При проектуванні будинків і споруд, призначених для будівництва в сейсмічних районах, їх сейсмостійкість традиційно забезпечується шляхом підвищення несучої здатності конструкцій за рахунок збільшення розмірів несучих елементів і міцності матеріалів, а також ряду конструктивних заходів (див. П. 1 даного посібника). Все це вимагає значних додаткових витрат будівельних матеріалів і засобів. Збільшення розмірів конструкцій або міцності матеріалів призводить до збільшення жорсткості і ваги споруд, що, в свою чергу, викликає зростання інерційної (динамічного) навантаження.
У Росії і багатьох зарубіжних країнах сформувалося експериментальне напрямок в будівництві по підвищенню і забезпечення сейсмостійкості будівель і споруд, названий активним способом сейсмозахисту (нетрадиційний похід). Цей спосіб передбачає зниження величини інерційних сейсмічних навантажень на споруди за рахунок регулювання їх динамічних характеристик під час коливального процесу, і управляти механізмом деформування споруд при землетрусах. Регулювання динамічних параметрів здійснюється для того, щоб уникнути резонансного збільшення амплітуд коливань або, принаймні, знизити резонансні ефекти. Це досягається відповідним вибором динамічної жорсткості і частот (періодів) власних коливань споруди.
У цьому навчальному посібник основна увага приділена: традиційним принципам сейсмостійкого будівництва; основним методам розрахунку на сейсмічне навантаження (теоретична
і практична частини курсу - див. додатки 1-3);
методам сейсмозахисту будівель і споруд, які мають в даний час найбільшого поширення і перспективних з точки зору застосування в практиці сейсмостійкого будівництва.
1 Основні принципи СЕЙСМОСТОЙКОНО БУДІВНИЦТВА
1.1 Загальні положення при проектуванні сейсмостійких будівель
Нові конструктивні схеми будівель і споруд на початку процесу проектування підлягають обов'язковій експертній опрацювання фахівцями науково-дослідних і проектних організацій, що спеціалізуються в області сейсмостійкого будівництва.
При проектуванні сейсмостійких будівель і споруд та при усіленіізданійсуществующей забудови слід:
- приймати об'ємно-планувальні та конструктивні рішення, що забезпечують, як правило, симетричність і регулярність розподілення у плані та по висоті будівлі мас, жорсткостей та навантажень на перекриття;
- застосовувати матеріали, конструкції та конструктивні схеми, що забезпечують найменші значення сейсмічних навантажень (легкі матеріали, сейсмоізоляцію, інші системи динамічного регулювання сейсмічного навантаження);
- створювати можливість розвитку у певних елементах конструкцій допустимих непружних деформацій;
- виконувати розрахунки металевих конструкцій будівель і споруд з учетомнелінейногодеформірованія конструкцій;
- передбачати конструктивні заходи, що забезпечують стійкість і геометричну незмінність конструкцій при розвитку в елементах і з'єднаннях між ними непружних деформацій, а також виключають можливість їх крихкого іхразрушенія;
- розташовувати важке обладнання на мінімально можливому рівні по висотезданія.
При використанні сейсмоізоляції та інших систем динамічного регулювання сейсмічних навантажень вибір тієї чи іншої системи, а також розрахунок і конструювання повинні проводитися за участю спеціалізірованнихпроектнихінаучнихорганізацій.
З метою отримання достовірної інформації про роботу конструкцій при землетрусах і коливаннях прилеглих до будівель ґрунтів у проектах характерних основних типів будівель масової забудови, будівель з принципово новими конструктивними рішеннями, а також особливо відповідальних споруд належить передбачати розміщення станцій інженерно-сейсмометричної служби (ІСС).
Обов'язкове встановлення станцій ІСС повинно передбачатись на об'єктах заввишки більше 70 м і відповідальних будівлях і спорудах, а також наоб'ектахексперіментальногостроітельства.
Витрати на придбання сейсмометричної апаратури, а також на виконання проектних і будівельно-монтажних робіт щодо її встановлення повинні передбачатися в кошторисах на будівництво об'єктів, а експлуатаційні витрати - в бюджетах місцевих органів самоврядування сейсмоопаснихрайонов.
