CC BY
84
4/2009 ВЕСТНИК
СОВМЕСТНЫЙ УЧЕТ СЕЙСМИКИ И КЛИМАТА В СЕВЕРНОЙ АФРИКЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
Миссуми Бен Юсеф, А.К.Соловьёв
МГСУ
Современные строительные нормы предусматривают универсальные меры, необходимые при проектировании зданий и сооружений, направленные на противодействие сейсмическим воздействиям вне зависимости от климатических условий региона. Сейсмические явления и особенности климата - это два природных фактора, которые до настоящего времени рассматривались проектировщиками отдельно друг от друга. Однако, районы с повышенной сейсмической активностью могут находиться в самых различных климатических зонах от арктических до субтропических, создание же комфортной для жизни человека среды в этих зонах требует совершенно различных архитектурно-планировочных решений.
В настоящее время архитектурные решения, учитывающие сейсмические условия региона застройки, часто вступают в противоречия с архитектурными решениями, учитывающими лишь его климатические особенности. Это касается, например, размеров здания, его этажности, высоты внутренних помещений, использования определённых строительных материалов, выбора
места строительства конкретного объекта, эстетических факторов и культурно- исторических традиций. Таким образом, совершенно закономерно возникает необходимость совместного учета антисейсмических и климатических мероприятий при проектировании.
Анализ температурного, влажностного и ветрового режимов территории Северной Африки позволил выделить 4 климатические зоны: (рис.1)
Зона 1 - прибрежная влажная. Зона 2 - горы за морским побережьем. Зона 3 - равнина за Атласскими горами. Зона 4 - пустыня Сахара
Рис.1 Климатическое районирование территории Северной Африки
ВЕСТНИК МГСУ
4/2009
! ■ 1
ь
; I ;
ж
-тттггггт.гггт! г*-
1
Рис.2 Конструкции стен и покрытия традиционные для Северной Африки
Рассмотрено состояние вопроса проектирования ограждающих конструкций в Северной Африке. Исследовано 4 варианта конструкций наружных стен, традиционно используемых в Северной Африке, а также один вариант плоской крыши по железобетонной плите (рис.2)
Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций в условиях Северной Африке должны проводятся как на зимние, так и на летние условия.
Исходя из гигиенических соображений (предотвращение холодной радиации и выпадения конденсата на внутренней поверхности стены), можно определить требуемое общее сопротивление теплоотдаче стены и покрытия.
Расчет конструкций на теплоустойчивость проводим согласно п.З СНиП П-3-79* (1998) илип.7 СНиП 23-02-2003.
В отличие от стандартной методики СНиП по расчету на теплоустойчивость в рассматриваемых районах большое значение приобретает запаздывание температурных колебаний на внутренней поверхности стены (сдвиг фаз в часах). Он вычисляется по формуле:
£ =
1 15
40,5^ Б - аг^
аг
&в ^ В в, п
42
+ аг^
В
н, п
В Н, П +ап42
, час
Расчеты традиционных конструкций показали, что они не удовлетворяют требованию обеспечения запаздывания температурных колебаний на внутренней поверхности стены на 10 часов.
Все конструкции, рекомендуемые для современного строительства зданий в Северной Африке (рис. 3) обеспечивают требуемое запаздывание амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности конструкции. Это связано с изменением материала утеплителя (пробковые плиты) и с некоторым увеличением толщины утеплителя, которое позволило довести время сдвига фаз колебаний до требуемого.
Теплотехнические расчеты, показывают, что пробковые плиты являются эффективными в теплотехническом отношении. Значение \= 0,04, Коэф. Теплоусв. Б= 1,29. тепловая инерция слоя утеплителя очень высокая , т.к. Б/ X имеет большую величину.
Надземная кладка стен рекомендуется из эффективного кирпича, что позволяет исходя из теплотехнических требований снизить толщину стен на 1/2 кирпича по сравнению с кладкой из полнотелого кирпича и уменьшить вес кладки примерно на 35%
4/2009
ВЕСТНИК _МГСУ
(при объемном весе кладки из эффективного кирпича 1400 кг /м3) в наружных стенах и на 25% во внутренних.
ф® .'.- ® шм ■ж
ъШж
."Г-1 ■ ■. ■ !
ф 1
■ 1^1441. I- Кл'Р№1Г|4^М1МГ'Ч'Г"ПН| иф|||Г| ]■ I II»
4- |^-ч>-п|11п>-а.ч. аиии| ]Ы.-1Ь<11. И Ь|| и 1г| щь.^
мь)
■ Г Г.1
■4,
Рис.3 Схемы конструкций стен и покрытий, рекомендуемые для современного строительства Северной Африки с использованием эффективного утеплителя (пробковые плиты)
Снижение веса стен благоприятно не только в экономическом отношении, но и для сейсмостойкости здания, так как ведет к снижению величины сейсмических нагрузок.
