CC BY
21УДК 699.84
О НОВЫХ ТЕНДЕНЦИЯХ В СЕЙСМОСТОЙКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Ахматов М.А., доктор технических наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В. М. Кокова»
ABOUT NEW TRENDS IN EARTHQUAKE-RESISTANT CONSTRUCTION
Akhmatov M. A., Doctor of Technical Sciences, Professor
FSBEIHPE «Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V. M. Kokov»
Разработка методов и средств обеспечения надежности зданий и сооружений в сейсмически опасных районах и снижение затрат, связанных с сейсмической опасностью, является глобальной проблемой, решение которой имеет важное научно-практическое и социальное значение.
Ключевые слова: сейсмостойкое строительство, система сейсмозащиты, сейсмостойкость конструкции.
Development of methods and means to ensure the reliability of buildings and structures in seismic areas and reduce the costs associated with the seismic hazard is a global challenge that has important scientific, practical and social importance.
Key words: earthquake engineering, seismic system, earthquake resistant structures.
С каждым годом в Российской Федерации и за рубежом наращиваются объемы строительных, ремонтных, восстановительных и реконструктивных работ. Значительная часть этих объемов выполняются на территориях особо опасных в сейсмическом отношении. По прогнозам в 2015г. расходы только на антисейсмические мероприятия составят свыше 100млрд. руб. Значительные средства затрачиваются также на восстановление зданий и сооружений, пострадавших от землетрясений, наводнений, оползневых явлений и других стихийных бедствий.
Развитие методов, способов и средств обеспечения надежности зданий и сооружений в сейсмически опасных районах и снижение затрат, связанных с сейсмической опасностью, является глобальной проблемой, решение которой имеет важное научно-практическое и социальное значение.
В работе [1] отмечается, «что конфигурация и конструктивная четкость сейсмостойких систем несущих элементов сооружения являются важными, а, может быть, и более важными факторами по сравнению с подбором сечений по усилиям, учитываемым при проектировании зданий для зон с высокой сейсмичностью».
Главным компонентом, обеспечивающим надежность зданий и сооружений на сейсмические воздействия, по нашему убеждению, является материал конструкций. Основными свойствами, обеспечивающими сейсмостойкость конструкций зданий и сооружений являются прочность
материала при немногочисленных повторных нагружениях, ударная прочность, выносливость (предел усталости), динамическая прочность, деформативность, энергопоглощаемость и другие характеристики.
Не анализируя реальный характер разрушения, не имея сведений о свойствах материалов, заложенных в конструкции, сведений о расчетных схемах, оценить в целом поведение зданий и сооружений при сейсмических воздействиях не возможно. Поэтому, исследования по дальнейшему развитию теории расчета зданий и сооружений на сейсмические воздействия с учетом антисейсмических свойств материалов, закладываемых в характеристики несущих конструкций, актуальны как для науки, так и для практики.
При проектировании, учитывая то обстоятельство, что количество зданий с несущими каменными стенами составляет довольно высокие цифры, необходимо также при изготовлении их, достичь нормативный уровень кладки 1 -й категории - весьма сложная задача. Если могут быть получены требуемые прочностные характеристики кирпича и раствора, как показывает опыт, то сцепление кирпича с раствором из-за климатических условий (особенно в условиях сухого и жаркого климата) оказывается в большинстве случаев ниже требуемых проектных величин. При работе кладки на горизонтальные сейсмические нагрузки это обстоятельство является решающим показателем, независимо от региона строительства.
Известия КБГАУ - № 2(4), 2014
Технические науки
Почти во всех объектах, где возникли трещины в кирпичных стенах во время Ташкентского землетрясения и землетрясения в соседней Чеченской Республике 11 октября 2008 года, наблюдалось именно расслоение кирпичной кладки и только в отдельных случаях имели место трещины по кирпичу.
