CC BY
156
Библиографический список
1. Сабитов Л.С., Кузнецов И.Л., Богданович А.У. Напряженно-деформированное состояние слабоконичного стержня переменного сечения // Вестник ИрГТУ. 2014. № 7 (90). С. 71-79.
2. Сабитов Л.С., Кузнецов И.Л., Богданович А.У. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014617349 от 17.07.2014. Заявка № 2014614903 от 26.05.2014: «AutoRSS.02».
3. Богданович А.У., Кузнецов И.Л. Продольное сжатие тонкостенного стержня переменного сечения при различных вариантах закрепления торцов // Известия вузов. Строительство. 2005. № 10. С. 19-25.
4. Сабитов Л.С., Хамидуллин И.Н., Кузнецов И.Л., Ильин В.К. К вопросу о рациональности применения опор линий электропередачи из многогранных гнутых стоек // Энергетика Татарстана. 2014. № 1 (33). С. 43-47.
5. Хамидуллин И.Н., Сабитов Л.С., Кузнецов И.Л., Ильин В.К. К вопросу об определении напряженно-деформированного состояния опоры линии электропередачи // Энергетика Татарстана. 2014. № 3 (35). С. 94-98.
6. Богданович А.У., Кузнецов И.Л. Прочность и устойчивость тонкостенных стержней непрерывно-переменного сечения при продольном сжатии // Известия Тульского ГУ. Строительные материалы, конструкции и сооружения. 2003. № 4. С. 101-111.
7. Богданович А.У., Абдюшев А.А. Устойчивость стержня переменного эллиптического сечения при продольном сжатии // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2006. № 2 (6). С. 38-41.
УДК 72.012:699,841
ФОРМИРОВАНИЕ АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫХ ПРИЕМОВ ЖИЛОЙ ЗАСТРОЙКИ г. ИРКУТСКА В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ
© О.И. Саландаева1
Институт Земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128. Иркутский государственный технический университет, 6640074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлены и проанализированы данные по исследованию развития территории Иркутска, типологии и состоянию жилой застройки города с учетом инженерно-геологических и гидрологических условий территории в условиях высокой сейсмичности. Дана оценка сейсмостойкости некоторых типов существующих жилых зданий на основе исследований, проведенных в Институте земной коры СО РАН.
Ключевые слова: территориальное зонирование; жилая застройка; сейсмическое районирование; природные опасности; сейсмичность; жилое здание; планировочная структура жилого здания; класс сейсмостойкости зданий.
FORMATION OF ARCHITECTURAL AND CONSTRUCTIVE TECHNIQUES FOR IRKUTSK RESIDENTIAL DEVELOPMENT UNDER CONDITIONS OF HIGH SEISMICITY O.I. Salandaeva
Institute of the Earth's Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper presents and analyzes some research data having to do with the development of the Irkutsk city territory, typology and condition of urban residential buildings with regard to the engineering, geological and hydrological conditions of the highly seismic area. The earthquake resistance of several types of existing residential buildings has been evaluated on the basis of the researches carried out in the Institute of the Earth's Crust SB RAS.
Keywords: land zoning; residential development; seismic zoning; natural hazards; seismicity; residential building; residential building planning structure; earthquake resistance class of buildings.
Введение
Основные этапы развития города Иркутска определены историко-экономическими условиями. Географическое положение Иркутска и направления коммуникационных путей в период освоения Сибири явились основными предпосылками его начального становления: 1661 г. - основание Иркутского острога; образование посада вокруг острога; полная перестройка острога с увеличением его размеров в 1669 и
1693 гг.; 1682 г. - Иркутск становится центром самостоятельного воеводства; 1686 г. - Иркутск приобретает статус города.
Формирование городской ткани Иркутска обусловлено рядом обстоятельств: темпы и направления освоения территорий; социально-экономические преобразования; развитие промышленности; сложные природно-климатические условия и особенности антропогенной деятельности, и в итоге, при увеличении
1Саландаева Ольга Ивановна, главный специалист лаборатории сейсмостойкого строительства, доцент кафедры архитектуры и градостроительства ИрГТУ, тел.: 89025100491, e-mail: [email protected]
Salandaeva Olga, Chief Specialist of the Laboratory of Earthquake Resistant Construction, Associated Professor of the Department of Architecture and Town Planning ISTU, tel.: 89025100491, e-mail: [email protected]
плотности и этажности застройки, все большее значение приобретает сейсмическое воздействие.
Защита населения от стихийных бедствий, в том числе от разрушительных землетрясений, является одной из наиболее актуальных задач современной цивилизации. Последствиями землетрясений являются человеческие жертвы (погибшие и раненые); экономический ущерб (повреждения и разрушения зданий и сооружений, инженерных и транспортных коммуникаций, промышленных и сельскохозяйственных предприятий); негативные последствия вторичных проявлений землетрясений (экологические катастрофы, разрывы материально-экономических связей в регионе); расход значительных средств на восстановительные мероприятия.
