CC BY
114
Данная проблема может быть решена следующими способами:
1. Сокращение числа дублирующих маршрутов;
2. Контроль скоростного режима, осуществляю-
щийся в результате создания единого диспетчерского центра;
3. Применение различных схем снижения интенсивности движения на улично-дорожной сети.
Библиографический список
1. Клинковштейн Г.И. Организация дорожного движения. М.: Транспорт, 2005. 190 с.
2. Шаров М.И., Михайлов А.Ю., Ковалева Т.С. Оценка надежности работы городского пассажирского транспорта в Иркутске // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 9 (68). С. 174-178.
3. Преловская Е.С., Иванченко. Е.С., Левашев А.Г. К вопросу
о транспортной доступности // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2013. № 1 (4). С. 101-106. 4. Яценко С.А., Колганов С.В. Маркетинговые исследования спроса на рынке пассажирских транспортных услуг в г. Иркутске // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 5 (64). С. 122-128.
УДК 72.012:699,841 УДК 711.4
ФОРМИРОВАНИЕ АРХИТЕКТУРНО-ТИПОЛОГИЧЕСКОГО РЯДА ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И ТЕРРИТОРИЙ ГОРОДА УЛАН-БАТОР В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ
© О.И. Саландаева1, Л.П. Бержинская2
12Институт Земной коры СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128 1,2Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83
Представлены и проанализированы данные по исследованию жилой застройки в городе Улан-Батор в условиях высокой сейсмичности с учетом инженерно-геологических и гидрологических условий территории. Дана оценка сейсмостойкости существующих типов жилых зданий на основе исследований, проведенных ИЗК СО РАН (Россия, г. Иркутск), ИЦАГ АН Монголии (Монголия, г. Улан-Батор) и ГИН СО РАН (Бурятия, г. Улан-Удэ). Ил. 12. Табл. 2. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: жилое здание; планировочная структура жилого здания; архитектурно-конструктивный тип жилого дома; класс сейсмостойкости зданий; территориальное зонирование; жилая застройка; жилищный фонд; сейсмическое районирование; природные опасности; сейсмическая опасность; сейсмичность; сейсмический риск.
FORMATION OF ARCHITECTURAL AND TYPOLOGICAL RANGE OF RESIDENTIAL BUILDINGS AND AREAS IN ULAANBAATAR UNDER CONDITIONS OF HIGH SEISMICITY O.I. Salandaeva, L.P. Berzhinskaya
Institute of Earth's Crust SB RAS, 128 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The data on residential development in the town of Ulaanbaatar under high seismicity conditions have been presented and analyzed with regard to engineering-geological and hydrological conditions of the area. The earthquake resistance of the existing types of residential buildings has been estimated based on the studies pursued by the IEC SB RAS (Irkutsk, Russia), RCAG MAS (Ulaanbaatar, Mongolia) and GIN SB RAS (Republic of Buryatia, Ulan-Ude). 12 figures. 2 tables. 9 sources.
Key words: residential building; planning structure of a residential building; architectural and structural type of a residential building; aseismic class of buildings; territorial zoning; residential development; housing stock; seismic zoning; natural hazards; seismic hazard; seismicity; seismic risk.
Развитие культуры жилища в Монголии проанализировано в сложной структуре взаимосвязей специфического, традиционного расселения народа. Кочевая культура монгольского народа рассматривает по-
нятие пространства обязательно во временном контексте. Как следствие, в основу планировочной концепции городов Монголии положена куреная структура расселения и особенности кочевой и оседлой жизни
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 Antiseismic Construction, Associated Professor of the Department of Architecture and Town Planning of ISTU, tel.: 89025100491 ,e-mail: [email protected]
2Бержинская Лидия Петровна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории сейсмостойкого строительства, доцент кафедры строительных конструкций ИрГТУ, тел.: 89025100492, e-mail: [email protected] Berzhinskaya Lidiya, Candidate of technical sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Antiseismic Construction, Associated Professor of the Department of Building Constructions of ISTU, tel.: 89025100492, e-mail: [email protected]
монголов.
Город, предшественник сегодняшней столицы, начал свое существование в 1639 г., когда была организована кочевая ставка Оргоо (в связи с этим в России вплоть до 1924 г. город был известен как Урга). В 1706 г. он начал называться Их-хурээ, вскоре стал центром ламаистской религии. Кочевал город 140 лет. Кочевой город ставился в степи, образовывая в плане овал из жилых юрт и храмов с юртой предводителя в центре. В назначенный день город снимался, исчезал и вновь возникал на новом месте. С 1779 г. Их-Хурээ, был преобразован в административный центр и расположен на территории современного Улан-Батора. Город стоял на перепутье всех дорог, в том числе через него проходил «чайный путь» из Китая в Россию.
Улан-Батор относительно молодой столичный город. Начало строительства массового современного стационарного жилища можно отнести к 50-60-ым гг. прошлого века, что предоставляет возможность более широко исследовать типологический ряд жилых зданий.
