Конструктивні схеми будівель, з точки зору їх реакції на сейсмічні впливи, поділяють на жорсткі, гнучкі, змішаного типу та масивні.
Залежно від співвідношення розмірів в гнучкому спорудженні можуть проявлятися деформації зсуву. Перша ж форма коливань по частоті і конфігурації відповідає Згинальна деформацій, а не зсувними.
Жорсткі споруди мають стіни і діафрагми в площині дії сейсмічних навантажень. Переважаючими є деформації зсуву. У спорудах змішаного типу при дії горизонтальних навантажень несуть є згинаються вертикальні елементи.
Аналіз наслідків землетрусів дозволив розробити загальні принципи проектування сейсмостійких будівель [2, 10 - 12, 40, 46, 50, 57].
1 Зниження сейсмічного навантаження. У будівлях з жорсткою конструктивною схемою зниження навантаження досягають зменшенням ваги конструкцій; з гнучкою схемою - найкращим поєднанням динамічної жорсткості з характеристиками загасання коливань.
2 Рівномірний розподіл жорсткостей і мас. Стіни розташовують симетрично відносно поздовжньої і поперечної осі будівлі. Сама будівля повинна мати просту форму. При складній конфігурації його поділяють антисейсмічними швами на відсіки простої форми. Антисейсмічні шви виконують шляхом спорудження парних стін і рам.
3 Принципи монолітності і равнопрочності елементів. Стикові з'єднання розташовують поза зоною максимальних зусиль, що виникають при землетрусах. У будівлях забезпечують спільну роботу стін і перекриттів, ригелів і колон.
У безкаркасних будівлях просторова робота стін і перекриттів забезпечується жорсткими і міцними зв'язками. У кам'яних будівлях влаштовують антисейсмічні пояси, обмежують відстані між паралельними стінами (табл. 7.5).
Забезпечення умов, що полегшують розвиток в елементах конструкцій пластичних деформацій. При можливої перевантаження будівель під час землетрусу конструкції не повинні руйнуватися крихке, а мати можливість пластичної роботи.
7.5 Граничні відстані між стінами
Відстані, м, при розрахунковій сейсмічності, бали
Підвищення податливості призводить до підвищеного поглинання енергії сейсмічного впливу і загасання коливань. Граничні розміри по довжині і висоті наведені в [40, табл. 29].
Відзначимо основні вимоги до конструктивних рішень.
Каркасні будівлі. Перевага віддається будівлям з поперечним каркасом. Під час землетрусу переважно руйнуються вузли каркаса. Особливо значно пошкоджуються підстави стійок і вузли з'єднань ригелів зі стояками. Здійснюється будівництво будівель як з залізобетонним, так і металевим каркасом. При розрахунковій сейсмічності 7 і 8 балів допускається застосування будівель з зовнішніми кам'яними стінами і внутрішніми рамами. Висота таких будівель не повинна перевищувати семи метрів.
Кам'яні будівлі. Несучі стіни повинні зводиться з кам'яних панелей або блоків, що виготовляються в заводських умовах із застосуванням вібрації, або з кладки на розчинах з добавками, які підвищують зчеплення розчину з цеглою.
Для будівництва в сейсмічних районах не допускається застосовувати камені з великими порожнечами і тонкими стінками, кладки з засипками.
тимчасового опору осьовому розтягу по які перев'язаних швах. Перша - кь,> 180 кПа, друга - кь,> 120 кПа.
При розрахунковій сейсмічності 7 балів допускається застосування кладки при кь,> 60 кПа. В цьому випадку висота будівлі обмежується трьома поверхами, ширина простінків повинна бути не менше 0,9 м, а прорізів - не більше 2 м.
Несучі стіни будівлі в межах відсіків виконують з одного матеріалу. При використанні різних матеріалів влаштовують робочий шов по висоті між цими матеріалами і антисейсмічний пояс. Ширину простінків, прорізів, відношення ширини простінка до ширини отвору, виступи стін в плані, винос карнизів обмежують граничними значеннями, залежними від розрахункової сейсмічності. Якщо отвори повинні мати ширину, що перевищує граничну, то їх облямовують залізобетонної рамою.
