Сейсмостойкое строительство (стр. 1 из 3)
Введение
Сейсмостойкое строительство, строительство, осуществляемое в районах, подверженных землетрясениям, с учётом воздействия на здания и сооружения сейсмических (инерционных) сил. Наряду с термином "С. с." получил распространение более точный термин "антисейсмическое строительство". Дополнительные требования к объектам, строящимся в сейсмических районах, устанавливаются соответствующими нормами (правилами).
Интенсивность землетрясений в разных странах оценивается по различным сейсмическим шкалам. По принятой в СССР шкале (ГОСТ 6249—52) опасными для зданий и сооружений считаются землетрясения, интенсивность которых достигает 7 баллов и более. В районах, где прогнозируемая максимальная интенсивность землетрясений (сейсмичность, сейсмическая активность) не превышает 6 баллов, проведение специальных антисейсмических мероприятий (при проектировании и строительстве), как правило, не предусматривается. Сейсмичность районов, подверженных землетрясениям, определяется по картам сейсмического районирования. Для уточнения сейсмичности площадки (участка) строительства проводятся соответствующие изыскания (см. Сейсмическое микрорайонирование). строительство в районах с сейсмичностью, превышающей 9 баллов, весьма неэкономично. Поэтому в нормах указания ограничены районами 7—9-балльной сейсмичности. Обеспечение полной сохранности зданий во время землетрясений обычно требует больших затрат на антисейсмические мероприятия, а в некоторых случаях практически неосуществимо. Учитывая, что землетрясения (особенно сильные) происходят сравнительно редко, нормами допускается возможность повреждения элементов конструкций, не представляющего угрозы для безопасности людей или сохранности ценного оборудования.
Степень сейсмического воздействия на здания (сооружения) в значительной мере зависит от грунтовых условий. Наиболее благоприятными в сейсмическом отношении считаются прочные скальные грунты. Сильно выветренные или нарушенные геологическими процессами породы, просадочные грунты, районы осыпей, плывунов, горных выработок неблагоприятны, а иногда и непригодны для устройства оснований сооружений; в тех случаях, когда строительство всё же осуществляется в таких геологических условиях, прибегают к усилению оснований и осуществляют дополнительные мероприятия по сейсмозащите сооружений. Это приводит к значительному удорожанию строительства.
Сейсмостойкость сооружения обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, так и разработкой наиболее рациональных конструктивной и планировочной схем сооружения, специальными конструктивными мероприятиями, повышающими прочность и монолитность несущих конструкций, создающих возможность развития в конструктивных элементах и узлах пластических деформаций, значительно увеличивающих сопротивляемость сооружений действию сейсмических сил. Большое значение для повышения сейсмостойкости сооружений имеет высокое качество строительных материалов и работ.
Содержание
- 1 Сейсмическое нагружение
- 2 Сейсмическая защита
- 3 Сейсмический анализ
- 4 Экспериментальная проверка сейсмостойкости
- 5 Виброконтроль
- 5.1 Сухая кладка стен
- 5.2 Сейсмический амортизатор
- 5.3 Инерционный демпфер
- 5.4 Гистерезисный демпфер
- 5.5 Демпфирование вертикальной конфигурацией
- 5.6 Многочастотный успокоитель колебаний
- 5.7 Приподнятое основание здания
- 5.8 Свинцово-резиновая опора
- 5.9 Пружинный демпфер
- 5.10 Фрикционно-маятниковая опора
- 6 Исследование сейсмостойкости
Сейсмостойкое строительство (earthquake engineering) — это раздел гражданского строительства, который специализируется в области поведения зданий и сооружений под сейсмическим воздействием в виде сотрясений земной поверхности, потери грунтом своей несущей способности, волн цунами.
Сейсмостойкое строительство может рассматривать любой строительный объект как фортификационное сооружение, но предназначенное для обороны от специфического противника — землетрясения. В обоих случаях основной принцип проектирования общий: замедлить или ослабить возможную атаку.
20-этажный жилой дом, упавший при разрушительном землетрясении в Чили, 2010
Taipei 101, самый высокий в мире небоскрёб, оборудованный инерционным демпфером
Сейсмически прочная и массивная Пирамида Кукулькана города Чичен-Ица
Главные задачи сейсмостойкого строительства:
- Понимать, что происходит при взаимодействии строительных объектов с трясущимся основанием.