В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между Институтом Земной коры СО РАН и Исследовательским центром по астрономии и геофизике АН Монголии коллективом специалистов Института Земной коры СО РАН (г. Иркутск) и Геологического института СО РАН (г. Улан-Удэ) проведено обследование современной жилой застройки г. Улан-Батора. Исследования, выполненные при содействии специалистов департамента строительства, городского хозяйства и планирования г. Улан-Батора, включали в себя обследование и оценку состояния несущих и ограждающих конструкций зданий - представителей жилой застройки города, инструментальные измерения их динамических характеристик; сбор данных о структуре жилищного фонда, необходимых для моделирования сейсмической реакции жилых домов при сильных землетрясениях.
Детально обследованы четырнадцать жилых зданий. Для типичных зданий, относящихся согласно шкале ММБК-86 к классам сейсмостойкости С6 и С7, были определены динамические характеристики при микродинамическом уровне воздействия. Цель инженерно-технического и инструментального обследований заключалась в оценке сейсмической надежности и долговечности жилых домов (согласно нормам сейсмостойкого строительства РФ), возведенных в разное время на территории города.
Формирование планировочной структуры города. У кочевых племен монголов был большой опыт выбора территорий для расселения в условиях умеренного резко-континентального климата (суровая малоснежная зима, сухое жаркое лето), они умели учитывать географические условия: выбирали территории солнечные, защищенные от ветра и холода, преимущественно у склонов гор, в долинах рек и с хорошим обзором.
Природным каркасом г. Улан-Батора является долина реки Тола. Город расположен на высоте 13001350 м над уровнем моря и окружен высокими горами. Южной границей его является горный хребет Богд-
Уул, который расчленен несколькими падями; северная часть города, расчлененная реками Сэлбэ, Ули-стай и т.д., находится в пределах горного хребта Бага-Хэнтэй, хребты разделены долиной реки Тола. Выразительный естественный ландшафт с активным рельефом города подчеркивает плановость и силуэт застройки города, открывает неповторимые городские панорамы и придает ощущение защищенности в окружении гор.
Первый перспективный градостроительный план развития столицы на 20 лет был разработан группой монгольских и советских архитекторов в составе М. Наумова, А. Доценко, Б. Чемида, О. Ины в 1953 г. (генеральный план был согласован в 1954 г. и корректировался в 1965, 1975 и 1986 гг.). В проекте были учтены природно-климатические условия (большой перепад температур, направления и сила ветра, количество солнечных дней в году); геологические условия (пучинистость, мерзлота); естественный ландшафт (поймы рек, горы). За главную композиционную ось была принята рекреационная зона - гора Зайсан.
При строительстве жилых микрорайонов в 197090 гг. возводили преимущественно 5-9-этажные жилые дома. В период после 90 гг. прошлого века до начала нынешнего строительство кварталов велось преимущественно из одноэтажных жилых домов, хозяйственных построек и большого количества юрт. Новые кварталы смешанной застройки расположились в долинах притоков реки Тола, ближе к центру города поднимаясь на склоны холмов. Так, длина полосы застройки, спускающейся с севера к центру города вдоль долины реки Сэлбэ, составляет около 25 км. В настоящее время строительство многоэтажных жилых домов ведется, как правило, в центральной части города - точечно; а в срединной зоне и на периферии -комплексно. Этажность зданий имеет тенденцию к повышению: уже построено большое количество и ведется строительство зданий повышенной этажности и высотных зданий в разных районах города. На некоторых территориях центральной, срединной зон и на периферии расположены малоэтажные и многоэтажные жилые здания и комплексы повышенной комфортности.
Общая территория г. Улан-Батора согласно установленной в 1995-1996 гг. границе составляет около 4800 кв. км, из них застроенная часть - 520 кв. км. Улан-Батор - самостоятельная административная единица, разделенная на 9 районов (дYYPэг); районы разделены на кварталы-микрорайоны (хороо). Плотность застройки неравномерна, в настоящее время в центральной части города сохраняется тенденция повышения плотности, в том числе и жилой, средствами повышения этажности (рис. 1, 2).
Планировочным композиционным ядром города является центральная площадь Сухэ-Батора, от которой по четырем направлениям отходят широкие, прямые улицы и проспекты. Улицы делят город в центральной части на кварталы преимущественно ортогонально. На периферии улицы расходятся радиально от центра города. В направлении восток-запад через весь город проходит железная дорога.
В городе сосредоточена значительная часть как неосвоенных застройкой территорий, так и территорий, требующих реконструкции. Требования к жилищу крупного города постепенно вытесняют традиционную юрту. С 2009 г. Правительством Монголии утверждена программа «Преобразование юрточных кварталов в кварталы жилых домов», которую планируют реализовать в три этапа до 2020 г. на территории 22 юрточных кварталов в 6 районах столицы. На первом этапе должны быть решены градостроительные задачи и разработаны инвестиционные программы, на втором -жилыми массивами застроены центральные юрточ-ные кварталы, а уже на третьем - освоены срединные зоны и периферия, которые будут представлены малоэтажными частными жилыми домами и среднеэтаж-ными комплексами, обеспеченными инфраструктурой.
