Сейсмостойкое строительство.
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.
Правильность выбора конструктивных систем и размеров сечений определяется соответствующим расчётом конструкций. Согласно действующим нормам, расчёт сейсмостойких сооружений, как правило, производится по несущей способности и предусматривает нахождение расчётных сейсмических нагрузок. Точно определить величины сейсмических сил и направления их действия на сооружение не представляется возможным, т. к. движение земной коры во время землетрясения зависит от многих факторов, количественная оценка которых возможна лишь при известных допущениях. Применяются различные приближённые методы оценки сейсмических сил. Получивший распространение в 1-й половине 20 в. т. н. статический метод определения сейсмических сил исходит из предположения о том, что сооружение представляет собой абсолютно жёсткое тело, все точки которого имеют сейсмические ускорения, равные ускорению основания, и что, следовательно, развивающиеся в сооружении инерционные силы равны произведениям соответствующих масс на ускорение основания. Более совершенным является динамический метод определения сейсмических сил, применяемый в современной практике проектирования и расчёта сейсмостойких сооружений в СССР, США и других странах. Однако и этот метод предполагает ряд допущений, необходимость которых вызвана главным образом отсутствием надёжной исходной информации о максимальных величинах и законах изменения во времени при землетрясениях основных характеристик движения оснований зданий и других сооружений (смещений, скоростей, ускорений и др.).
Учитывая приближённый характер методов расчётной оценки сейсмостойкости сооружений, нормы вводят ряд обязательных конструктивных ограничений и требований. К их числу относится, например, ограничение размеров зданий в плане и по высоте. Так, высота зданий с кирпичными стенами из кладки 2-й категории (установлены 3 категории сейсмостойкости кладки: 1-я обладает наибольшей прочностью и монолитностью, 3-я — наименьшей), возводимых в районах с 7-балльной сейсмичностью, не должна превышать 4 этажей, а с 9-балльной — 2 этажей. Для кирпичных и каменных стен нормами определены минимальные размеры сечений простенков и расстояний между стенами, требуется обязательное введение поэтажных железобетонных поясов и т. п. Высота зданий, сооружаемых из наиболее надёжных конструкций и материалов (например, каркасных — из стали и железобетона, с монолитными железобетонными стенами), нормами не ограничивается.
Величины сейсмических нагрузок и все конструктивные требования устанавливаются нормами в зависимости от сейсмичности площадки строительства и назначения здания (сооружения). Для большинства зданий их расчётная сейсмичность принимается равной сейсмичности строит. площадки. Для особо ответственных сооружений их расчётная сейсмичность повышается по сравнению с сейсмичностью строительной площадки (как правило, на один балл, что соответствует увеличению сейсмических нагрузок вдвое), а для временных сооружений (например, складов), разрушение которых не связано с человеческими жертвами, — снижается.
5. Плывуны. Борьба с плывунами.
Плывуны - насыщенные водой рыхлые отложения, способные в результате давления вышележащих толщ и других механических воздействий переходить в текучее состояние. Борьба с плывунами сводится к их осушению. При проходке туннелей, горных выработок и др. применяют особые меры защиты их отплывунов (специальные щиты, кессоны, замораживание и т. п.).
Велись работы по строительству Легбергского тоннеля в Швейцарии. Все шло в соответствии с планом постройки. Было пройдено более 1500 м тоннеля. Когда начала работать ночная смена, трудно было предвидеть, что многие из рабочих не вернутся к своим семьям. В ходе работ для того, чтобы убрать камень, встретившийся на пути проходчиков, был произведен небольший взрыв. Вслед за ним, когда рассеялся дым, все увидели, что по пройденной части тоннеля с большой скоростью и со страшным шумом несется какая-то серая масса. Раздались крики ужаса, люди бросились со всех ног от надвигающегося серого потока. Его скорость движения была столь велика, что он быстро настиг и начал поглощать беглецов..
Спастись удалось немногим. Позднее выяснилось, что в тоннель прорвался поток водонасыщенного песка. Он привел к гибели 25 человек и затопил тоннель на расстоянии 1300 м. Пришлось приостановить строительство и изменить трассу тоннеля.
При строительстве цеха судоверфи в долине одной из рек строители стали вскрывать котлован. Когда его глубина достигла 2,5 м, с его стенок начал потоками поступать песок. Он образовал упругую плотную массу. Строители ускорили темп работы. За день ценой больших усилий им удалось достигнуть глубины 3,0 м. Когда они пришли утром, песок заполнил значительную часть котлована.
Замер показал, что выемка вместо 3,0 м имела только 1,8 м. Но все же котлован было нужно отрыть. И вот опять энергичная работа. Из стенок продолжают плыть потоки песка. Время от времени происходит обрушение целых участков откосов котлована. После нескольких часов работу все-таки пришлось остановить. Неожиданно поверхность земли в 10 м от котлована опустилась и стоявший здесь небольшой кирпичный склад с грохотом обвалился.
К вечеру котлован опять был почти до верха заполнен влажным песком. Никаких следов двухдневной работы строителей не сохранилось. По песчаной поверхности, образовавшейся внутри котлована, можно было ходить как по асфальту. Если начинали на ней прыгать, вся масса мокрого грунта приходила в движение и начинала вибрировать. Однако если люди стояли несколько минут неподвижно, то начиналось засасывание. Через 15 мин уже трудно было выдернуть ноги из песка. Это явление получило наименование плывуна.
Плывуны уже в XIX в. обратили на себя внимание производственников. Они затрудняли возведение опор мостов при строительстве Транссибирской магистрали. Много неприятностей они доставили и продолжают доставлять до настоящего времени метростроителям. Грунтоведы и строители детально исследовали это явление. Одни считали плывуны особым типом грунтов, а другие утверждали, что в плывунное состояние могут перейти почти все рыхлые грунты.
В спорах рождается истина. Еще в 20-х годах нашего столетия ученый А. Ф. Лебедев, изучавший это явление, пришел к убедительному выводу о существований двух групп плывунов. Первая из них связана со взвешивающим и гидродинамическим (напорным) воздействием потоков грунтовых вод на частицы грунтов. Их он считал «псевдоплывунами», т. е. ложными плывунами. Вторая группа водонасыщенных грунтов приходит в движение из-за содержания в них тонких коллоидных частиц. Этот вид плывунов он назвал «истинными».