В рамках Федеральной целевой программы «Повышение устойчивости жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения в сейсмических районах Российской Федерации на 2009-2013 годы» по теме «Разработка территориальных схем оценки уровня риска и сейсмостойкости зданий и сооружений» ИЗК СО РАН были проведены исследования жилой застройки города Иркутска, выполненной по типовым проектам зональных серий и типичным для областного центра проектам массового строительства жилых зданий.
Территориальное зонирование и планировочная структура селитебных территорий города
В начале XVIII в. в планировочной структуре города явно выделялись две части: «малый город» -острог с окружавшей его застройкой - административный центр «обширной Иркутской провинции» и «большой город» - посад с его хаотичной застройкой - торгово-экономическая часть города (рис. 1). Посад изначально представлял собой усадебную бессистемную застройку на удобных участках с учетом ориента-
ции окон домов на юг. Последующая застройка развивалась по трем возможным направлениям от острога, учитывала ориентацию домов на сформировавшиеся к тому времени проезды, которые и образовали улицы. Система улиц (ныне исторического центра) состоит из проездов, повторяющих очертание береговой линии, и пересекающих их проездов, которые соединяют окраины с центром. Строились первые «запали-садные» ряды кварталов.
Начиная с 1764 г. Иркутск был центром края, включавшего всю северо-восточную территорию России до Тихого океана. Стремительное развитие города привело к необходимости административного контроля. В том же 1764 г. введены первые меры по упорядочению застройки Иркутска. В конце века был разработан первый генеральный план города (утвержден в 1792 г.), который включал решения: по планировке, функциональному зонированию, по застройке с указаниями вести строительство «по представленным при сем примерным фасадам». Появились первые нормативные положения по застройке территории города. В начале XIX в. вышло предписание вести застройку хотя бы главных улиц с особыми требованиями, улучшающими их эстетический и архитектурный облик (рис. 2). Предписание о застройке привело к зонированию города по социально-экономическому признаку, т.к. предъявленные требования (этажность, строительные материалы, соответствие «примерным фасадам» и др.) к строительству зданий в центральной части города были доступны не для каждого застройщика. Как следствие, началась дифференциация стоимости земли в зависимости от местоположения земельных участков. В первой половине XIX в. устойчиво проявилось строительство зданий с помещениями разного функционального назначения (жилые, торговые, административные и др.).
Рис. 1. План г. Иркутска 1729 г.
План губернского города Иркутска... 1843.РГИЛ, ф. 1293, оп. 166, д. 8.
Рис. 2. План губернского г. Иркутска 1843 г.
Самое ощутимое землетрясение - катастрофическое Цаганское землетрясение 12 января 1862 года, которое ощущалось в Иркутске интенсивностью 7-8 баллов (на разных территориях города интенсивность зависела от сейсмического направления и грунтовых условий). Предшествующие этому землетрясению толчки 11 января (7 баллов, 3 балла, 6 баллов) вызвали многочисленные повреждения преимущественно каменных конструкций зданий. При землетрясении 12 января растрескался лед на реках Ангаре и Уша-ковке; в городе растрескалась мерзлая земля; в каменных зданиях появлялись значительные трещины (в частности, в церквях - зияющие) и разрушения в сводах и арках над проемами; в здании мужской гимназии пристрой отделился от главного здания; наблюдались повреждения деревянных построек и др. Кроме разрушений, значительным проявлением сильного сейсмического события явилась реакция людей - страх, который испытали жители. Он заставил их покинуть дома и не позволял возвращаться назад 2-3 суток, что при низкой зимней температуре не могло не отразиться на здоровье людей [2]. Важным требованием при строительстве осознается обеспечение устойчивости зданий при землетрясениях.
В 1879 г. в Иркутске произошел пожар (с огромными утратами), после которого была частично откорректирована и упорядочена квартальная застройка и увеличена центральная часть города. Произошло укрупнение кварталов, появились новые площади. Городская дума определила нормативную ширину главных и второстепенных улиц. Была выделена «зона каменной застройки». После пожара 1879 г. началось массовое строительство каменных зданий, которые вытесняли деревянную застройку к периферии,
план города претерпел некоторые усовершенствования и во многом сохранил свои очертания до конца XX века. Опыт строительства на активном рельефе был приобретен при застройке Иерусалимской горы. Планировочная структура центра Иркутска в целом сохранила до наших дней свой самобытный характер.
В 1970 г. Иркутск был отнесен к категории исторических городов. Перед проектировщиками жилых и общественных зданий в центре города были поставлены задачи творческого использования архитектурных традиций, органического сочетания исторического наследия и современного строительства.