Инженерно-геологические и гидрологические условия территории г. Улан-Батора. Инженерно-геологические условия территории Улан-Батора можно подразделить на несколько областей: долины рек Тола, Сэлбэ, Улистай и Толгойт; возвышенности
Гандан, Толгойт, Улаа-Хуаран; горы Чингэлтэй, Ба-янзурух; северные склоны Богд-Уул и Налайхская депрессия, сложенные различными геологическими комплексами [7].
В долине реки Тола преобладают аллювиальные отложения, которые состоят из валунов, гальки с супесчаным и суглинистым заполнителем и линзами глин и песков. Мощность этих отложений достигает 70 м и более, уровень залегания грунтовых вод составляет от 1,4 до 6,0 м. По долинам рек Сэлбэ и Улиа-стай расположены аллювиальные и пролювиальные отложения: гравий, галька, дресва с отдельными линзами и прослоями супесей и суглинков. Мощность аллювия здесь 20-35 м, уровень грунтовых вод - 2-6 м. Холмистые возвышенности Гандан и Наран на северозападной части города представлены делювиальными и аллювиально-делювиальными отложениями. В северо-восточной части города преобладают щебени-сто-дресвяные, супесчаные, гравийно-галечные отложения с супесчаным и песчаным заполнителем мощностью до 52 м.
Рис. 1. Схема административных районов Улан-Батора
Рис. 2. Распределение числа жителей по жилым районам (отсчет по часовой стрелке)
Гидрогеологические условия в разных районах Улаанбаатара представлены поровыми водами аллювиальных и аллювиально-пролювиальных отложений и водами ослабленных и трещиноватых пород и гра-
магнитуду М4.2. Гипоцентры находятся на глубине 1015 км [8]. Расчетная сейсмичность территории города согласно картам СМР-84 составляет 7 и 8 баллов (рис. 3).
Рис. 3. Карта-схема сейсмического микрорайониро
нитов. Водоносные горизонты, имеющие свободную поверхность, представлены долинами рек. Это, прежде всего, верхний водоносный горизонт долины р. Толы с мощностью горизонта от 1-6 до 40-60 м. Участок территории Цаган-Хуран, ограниченный с юга железной дорогой, с запада - р. Сэлбэ, а с востока - устьем р. Улиастай. Для этого участка характерно высокое стояние уровня грунтовых вод - затопляемость во время летних паводков или подъем уровня грунтовых вод достигает дневной поверхности. На остальной территории города и на склоновых участках гор грунтовые воды значительно ниже отметки 10 м.
Сейсмическая опасность территории г. Улан-Батора. Сейсмическую опасность для города представляют как транзитные сотрясения от сильных землетрясений крупных зон возникновения очагов землетрясения Монголии (Гобийский Алтай, Могодская зона), так и активные разломы, расположенные в непосредственной близости от города.
Разломы Хустай и Гунжин расположены в непосредственной близости от Улан-Батора (10-50 км). Хустайский разлом протяженностью 92 км проходит вдоль подножия одноименного хребта к юго-западу от города. К северо-востоку от города на протяжении 15 км прослеживается молодой разрыв Гунжин. Разломы такой протяженности могут вызвать землетрясения с магнитудой М7.0 и более, а интенсивность сотрясений на территории города может достигать 8-9 баллов по шкале МБК-64 [8]. Эмелтский сейсмоактивный разлом простирается в юго-восточном - северо-западном направлении от Улан-Батора.
В зоне Эмелтского разлома в 2005 г. началась активизация, выразившаяся рядом землетрясений. Помимо этого локальная сеть сейсмостанций вокруг Улан-Батора фиксирует землетрясения, эпицентры которых рассеяны в окрестностях города. Магнитуда толчков не превышает М3.0, сильнейшее из них имело
ия г. Улан-Батор (составлена ИЦАГ АН Монголии)
Архитектурно - конструктивные типы жилых домов. Типологический ряд жилых домов Улан-Батора формировался с участием архитекторов и конструкторов нескольких стран, каждая из которых внесла свой вклад в организацию функционально-пространственной среды и свой опыт проектирования и строительства жилых домов в условиях высокой сейсмичности с учетом градостроительных особенностей города.
