані і запроектовані на сприйняття розрахункових сейсмічних навантажень. При цьому розрахунок ведеться по пружною стадії на деякий осредненное вплив, інтенсивність якого залежить від балльности району будівництва і характеризується коефіцієнтом сейсмічності, по фізичному змісту представляє собою середнє значення прискорень в частках Q. Тому можна припустити, що спорудження, запроектоване за діючими нормами, при розрахунковому землетрусі має працювати в пружної стадії без будь-яких пошкоджень несучих елементів і конструкцій. Як показує досвід минулих землетрусів, будівлі розраховані і побудовані - 9 *) відповідно до діючих норм, цілком задовільно переносять сейсмічні впливи. Однак землетрусу розрахункової інтенсивності не проходять безслідно: навіть в сейсмостійких спорудах спостерігаються пошкодження, в тому числі і несучих конструкцій. Цьому досить багато причин (конструктивні особливості конкретного об'єкта, міцність матеріалів, конструкцій, якість будівництва і багато інших). Однак основною причиною майже завжди є особливість самого сейсмічного процесу і перш за все його інтенсивність. Як показують інструментальні дані, фактична інтенсивність розрахункових землетрусів, як правило, виявляється значно більше розрахункових значень Кс.
Цей факт останнім часом стає загальноприйнятим і тому в нових нормах з сейсмостійкого будівництва в кілька разів підвищена величина коефіцієнта, К ^. Так, до 9 бальних землетрусів (при розрахунках по акселерограма) відносяться та, максимальна амплітуда прискорень яких перевищує 400 см / сек.
З огляду на викладене, слід визнати, що при розрахункових землетрусах в будівлях неминучі пошкодження окремих вузлів і елементів конструкцій. У роботі / 74 / наголошується, що навіть землетруси середньої інтенсивності викликають суттєві перенапруги в конструкціях будівель, запроектованих у відповідності до вимог сейсмічних норм США, і тому в сейсмостійких спорудах слід очікувати ушкоджень при землетрусах, інтенсивність яких навіть нижче розрахункових. Така ж думка підтримується великими радянськими дослідниками, які вважають, що в даний час подальшого розвитку вимагають дослідження на сейсмічні впливи розрахункової інтенсивності, коли споруда працює в граничної стадії, в якій повинні бути враховані і використані всі запаси несучої здатності конструкцій. • Останнім часом набуває поширення концепція двойно- го розрахунку, вперше висунута в роботах найбільших радянських вчених в області сейсмостійкості споруд І.І. Гольденблата і В.Полякова, Суть її полягає в тому, що будівля повинна бути розрахована на землетруси різної інтенсивності. При слабких і помірних землетрусах, повторюваність яких порівнянна з терміном служби споруди, воно повинно бути запроектовано таким чином, щоб витрати, пов'язані з відновлювальним ремонтом, були мінімальними. Це означає, що будівлі розраховуються за пружною стадії. При землетрусах розрахункової інтенсивності, періоди, повторення яких для більшості сейсмічно активних районів нашої країни становлять 1000 і більше років, розрахунок ведеться за новим граничного стану. З огляду на малу ймовірність таких землетрусів за термін служби споруди економічно невиправдано будувати будівлі, які переносили б сильні землетруси без всяких пошкоджень. Головна вимога, що пред'являється в цих умовах до спорудження - забезпечення безпеки населення і збереження цінного обладнання. Тому критерії граничного стану призначаються з цих основних вимог: в будівлях допускаються будь-які деформації, пошкодження окремих елементів і вузлів, проте обвалення несучих конструкцій і об'єкта в цілому повинно бути безумовно попереджено. При сильних землетрусах поведінку споруд характеризується виникненням і розвитком зон і ділянок пошкоджень окремих елементів і вузлів конструкцій, що призводить до зміни основних динамічних параметрів системи (характеристик жорсткості і дисипативних характеристик, частот і коливань). Іншими словами параметри системи "на виході", тобто кінцевий стан споруди, який переніс землетрус (оцінка якого, по-суті, і є в більшості випадків метою розрахунку) залежить не тільки від параметрів системи "на вході", але і від особливостей зовнішнього впливу (акселерограми) і характеру зміни параметрів розрахункової моделі в процесі землетрусу. Таким чином для всебічної оцінки поведінку будівель в умовах реальних землетрусів необхідно розгляд споруди як нестаціонарної моделі, яка працює в істотно нелінійної області, при впливі акселерограм реальних землетрусів.