В настоящее время предъявляются более жесткие требования к расчету каменных зданий на сейсмические нагрузки. В отличие от других строительных материалов (стали, железобетона) кладка из кирпича не обладает достаточным запасом несущей способности, поскольку материалы в основном хрупкие, к которым относятся различные кладки, не обладающие способностью к развитию пластических деформаций. Если внешняя нагрузка даже в течение короткого промежутка времени вызовет в таком материале напряжение, превышающее предел упругости, (который для хрупких материалов почти отвечает пределу прочности), то несущая способность материала каменной кладки уже исчерпывается и наступает его разрушение. Поэтому перегрузки, имеющие место при любом землетрясении, чрезвычайно опасны особенно для зданий с кирпичными стенами.
Таким образом, применение каменной кладки в несущих конструкциях сопряжено с возможными нежелательными последствиями при землетрясениях. Однако каменные кладки в настоящее время во многих районах являются основным строительным материалом и поэтому экономически нецелесообразно отказываться от строительства зданий с несущими каменными стенами, тем более, что опыт землетрясений показывает, что при правильном выборе конфигурации и расчете, на сейсмостойкость зданий, рациональном конструировании и соблюдении правил производства работ, кирпичные здания в большинстве своем противостоят разрушению сейсмическим воздействиям. Перечисленные недостатки каменных кладок в зданиях с несущими каменными стенами обязывают в проекте предусмотреть конструктивные меры, обеспечивающие сопротивляемость их действию сейсмической нагрузки.
Наиболее эффективным сейсмостойким материалом, как показывают наши исследования, являются легкие и мелкозернистые бетоны на местном сырье, использование которых в конструкциях позволяет получить ряд важных свойств, обеспечивающих сейсмостойкость, зданий и сооружений [2].
Традиционные методы повышения сейсмостойкости бетонных и железобетонных конструкций, в основном, сводятся к наращиванию
новых армированных слоев бетонов, созданию стальных обойм или полной замене конструкций, что, как правило, весьма трудоемко и дорого. Новые методы повышения сейсмостойкости зданий и сооружений с применением мелкозернистых пропитанных бетонов, многокомпонентных бетонов, фибробетонов, безусадочных шла-козолобетонов и расширяющихся бетонов более эффективны и способствуют повышению не только качества, но и производительности труда на строительной площадке.
Очевидно, что разработка и широкое применение сейсмостойких легких мелкозернистых туфобетонов, керамзитопеплобетонов, пепло-пемзобетонов является задачей весьма важной и актуальной. К этим мероприятиям безошибочно можно причислить строительство из легких и модифицированных легких туфо-и пеплобето-нов.
Одним из главных направлений оптимизации объемов антисейсмических мероприятий, привлекающих внимание отечественных и зарубежных научных организаций и специалистов, является направление, связанное со снижением сейсмических нагрузок на сооружение за счет рационального выбора динамических характеристик сооружений. Как не крути, объемная масса конструкций, и ее способы снижения выступают на первый план. Решить проблему можно, внедрив разработанные технологии легких бетонов [2] и конструкций из них.
Во многих случаях проектирования зданий и сооружений для сейсмических районов приходится сталкиваться с ситуацией, когда существенные параметры сейсмических колебаний грунта известны неточно. Например, для некоторых строительных площадок об ожидаемых преобладающих частотах сейсмических колебаний грунта известно лишь то, что они могут принадлежать к некоторому приближенно определенному диапазону частот. Причем, эта неопределенность может обуславливаться не только недостаточной изученностью района, но и фактическими причинами; различными эпицен-тральными расстояниями, различными глубинами и механизмами очагов землетрясений. В условиях неопределенности параметров сейсмического воздействия эффективными оказываются сейсмостойкие строительные материалы и системы сейсмозащиты, параметры которых могут заменяться в процессе землетрясения, приспосабливаясь, самонастраиваясь к сейсмическим воздействиям. К этому классу систем относятся системы с сейсмоизолирующими тарельчатыми фундаментами и выключающимися связями (СТФ и ВС).
Значительные работы, посвященные исследованиям систем с выключающимися связями (ВС) и их внедрению в практику, осуществлялись в ЦНИИСКе им. Кучеренко. Ряд зданий и сооружений, оснащенных подобной сейсмоза-щитной системой, построены на БАМе, Севастополе и других городах РФ. Многие стороны поведения таких систем при землетрясении и вопросы оптимального выбора их параметров изучены недостаточно. А поведение при землетрясении системы с сейсмоизолирующими тарельчатыми фундаментами и выключающимися связями практически недостаточно изучено.