Развитие города после Октябрьской революции характерно индустриализацией, в т.ч. строительством дешевого однотипного жилья, обеспеченного инженерным оборудованием (благоустроенные дома). Интенсивное развитие промышленных производств советского периода привело к расширению территории города. Появились новые районы, развивающиеся по направлению на запад (Ленинский р-н) и юго-восток (Свердловский р-н). В результате город был расчленен на удаленные друг от друга части. Ленинский район отделен от центральной части города болотами. Фрагмент района - Иркутск II - имеет коттеджную застройку европейского типа. Индустриальная строительная база ограничила проектировщиков рамками типового домостроения (в т.ч. унификацией и стандартизацией строительства панельных зданий).
В своем развитии город прошел характерные для многих сибирских городов, расположенных на крупных водных артериях, стадии: зарождение ядра на одном берегу, его развитие, появление поселений на противоположном берегу. Развивалась транспортная связь между берегами: понтонный мост летом, переправа по
льду зимой, объединение застройки на обоих берегах в единую градостроительную структуру с устройством постоянных транспортных связей. В настоящее время в областном центре действуют четыре мостовых перехода через Ангару (в том числе - по плотине Иркутской гидроэлектростанции).
Природным географическим «крестом», на котором «держится» весь генплан города, служит система рек Ангара - Иркут - Ушаковка. Структура города разорвана. Поймы рек, неблагоприятные для застройки по условиям сейсмического микрорайонирования и особенностям исторического развития, расчленили его на удаленные одна от другой части. Быстрый рост компактности городу не прибавлял. Жилищный фонд во второй половине XX в. увеличился преимущественно за счет строительства на свободных территориях пятиэтажных жилых домов с невысокой плотностью с большими, недостаточно благоустроенными придомовыми пространствами. В этих условиях возникла проблема рационального использования городских территорий. Основным средством ее решения явилось ограничение «центростремительных» тенденций в развитии города и повышение плотности застройки с соблюдением норм, в т.ч. сейсмостойкого строительства (действующих в соответствующие периоды строительства).
Практически эти задачи были решены в проекте детальной планировки жилого района Верхний бьеф. Застройка полуострова Иркутского водохранилища, нанизанная на коммуникационную ось - центр города
- озеро Байкал, является примером «шлейфовой структуры» крупного города. Благоприятные экологические условия, с одной стороны, и повышенная сейсмичность прибрежной полосы - с другой, продиктовали необходимость интенсификации использования территории. Повышенная плотность вдоль «коммуникационного стержня», снижение плотности к периферии, использование неблагоприятной по сейсмике (9 баллов) прибрежной полосы как рекреационной зоны
- основные положения проекта детальной планировки района. Непрерывная «ковровая» застройка обеспечила высокую плотность при соблюдении нормативных санитарно-гигиенических разрывов. В 1970-е гг. был сформирован первый полуостров жилого района Верхний бьеф с проспектом Карл-Маркс-Штадт.
По данным исследований подтопления Иркутска грунтовыми водами: «Массовое многоэтажное строительство на пойменных участках Ангары и Иркута неизбежно приведет к подъему уровенной поверхности грунтовых вод до отметок, близких к поверхности земли. Особенно опасен участок, примыкающий со стороны нижнего бьефа к правобережному плечу плотины Иркутской ГЭС» [15].
Регулирование плотности и этажности жилой застройки в зависимости от статуса «экологического режима морфологических элементов городского ландшафта, которое позволит улучшить экологическую ситуацию в городе и распределить нагрузку по территории так, как этого требует экологическая неоднородность городского ландшафта по устойчивости и
по средопродуцирующей способности» [1] - также один из доминирующих факторов обеспечения сейсмостойкости застройки.
Сейсмические условия территории города Иркутска
Иркутск расположен в сейсмически активной зоне. По наблюдениям, за последние 250 лет на территории Иркутской области произошло свыше 500 землетрясений силой более 6 баллов. Основные очаги землетрясений - Южный и Средний Байкал, Тункинская впадина. Оказывают влияние транзитные землетрясения северной части Монголии. В декабре-январе 1861-1862 гг. произошло катастрофическое землетрясение (Цаганское), в результате которого образовался новый залив озера Байкала - Провал. При этом под воду ушло более 200 кв. км освоенных земель. В Иркутске это землетрясение ощущалось с интенсивностью 7-8 баллов. За последние 50 лет произошли сильные землетрясения на следующих территориях: Среднего Байкала - 9 баллов (29.08.1959 г.), Южного Байкала - 7 баллов (30.08.1966 г.), северной Монголии - 10 баллов (05.01.1967 г.), Тункинской впадины -7 баллов (29.06.1995 г.), Южного Байкала - 8 баллов (25.02.1999 г.), Южного Байкала - 8-9 баллов (27.08.2008 г.). Анализ статистических данных показывает, что средняя повторяемость 7-балльных землетрясений на территории Прибайкалья составляет - 1 землетрясение за 50 лет, а 8-балльных - 1 землетрясение за 150-200 лет.
