CC BY
103КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИХ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ
Шахноза Хушвактовна Самиева
Ташкентский архитектурно-строительный институт
Научный руководитель: Саид Махмудович Махмудов
АННОТАЦИЯ
В данной статье подробно рассмотрены сейсмоизолирующих фундаментов, как наиболее часто используемое решение для достижения необходимой сейсмостойкости как в промышленном, так и в гражданском строительстве. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений - фактор, который необходимо учитывать, особенно при строительстве в сейсмически-активных районах. В наше время одним из главных подходов к повышению сейсмостойкости является использование различных систем сейсмоизоляции. Не всегда выгодно и рационально повышать сейсмостойкость строительных конструкций или фундаментов здание путём простого повышения прочности. Повышение прочности конструкций ведёт к увеличению их массы и, как следствие, к увеличению инерционных сейсмических нагрузок.
Ключевые слова: активная сейсмоизоляция, демпфирующий слой, сейсмоизоляция, сейсмоизолированные здания и сооружения, сейсмостойкость.
CONSTRUCTION SOLUTIONS FOR SEISMIC FOUNDATIONS OF
BUILDINGS
ABSTRACT
This article discusses in detail seismic foundations as the most commonly used solution to achieve the required seismic resistance in both industrial and civil construction. Seismic resistance of buildings and structures is a factor that must be taken into account, especially during construction in seismically active regions. Nowadays, one of the main approaches to increasing seismic resistance is the use of various seismic isolation systems. It is not always profitable and rational to increase the seismic resistance of building structures or foundations of a building by simply increasing the strength. An increase in the strength of structures leads to an increase in their mass and, as a consequence, to an increase in inertial seismic loads.
Keywords: active seismic isolation, damping layer, seismic isolation, seismically isolated buildings and structures, earthquake resistance.
На сегодняшний день известно более 100 запатентованных конструкций сейсмоизоляции зданий и сооружений. Во время землетрясений конструкции фундаментов повреждаются редко. Несмотря на это, значение фундаментов в обеспечении сейсмостойкости зданий велико. Фундаменты первыми воспринимают сейсмические толчки и передают их в верхние части здания. Система «грунт-фундамент» воздействует на изменение динамических свойств здания, что соответственно изменяет величину действующих на него сейсмических нагрузок. В основании стен сохранившихся памятников архитектуры обнаружены мягкие прокладки (на уровне верха фундаментов) из камышитовых подушек, пластических глин и других местных материалов. Всё чаще при строительстве зданий и сооружений в сейсмически-активных районах применяется особый подход к обеспечению сейсмостойкости, а именно использование различных систем сейсмоизоляции. Все системы сейсмоизоляции можно разделить на общие и местные. Под общей сейсмоизоляцией понимается полное отделение всех конструкций здания или сооружения от основания. Схематично данный вид сейсмоизоляции показан на рисунке 2. Под местной сейсмоизоляцией понимается изоляция лишь некоторых конструкций, таких, например, как фундамент здания. Местная сейсмоизоляция широко распространена в промышленном строительстве по той причине, что обычно большие по размерам промышленные здания оказывается очень дорого и нерационально изолировать полностью. В некоторых сооружениях при сейсмическом воздействии возможно и экономически целесообразно допустить частичное повреждение части строительных конструкций, например ограждающих, но не допустить при этом повреждения и выхода из строя дорогостоящего оборудования. В данных случаях от сейсмического воздействия изолируют только оборудование, чтобы при землетрясении оно не разрушилось под действием сейсмических инерционных сил.
Существует несколько различных систем сейсмозащиты зданий, наиболее распространённой является сейсмоизоляция. Сам термин сейсмоизоляция обозначает снижение сейсмического воздействия на здания и сооружения, их части путём введения в конструкции зданий и сооружений специальных конструктивных элементов, именуемых сейсмоизоляторами. Основной принцип действия данного способа повышения сейсмостойкости описан ниже. На рисунке 1 показана деформированная схема неизолированного здания при сейсмическом воздействии.