Решение обозначенной проблемы приведет к созданию дополнительных ресурсов несущей способности, к широкому внедрению таких систем для достижения более значительного экономического и социального эффектов в жилищном строительстве.
В последние годы, несмотря на существующие ограничения, наблюдается тенденция к использованию в городской застройке зданий повышенной этажности. Эта тенденция обусловлена ростом стоимости земли, архитектурными и другими соображениями. В тех случаях, когда эти здания строятся в районах, подтвержденных не только высоким сейсмическим воздействием, но и значительным ветровым нагрузкам, возникают задачи статического сочетания этих двух видов нагрузок. При этом, поскольку спектры сейсмических колебаний и флуктуации ветра, как правило, существенно различны, в таких случаях также оказываются эффективными системы с сейсмоизолирующими тарельчатыми фундаментами и выключающимися связями (СТФ и ВС) перестраивающимися в результате их выключения динамическими характеристиками [3].
При проектировании зданий и сооружений, предназначенных для строительства в сейсмически опасном районе ,решается задача, состоящая в создании конструкции из сейсмостойких материалов, которые были бы максимально надежными при сейсмических воздействиях с минимальными дополнительными затратами для обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений. Решение этой комплексной проблемы представляет большую сложность, даже в случае однозначного заданного простого по математическому описанию внешнего воздействия. Сложность проблемы возрастает в ситуации, когда ее приходится решать в условиях неполной исходной сейсмологической информации, когда на предполагаемой площадке строительства возможны воздействия, существенно различающиеся по интенсивности спектральным
характеристикам, длительности и другим параметрам, например, возможны наряду с сейсмическими и ветровые воздействия.
При проектировании конкретных объектов с ВС возникает ряд практических проблем, требующих специального исследования. На поведении элементов реальных зданий могут сказываться не учитываемые в расчетах факторы, с которыми столкнулся автор статьи на конкретном объекте, включены в заключение:
1. Ошибки при изысканиях и в проекте: при оценке прочности основания на разных участках, выявлении засыпанных канав и местных жестких опор (забетонированные колодцы), при конструировании фундаментов зданий с разной этажностью, наличие под частью здания подвальных помещений и т.п.
2. Недостатки в подготовке основания: излишне вынут грунт в основании и плохо уплотнен вновь подсыпанный: вымывание основания при откачивании из котлована грунтовых вод.
3. Недостатки в устройстве фундаментов: некачественный раствор, бетон или камень по прочности или стойкости в агрессивной среде и т.п.
4. Недостатки эксплуатации: подтопление и вымывание основания атмосферными, бытовыми или технологическими водами (особенно на участках со слабыми или просадочными грунтами); подсыпка или снятие грунта, ведущее к увлажнению стен или к промерзанию и пучению оснований фундаментов.
5. Ошибки в проекте: недостаточная жесткость продольной стены, отсутствие поперечных связей, большой распор от стропил.
6. Недостатки строительства: пропуск арматурных сеток в пересечениях стен и т.п.
7. Недостатки эксплуатации: осадка грунта под стеной вследствие увлажнения основания и ослабления кладки стен и др.
Литература
1. Арнольд К., Рейтерман Р. Архитектурное проектирование сейсмостойких зданий / Перевод с анг. Л.Л. Пуговкина. - Москва: Стройиз-дат. - 1987. - 165 с.
2. Ахматов М.А. Легкие бетоны и железобетонные конструкции на заполнителях из каменных отходов и рыхлых пористых пород / Научное издание. - Нальчик: КБГСХА, 2010. - 165 с.
3. Айзенберг Я.М., Мажиев Х.Н., Бата-ев Д.К-С., Батдалов М.М., Муртазаев С.-А.Ю. Материалы и конструкции для повышения сейсмостойкости зданий и сооружений. - М.: Комтехпринт, 2009. - 348 с.