В 1950-1960 гг. прошлого века началось строительство 2-3-этажных домов с кирпичными несущими стенами и деревянными перекрытиями. На следующем этапе массового строительства жилых домов наибольшее распространение получили 5-этажные и 9-этажные жилые дома, построенные по типовым и реже по индивидуальным проектам, по Российским проектам и технологиям второй половины прошлого века. Началось строительство жилых домов по проектам монгольских архитекторов. Получили развитие крупнопанельное домостроение (5-этажные крупнопанельные жилые дома из блок-секций серии 92-08С-УБ, в том числе с надстроенным шестым мансардным этажом (1980-е гг.); 5-этажные крупнопанельные жилые дома по типу серии 1-464 А-С (1980-е гг.); 9-этажные крупнопанельные жилые дома из рядовых и торцевых блок-секций серии 92-07С-УБ, 92-08С-УБ, 92-014С/1-УБ, 92-016С/1-УБ (1990-е гг.); и др.) (рис. 4), строительство 5-этажных жилых домов из кирпича с монолитным железобетонным каркасом и 9-этажных жилых домов с металлическим каркасом и кирпичным заполнением (1980 гг.). Для периода конца прошлого века характерен «всплеск» строительства малоэтажных частных жилых домов (из кирпича и дерева) и юрт (рис. 5). В начале нынешнего века началось массовое строительство многоэтажных жилых домов (5-9 этажей), жилых домов повышенной этажности (12-16 этажей) и высотных жилых домов (выше 16 этажей) по
проектам монгольских, китайских, южно-корейских и японских архитекторов, а также совместным проектам, широко представленным в разных конструктивных типах зданий различной этажности (преимущественно каркасных) (рис. 6, 7). Также здания возводились тогда и возводятся сегодня с привлечением зарубежных строительных фирм. Помимо отдельно стоящих и блокированных домов получили распространение жилые комплексы, в том числе комплексы с расположенными на первых этажах офисами, подземными этажами под зданиями или всей территорией жилого комплекса, используемыми для подземных автостоянок. Широко распространены жилые дома с коридорной планировочной структурой, как правило, прямоугольные в плане и широким корпусом. Активно проводятся работы по обеспечению доступности зданий для малоподвижных лиц. Жилые здания и комплексы повышенного уровня комфортности разной этажности обустроены коммуникационными зонами разнообразного назначения, такими как зоны отдыха, спортивно-оздоровительные зоны и др.
Рис. 4. 9-этажный крупнопанельный жилой дом из блок-секций серии 92-С-УБ
Рис. 6. Жилой комплекс из 8-этажных каркасных жилых домов с кирпичным заполнением и подземной автостоянкой под всем комплексом
Рис. 7.16-этажный каркасный жилой дом с офисными помещениями на первом этаже и подземной автостоянкой
В качестве примера рассмотрим жилой комплекс повышенной комфортности «Four Seasons Gardens» (кондоминиум 2) (строительная фирма из Японии) на северо-востоке города. Он скомпонован из четырех отдельно стоящих жилых 7-этажных широких устойчивых корпусов (прямоугольных в плане), расположенных периметрально и не примыкающих друг к другу. Два корпуса соединены примыкающей к ним на уровне первого этажа просторной вестибюльной группой, из которой предусмотрен «теплый переход» в еще два корпуса (рис. 8, 9). Между расположенными друг от друга на значительном расстоянии корпусами (с одноэтажным невысоким теплым переходом между ними) сформированы комфортно обустроенные внутренние дворики (рис. 10, 11). Отвод поверхностных вод во внутренних двориках осуществлен при помощи организованной дренажной системы и водоотвода. Комплекс оборудован въездной охранной группой (ограда, ворота, одноэтажное здание охраны); во внешнем дворе предусмотрена открытая автомобильная парковка; обеспечена доступность для малоподвижных лиц. Комплекс имеет высокотехнологичное инженерное оборудование.
Значительная доля городского населения Улан-Батора проживает в юртах - национальном типе жилища, их конструкция отработана веками и отличается исключительной рациональностью (см. рис. 5). Они имеют лаконичную простую устойчивую форму, выполнены из легких строительных материалов (основной тип юрты сконструирован из складных решетчатых стен - хана, длинных жердей - уни, верхнего обвода - тооно, двери - хаалга, которые собираются, скрепляются, затем покрываются войлоком, материей и обтягиваются волосяными веревками; наипростейший тип юрты - «урц» (урса, чум) сконструирован из жердей, головки которых связывают в пучок, концы же расставляют и снаружи покрывают шкурами, войлоком). Существует также ряд модификаций монгольских юрт. Наиболее ощутимыми недостатками в устройстве юрты являются: недостаток естественного освещения; пожароопасность очага. Возможность падения юрты во время сейсмического события не представляет опасности для людей, находящихся в юрте, так как юрта имеет легкую конструкцию, но открытый
очаг внутри может представлять в этой ситуации серьезную опасность.
Рис. 8. Жилой комплекс «Four Seasons Gardens», интерьер вестибюля комплекса
Рис. 9. Жилой комплекс «Four Seasons Gardens», интерьер перехода между жилыми корпусами на уровне первого этажа
В результате исследований основные архитектурно-конструктивные типы жилых домов Улан-Батора классифицированы по двум направлениям: 1 - объемно-планировочные структуры; 2 - конструктивные решения.