Рисунок 1. Деформированная схема неизолированного здания при сейсмическом
воздействии
При использовании сейсмоизоляции, сейсмоизоляторы устанавливаются между конструкциями здания и жёстким основанием, тем самым изменяя собственные частоты здания в целом, а значит и значения сейсмических нагрузок На рисунке 2 изображена деформированная схема изолированного здания при сейсмическом воздействии Видно, что благодаря большей податливости в нижней части перемещения здания, в целом возрастают, азначитуменьшаются ускорения масс, и как следствие значения сейсмическихинерционных сил становятся ниже.
Рисунок 2. Деформированная схема изолированного здания при сейсмическом
воздействии
Вопросам сейсмоизоляции посвящено большое количество отечественных и зарубежных книг. В Республики Узбекистане практическими вопросами сейсмоизоляции активно начали заниматься в начале 70-х годов XX века в «Институте механика и сейсмостойкости сооружений» при АН Республики Узбекистан, под руководством академика Рашидова Т.Р. [5]. Было проведено большое количество экспериментальных и теоретических исследований . В конце 90-х годов 20 века началось первое массовое строительство зданий и сооружений с системами сейсмоизоляции в виде включающихся и выключающихся связей при строительстве по улице Госпиталная дом № 7, г. Ташкент (9 этажный 36 квар. жилой дом). Россия занимает одно из лидирующих
мест в мире по количеству построенных сооружений с различными системами сейсмоизоляции (более 600 объектов).
Изучение и разработка различных вариантов сейсмоизоляции конструкций неразрывно связано с развитием динамических расчётов (в частности сейсмических), развитием различных способов математического моделировании в расчётах сооружений, совершенствованием теорий взаимодействия сооружение-основание, методики расчётов грунтов и многим другим .
Среди отечественных и мировых деятелей науки по направлению сейсмических расчётов конструкций следует отметить таких ученых, как Айзенберг Я. М., [2]. Бирбраер А.Н., Гольденблат И. И., Барштейн М.Ф., Коронев Б.Г., Рабинович И. М., Константинов И.А., Ньюмарк Н., Розенблат Э., Тимошенко С. Л. , Шульман С.Т., Уздин А.М.,Ушаков А.С. [12]., Тяпин А.Г., Рашидов[5]. Т.Р., Расулов Х.З., Ходжиметов Г.,Махмудов С.М. [4] и другие.
Системы активной сейсмозащиты зданий и сооружений разрабатываются как альтернативный подход к обеспечению сейсмостойкости конструкций и оборудования. В отличии от подхода простого повышения несущей способности конструкций, активной сейсмозащиты зданий снижает инерционные сейсмические нагрузки.
Чёткого и однозначного ответа на вопрос использование какого типа сейсмоизоляции в данном конкретном случае наиболее рационально с точки зрения затрат и безопасности возводимых конструкций нет. Под способом сейсмоизоляции понимается специальное конструктивное решение фундамента здания или сооружения, снижающее инерционные сейсмические нагрузки на конструкции . С древнейших времён производились попытки устройства такого типа сейсмоизоляции - между стенами и фундаментом укладывались мягкие прокладки, прослойки, например, из камыша. В большинстве случаев такие фундаменты устраивались, основываясь больше на интуиции.
Научное подтверждение расчётами данная идея получила лишь в 30-х годах 20 века, благодаря появлению спектров отклика. При повышении несущей способности увеличивается жёсткость здания, а значит, смещаются собственные частоты (с увеличением жёсткости они также увеличиваются). С помощью такого подхода можно уйти в "зарезонансную" зону спектра. Однако в этом случае при любой частоте здания ускорение должно быть не менее ускорение нулевого периода.