Согласно картам ОСР-97 (2000 г.), исходная сейсмичность территории для г. Иркутска составляет 8; 9; 9 баллов в соответствии с категорией строительных объектов и срока их службы - массовое строительство, объекты повышенной ответственности и особо ответственные (соответственно картам расчетной интенсивности - А; В; С). Задавшись величиной допустимого сейсмического риска для рассматриваемого объекта, можно выбрать необходимую карту расчетной интенсивности - А; В или С для средних грунтовых условий застраиваемой территории.
В зависимости от геологических и гидрогеологических условий (по карте микросейсморайонирования) сейсмичность территории города колеблется от 7 до 9 баллов по шкале Рихтера (рис. 3). При проектировании и строительстве учитывается степень значимости здания. Для особо ответственных зданий расчетная сейсмичность дополнительно увеличивается на 1 балл. Существующая ныне карта микросейсморайо-нирования характеризует территории, приближенные к водоемам, как наиболее сейсмоопасные. Здесь особенные инженерно-геологические условия: неоднородные по структуре грунты, возможны оползни, нестабильный уровень грунтовых вод, наличие техногенных грунтовых вод, вероятность вечномерзлых линз искусственного происхождения, зимнее промерзание грунтов и др. В суровом климате нарушение работы энергообеспечивающих систем в результате землетрясения носит катастрофический характер. Расчетная сейсмичность территории г. Иркутска представлена на рисунке 4.
Рис. 3. Сейсмическое микрорайонирование территории города Иркутска. Грунтовые условия
Рис. 4. Карта-схема сейсмического микрорайонирования г. Иркутска, утвержденная постановлением Госстроя
РСФСР № 40 от 27.02.1989
Анализ имеющихся материалов показал, что для средних грунтовых условий территории Иркутской области (рис. 3) следует принять в запас надежности региональные данные повторяемости землетрясений: 7-балльных один раз в 50 лет и 8-балльных сотрясений один раз в 200 лет. Таким образом, для массового строительства расчетная сейсмичность соответствует 8 баллам, а для объектов повышенной ответственности и особо ответственных (например, здания высотой 16 этажей и более) расчетная сейсмичность увеличивается на 1 балл. Нельзя не учитывать и отрицательное влияние антропогенной деятельности, в частности, создание водохранилищ, проведение подземных взрывов и т.д., провоцирующих «наведенную» сейсмичность. Поэтому стремление сейсмологов к максимальным оценкам балльности повышает ответственность инженеров и проектировщиков за возможные социально-экономические последствия.
Ситуация обостряется сложными природно-климатическими условиями. Значительное влияние на повышение балльности оказывает подтопление городских территорий. «По завершении строительства Иркутского гидроузла слабо измененный естественный режим грунтовых вод получил максимальный преобразующий импульс. Особенно радикальные изменения произошли на правобережье, где на нижнем участке водохранилища сформировался техногенный
напорный водоносный горизонт в изначально сухих аллювиальных отложениях III надпойменной террасы. Обходная фильтрация в правом примыкании плотины не только привела к обводнению сухих галечников среднего комплекса террас, но и приподняла зеркало грунтового потока в отложениях низкого комплекса, но не более, чем на один метр, что не вызвало подтопления центральной части города <...> В верхнем бьефе подъем уровня подземных вод выразился двояко: в виде гравитационной влаги в зоне подпора галечни-кового слоя и в качестве капиллярного уровня водоупорных суглинков, поднявшегося на высоту до 8-9 м над кровлей водоносного горизонта. Это означает, что береговая полоса шириной до 700-800 м, примыкающая к водохранилищу, находилась в режиме потенциального подтопления» [15]. Процесс подтопления застроенных территорий города развивается локально с разной скоростью, имеет устойчивый характер.
Общая характеристика исторической застройки
В историческом центре города сохранились здания, построенные преимущественно после пожара 1879 г., во время которого выгорела значительная часть «старого города». После пожара уцелели несколько церквей и зданий, расположенных в зоне пожара, и застройка, которую не затронул пожар, расположенная за современными улицами Декабрьских
Событий и Дзержинского. По направлению к Иерусалимской горе деревянная застройка вытеснялась каменной с деревянными перекрытиями. Историческая часть города продолжала развиваться как административный, культурный и научный центр. При реконструкции некоторых кирпичных зданий были надстроены дополнительно 1-2 этажа, но высота зданий при этом не превысила 5 этажей. Таким образом, историческую застройку старой части города представляют каменные дома средней этажности и малоэтажные деревянные дома, а также здания смешанной конструкции (кирпичные в уровне первого этажа, деревянные в уровне второго этажа). Сохранившиеся жилые здания XIX-начала XX в. представлены широким типологическим рядом, они отличаются большим объемно-планировочным и стилистическим разнообразием. Высота жилых каменных зданий, как правило, ограничивалась 2 этажами. При строительстве деревянных жилых домов в условиях высокой пожаро-опасности вводились ограничения и по этажности. Как реакция застройщиков появились интересные решения высоких цокольных этажей, а также - «антресольных» домов, у которых на улицу выходил один этаж, а во двор - два. Безусловно, для характеристики сейсмостойкости таких зданий необходим индивидуальный подход, большое значение имеет физический износ здания, условия его эксплуатации и положение здания в существующей застройке.