1. Объемно-планировочные структуры жилых домов систематизированы по следующим типологическим признакам:
- по типу расселения: одноквартирные; многоквартирные; многофункциональные;
- по типу внеквартирных распределительных коммуникаций: усадебные; блокированные; отдельно стоящие в застройке; отдельно стоящие в застройке с подземными этажами под зданием и прилегающей к нему территорией, используемые для подземных автостоянок; комплексная застройка; комплексная застройка с подземными этажами под зданием и прилегающей к нему территорией, используемыми для подземных автостоянок;
- по планировочной компоновке: блокированные; секционные; блок-секционные; коридорные; смешанные;
- по объемно-планировочным геометрическим параметрам: по этажности (одноэтажные, малоэтажные, многоэтажные, повышенной этажности, высотные); по форме здания в плане (прямоугольные; прямоугольные сблокированные; прямоугольные, соединенные переходами, сложной геометрической формы); по
форме вертикального сечения (прямоугольные; разноэтажные; сложной геометрической формы).
Рис. 10. Жилой комплекс «Four Seasons Gardens», общий вид внутреннего дворика - патио (вид 1)
Рис. 11. Жилой комплекс «Four Seasons Gardens». Общий вид внутреннего дворика - патио (вид 2)
2. Конструктивные решения систематизированы по следующим типологическим признакам:
- по конструктивной системе: стеновые; каркасные; смешанные;
- по строительной системе: рубленные из бревен и бруса; ручной кладки из мелких и крупных камней; крупноблочные; крупно-панельные; каркасно-панельные; каркасные сборные; каркасные монолитные; монолитные стеновые; монолитные каркасно-стеновые и др;
- по материалу стеновых ограждающих конструкций: дерево; кирпич; бетон; железобетон; легкий бетон и др.
Классификация сейсмостойких зданий проведена согласно проекту национального стандарта РФ ГОСТ Р «Шкала интенсивности землетрясений» [2]. В основу классификации положено понятие «класса зданий» по уровню сейсмостойкости. Весь жилищный фонд Улан-Батора можно разделить на два основных класса: С6 и С7. Некоторое количество современных зданий по уровню сейсмостойкости соответствуют классу С8. Существует опасность того, что часть зданий старой постройки находится ниже уровня требований, предъявляемых к классу С6. Традиционное национальное жилище - юрты хорошей постройки могут быть отнесены к классу С7.
Сейсмический риск жилищного фонда и населения. Численность населения г. Улан-Батора по состоянию на 2010 г. составила 1,2 млн человек, в том числе 440 тыс. человек (116250 семей) проживают в благоустроенном жилье. Общая площадь жилищного фонда города на 2010 г. была равна 9,5 млн кв. м. Средняя обеспеченность населения жилой площадью - 8,2 кв. м/чел. Средняя плотность населения территории в границах города - 2,4 чел./га. Средняя плотность населения на застроенной территории города -22,3 чел./га. Распределение числа жителей по жилым районам представлено выше на рис. 2. Распределе-
ние количества зданий по этажности и по конструктивному типу показано на рис. 12.
Институтом земной коры СО РАН было проведено обследование 14 жилых зданий, типичных для городской застройки, в их число вошли 5-этажные и 9-этажные крупнопанельные дома, а также новые 8-этажные и 16-этажные каркасные здания. Цель инженерно-технического и инструментального обследований заключалась в оценке сейсмической надежности и долговечности жилых домов, построенных на территории Улан-Батора в различное время согласно нормам сейсмостойкого строительства РФ [1, 5]. Геологическим институтом СО РАН проведены инструментальные исследования динамических характеристик этих зданий при микродинамическом уровне воздействия [6].
Для оценки сейсмического риска использована методика, разработанная в Сейсмологическом центре Института геоэкологии РАН. Для территории г. Улан-Батора рассмотрены два сценария сейсмических событий:
- землетрясение интенсивностью 7 баллов по шкале MSK-64;
- землетрясение интенсивностью 8 баллов по шкале MSK-64.
При оценках сейсмического риска учитывается частота возникновения землетрясения и связанный с этим ущерб. Для зданий рассматривается экономический риск, который учитывает, что здания различных типов (классов) по сейсмостойкости получат разные степени повреждения. Критериями оценок степени опасности для жизни людей служат индивидуальный и коллективный риски, учитывающие, что поражение людей определяется интенсивностью землетрясения и физической уязвимостью зданий. В табл. 1 показано распределение существующих зданий по классам сейсмостойкости (типам) зданий и численность людей, проживающих в них.
этажные этажные этажные этажные этажей
а)
каркас- блоч- дерев ные
б)
Рис. 12. Распределение количества зданий по этажности застройки (а) и по конструктивному типу (б)
Таблица 1
Распределение существующих зданий по классам сейсмостойкости (типам) зданий _и численность людей, проживающих в них_
Классы (типы) зданий по шкале MMSK-92 Количество зданий и сооружений, шт. Численность населения,чел.
С6 (Б) 82100 375200
С6,5 (В) 900 60120
С7 23000 374980
Итого 106000 810300
Таблица 2.