В том случае, если идти в обратном направлении - не повышать, а понижать собственные частоты конструкции, путём внедрения в её конструктивную схему систем сейсмоизоляции, то при стремлении частоты к нулю, ускорение тоже стремится к нулю. Отсюда вытекает идея спроектировать сейсмоизолированный фундамент таким образом, чтобы как можно сильнее снизить собственную
частоту здания или сооружения. Конструкции, защищающие сооружение от сейсмического воздействия по данному принципу, называются системами сейсмоизоляции .
Таким образом, проектирование системами сейсмоизоляции сводится к разрешению задачи поиска наиболее оптимального конструктивного решения системами сейсмоизоляции. Данное решение должно снизить сейсмические инерционные нагрузки на необходимый уровень с одной стороны, но при этом, с другой стороны, относительные перемещения двух частей фундамента, которые возникнут при сейсмическом воздействии не должны превышать определённого допустимого значения, назначенного исходя их конструктивных, технологических или иных требований, в зависимости от назначения данного здания.
REFERENCES
1. Абовский Н.П., Енджиевский Л.В., Наделяев В.Д. Новые конструктивные решения для сейсмостойкого строительства в особых грунтовых условиях. // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2004, №3, с.30-32.
2. Айзенберг Я.М. Сейсмоизоляция высоких зданий // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. №4, 2007. С. 41-43.
3. Авидон Г.Э., Карлина Е.А. Особенности колебаний зданий зданий с сейсмоизолирующими фундаментами А.М. Курзанова и Ю.Д. Черпинского // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. №1, 2008. С. 42-44.
4. Махмудов С.М. Расчетные модели для проектирования конструкций зданий.Монографии.Ташкент.2019. 96стр.
5. Рашидов Т.Р.,Кондратьев В.А.,Фахриддинов У. Исследования,практика и перспективы развития систем активной сейсмозащиты зданий и сооружений в условиях Узбекистана.Изд.»ФАН»Ташкент 2008.
6. Фахриддинов У. Кирпичные здания со специальными системами активной сейсмозащиты.Тезисы докладов 65-й научно-техническая конференция НГАСУ.г.Новосибирск.2008.
7. Годустов И.С., Заалишвили В.Б. Сейсмоизолирующий фундамент и способ возведения здания на нём. / Заявка на выдачу патента РФ от 29.10.2007 №2007140020/20 (043812) МПК E02D 27/34, Е04Н 9/02.
8. Годустов И.С., Заалишвили В.Б. Способ адаптации к смене типа горизонтальных нагрузок опор сейсмоизоляции. / Патент РФ. RU 2062833 CI, RU 2049890 CI, RU 2024689 С1.
9. Жунусов Т.Ж., Черепинский Ю.Д. д.т.н., Лапин В.А. Инструкция по проектированию зданий с использованием сейсмоизолирующих фундаментов КФ. РДС РК-07-6-98, Комитет РК. 2003 - с.19.
10. Абовский, Н.П., Палагушкин В.И., Лапеев М.В. Системный подход к сейсмоизоляции зданий при сложных грунтовых условиях / Жилищное строительство.2010. с. 56.
11. Шишков Ю.А. Сейсмоизоляция фундаментов с учетом основных причин и характера разрушений зданий при землетрясениях. «Проектирование и строительство в Сибири». - 2003.-2.-с.12-16.
12. Ушаков А. С. Методы сейсмоизоляции фундаментов сооружений// Технические науки: проблемы и перспективы: материалы Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, март 2011 г.). — СПб.: Реноме, 2011. — С. 180186.
13. Черепинский Ю.Д. Сейсмоизоляция зданий. Строительство на кинематических опорах (Сборник статей). - М.: Blue Apple. 2009. 47 с.
14. Лисейкин А.В., Селезнев В.С., Брыксин А.А. Результаты исследования здания с резинометаллической сейсмоизоляцией методом стоячих волн (на примере здания гражданского строительства национального университета Тайваня, г. Тайбэй). Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2017 - №2. с. 53-59.
15. Тяпин А.Г. Сейсмоизоляция под фундаментом сооружения, взаимодействующего с основанием. Часть 4: частичное снятие ограничений.