Паспортизація об'єктів після завершення будівництва, а також обстеження та паспортизація існуючих об'єктів повинні виконуватись відповідно до чинних нормативних документів з оцінки технічного стану і паспортизації промислових і цивільних будівель (споруд), експлуатіруемихвсейсміческіхрайонах.
Динамічна паспортизація повинна виконуватись акредитованими лабораторіями, які оснащені необхідним обладнанням і сейсмометріческойаппаратурой.
- визначення реакції будівель на спеціальні динамічні дії в частотному діапазоні хвиль від 0,2 Гц до 40 Гц;
- визначення частот, форм власних коливань будівель і декрементов коливань і сравненіеіхспроектниміданнимі;
- формування динамічного паспорта будівлі на основі періодичних динамічних обстежень, а також в обов'язковому порядку при обстеженні після минулих землетрусів середньої і сильної інтенсивності (7 балловівише).
Динамічна паспортизація проводиться для будівель і споруд відповідальних, а також для корпусів ТЕЦ, центральних вузлів доменних печей, резервуарів для нафти і нафтопродуктів, житлових і цивільних будівель вище 16 поверхів, а також гідротехнічних споруд.
Об'ємно-планувальні та конструктивні рішення будівель і споруд слід приймати з урахуванням положень розділу 3 [1]. Поверховість (висота) будинків не повинна перевищувати значень, вказаних в таблиці 8 * [1].
Висота дошкільних дитячих закладів не повинна перевищувати двох поверхів, шкільних закладів і лікарень - трьох поверхів. Хірургічні та реанімаційні відділення в лікарнях слід розміщувати на нижніх двох поверхах.
У будівлях з несучими стінами, крім зовнішніх поздовжніх стін, должнобитьнеменееоднойвнутренней поздовжньої стіни.
Будинки повинні мати правильну форму в плані. Суміжні ділянки будівлі вище або нижче планувальної позначки не повинні мати перепади більше
Перекриття в будівлях слід розташовувати на одному рівні. Зданіяследуетразделятьантісейсміческімі швамінаотсекі, якщо:
- їх об'ємно-планувальні та конструктивні рішення не соответствуюттребованіямп.3.1 [1];
- окремі об'єми будівель в межах загального плану, які не є ядрами жорсткості, мають різко відмінні (більше 30%) жорсткості або маси.
Антисейсмічні шви повинні розділяти будівлю по всій висоті. Антисейсмічні шви слід виконувати шляхом спорудження парних
стін або рам, або рами і стіни. Конструкція прилягання секцій у зоні ан-
тісейсміческіх швів не повинна перешкоджати їх взаємним горізонтальнимперемещеніям пріземлетрясеніях.
Сходових кліток належить передбачати закритими з природним освітленням, як правило, через вікна в зовнішніх стінах. Розташування та кількість сходових кліток слід приймати відповідно до нормативних документів з протипожежним нормам [17] проектування будівель, але не менше однієї між антисейсмічними швами в будинках заввишки більше трьох поверхів.
Влаштування основних сходових кліток у вигляді конструкцій, які пов'язані з конструкціями будівлі або споруди, не допускається.
Сходові клітки і ліфтові шахти каркасних будинків із заповненням, не включається в роботу, слід влаштовувати у вигляді ядер жорсткості, які сприймають сейсмічне навантаження, або у вигляді вбудованих конструкцій з поверховій розрізанням, які не впливають на жорсткість каркаса, а для будівель заввишки до 5 поверхів при розрахунковій сейсмічності 7 і 8 балів їх допускається влаштовувати в межах плану будівлі у вигляді конструкцій, відокремлених від каркаса будівлі.
Сходи слід виконувати, як правило, з великих збірних елементів, що з'єднуються між собою за допомогою зварювання, або з монолітного залізобетону. Допускається використання металевих або залізобетонних косоуров з набірними східцями за умови з'єднання за допомогою зварювання або на болтах косоуров сплощадкамі і ступенів з косоурами.
Міжповерхові сходові площадки слід закладати в стіни. У кам'яних будівлях площадки повинні кріпитися на глубінуне менш 250 мм.
Улаштування консольних східців, забитих в кам'яну кладку, не допускається.