Архитектурно-конструктивные типы жилых домов массового строительства
В 1937 г. в РСФСР были внедрены «Правила антисейсмического строительства», затем был разработан ряд инструкций по проектированию и строительству зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах, и уже начиная с 60-х годов XX в. проектирование и строительство в городе официально велось с учетом СНиП И-А.12-62 «Строительство в сейсмических районах». Нормативные требования для проектирования и строительства в сейсмических районах регулярно совершенствуются и обновляются на основе накапливаемого опыта сейсмостойкого строительства, исследований последствий землетрясений, экспериментальных исследований зданий массового строительства и пр., а также с учетом внедрения новых строительных технологий. В настоящее время действующими нормативными документами являются «СНиП N-7-81*. Строительство в сейсмических районах. Строительные нормы и правила»; «СП 31 -1142004. Свод правил по проектированию и строительству. Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах» (2005); «СП ХХХ.13330.2014. Свод правил. Здания сейсмостойкие и сейсмоизолированные. Правила проектирования».
Основные архитектурно-конструктивные типы жилых зданий города Иркутска представлены широким типологическим рядом (объемно-планировочные структуры и конструктивные решения) [8]. Наибольшее распространение в многоэтажном строительстве жилых зданий получили секционная и блок-секционная планировочные структуры. Здания коридорного типа
применяются в своем большинстве при строительстве общежитий и гостиниц. На периферии остается актуальным малоэтажное частное строительство жилых домов усадебного типа.
Массовое строительство жилых домов с 60-х годов XX века велось преимущественно по типовым проектам. Развивалась индустриальная база для крупнопанельного домостроения. Жилые дома серии 1-335с (со смешанной конструктивной схемой с неполным каркасом высотой 4-5 этажей) строились в 1959-1966 гг.; 5-этажные дома по усовершенствованной серии 1-335-АС (с внутренним каркасом с диафрагмами жесткости) были внедрены в 1970-1980 гг. В 1977 г. было освоено строительство домов серии 135с., в которых были предусмотрены четыре варианта планировочных решений (основной, с колясочной, со сквозным проходом, с уширенным торцом). Серия была унифицирована для 5 и 9-этажных домов. Конструктивная схема с поперечными несущими стенами, двумя продольными железобетонными стенами и жестким диском перекрытия образует пространственную жесткую систему, обеспечивающую сейсмостойкость здания. Строительство домов этой серии велось до 1990 г.
Серия 1 -464 для строительства 5-этажных жилых домов впервые была разработана бывшим институтом Гипростройиндустрия (г. Москва) в 1959 г. Впоследствии серия типовых проектов была переработана ЦНИИЭП жилища в серию 1-464 АС, введена в действие в 1964 г. и скорректирована в 1966 г. В 19751980 гг. «Иркутскгражданпроект» разработал вариант серии 1-464 АС с учетом минского опыта. Главное отличие серии с минским опытом от предшествующей - планировочные изменения за счет введения лоджий в шаге 3,2 м, увеличение количества типов планировочных решений, введение раздельных санузлов, а также устройство декоративных железобетонных элементов на фасаде. В продольном направлении сейсмостойкость зданий обеспечивается одной внутренней и двумя наружными продольными стенами. В поперечном направлении - сквозными на всю ширину здания стенами, расположенными с шагом 2,6 и 3,2 м. Совместность работы стен обеспечивается горизонтальным жестким диском перекрытия.
Первые типовые проекты 5-этажных жилых домов серии И-163.04 для 7 и 8-балльного вариантов, разработанные ЛенЗНИИЭП, датированы 1973 г. При освоении строительства домов этой серии в Прибайкалье некоторые решения были адаптированы для нашего региона Сибирским филиалом ОргстройНИИпроект. Конструктивная схема смешанная, каркас предназначен для восприятия только вертикальных нагрузок. Типовой проект 9-этажных жилых домов серии И-163.02 для строительства в районах с сейсмичностью 7 баллов разработан ЛенЗНИИЭП в 1977 г. По конструктивной схеме жилые дома этой серии представляют собой перекрестно-стеновую систему. Наиболее уязвимым местом домов серии И-163.04 и серии И-163.02 являются стены из газозолобетона. В 19921993 гг. проведены экспериментальные исследования блок-секций серии И-163.02 по оценке сейсмостойко-
сти домов этой серии. На основании результатов испытаний был разработан архитектурно-конструктивный вариант зонального типового проекта с применением блок-секций серии И-163.02/94 в 10-этажном варианте для районов с сейсмичностью до 8 баллов включительно. В 1997 г. с введением трехслойных железобетонных панелей взамен однослойных газозолобетонных повышена надежность всей конструктивной системы жилых домов серии И-163.02/94 (рис. 7).