Последствия прогнозируемых землетрясений на территории г. Улан-Батора_
Наименование Интенсивность прогнозируемого землетрясения
7 баллов 8 баллов
Оценка уязвимости зданий и сооружений и населения
в центральных районах го рода
Общее количество жителей в центральных районах (без учета проживающих в юртах), чел. 810300 810300
Количество жилых домов (без учета юрт) 106000 106000
Доля зданий, получивших 1-3 степень повреждения («легкие», «умеренные», «тяжелые»), % 70% 58%
Доля разрушений и обвалов зданий - 4, 5 степень («частичные разрушения» и «обвалы»), % 2% 40%
Относительный материальный ущерб, % 8% 45%
Оценка сейсмического риска
Экономический риск для зданий 1.6х10-э 2.2х10-5
Индивидуальный сейсмический риск, 1/год 9х10-э 46х10-5
Коллективный сейсмический риск, 1/год 75 372
Согласно табл. 2, в которой приведены последствия прогнозируемых землетрясений на территории г. Улан-Батор, при 7-балльном воздействии повреждения получат 72% зданий, в том числе повреждения 1-3 степени - 70% зданий; при 8-балльном воздействии - 98% зданий, из них повреждения 1-3 степени - 58% зданий. Если при 7-балльном землетрясении доля разрушений и обвалов составит всего 2%, то при 8-балльном - уже 40% от общего числа зданий.
Существует общепринятая классификация уровней индивидуального сейсмического риска. Уровень приемлемого риска принимается равным 10" 1 /год. Анализируя полученные оценки, отметим, что при 7-балльном землетрясении индивидуальный сейсмический риск оценивается как «средний» (9*10-5 1/год). Это означает, что из 10 тыс. жителей пострадает в течение года один человек. При 8-балльном землетрясении индивидуальный сейсмический риск резко возрастает, переходя в категорию «весьма высокий» (46х10-5 1/год).
Представляет интерес сопоставление настоящих данных с результатами заключительного отчета профессора Хироши Кавасе [9]. Для описания реакции зданий разной этажности и различных конструктивных типов использовались нелинейные модели систем со многими степенями свободы с трилинейными зависимостями сейсмической реакции от горизонтальных перемещений зданий в уровне этажей. Авторы отчета для оценки статистики повреждений использовали две модели (два сценария) сейсмических событий: Best Performance Models и Worst Performance Models. Первая модель допускала горизонтальные перемещения этажей до 10 см, вторая - до 30 см при проведении нелинейного анализа. Что касается прогнозируемого числа погибших, то по оценкам японских авторов оно составляло в 2000 году от 3,7 тыс. до 12,0 тыс. чел. (относительно базовой численности населения в 300 тыс. чел.). При этих оценках использовалась статистика жертв землетрясения в Кобе (1995 г.), хотя сами авторы отмечают весьма условное соответствие между конструктивными типами зданий в Кобе (Япония) и
в Улан-Баторе (Монголия). Поскольку при проведении настоящего обследования в 2011 г. базовая численность населения УБ возросла до 810 тыс. чел., то приведенные прогнозные оценки должны быть скорректированы на 2011 г. и они составили бы от 10,0 тыс. до 32,4 тыс. чел. Число погибших, согласно модели Сейсмологического центра, при наихудшем сценарном варианте оценивается вдвое большей величиной. Следует учитывать известную условность указанного сравнения, поскольку за десять лет структура застройки г. Улан-Батор претерпела изменения.
Авторы отчета [9] несколько занизили оценку сейсмостойкости 5-этажных и 9-этажных крупнопанельных жилых домов. Результаты натурных испытаний крупнопанельных зданий, проведенных на территории бывшего СССР и России, свидетельствуют о том, что по надежности они не уступают жилым домам из монолитного железобетона. В 90-х гг. специалистами КазНИИССА в г. Улан-Батора были проведены вибрационные испытания 5-этажных и 9-этажных жилых домов серии 92 УБ. Несмотря на невысокое качество изделий и зимний монтаж, указанные опытные объекты по результатам испытаний получили положительное заключение о сейсмостойкости. Крупнопанельные здания показали высокую сейсмостойкость и при реальных сейсмических событиях (Джамбул, 1971 г.; Карпатское, 1986 г.). Последние сейсмические события в регионе (г. Кызыл, столица Республики Тыва, 2011 г. и 2012 г.) подтвердили надежность крупнопанельных жилых домов серии 135с. Вибрационные испытания 10-этажного фрагмента серии 135с, проведенные в Иркутске (1980 г.), также дали положительный результат. Сказанное, разумеется, не означает, что крупнопанельный жилищный фонд в Улан-Баторе не нуждается в постоянном мониторинге его технического состояния.