В Северной Африке были проведены исследования, целью которых являлось определение влияния солнечной радиации, проникающей через окно на тепловой режим помещений.
На севере Алжира были исследованы помещения, ориентированные на восток, запад, север и юг. В окнах одного помещения была установлена солнцезащита с жалюзи, а в окнах другого помещения её не было. Помещения исследовались при закрытых окнах и при сквозном проветривании.
Результаты исследования позволяют сделать вывод о том, что микроклимат помещения может быть улучшен при совместном использовании двух основных приёмов: проветривания и защиты от солнечной радиации. Эти факторы зависят от размеров и расположения проёмов. Однако эти параметры влияют и на сейсмостойкость здания. Поэтому были проведены экспериментальные исследования, установившие влияние проемов различного назначения (оконные, дверные и т.п.) в стенах зданий любых форм на устойчивость этих зданий при землетрясениях. Как и следовало ожидать, было установлено, что проемы значительно уменьшают сейсмостойкость здания.
ВЕСТНИК 4/2009
Проведенные испытания показали типичные разрушения, которые произошли на испытуемых объектах с оконными и дверными проемами (рис. 4). Ими стали: диагональные трещины от краев окон к основанию стены; трещины от перемычки к верхнему краю стены; трещины между оконными и дверными проемами; трещины от дверного проема до края стены.
Рис. 4
В таких случаях оптимальным решением является совмещение антисейсмического пояса с перемычками, на который сразу опирается конструкция крыши.
Результаты этих исследований дают возможности сделать следующие предложения:
Использование фрамуги высотой до потолка обеспечивает более эффективное проветривание помещения в жаркое время года: нагретый воздух в помещении не застаивается в его верхней части, а удаляется постепенно поступающими потоками воздуха.
Такое архитектурное решение позволяет уменьшить высоту этажа, что важно для повышения сейсмостойкости здания.
Также не рекомендуется использование широких окон, так как они не отвечают ни сейсмическим, ни климатическим требованиям. Оптимальное решение заключается в использовании узких окон шириной до 120 см с максимальной высотой, зависящей от высоты этажа.
Традиционное архитектурное решение зданий в условиях Северной Африки предполагает наличие верхнего этажа, объем помещений, которого значительно меньше, чем объем помещений нижнего этажа. Это связано с тем, что верхний этаж быстро прогревается солнечными лучами, что обеспечивает комфортность проживания там, в зимнее время года.
Нижний этаж прогревается медленнее, что обеспечивает комфортное проживание там, в летнее время года.
Кроме того, верхней этаж легче нижнего, что значительно уменьшает сейсмические нагрузки .
Пилоны, выступающие из стен, (рис. 5) увеличивают их жесткость, при землетрясениях, а так же защищают стены от нагревания и оконные проемы от проникновения солнечных лучей вглубь помещения, что ведет к значительному уменьшению температуры воздуха внутри помещении. Как показали исследования это уменьшения составляет 4-5 °С. Кроме того, при правильной ориентации по розе
4/2009
ВЕСТНИК
МГСУ
ветров наличие пилонов позволяет защитить помещение от нежелательных потоков воздуха (ветер).
Проведенные исследования показывают, что совместный учет сейсмики и климата при проектировании является необходимым.
Краткая аннотация.
В статье рассматривается концепция строительства в сейсмических зонах в условиях жаркого климата и объединение сейсмического и климатического факторов для выбора оптимального архитектурного решения, которое удовлетворяло бы потребностям сложных природно-климатических условий с сейсмической активностью.
Ключевые слова: Климат.
1. Сейсмика.
2. Совместный учет.
3. Ограждающие конструкции.
4. Теплоустойчивость.
5. Сдвиг фаз.
Все конструкции, рекомендуемые для современного строительства зданий в Северной Африке (рис. 3) обеспечивают требуемое запаздывание амплитуды колебаний температуры на внутренней поверхности конструкции. Это связано с изменением материала утеплителя (пробковые плиты) и с некоторым увеличением толщины утеплителя, которое позволило довести время сдвига фаз колебаний до требуемого.
Теплотехнические расчеты, показывают, что пробковые плиты являются эффективными в теплотехническом отношении. Значение \= 0,04, Коэф. Теплоусв. Б= 1,29. тепловая инерция слоя утеплителя очень высокая , т.к. Б/ X имеет большую величину.
Рис. 5
Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»