Жилые дома из кирпича строились также по типовым проектам. С 1960-х гг. велось строительство жилых домов серии 1 -306с, предназначенных для районов с сейсмичностью 7, 8 баллов. В состав комплексной серии 1 -306с входят типовые проекты 3-5-этажных жилых домов с малометражными квартирами. Сейсмостойкость зданий обеспечивает принятая конструктивная схема с несущими продольными стенами (наружными и внутренней), которые вместе с опирающимися на них перекрытиями и поперечными стенами образуют пространственную жесткостную систему, способную воспринять все горизонтальные и вертикальные усилия. На основании разрешения Госстроя РСФСР (письмо № 839-г от 11 мая 1970 г.) проектный институт «Иркутскгражданпроект» переработал типовые проекты жилых домов для строительства в восточных районах РСФСР с сейсмичностью 8 баллов серии 1-306с-48.49.55, разработанные СибЗ-НИИЭПом. Данная переработка типовых проектов была вызвана заменой конструкций стен 3-й категории, усиленных монолитным железобетонным каркасом, на стены комплексной конструкции при кладке 2-й категории. Здание решено по жесткой конструктивной схеме. Сейсмостойкость здания обеспечивает принятая схема с поперечными и продольными стенами комплексной конструкции, которые вместе с перекрытиями образуют пространственную, жесткостную систему, воспринимающую все вертикальные и горизонтальные усилия, в том числе сейсмические.
В 1972-1990 гг. велось строительство 5-этажных домов из кирпича по серии 114с., разработанной Сиб-ЗНИИЭП г. Новосибирска. Дома разработаны для строительства в восточных районах РСФСР с сейсмичностью 8 баллов. Конструктивная схема с поперечными и продольными стенами в комплексных конструкциях, которые вместе с перекрытием образуют пространственную жесткую систему.
Жилые дома с каркасом - типичные жилые здания для городского строительства серии 1.120с., строительство которых ведется с начала 90-х гг. прошлого века. Основной особенностью серии 1.120с (разработчик ТбилЗНИИЭП) является ее конструктивная схема, реализованная с использованием предварительного натяжения арматуры в построечных условиях. Впервые такая система была разработана в СФРЮ и известна под названием ИМС. Основу системы каркасных зданий с натяжением арматуры в построечных условиях составляют конструктивные ячейки, образуемые колоннами и панелями перекрытий. Объедине-
ние сборных элементов колонн и перекрытий в единую пространственную конструкцию осуществляется натяжением на бетон в построечных условиях арматурных канатов, которые пропускаются в зазорах между плитами перекрытий и через отверстия колонн, расположенных в уровне перекрытий. Канаты прокладываются в двух ортогональных направлениях по всем осям здания. Система условно относится к без-ригельной. Серия 1.120с внедряется в Иркутске в двух вариантах: с шагом колонн 6,0х7,2 м и 4,2х4,2 м. Здания серии 1.120с предназначены для возведения в районах c сейсмичностью 7-9 баллов. Конструкции каркаса и диафрагмы жесткости, соединенные с колоннами каркаса, воспринимают усилия от вертикальных и горизонтальных нагрузок, в т.ч. сейсмических. Институт «Иркутскгражданпроект» разработал проекты жилых домов из 9, 12, 16-этажных блок-секций на основе конструкций и узлов серии 1.120.1-1с. Конструкции каркаса для жилых и общественных зданий с натяжением арматуры в построечных условиях для строительства в районах с сейсмичностью 7-9 баллов и технические решения безригельного каркаса серии 1.120, разработанные с учетом результатов натурных испытаний, освоены заводом ОАО «Сибавиастрой» (рис. 5). Шаг колонн 6.0х7.2 м и 6.0х3.6 м; колонны, диафрагмы жесткости и наружные стены подвала предусмотрены монолитными железобетонными. Предусмотрена улучшенная планировка квартир за счет увеличения общей площади комнат, выделения спальной зоны, остекленных балконов и лоджий, применением окон и дверей с увеличенной площадью остекления. Строительство началось в 2007 г.
Жилые дома монолитные с рамно-связевым каркасом разработаны ОАО «Иркутскгражданпроект» в 2005 г. в трех вариантах - 7, 8, 9 этажей (рис. 6). Строительство велось в 2006-2009 гг. Сейсмостойкость домов обеспечивается совместной работой рам продольного и поперечного направлений и диафрагм жесткости. Элементы рам, в том числе диафрагмы жесткости, - монолитные железобетонные. Перекрытия - сборные железобетонные, многопустотные, предварительно-напряженные панели по серии 1.141-19с, в. 2. Наружные стены - кирпичные, выполняются как заполнение каркаса, крепятся к элементам каркаса через закладные детали.
