CC BY
498
УДК 699.841+691
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ДЕРЕВЯННЫХ ЗДАНИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В СЕЙСМОАКТИВНЫХ РАЙОНАХ
Ж. В. Иванова
Аннотация
На основании данных, имеющихся в отечественной и зарубежной литературе проанализировано поведение деревянных зданий различного назначения во время сильных землетрясений; рассмотрены различные конструктивные схемы зданий; представлены основные причины разрушения деревянных зданий и выполнен анализ методов повышения их сейсмостойкости. Даны рекомендации по обеспечению сейсмостойкости новых и эксплуатируемых зданий.
Ключевые слова: деревянные здания; землетрясения; анализ
разрушений; уязвимость; методы повышения сейсмостойкости
Введение
Как строительный материал, древесина применяется на протяжении многих веков и является единственным легкодоступным и самовозобновляющимся материалом, а конструкции, выполненные из нее, являются легкими, надежными и долговечными. Тот факт, что древесина представляется собой легкообрабатываемый материал, облегчает и упрощает изготовление деревянных конструкций. Это прочный и относительно легкий материал, обладающий хорошими теплоизоляционными и санитарно-гигиеническими свойствами, что является не маловажным для стен и покрытий жилых малоэтажных домов.
На сегодняшний день деревянные конструкции, изделия и детали занимают от 40 до 80% стоимости материалов в строительстве.
Широкое распространение деревянные конструкции получили в сейсмически активных районах России и за рубежом. 1
1. Анализ поведения деревянных зданий во время землетрясений и причины их разрушений
Как показывает анализ состояния деревянных зданий при сильных землетрясениях, они обладают достаточно высокой сейсмостойкостью. Яркими примерами, иллюстрирующими этот факт, являются поведение японских и китайских пагод при землетрясениях интенсивностью 9 баллов [1]. Конструктивное решение этих пагод предусматривает наличие гибких элементов, роль которых выполняют деревянные колонны, причем
центральная колонна либо подвешивается к потолку, либо крепится к основанию или к перекрытию, работая при этом подобно маятнику.
На протяжении многих десятков лет деревянные дома сибирской рубки были способны выдерживать землетрясения 7, 8 и более баллов, о чем свидетельствует свод сведений о землетрясениях на территориях Удинска-Верхнеудинска-Улан-Удэ [2-3]. Аналогичная ситуация наблюдалась при обследовании более 800 деревянных зданий после землетрясения 1849 г. в г. Верном (Алма-Ата) и во время Итурупского землетрясения 1958 г. [4-5].
Хорошо перенесли землетрясение деревянные здания различных конструктивных решений после Семиреченского землетрясения 1910 г. Ни одно деревянное здание не было разрушено, особенно сейсмостойкими оказались деревянное здание бывшего кафедрального собора высотой 54 м, четырехэтажное здание мельницы, и двухэтажное здание монастыря [67].
Обследование деревянных зданий после Кемино-Чуйского землетрясения 1938 г. и Фукуйского землетрясения 1948 г. показало, достаточно хорошую сопротивляемость деревянных зданий каркасного типа сейсмическим воздействиям. Результаты анализа состояния щитовых домов после землетрясения в Сан-Фернандо (США, Калифорния) показали, что эти здания практически не получили повреждений. Аналогичная ситуация наблюдалась при поведении одноэтажных дачных домов во время землетрясения 1995 г. в г. Нефтегорске и др.
Анализ объемно-планировочных и конструктивных решений рассмотренных деревянных зданий показал их большое разнообразие. Это и рубленные (бревенчатые, брусчатые) и каркасно-рубленные, каркасные (с деревянным несущим каркасом), сборно-щитовые дома и др. Приведенные примеры подтверждают распространенное мнение о высокой сопротивляемости деревянных зданий и сооружений сейсмическим воздействиям. Однако разрушительные землетрясения, произошедшие за последние десятилетия в разных странах мира (Бурятия -1963г., 1995 г.; Япония - 1978 г., 1995 г.; США - 1989 г., 1994 г. и др.), показали несостоятельность утверждения об априорной сейсмостойкости деревянных зданий. Оценка результатов обследований зданий, выполненных из древесины, свидетельствует о том, что наряду с другими конструкциями, они также могут иметь серьезные повреждения, вызванные различными причинами. Так в рубленых и бревенчатых зданиях наблюдается появление трещин в углах отдельных домов, а также возможны: сдвиг здания с фундамента; сильные деформации (перекос сруба, нарушение пазов между бревнами, вырывание рам) и др.
