Немалая часть территории России располагается в зоне возможных сейсмических воздействий. Хотя общая сейсмическая обстановка характеризуется умеренными значениями, в северокавказском, дальневосточном, южносибирском регионах интенсивность землетрясений может достигать 9 баллов по 12-балльной шкале, а в отдельных зонах европейской части России – до 7 баллов.
С целью обеспечения безопасности зданий и сооружений при воздействии сейсмических нагрузок был разработан СП «Здания сейсмостойкие и сейсмоизолированные. Правила проектирования» с требованиями к разработке проектов нового строительства, реконструкции и усиления существующих конструкций в районах с сейсмичностью до 9 баллов.
Сейсмические воздействия
Колебания грунтового массива, возникшие в результате природных явлений или факторов техногенного происхождения, которые привели к перемещению или деформации зданий или сооружений называются сейсмическими воздействиями. К природным явлениям относятся землетрясения различной силы, тектонические сдвиги блоков земной коры, приливы и отливы, ураганы. Техногенными факторами являются промышленные взрывы, движение тяжелых транспортных средств, работа технологического оборудования, деятельность горнорудных предприятий. Количественные характеристики сейсмических воздействий оцениваются для определенного периода их повторяемости и могут выражаться в баллах или характеристиках колебаний – скорости, ускорения, смещения.
При проектировании зданий в сейсмических районах для обеспечения их безопасности предусматриваются системы сейсмоизоляции, представляющие собой комплекс конструктивных мероприятий, позволяющих повысить гибкость и периоды собственных колебаний сооружения, увеличивающих поглощение энергии сейсмических колебаний.
Разработка проектной документации на здания с системой сейсмоизоляции производится в соответствии с характеристиками сейсмичности региона расположения объекта, принятого согласно комплекта карт общего сейсмического районирования территории Российской Федерации, на основании результатов инженерно-геологических изысканий на участке и с учетом назначения здания, его конструктивных решений, геометрических и физических показателей, а также характеристик конструктивных элементов объекта проектирования.
Основными требованиями к проектам зданий и сооружений, возводимых в сейсмоопасных регионах, являются:
- требование отсутствия обрушения – проект здания или сооружения должен быть выполнен таким образом, чтобы проектируемый объект смог воспринять сейсмическое воздействие расчетной величины без локальных разрушений и общего обрушения, сохранив при этом конструктивную целостность и остаточную несущую способность;
- требование ограничения ущерба - проектирование зданий и сооружений в сейсмических районах должно выполняться таким образом, чтобы объект смог воспринять сейсмическое воздействие расчетной величины без наступления недопустимого ущерба и принятых ограничений эксплуатации.
Эти требования должны выполняться безусловно и с требуемым уровнем надежности.
Методы сейсмостойкого строительства
При землетрясении опасными факторами для зданий и сооружений становятся горизонтальные смещения грунтовых пластов, а также глубина, на которой располагается эпицентр. Конструкции обычных строений на поперечные усилия, действующие в горизонтальной плоскости, не рассчитываются вследствие чего разрушаются от сейсмических нагрузок. Максимальный урон землетрясения наносят каркасно-панельным и кирпичным зданиям.
Избежать разрушительных последствий землетрясения способны сейсмостойкие сооружения, обладающие усиленной конструкцией. Существует немало технических решений этой задачи, но самым надежным считается стальной каркас, обладающий устойчивостью к сейсмическим воздействиям за счет пластичности стали и податливости узловых соединений конструкций каркаса. Повышение степени сейсмоустойчивости достигается путем совершенствования конструкции узлов соединения колонн каркаса и фундаментов. Существующие принципы проектирования сейсмостойких зданий предполагают возможность использования других методов, а также их комбинаций, в частности:
- применение связевых или рамно-связевых каркасов, которые благодаря свободным болтовым соединениям обеспечивают устойчивость конструкций к воздействию внешних динамических нагрузок и соответственно достаточно высокую степень сейсмостойкости;
- использование дополнительных креплений фундаментов с использованием болтов и стальных крепежей, что позволяет снизить влияние горизонтальных колебаний грунта;
- проектирование зданий с подвесными этажами, где этажные конструкции подвешиваются к мощному ядру жесткости через промежуточные элементы. При такой схеме сейсмические нагрузки на фундамент воспринимает ядро жесткости;
- использование динамических гасителей колебаний (ДГК), позволяющих снизить амплитуду колебаний строения, например установку между фундаментом здания и его опорными конструкциями стальной пружины, дающей возможность погасить колебания определенной частоты. Другие варианты ДГК могут использовать подвешивание внутри здания тяжелого маятника – инерционной массы, компенсирующей горизонтальные смещения или усложненной конструкции, где маятник при помощи шарнира соединен с пружинным гасителем колебаний и демпфирующим устройством;
- применение демпфирующих устройств в связях во всех конструктивных элементах строения, включая фундамент. Демпфер – устройство, предназначенное для гашения колебаний, встроенное непосредственно в несущий конструктив здания. Выбор типа демпфера производится исходя из конкретных проектных решений. Демпферы бывают:
- инерционными, предназначенными для снижения амплитуды механических колебаний здания, вызванных землетрясением, и представляющими собой блоки из бетона или стали, соединенными с конструкцией здания тросами или пружинами;
- гистерезисными, предназначенными для стабилизации строения при землетрясении за счет перевода сейсмических воздействий в тепловую энергию. Гистерезисные демпферы могут быть сухого трения, а также вязкоупругими жидкостными, твердыми или металлическими;
- фрикционными линейными или вращательными, которые гасят колебания за счет преобразования энергии вибрации здания в тепловую энергию. Демпферы такой конструкции долговечны и не требуют замены после землетрясения;
- металлическими упругими, поглощающими за счет собственной гибкости основную часть энергии вибрации здания, но требующими замены после афтершоков землетрясения.
Существует много различных видов и конструкций демпферов и их выбор производится при проектировании сейсмостойких зданий в зависимости от конкретной конструкции объекта.
Кто разработает проект сейсмостойкого здания
Разработка проектной документации на сейсмостойкое здание или сооружение – сложная инженерная задача, требующая знания методики расчетов и владеющих программным обеспечением, позволяющим определить величину сейсмических воздействий на конструкции строения. В Северо-Кавказском, Приволжском, Южном, Центральном федеральных округах, городах Севастополе и Екатеринбурге услуги проектирования жилых зданий в сейсмических районах предоставляет архитектурно-проектное бюро «Основа» https://osnova.org.ru, по проектам которой построено не одно сейсмостойкое здание. Качество проектов АПБ «Основа» подтверждается положительными заключениями экспертизы и позитивными откликами заказчиков.