Горизонтальні шви кладки армують сітками, що сприяє розвитку пластичних деформацій. Армують сполучення кам'яних стін. Для цього застосовують горизонтальні сітки з площею перерізу поздовжньої арматури не менше 1 см2 і довжиною 1,5 м. Сітки ставлять через 70 см по висоті при розрахунковій сейсмічності 7 - 8 балів і через 50 см при 9 балах.
Несучу здатність кам'яної будівлі підвищують вертикальним армуванням кладки, включенням в неї вертикальних залізобетонних елементів, арматура яких пов'язується з антисейсмічними поясами. Залізобетонні обрамлення пов'язують з кладкою арматурними сітками, що запускаються в кладку на 70 см.
На рівні перекриттів і покриттів кам'яних будівель влаштовуються антисейсмічні пояси по всіх поздовжніх і поперечних стін. Вони збільшують опір руйнуванню стін в кутах і сполученнях, перешкоджають випаданню великих ділянок стін, забезпечують просторову роботу будівлі, зближують періоди коливань окремих конструкцій з різною динамічної жорсткістю. Залізобетонні пояси зазвичай виконуються шириною, рівній товщині стін, висотою 25. 50 см. Перетин арматури визначається розрахунком, але повинна бути не менше 4010Л-І при розрахунковій сейсмічності 7-8 балів і не менше 4012Л-І при сейсмічності 9 балів. Антисейсмічний пояс верхнього поверху пов'язують анкерами з кладкою.
Розтягують зусилля між елементами перекриттів сприймаються спеціальними металевими зв'язками, зсувні зусилля між плитами - зчепленням розчину або бетону, якими заповнюються пази, і бетонними шпонками. Перемички, як правило, влаштовуються на всю товщину стіни і закладаються в кладку на глибину не менше 350 мм. Сходові майданчики надійно анкеруют в кладці.
Спеціальні системи сейсмозахисту. У підставі стін збережених пам'яток архітектури виявлені м'які прокладки (на рівні верху фундаментів) з комишитових подушок, пластичних глин та інших місцевих матеріалів. Зодчі Середньої Азії посилювали ослаблений стик сполучення фундаменту з цоколем. Товщина шва тут досягала висоти цегли. При будівництві мавзолеїв в скелястому грунті котловани заповнювали пухкою землею, піском і фундамент зводили за ним. При такому рішенні зменшувалася концентрація напружень в фундаментах, а грунтова подушка частково гасила високочастотні коливання грунту при землетрусах. Застосовувалися й інші інженерні рішення, спрямовані на зниження впливів тих, хто вагається при землетрусах фундаментах на підземні частини будівель. Були запропоновані каткові опори, фундаменти зі сферичними кінцями.
В [40, 46] відзначені наступні напрямки в створенні конструкцій, що збільшують Сейсмозахист будівель:
• конструкцій з підвісними опорами;
• конструкцій з Каткова опорами; в тому числі, Каткова опорами з гідравлічним демпфером;
• конструкцій з односторонніми включаються і виключаються (система під час землетрусів односторонньою зміною жорсткості уникає потрапляння в резонанс на якийсь динамічної частоті сейсмічного впливу);
• конструкцій з гасителем коливань (наприклад, гідравлічні демпфери) між фундаментом і опорними частинами будівель;
• конструкцій з підвищеними диссипативними властивостями у вигляді сейсмоизолирующим змінного пояса в фундаменті;
• конструкцій пальових фундаментів з високим ростверком і підвищеними диссипативними властивостями.
Конструктивні заходи захисту експлуатованих будівель підрозділяють на три групи:
• заходи щодо зменшення переміщень і деформацій земної поверхні в межах захищається будівлі;
• заходи щодо запобігання пошкодження конструкції;
• рекомендації щодо виправлення становища будівлі.
До першої групи належать: поділ будівель на відсіки з обладнанням деформаційних швів; пристрій компенсаційних траншей навколо будівлі; ізоляція грунтової основи під будівлею від зрушується масиву за допомогою свердловин глибокого буріння. Деформаційні шви повинні розділяти суміжні відсіки будинків за висотою, включаючи покрівлю та, як правило, фундаменти. Компенсаційні траншеї застосовують для захисту будівель від горизонтальних деформацій стиснення. Їх влаштовують на відстані 1. 3 м від будівлі під кутом 20 ° до напрямку дії горизонтальних деформацій земної поверхні. Траншеї відривають на 20 см нижче підошви фундаментів.