Сейсмическая устойчивость жилых зданий находится в прямой зависимости от исходных конструктивных и объемно-планировочных решений зданий. Таким образом, возраст здания свидетельствует о существовавших на период строительства норма-
тивных требованиях сейсмостойкого строительства и социально-экономических условиях развития жилищного строительства. Помимо прогнозируемого физического, сейсмического и морального износа зданий на него оказывают влияние фактические условия эксплуатации (возможные перепланировки - устройство проемов в стенах и перекрытиях, перестройки и пристройки; захламление, ненадлежащее состояние гидроизолирующих, инженерных систем и др.). Объемно-пространственная структура здания - конфигурация, габариты (размеры в плане, этажность и др.); проем-ность (процент площади оконных и дверных проемов относительно площади стен); эвакуационные пути и средства эвакуации (типы лестниц, дверей и др.; степень обеспеченности средствами эвакуации в зависимости от этажности, количества квартир и людей) в полной мере влияют на сейсмостойкость здания и на безопасность его эксплуатации во время сейсмического события.
В процессе обследования современной жилой застройки г. Улан-Батора были отмечены: низкий уровень эксплуатации жилищного фонда; значительный физический и сейсмический износ конструкций малоэтажных кирпичных зданий; биопоражение несущих конструкций и коррозия арматуры в результате недопустимого состояния гидроизолирующих конструктивных систем (ограждающие горизонтальные и вертикальные конструкции) и водонесущих систем внутреннего инженерного оборудования зданий. Отмечено снижение обобщенной жесткости панельных зданий за последние десять лет в неблагоприятную сторону с точки зрения их сейсмостойкости в силу физического и сейсмического износа конструкций.
К недостаткам конструктивных решений современных зданий повышенной этажности, возводимых в Улан-Баторе, следует отнести ориентацию на каркасные структуры (железобетонные и стальные) с рамными узлами при недостаточном количестве диафрагм жесткости; слабое крепление стенового заполнения к несущим элементам каркаса. Зачастую допускается снижение жесткости нижней части зданий при размещении встроенных объектов обслуживания вследствие устройства дополнительных проемов стенового заполнения нижних этажей.
Совместные исследования российских и монгольских ученых впервые позволили получить для г. Улан-Батор количественные оценки индивидуального и коллективного сейсмического риска, а также относительного экономического ущерба при 7-8-балльных землетрясениях. Проведенные расчеты сейсмического риска позволяют сделать в отношении сейсмической надежности застройки центральных районов Улан-Батора два основных вывода. Во-первых, индивидуальный сейсмический риск на порядок превышает уровень, который можно считать приемлемым даже в случае 7-балльного землетрясения. При 8-балльном землетрясении показатели индивидуального сейсмического риска возрастают в 5 раз по сравнению с 7-балльным. Во-вторых, относительный материальный ущерб, более-менее приемлемый в случае 7-балльного землетрясения (8%), достигает недопусти-
мых значений при 8-балльном (45%).
Чтобы смягчить неблагоприятные последствия землетрясений на территории Улан-Батора, необходимы энергичные усилия по решению проблем сей-смобезопасности населения и жилищного фонда. Институтом земной коры СО РАН совместно с Исследовательским центром по астрономии и геофизике АН Монголии подготовлена «Программа экспериментальных и расчетно-аналитических исследований сейсмической уязвимости застройки г. Улан-Батора на 20132015 годы». Программой предусмотрены экспериментальные исследования фактической сейсмостойкости типичных зданий путем проведения вибрационных испытаний опытных объектов с использованием мощной вибромашины типа В-3. Программа представлена на рассмотрение администрации г. Улан-Батора.
Сейсмическая безопасность жилой застройки с учетом расположения на равнинном ландшафте или активном рельефе, сейсмических, инженерно-геологических и гидрологических условий в значительной мере может быть повышена комплексом следующих мероприятий:
- регулирование плотности застройки (в том числе: конфигурация и габариты зданий; расстояния между зданиями; плотность населения);
- организация дееспособной системы транспортных коммуникаций (обеспечение нормальных и предотвращение чрезмерных нагрузок на транспортные коммуникации), в том числе при сценарии возможных разрушений при силе сейсмического воздействия, превышающей прогнозируемое;
- обеспечение развитой градостроительной и инженерной инфраструктуры.
Существующая плотность жилой застройки Улан-Батора не равномерна: она уменьшается от центральной части города к периферии. Наиболее плотно населен район Баянгол. В центральной части города стабильно затруднено движение транспорта, как следствие чрезмерной нагрузки на транспортные коммуникации. Распространено явление, когда вдоль внутри квартальных проездов жилых районов напротив жилых зданий с одной стороны расположены сплошные «ленты» частных автомобильных гаражей, с другой стороны выезды из этих стихийных гаражей предусмотрены непосредственно на проезд, что значительно уменьшает транспортную проходимость узких внутриквартальных проездов. В старых жилых кварталах застройка часто загромождена временными строениями. Низкий уровень благоустройства или его отсутствие также неблагоприятно влияет на сейсмическую безопасность застройки.