В сборно-щитовых домах серьезные повреждения происходят из-за: сдвиговых деформаций; выпадения стен из щитов; раскрытия швов между
щитами; недостаточно жесткой связи с основанием; отсутствия в уровне перекрытий антисейсмических поясов и др.
Существенное влияние на сейсмостойкость деревянных зданий оказывают процессы гниения, происходящие в деревянных конструкциях, неблагоприятное состояние грунтового основания, неудовлетворительное состояние конструкции фундамента и т.п.
Анализ существующих в настоящее время конструктивных решений деревянных зданий показал, что наибольшее распространение в отечественном и зарубежном строительстве, получили здания каркасного типа, обладающие такими преимуществами как высокая сборность, низкая стоимость, возможность решения различных объемнопланировочных и архитектурных форм.
Серьезные повреждения в этих зданиях происходят из-за: недостаточно жесткой связи с основанием; недостаточной жесткости гибкого нижнего этажа; недостаточности сечения несущих стоек; отсутствия в конструкциях диагональных связей; недостаточной прочности узловых соединений и др.
2. Методы повышения сейсмостойкости деревянных зданий различных конструктивных схем и материала
2.1. Мероприятия общего и объемно-планировочного характера
На сегодняшний день в странах, где издавна древесина применяется в сейсмических районах (Япония, Китай, США, Канада, Россия и др.) известны антисейсмические мероприятия, повышающие сейсмостойкость зданий и деревянных конструкций [8]. Надо отметить, что эти мероприятия как объёмно-планировочного, так и конструктивного характера в первую очередь должны обеспечивать пространственную и плоскостную жёсткость конструкции, надёжную связь самого здания с фундаментов, а также достаточно прочную взаимосвязь между самими конструкциями и их элементами. Причём общая пространственная жёсткость в деревянных зданиях может достигаться посредствам следующих мероприятий:
• планировка здания должна предусматривать введение достаточного количества продольных и поперечных стен, расположенных повозможности симметрично относительно главных осей и на ограниченных, равных или близких друг от друга расстояниях;
• крепление стен и стоек к фундаменту должно быть достаточно надёжным;
• повышение общей жёсткости стен и перекрытий в своей плоскости, усиления связи между стенами и перекрытиями, а также связанности между собой элементов стен и перекрытий;
• наличие более низкой и лёгкой крыши;
• повышения пространственной жёсткости и связи со стенами.
Кроме того, все проектируемые, возводимые и эксплуатируемые деревянные здания в районах и на строительных площадках с сейсмичностью 7-9 и более баллов должны соответствовать действующим общестроительным и антисейсмическим нормативным требованиям, направленных на обеспечение их долговечности и надёжности. Ёще одним из важнейших и обязательных требований, которые предъявляются к деревянным конструкциям и зданиям, является высокое качество их возведения и эксплуатации, а также выполнение антисептирования и противопожарной обработки древесины [8].
Учитывая эти мероприятия необходимо помнить, что при строительстве деревянных зданий в сейсмических районах любые деревянные постройки (например, рубленные, каркасные) могут возводиться высотой в 2 этажа, а сборно-щитовые только в один этаж, причём высота этажей не должна превышать 3,2 м. Расстояние между поперечными стенами принимают равным 6-8 м во избежание стыков брёвен в пролётах, а расстояние между продольными стенами назначают не более 5-6 м. В тех случаях, когда расстояния превышают перечисленные необходимо устраивать дополнительные меры, которые повышают общую пространственную жёсткость, связь между стойками и перекрытиями и др., например, путем устройства коротышей. Конструктивные мероприятия, обеспечивающие сейсмостойкость деревянных зданий, зависят от применяемой конструкции остова [9].
2.2. Конструктивные мероприятия
Во всех типах фундаментов, применяемых под деревянные здания, в местах опирания на них надземной части, необходимо наличие противосдвиговых и других мер, обеспечивающих прочность и неизменность этого соединения.
Стены, выполненные из древесины, всех видов (рубленные, щитовые, каркасные) конструктивно должны быть замкнутыми вверху и внизу по всему контуру.