Проектирование и строительство жилых зданий с монолитными рамно-связевыми каркасами широко распространено в городе Иркутске. Данная конструктивная система дает большие возможности для индивидуального проектирования зданий с многообразными объемно-планировочными структурами, позволяющими компоновать помещения разного функционального назначения, имеющие различные габариты. Проектирование и строительство жилых зданий с офисными и торговыми помещениями в уровне первых (и вторых) этажей, устройство подземных автостоянок и др. - современные тенденции в развитии городских территорий (рис. 8).
Рис. 5. Группа жилых домов в микрорайоне Солнечный по проспекту Маршала Жукова на основе конструкций и узлов серии 1.120.1-1с.
Рис. 6. 8-этажный монолитный жилой дом с рамно-связевым каркасом с кирпичным заполнением стен
Рис. 7. Крупнопанельный жилой дом серии И-163.02/94
Рис. 8. Жилой дом с офисными помещениями и подземной автостоянкой (с монолитным рамно-связевым каркасом)
Проекты монолитных жилых 7-12-этажных блок-секций разрабатываются, как правило, индивидуально для каждой строительной площадки. Однако планировочное решение в целом остается единообразным с расположением 4-5 квартир на одной лестничной площадке. Количество квартир, число комнат в квартире и площади самих квартир варьируют в зависимости от условий площадки строительства и состояния рынка недвижимости на момент строительства здания. Массовое строительство монолитных жилых домов началось в Иркутске с 2004 г. Конструктивная схема зданий - перекрестно-стеновая. Сейсмостойкость домов обеспечивается системой продольных и поперечных монолитных стен, объединенных жесткими дисками монолитных перекрытий. Предусматривается жесткое сопряжение продольных и поперечных стен. Горизонтальный стык перекрытий и стен также устраивается жестким. Усилия растяжения в стенах воспринимаются непрерывной вертикальной арматурой, устанавливаемой по граням стен. Усилия сдвига в швах соединения конструкций воспринимаются за счет работы на срез бетона и арматуры. Для строительства в сейсмических районах предусмотрен ряд ужесточенных требований к армированию монолитных стен согласно СП 31-114-2004 «Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах» [10].
Оценка сейсмостойкости жилого фонда
В любой модели развития городских селитебных территорий исходной позицией является многофакторный анализ застраиваемых территорий. Как следствие, для решения задач обеспечения сейсмической безопасности зданий необходим комплексный подход, включающий предпроектные изыскания, сейсмостойкое проектирование и строительство, оценку сейсмической уязвимости зданий как на стадии проектирования, так и оценку сейсмической уязвимости (мониторинг) существующих зданий.
Жилищный фонд Иркутска - города с населением 580 тыс. жителей - составляет около 15 млн кв. м общей площади. Из них не менее двух третей - это сейсмостойкие здания, запроектированные на 7 и 8 баллов. Можно считать, что в первом приближении этот результат достаточно объективно отражает сейсмическую надежность существующего жилищного фонда. Сейсмическая уязвимость зданий - свойство сооружения терять свои показатели надежности и безопасности вследствие землетрясения. Уязвимость зданий тесно связана с сейсмической надежностью и долговечностью сооружений и с градостроительными условиями. При оценках сейсмического риска учитывается частота возникновения землетрясения и связанный с этим ущерб. Например, учитывается, что различные классы (типы) зданий по сейсмостойкости получат разные степени повреждения в существующих условиях (рис. 9-12).
Сейсмическая уязвимость зданий характеризуется по двум направлениям:
1. Планировочная уязвимость зданий учитывает факторы влияния гидрогеологических и ландшафтных условий, рельефа местности, плотности и этажности и пр. на застройку территории.
2. Конструктивная уязвимость зданий учитывает факторы конструктивного и объемно-планировочного решения, этажности, физического и сейсмического износа и пр.
Серьезной проблемой в «стареющем» жилищном фонде города являются жилые дома первых массовых серий, которые находятся в эксплуатации в течение 40-50 лет и имеют значительный физический и сейсмический износ конструкций [7]. Конечно, новые здания и более совершенные методы исследований повышают достоверность полученных результатов, хотя следует заметить, что пока уточнение исходной сейсмичности идет в одном направлении: возрастании оценок сейсмической опасности.
Рис. 9. Схема застройки микрорайона Университетский
Рис. 10. Фрагмент застройки микрорайона Университетский
Рис. 11. Планировочная уязвимость застройки микрорайона Университетский
Рис. 12. Конструктивная уязвимость застройки микрорайона Университетский
Заключение
Очевидна необходимость проведения мероприятий по предупреждению и уменьшению утрат жилой застройки от землетрясений на разных этапах.