Недарма задачі теорії сейсмостійкості відносяться, на думку професора І.І. Гольденблата, до одних з найбільш слoжниx сучасних інженерних задач
останнім часом радянськими сейсмологами отримані вельми цінні результати за оцінками довготривалої сейсмічної небезпеки різних сейсмологічних регіонів нашої країни, включаючи відомості про сейсмічної сотрясаемості, а для окремих районів отримані ймовірні оцінки спектральної сейсмологічної сотрясаемості, за якими можна диференціювати довготривалу сейсмічну небезпеку окремих класів споруд.
Одними з важливих в даний час, стають економічні критерії, на основі яких може бути обрана така ступінь антисейсмічні посилення, яка забезпечує, з одного боку, заданий рівень надійності споруди, а з іншого, - мінімальну величину витрат, пов'язаних з ліквідацією наслідків землетрусу. При цьому oдним з основних є питання визначення обсягів пошкоджень несучих конструкцій будівель в умовах можливих землетрусів, вирішення яких безпосередньо пов'язане з необхідністю дослідження споруд в умовах реальних землетрусів з урахуванням дійсної роботи в стадії, близькій до граничної.
Аналогічний спосіб посилення стрічкових фундаментів буронабивних палями, що використовуються в якості важільних опор, виконаний в 1973 р трестом Гіпроспецфундаментстрой по кресленнях Гіпролесхіма відповідно до рекомендації НДІ підстав і підземних споруд. Посиленню піддавалися фундаменти п'ятиповерхової вежі і прилеглої до неї триповерхової частини виробничого корпусу хімкомбінату в зв'язку з розвитком неприпустимих осад і можливого їх обвалення. Для цього на відстані 2,5 м від зовнішньої стіни будівлі були виконані два ряди циліндричних буронабивних паль-стійок (відстань між рядами 5 м, крок у низці 3 м) діаметром 12 і довжиною 16 м. Голови паль в кожному поздовжньому ряду об'єднувалися жорсткими залізобетонними балками, розташованими одна відносно іншої на різних рівнях.
Як важільних балок використовували металеві двотаврові консольні балки 50 з кроком 2,5 м, розраховані на умови передачі на фундамент палі відповідних зусиль від стін будівлі. Балки латали в цегляні стіни так, як показано на рис.4.20, на залізобетонних балках їх розміщували таким чином, щоб в першому ряду палі працювали на вдавлення, у другому - на висмикування. Здійснене посилення виключило подальший розвиток осад на аварійній ділянці корпусу.
Зазвичай при посиленні стрічкових фундаментів навантаження від старого фундаменту на палі передають за допомогою поперечних балок, що проходять через стіну старого фундаменту. Основними недоліками даного способу посилення є складність виконання робіт, пов'язаних з пробивкой отворів для поперечних балок в фундаментної стіни, ослаблення стіни і трудомісткість створення щільного контакту між поперечними балками і фундаментної стіною.
Щоб в стіни будинку не проникала грунтова волога, влаштовується гідроізоляція. У кам'яних і цегельних фундаментах гідроізоляцію кладуть зазвичай на висоті 15 ... 25 см від рівня землі. Якщо підлоги кладуть на балки, то гідроізоляція повинна бути на 5 ... 15 см нижче їх.
Гідроізоляцію фундаменту можна провести наступними способами:
Кладуть шар цементного розчину (2 ... 3 см) складу 1: 2, вирівнюють, железнят, сушать. Стелять один шар руберойду.
Кладуть 2 ... 3 шари мастики (1 частина розігрітій соснової смоли + 0,3 ... 0,5 частини просіяного вапна-гідратного). Гарячу мастику наносять шарами (загальна товщина 7 ... 10 мм).
На гарячій сосновій смолі наклеюють бересту в 2 ... 3 шари.
Настилають насухо 2 шари руберойду з напуском не менше 150 мм.
Верх фундаменту покривають бітумною мастикою і наклеюють на неї перший шар руберойду, який знову покривають мастикою, і наклеюють другий шар.
Нижній шар вінців необхідно просочити антисептиками (бажано більше ніж весь зруб). Порожній простір можна засипати керамзитом, але потрібно пам'ятати що керамзит буде "працювати" при шарі від 400 мм.
1,7 - глина; 2 - цементна штукатурка, покрита бітумом з зовнішньої сторони; 3,5 - гідроізоляція; 4 - цементну підлогу; 5 - бетонна підготовка
У будинку, що має підвал, гідроізоляцію кладуть на двох рівнях:
в фундаменті на рівні підлоги підвалу або нижче його на 13 см;
в цоколі на 15:25 см вище поверхні вимощення.