У містах і селищах міського типу спорудження будинків із стінами з сирцевої цегли, саману та грунтоблоков забороняється. У сільських населених пунктах на майданчиках сейсмічністю до 8 балів допускається будівництво одноповерхових будівель з цих матеріалів за умови посилення стін дерев'яним антисептованим каркасом з діагональними зв'язками.
Жорсткість стін каркасних дерев'яних будинків повинна забезпечуватися розкосами або панеляміізконструктівнойфанери. Брусчатиеібревенчатие стениследуетсобіратьнанагеляхіболтах.
1.2 Підстави і фундаменти
Проектування фундаментів будівель належить виконувати відповідно до вимог нормативних документів щодо основ будівель і споруд та пальових фундаментів [13-16].
Табліца1.1 - Скоростіраспространенія поперечнихволн (волнсдвіга) вгрунте
Глибину закладення фундаментів рекомендується збільшувати шляхом влаштування підвальних поверхів.
Фундаменти будівель заввишки понад 16 поверхів на нескельних ґрунтах слід, як правило, приймати пальовими або у вигляді суцільної фундаментної плити із заглибленням підошви відносно відмітки мощення не менше ніж на 3,0 м.
Фундаменти будівель, збудованих на нескельних ґрунтах, повинні, як правило, влаштовуватися на одному рівні. Підвальні поверхи слід передбачати під усією будівлею. При розрахунковій сейсмічності 7 і 8 балів допускається влаштування підвалу під частиною будівлі. При цьому слід розміщувати симетрично відносно головних осей будівлі.
Для будівель вище 12 поверхів улаштування підвалу під усією будівлею обов'язкове.
При будівництві на нескельних ґрунтах по верху збірних стрічкових фундаментів слід укладати шар розчину марки 100 товщиною не менше 40 мм і поздовжню арматуру діаметром 10 мм в кількості три і чотири стрижні при сейсмічності 7 і 8 балів відповідно. Поздовжні стрижні повинні бути з'єднані поперечними з кроком 300-400 мм. У разі виконання стін підвалу зі збірних панелей або монолітними, конструктивно з'єднаними зі стрічковими фундаментами, закладення армованого шару розчину не потрібно (див. П. 3.15 [1]).
У районах сейсмічністю 9 балів стрічкові фундаменти повинні виконуватися, какправіло, монолітними.
У фундаментах і стінах підвалу з великих блоків повинна бути забезпечена перев'язка кладки в кожному ряду, а також у всіх кутах і перетинах на глибину не менше 1/3 висоти блоку; фундаментні блоки слід укладати у вигляді суцільної стрічки. Для заповнення швів між блоками слід застосовувати розчин марки не нижче 50.
У будівлях при розрахунковій сейсмічності 9 балів стіни підвалів повинні передбачатися, какправіло, монолітними або збірно-монолітними.
У кожному ряду блоків в місцях кутів, примикань і перетинів необхідно встановлювати арматурні сітки із заведенням їх на 70 см від місць перетину стін.
Горизонтальні гідроізоляційні шари в стінах будівель слід виконувати з цементногораствора.
Фундаменти і стіни підвалів із бутобетону допускаються в будівлях до п'яти поверхів при розрахунковій сейсмічності 7-8 балів. Кількість бутового каменю марки не нижче 200 не повинна перевищувати 25% загального обсягу фундаментів і стін, клас бетону - за розрахунком, але не нижче В7,5.
Перекриття та покриття належить виконувати у вигляді жорстких горизонтальних дисків, надійно з'єднаних з вертикальними конструкціями будівлі і забезпечують іхсовместнуюработупрісейсміческіх впливах.
Жорсткість збірних залізобетонних перекриттів та покриттів належить обеспечіватьспомощьюследующіхконструктівнихрешеній:
- влаштуванням зварних з'єднань плит між собою, елементами каркасаілістенамі;
- влаштуванням монолітних залізобетонних обв'язок (антисейсмічних поясів) санкеровкойвніхвипусковарматуриізпліт;
- замонолічуванням швовмеждуелементамі перекриттів.
Бічні грані панелей (плит) перекриттів і покриттів повинні мати шпонкову або рифлену поверхню. Для зв'язку з антисейсмічним поясом, каркасом або стінами в панелях (плитах) слід передбачати арматурниевипускіілізакладние деталі.