Сейсмостойкость зданий с рублеными бревенчатыми и брусчатыми стенами обеспечивается за счёт постановки надёжной связи в местах примыкания и сопряжения стен путём установки связей или рубкой стен "с остатком" не менее 35 см, а в одноэтажных строениях допускается - 25 см, в то время как обычная рубка не даёт гарантии прочности и жёсткости сопряжений; прочного крепления вертикальных конструкций между собой, обеспечивающееся за счёт усиления верхних венцов в углах здания и т.д.
При проектировании сборно-щитовых домов для сейсмических районов необходимо соблюдать следующие общие требования:
обеспечение пространственной жёсткости коробки здания в целом; центрирование нижней обвязки относительно фундамента и надёжная связь с ним и т.п.
Сейсмостойкость каркасных зданий может создаваться за счет использования в качестве заполнителя стен легких материалов, постановки раскосов и косой обшивки в плоскости стен, обеспечения прочной и неизменной связи с фундаментом, соединения элементов каркаса между собой и др.
3. Заключение
Представленный анализ данных о поведении деревянных задний во время землетрясений и методов повышения их сейсмостойкости позволяет использовать этот материал для составления каталога сейсмической уязвимости деревянных зданий. Согласно рекомендаций, выпущенных НТЦ по сейсмостойкому строительству [10] деревянные зданий по конструктивным типам делятся на рубленные полностью (тип Д1), каркасно-рубленные (тип Д2), каркасные с заполнением и каркаснощитовые (тип Д3), бескаркасные сборно-щитовые (тип Д4). Однако, приведенные в рекомендациях вопросы для оценки сейсмостойкости деревянных зданий в большей степени совпадают с антисейсмическими мероприятиями рубленных и не в полной мере каркасно-рубленных зданий. Учитывая некоторые различия в существующих методах повышения сейсмостойкости деревянных зданий различных конструктивных типов, более целесообразным представляется составление раздельных опросников для всех основных типов деревянных зданий с учетом пунктов, разработанных в качестве дополнения к критериям оценки сейсмической уязвимости деревянных зданий [11].
Библиографический список
1. Арнольд К., Рейтерман Р. Архитектурное проектирование сейсмостойких зданий / Пер. С англ. Л. Л. Пудовкиной; Под ред. С. В. Полякова, Ю. С. Волкова. - М.: Стройиздат, 1987. - 195 с.: ил. - Перевод. изд.: Building Configurarion and Seismic Design / C. Arnold, R. Reitherman. - New York/ John Wiley & Sons, Inc., 1982.
2. Демин Э.В. Свод сведений о землетрясениях Удинска-Верхнеудинска-Улан-Удэ. - «ДиалогСибирь», 1997. - 75 с.
3. Демин Э.В., Татьков Г.И. Последствия землетрясений на территории Республики Бурятия (1957-1995 г.г.) - ТОО «ОЛЗОН» при БНЦ СО РАН, 1996. - 120 с.
4. Поляков С.В. Последствия сильных землетрясений. - М.: Стройиздат, 1978. -
311 с.
5. Федотов С. А. Макросейсмическое описание Иркутского землетрясений 7 ноября 1958 г. // "Вопросы инженерной сейсмологии", вып. 5. Труды Института Физики Земли АН СССР, № 17 (184), 1961.
6. Цшохер В. О., Быховский В. А. Антисейсмическое строительство. - М., 1937,
103 с.
7. Белинская Т. И., Турков А. В., Хапин А. В. Обоснование целесообразности применения деревянных конструкций в сейсмостойком строительстве. / Сейсмостойкие конструкции зданий и сооружений в Киргизии. Сб. и. тр., Фрунзе, 1990 г., с. 32-35.
8. ТСН. Указания по антисейсмическим мероприятиям в деревянных конструкциях и зданиях, возводимых в республики Бурятия.БурТСН-4-02. МИНСТРОЙЖИЛКОМХОЗ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ. - Улан-Удэ, 2002. - 50 с.
9. Шевцов К. К. Проектирование зданий для районов с особыми природноклиматическими условиями. - М.: «Высшая школа». - 1986. - С. 232.
10. Методическое пособие по паспортизации зданий и сооружений в сейсмоопасных районах (2-я ред.). Госстрой России, НТЦСС. - Петропавловск-Камчатский. - 1996. - 64 с.
11. Анализ сейсмической уязвимости деревянных зданий и рекомендации по обеспечению их надежности и безопасности. НТО. - Санкт-Петербург,: ПГУПС. -2000. - 31 с.