Поверхні стін підвалу і його підлогу ізолюють при цьому так. Якщо рівень грунтових вод нижче підлоги підвалу, то із зовнішнього боку стіни, дотичні з грунтом, покривають двома шарами гарячого бітуму. На підлогу кладуть шар жирної глини (25 см), ущільнюють, покривають шаром бетону (5 см), вирівнюють, витримують протягом 1 ... 2 тижнів, покривають мастикою і наклеюють двошаровий рулонний килим з руберойду. Зверху кладуть такий же шар бетону, який вирівнюють, покривають цементним розчином і железнят.
Коли рівень грунтових вод вище рівня підлоги підвалу, то треба створити гарну ізоляцію стін і підлоги. Крім того, навколо стін в місцях примикання підлоги підвалу слід зробити еластичний замок з клоччя, змоченою в розплавленої бітумній мастиці. Особливо необхідний такий замок в підвалах із глинистим грунтом, де спостерігається нерівномірне осідання.
Ізоляцію стін із зовнішнього боку піднімають вище рівня грунтових вод на 50 см.
При високому рівні ґрунтових вод підпілля ізолюють спочатку шаром глини (25 см), на неї кладуть бетон, на бетон - гідроізоляцію і покривають цементним розчином.
Для освітлення підвалів часто нижче рівня землі влаштовують вікна. Перед такими вікнами необхідно мати колодязі-приямки з облицьованими каменем, цеглою, бетоном стінами. Пол приямку повинен мати лоток для збору води; зверху над вікнами рекомендується влаштувати козирки.
Верх фундаментів і цоколів не завжди буває рівним і гладким. Для вирівнювання по бічних сторонах на 1 ... 3 см вище їх поверхні кріплять дошки з рівними крайками. Простір в опалубці заливають цементним розчином складу 1/3 або 1/4, вирівнюють, розгладжують, просушують і потім укладають гідроізоляцію.
Вода розмиває не тільки підставу, але і згубно впливає на конструкцію самого фундаменту. Для захисту останнього від впливу поверхневих вод, що з'являються при випаданні опадів, танення снігу, по периметру будівлі влаштовується вимощення шириною 700 - 800 мм (на 200 мм ширше, ніж звис даху) з ухилом в бік від будинку. Вона повинна мати підготовку (товщиною не менше 0.15 м) з ущільненого місцевого ґрунту або глини з подальшим засипанням щебенем, гравієм або цегляним боєм, яка зверху покривається шаром асфальту або цементного розчину або тротуарною плиткою. Прямо під бровкою вимощення слід влаштувати дренаж, який не тільки відведе поверхневі води, але і знизить навантаження на гідроізоляції підземної частини фундаменту.
Для захисту від капілярної вологи в місці зіткнення цегляної кладки з бетоном по всьому перетину зовнішніх і внутрішніх стін прокладається гідроізоляційний шар з рулонних матеріалів (наприклад, з двох шарів гидростеклоизола на бітумної мастиці). Якщо фундамент влаштований із збірних елементів, а будинок має підвал, то такий шар потрібно прокласти на рівні підлоги підвалу.
При сухих грунтах вертикальна гідроізоляція зовнішньої поверхні фундаменту обмежується обмазкою бітуму два рази.
Якщо рівень грунтових вод перевищує глибину закладення фундаменту, то необхідно застосувати обклеювальну гідроізоляцію з рулонних матеріалів. У ряді випадку рекомендується насипати під фундамент шар з щебеню, просоченого бітумом. При високому рівні і великому натиску ґрунтових вод влаштовують дренаж, який надійно захистить фундамент від впливу вологи.
Слід зазначити, що описаний вище підхід до пристрою гідроізоляції традиційний і в чомусь застарілий. Останнім часом часто застосовується технологія проникаючої гідроізоляції, заснована на властивості складу самостійно заповнювати всі порожнечі, утворюючи в них кристали. Але вартість такої гідроізоляції досить висока.
При влаштуванні фундаментів будинків слід передбачати заходи щодо захисту основ від промерзання. На глибину промерзання впливають клімат (температура, висота снігового покриву), вид грунту та внутрішня температура будівлі.
Промерзає видами підстав є скеля, крупний пісок, гравій. Ясно, що на промерзають грунтах фундаменти слід закладати нижче за глибину промерзання грунту.
а - величина осідання; б - величина здимання; в - величина бічного зсуву; У.П.Г. - рівень промерзання грунту;
1 - просадка фундаменту (А <Б);
2 - випинання фундаменту під час закладання його підошви вище У.П.Г. (А<Б+В1);
3 - відрив і випинання верхньої частини фундаменту під час закладання нижче У.П.Г. (А<В1);
4 - бічний зсув фундаменту;
А - навантаження на фундамент;
Б - опір грунту;