До другої групи належать такі: посилення фундаментів і стін залізобетонними поясами; посилення опорних перетинів балок і колон, плит, панелей; збільшення площі опертя плит, балок, прогонів і ферм, вузлів їх сполучення з опорними і пролітних конструкціями. Для зменшення впливу гірничих виробок на колони, стовпи і стіни рекомендується влаштовувати гнучкі зв'язку - розпірки між фундаментами в рівні їх підошви. Стіни безкаркасних будівель підсилюють за допомогою залізобетонних поясів, металевих тяжів, залізобетонних та металевих шпонок. Междуоконние простінки підсилюють за допомогою залізобетонних та металевих обойм.
До третьої групи конструктивних заходів відносяться різні методи виправлення становища будівель: підйом конструкцій або частин будівель гідравлічними домкратами; опускання будівлі шляхом розробки шару грунту під фундаментом; екранування будівель з метою ізоляції від руйнівної дії землетрусів за рахунок неоднакового розподілу сейсмічних хвиль в різних середовищах; попереднє натяг арматури в стиках зовнішніх стін.
Вивчення динамічних характеристик будівель і споруд. Коливання будівель створюються: Вібромашини,
встановленими на перекриттях, додатком статичних навантажень до будівлі в рівнях перекриттів і миттєвим їх скиданням, динамічними навантаженнями, що передаються будівлі через грунт. Для вивчення динамічних характеристик широко використовується метод електромоделювання.
Наведемо деякі дані про періоди власних коливань будівель (табл. 7.6). Період власних коливань будівлі залежить від: розмірів в плані, висоти, площі і механічних властивостей стін, характеристик грунтів основи, несучої конструкції споруди і ін.
7.6 Досвідчені значення періодів власних коливань будівель і споруд
Періоди власних коливань будівель з жорсткою конструктивною схемою наближено оцінюють за емпіричними формулами:
де - число поверхів, - коефіцієнт, що залежить від конструкції будівлі і виду підстави - висота будівлі,
м; В - ширина або довжина будівлі; g = 9,81 м / с2.
Прогнозування землетрусів. Для зменшення ризику важких наслідків від викиду вибуху і пожежонебезпечних речовин, руйнування будівель та споруд робиться прогноз землетрусів. Запропоновано ряд гіпотез прогнозу. За однією з них встановлюється залежність часу появи розриву земної кори від значення граничної деформації грунту е 0 [57]. Швидкість накопичення деформацій. За дослідженнями Рікітаке (Японія) різниця деформацій підпорядковується гауссову
При використанні розподілу Вейбула ступінь ризику
Імовірність розриву в інтервалі равнаКумулятівная ймовірність розриву -
Середній час до розриву
- функція щільності ймовірності.
Приклад розрахунку фундаменту мілкого закладення в сейсмічних районах
З а д а н і е. Розрахувати несучу здатність підстави стовпчастого фундаменту, підошва якого має розміри: Ь = 3,6 м, I = 4,0 м, глибина закладення з? = 2,9 м. Склад і фізико-механічні характеристики грунтів представлені в табл. 7.7. Підстава розрахувати за першим граничним станом на особливе сполучення навантажень з урахуванням сейсмічності 7 балів. На фундамент діє вертикальне навантаження горизонтальне навантаження Т = 99,46 кН, момент М = 1064,18 кН • м.
7.7 Фізико-механічні характеристики грунтів
Приклад розрахунку пальових фундаментів в сейсмічних районах
З а д а н і е. Розрахувати на особливе сполучення навантажень фундамент палі, при тих же грунтових умовах, при розрахунковій сейсмічності району 7 балів. Використовуються палі довжиною 9 м і перетином 30 х 30 см з бетону В25 з напруженою арматурою. Глибина закладення ростверку - 3,4 м від поверхні землі. Верхні кінці паль жорстко закладені в ростверк, що виключає можливість повороту голів паль. Вертикальне навантаження горизонтальна Т = 99,46 кН; момент М = 1064,18