Большое количество строительных площадок в городе свидетельствует об активном росте жилищного строительства. На периферии и в срединной зоне ведется строительство жилых комплексов, как правило, с хорошо организованными строительными площадками. В центральной части города строительство большей частью ведется на точечных площадках, что в свою очередь нарушает нормальное функционирование целых жилых кварталов (особенно страдают транспортные коммуникации). И как следствие, повышается их сейсмическая опасность.
Библиографический список
1. ГОСТ Р 53778 - 2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. М.: Стандартинформ, 2010. 90 с.
2. ГОСТ Р. Шкала интенсивности землетрясений: проект новой Российской сейсмической шкалы // Инженерные изыскания. 2011. № 10. С. 62-85.
3. Барышев В.Г., Кузьменко А.П., Сабуров В.С. Диагностика технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений // Проектирование и строительство в Сибири. 2003. № 6 (18). С. 24-28.
4. Бержинская Л.П., Бержинский Ю.А. Методы паспортизации зданий в сейсмических районах // Вопросы инженерной сейсмологии. 2009. Т. 36. № 2. С. 57-69.
5. Методика оценки и сертификации инженерной безопасности зданий и сооружений / М.А. Шахраманьян [и др.]. М.: Изд-во МЧС России, 2003. 85 с.
6. Оценка сейсмической уязвимости зданий повторными измерениями модальных форм собственных колебаний / Г.И. Татьков [и др.]. // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. М.: Изд-во ВНИИНТПИ. 2005. № 6. С. 27-31.
7. Сейсмичность и районирование сейсмической опасности территории Монголии / В.И. Джурик [и др.]. Иркутск: Изд-во ИЗК СО РАН, 2009. 420 с.
8. Demberel S., Klychtvskii A.V., Bayaraa G. Strong earthquake in Mongolia in the past, today, tomorrow // The 9th General Assembly of Asia Seismological Commission Ulaanbaatar, Mongolia, september 17-20, 2012. Ulaanbaatar, 2012. P. 152.
9. Hiroshi Kawase, Madhab Mathema. Earthquake disaster risk management scenario for Ulaanbaatar City, Mongolia: final report submitted to United Nations Development Programme in Mongolia. Ulaanbaatar, 2000. 193 p.
УДК 624.01. 05.23.01
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ БАЛОК С КРУГЛОЙ ПЕРФОРАЦИЕЙ В СТЕНКЕ
© А.И. Скляднев1, Н.Ю. Попова2
Липецкий государственный технический университет, 398600, Россия, г. Липецк, ул. Московская, 30.
Представлены основные вопросы оптимального проектирования стальных балок с круглой перфорацией в стенке. Исследованы основные вопросы и преимущества конструктивного решения балок с круглой перфорацией в стенке. Задача оптимизации показана на конкретных примерах. Предложена методика расчета балок с круглой перфорацией в стенке с помощью метода случайного поиска с постепенным сужением интервала поиска. Исследована целевая функция, которой в данной работе является несущая способность. Ил. 4. Библиор. 4 назв.
Ключевые слова: стальная балка с круглой перфорацией; целевая функция; задача оптимизации; способы разрезки двутавра; метод случайного поиска; прочность по касательным напряжениям; прочность по нормальным напряжениям; несущая способность.
APPLICATION EFFICIENCY OF STEEL BEAMS WITH ROUND PERFORATION IN A WALL A.I. Sklyadnev, N.Yu. Popova
Lipetsk State Technical University, 30 Moscovskaya St., Lipetsk, 398600, Russia.
The paper presents the main issues of the optimal designing of steel beams with round perforation in the wall. The main problems and advantages of the constructive decision of the beams with round perforation in the wall are studied. The optimization problem is illustrated by specific examples. The calculation procedure for the beams with round perforation in the wall by means of the random search method with the gradual narrowing of the search interval is proposed. The target function, which this work treats as load bearing capacity, is studied. 4 figures. 4 sources.
Key words: steel beam with round perforation; target function; optimization problem; methods of I-beam cutting; method of random search; strength by shearing stresses; strength by normal stresses; load bearing capacity.
В современном строительстве балки с перфорированной стенкой получили широкое применение в качестве несущих конструкций покрытий и перекрытий, рамных систем многоэтажных каркасов, балок путей подвесных кранов и т.д.
Перфорированные балки получают путём разрезки прокатного двутавра по линиям, позволяющим при последующей сварке выступающих частей получать балку с большей высотой по отношению к исходному
профилю. Дополнительное увеличение высоты балки может быть достигнуто путём установки листовых вставок. Эффективность изготовления перфорированных балок из прокатных двутавров обусловлена, прежде всего, увеличением геометрических характеристик сечения, в том числе момента сопротивления W и момента инерции I. Основные варианты разрезки и последующей сварки показаны на рис. 1.
1Скляднев Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры архитектуры, тел.: 89205244391. Sklyadnev Alexander, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Architecture, tel.: 89205244391.
2Попова Наталья Юрьевна, студентка, тел.: 89046881212, е-mail: [email protected] Popova Natalya, Student, tel.: 89046881212, е-mail: [email protected]