- Предвидеть последствия возможных толчков.
- Проектировать, возводить и поддерживать в надлежащем состоянии сейсмические объекты
Сейсмически прочное сооружение не обязательно должно быть громоздким и дорогим как, например, Пирамида Кукулькана в городе майя Чичен-Ица.
В настоящее время наиболее эффективным и экономически целесообразным инструментом в сейсмостойком строительстве является вибрационный контроль cейсмической нагрузки и, в частности, сейсмическая изоляция, позволяющая возводить сравнительно легкие и недорогие постройки.
Сейсмическое нагружение
Сейсмическое нагружение (seismic loading) является одним из основных понятий в сейсмостойком строительстве и теории сейсмостойкости и означает приложение колебательного возбуждения землетрясения к различным постройкам.
Величина сейсмической нагрузки в большинстве случаев зависит от:
Гараж в Нортридже после землетрясения 1994 года
Штаб-квартира ООН в Порт-о-Пренс, Гаити после землетрясения 12 января 2010 г.
- Интенсивности, продолжительности и частотных характеристик ожидаемого землетрясения
- Геологических условий площадки строительства
- Динамических параметров сооружения
Сейсмическое нагружение происходит на поверхностях контакта сооружения с грунтом , либо с соседним сооружением , либо с порождённой землетрясением гравитационной волной цунами. Оно постоянно экзаменует сейсмостойкость сооружения и иногда превышает его возможность выстоять без разрушений.
Сейсмическая защита
Наружная антисейсмическая стальная ферма спального корпуса Университета Беркли
Исходя из того, что прочность стали примерно в 10 раз выше, чем у самого качественного бетона и каменной или кирпичной кладки, понятие сейсмостойкость ассоциируется с достаточно прочной постройкой, с мощным стальным каркасом или стенами, способными выстоять расчётное землетрясение без полного разрушения и с минимальными человеческими жертвами. Примером такой постройки может служить изображенный рядом спальный корпус Университета Беркли, усиленный наружной антисейсмической стальной фермой.
Модель 18-этажного здания на сейсмопротекторе
Однако не следует навязывать зданию почти непосильную задачу — сопротивляться сокрушительному землетрясению. Лучше дать этому зданию возможность как бы парить над трясущейся землей. Провозгласить такую цель, конечно, значительно проще, чем достичь её практически.
На фото справа показана модель 18-этажного здания на виброплатформе, на котором проводятся испытания в режиме Нортриджского землетрясения, записанного недалеко от его эпицентра. Блок из четырёх сейсмопротекторов (вид сейсмической изоляции) поможет зданию резко повысить его сейсмостойкость и выдержать сотрясение.
Испытания проводились на мощной виброплатформе (12.2 м на 7.6м) одного из крупнейших в Соединенных Штатах специализированных испытательных полигонов, который принадлежит Университету Калифорния Сан-Диего и входит в национальную систему Сети Имитации Сильных Землетрясений. С помощью этой виброплатформы можно создавать и воссоздавать землетрясения любой амплитуды и частотного спектра сидя за пультом управления.
Сейсмический анализ
Сейсмический анализ или анализ сейсмостойкости является интеллектуальным инструментом в сейсмостойком строительстве, который разбивает эту сложную тему на ряд подразделов для лучшего понимания работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой.
Трехмерная диаграмма сейсмостойкости модели здания.
Анализ сейсмостойкости основывается на принципах динамики сооружений и антисейсмического проектирования. В течение десятилетий, самым распространённым методом анализа сейсмостойкости являлся метод спектров реакции который получил свое развитие в настоящее время.
Однако спектры реакции хороши лишь для систем с одной степенью свободы. Использование пошагового интегрирования с трехмерными диаграммами сейсмостойкости оказываются более эффективным методом для систем со многими степенями свободы и со значительной нелинейностью в условиях переходного процесса кинематической раскачки.
Экспериментальная проверка сейсмостойкости
Экспериментальная проверка сейсмостойкости, или исследование сейсмостойкости, необходимо для понимания действительной работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой. Онa бывает, в основном, двух видов: полевaя (натурнaя) и на сейсмоплатформе.