1. Обеспечение на этапе проектирования и возведения необходимого уровня сейсмостойкости жилых зданий (стоимость сейсмостойких зданий при этом увеличивается на 4-8% по сравнению с несейсмостойкими зданиями):
1.1. Градостроительные решения на основе инженерно-геологических условий и сейсмогеологических условий площадки; данных грунтового комплекса по карте СМР и наличия обводнения; наличия уклона местности и выбора ориентации здания (азимута по продольной оси); экологического режима морфологических элементов городского ландшафта (в рамках функционального зонирования города и существующих градостроительных условий) приобретают гипотетические тенденции использования городских территорий:
а) территории плоских вершинных холмов использовать для высокоплотной застройки;
б) на территориях склонов понижать плотность застройки по мере приближения к низинным территориям;
в) поймы рек и подошвы склонов использовать для размещения рекреационных зон.
1.2. Архитектурно-конструктивные решения жилых зданий наиболее актуальны в условиях высокой сей-смики. Сейсмостойкость зданий зависит от объемно-планировочных и от конструктивных решений зданий. Архитектурно-планировочные факторы сейсмостойкости это: форма здания в плане, этажность здания,
габариты здания (высота, наличие перепадов высот, длина и ширина здания; разрезка здания на отсеки, количество отсеков), в т.ч. разнородных по конструктивному решению, наличие подвала. Конструктивные факторы сейсмостойкости это: обеспечение норм проектирования сейсмостойких зданий, использование изученных основных несущих конструкций и/или серий типовых проектов, применение при необходимости антисейсмического усиления, сейсмоизоляции.
2. Инвестирование работ по стратегии уменьшения потерь от землетрясений в процессе эксплуатации зданий и сооружений до того, как произойдет разрушительное сейсмическое событие (превентивные мероприятия).
Необходим мониторинг технического состояния существующих зданий и сооружений, инженерных и транспортных коммуникаций, промышленных и сельскохозяйственных зданий на территориях с высокой сейсмичностью. Результаты экспертной оценки сейсмостойкости и комплекс мероприятий по результатам обследования обеспечивают устойчивое развитие городов и населенных пунктов путем повышения сей-смобезопасности застройки. Стратегия уменьшения потерь от землетрясения основывается на данных исследований по оценке возможных прямых и косвенных, первичных и вторичных потерь от прогнозируемых землетрясений, т.е. по оценке и картированию сейсмического риска. Анализ риска является многофакторной процедурой и зависит от специфических природно-климатических условий, типов, качества застройки и условий ее эксплуатации.
Статья поступила 12.01.2015 г.
Библиографический список
1. Большаков А.Г., Черепанов К.А. Методика выбора параметров застройки города на основе оценки экологических режимов элементов форм городского рельефа // Жилищное строительство. 2014. № 1-2. С. 32-37.
2. Голенецкий С.И. Землетрясения в Иркутске. Иркутск: Изд-во «Имя», 1997.
3. Комплект карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации ОРС-97 / Гл. ред. В.Н. Страхов, В.И. Уломов. М.: Изд-во ОИФЗ, 1999. 57 с.
4. Оглы Б.И. Иркутск. О планировке и архитектуре города. Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1982. 112 с.
5. Оценка и управление природными рисками. Тематический том / Под ред. А.Л. Рогозина. М.: КРУК, 2003. 320 с.
6. Оценка современных факторов развития городов и урбанизированных изменений в Сибири / Отв. ред. Л.М. Корыт-ный, Н.В. Воробьев. Новосибирск: СО РАН, 2011. 213 с.
7. Саландаева О.И., Бержинская Л.П. Градостроительные особенности жилой застройки города Шелехова в условиях высокой сейсмичности // Вестник ИрГТУ. 2013. № 6. С. 97-105.
8. Саландаева О.И., Бержинская Л.П. Формирование архитектурно-типологического ряда жилых зданий и территорий города Улан-Батора в условиях высокой сейсмичности //
Вестник ИрГТУ. 2013. № 11. С.177-186.
9. СНиП N-7-81*. Строительство в сейсмических районах. Строительные нормы и правила. М.: Госстрой России, 2000. 45 с.
10. СП 31-114-2004. Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах. М.: ФГУП ЦНС, ЦНИИСК им. Кучеренко, МГСУ, 2005.
11. СП 14.13330.2011. Актуализированная редакция СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах // М.: Минреги-он России, 2011. 91 с.
12. СП XXX.13330.2014. Свод правил. Здания сейсмостойкие и сейсмоизолированные. // М.: Минстрой России, 2014. 48 с.
13. СП 14.13330.2014. Свод правил. Строительство в сейсмических районах // М.: Минстрой России, 2014. 125 с.
14. Уломов В.И. К вопросу о дифференцированной оценке сейсмической опасности на территории Российской Федерации // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2012. № 4. С. 41-49.
15. Шенькман Б.М., Шолохов П.А., Шенькман И.Б. Подтопление Иркутска грунтовыми водами // География и природные ресурсы. 2011. № 2. С. 54-62.
