9.5. ПОВЫШЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ РЕГИОНА. Фундамент сейсмоустойчивый

9.5. ПОВЫШЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ РЕГИОНА. Универсальный фундамент Технология ТИСЭ

9.5. ПОВЫШЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ РЕГИОНА

Из газеты "Строительный эксперт", декабрь 1998 г., №23

"…Особенно остро проблемы, связанные с надежностью домов, возникают при строительстве в районах с повышенной сейсмической активностью. Для России — это Дальний Восток и Северный Кавказ. Для многих стран СНГ сейсмические районы — это вся их территория или существенная её часть.

Взять под квалифицированный контроль всё индивидуальное строительство, конечно, невозможно. Другой путь — создание весьма привлекательных строительных технологий, позволяющих в любых условиях обеспечить высокий запас надежности возводимых зданий с комфортным проживанием в них… К такой технологии можно отнести ТИСЭ…."

Нас интересует природа землетрясений, их физические параметры и степень влияния на сооружения.

Основными причинами землетрясений являются перемещения блоков и плит земной коры. По сути, кора Земли — это плиты, плавающие на поверхности жидкой магматической сферы. Приливные явления, обусловленные притяжением Луны и Солнца, беспокоят эти плиты, отчего по линиям их стыка накапливаются высокие напряжения. Достигая критической величины, эти напряжения сбрасываются в виде землетрясений. Если очаг землетрясения находится на материке, то в эпицентре и вокруг него возникают сильные разрушения, если же эпицентр находится в океане, то перемещения коры вызывают цунами. В зоне больших глубин это еле заметная волна. У берега её высота может достичь десятков метров!

Нередко причиной колебаний грунта могут быть местные оползни, сели, провалы техногенного характера, вызванные созданием полостей (горные выработки, забор воды из артезианских скважин…).

В России принята 12–балльная шкала оценки силы землетрясения. Главным признаком здесь является степень повреждения зданий и сооруж<ений. Районирование территории России по балльному принципу приводится в строительных нормах (СНиП II -7-81).

Почти 20% территории нашей страны находится в сейсмически опасных зонах с интенсивностью землетрясений 6 — 9 баллов и 50% подвержены 7 — 9 -балльным землетрясениям.

С учетом того, что технологией ТИСЭ интересуются не только в России, но и в странах СНГ, приводим карту районирования России и соседних стран, находящихся в сейсмически активных зонах (рис. 181).

Рис. 181. Карта сейсмического районирования России и соседних стран

На территории нашей страны выделяют следующие сейсмически опасные зоны: Кавказ, Саяны, Алтай, Прибайкалье, Верхоянск, Сахалин и Приморье, Чукотка и Корякское нагорье.

Строительство в сейсмически опасных зонах требует применения конструкций увеличенной прочности, жесткости и устойчивости, что вызывает удорожание строительства в 7–балльной зоне на 5%, в 8–балльной — на 8% и в 9–балльной — на 10%.

Некоторые особенности сейсмических нагружений элементов здания:

— при землетрясении здание подвергается воздействию волн нескольких типов: продольных, поперечных и поверхностных;

— наибольшие разрушения вызывают горизонтальные колебания земли, при них разрушающие нагрузки носят инерционный характер;

— наиболее характерные периоды колебаний почвы лежат в диапазоне 0,1 — 1,5 сек;

— максимальные ускорения составляют 0,05 — 0,4 g, причем наибольшие ускорения приходятся на периоды 0,1 — 0,5 сек, чему соответствуют минимальные амплитуды колебаний (около 1 см) и максимальные разрушения зданий;

— большому периоду колебаний соответствуют минимальные ускорения и максимальные амплитуды колебаний почвы;

— снижение массы конструкции ведет к снижению инерционных нагрузок;

— вертикальное армирование стен здания целесообразно при наличии горизонтальных несущих слоев в виде, например, железобетонных перекрытий;

— сейсмоизоляция зданий — наиболее перспективный способ повышения их сейсмоустойчивости.

Это интересно

Идея сейсмоизоляции зданий и сооружений возникла в далекой древности. При археологических раскопках в Средней Азии были обнаружены под стенами зданий Хека камышитовые маты. Аналогичные конструкции применялись в Индии. Известно, что землетрясение 1897 г. в районе Шиллонга разрушило почти все каменные здания, кроме тех, которые были построены на сейсмоамортизаторах, хотя и примитивной конструкции.

Строительство зданий и сооружений в сейсмоактивных регионах требует выполнения сложных инженерных расчетов. Сейсмостойкие строения, возводимые индустриальными методами, проходят глубокие и всесторонние проработки и сложные расчеты с привлечением большого числа специалистов. Индивидуальному застройщику, решившему построить свой домик, такие дорогостоящие методы недоступны.

Технология ТИСЭ предлагает повышение сейсмоустойчивости зданий, возводимых в условиях индивидуального строительства, сразу по трем направлениям: снижение инерционных нагрузок, повышение жесткости и прочности стен, а также введение механизма сейсмоизоляции.

Высокая степень пустотности стен позволяет значительно снизить инерционные нагрузки на здание, а наличие сквозных вертикальных пустот дает возможность вводить вертикальное армирование, органично вписанное в конструкцию самих стен. По иным технологиям индивидуального строительства это выполнить довольно сложно.

Механизмом сейсмоизоляции является столбчато–ленточный фундамент, возведенный по технологии ТИСЭ.

В качестве вертикальной арматуры фундаментного столба используется пруток диаметром 20 мм из углеродистой стали, который проходит через ростверк. Пруток имеет гладкую поверхность, покрытую гудроном. Снизу он снабжен законцовкой, заделанной в тело столба, а сверху — законцовкой, выступающей из ростверка и снабженной резьбой М20 под гайку (патент РФ № 2221112 от 2002 г.). Сама опора входит в массив ростверка на 4…6 см (рис. 182, а).

Рис. 182. Сейсмоизолирующий фундамент с центральным прутком: А — нейтральное положение опоры фундамента; Б — отклоненное положение опоры фундамента; 1 — опора; 2 — пруток; 3 — законцовка нижняя; 4 — гайки; 5 — ростверк; 6 — полость с песком; 7 — отмостка; 8 — направления колебаний грунта

После бетонирования вокруг каждой из опор тем же фундаментным буром делают три–четыре полости глубиной 0,6…0,8 м и заполняют их или песком, или смесью песка с керамзитом, или шлаком. В песчаном грунте такие полости можно не выполнять.

По окончании строительства гайки прутков затягиваются тарированным ключом. Так в зоне стыка столба с ростверком создается "упругий" шарнир.

При горизонтальных колебаниях почвы столбы отклоняются относительно упругого шарнира, пруток растягивается, при этом ростверк со зданием по инерции остаются неподвижными (рис. 182, б). Упругость почвы и прутков возвращает столбы в исходное вертикальное положение. В течение всего срока эксплуатации здания к узлам натяжения арматуры столбов должен быть обеспечен свободный подход как по внешнему периметру дома, так и под внутренними силовыми стенами. После завершения строительства и после значительных сейсмических колебаний затяжку всех гаек восстанавливают тарированным ключом (М = 40 — 70 кг/м). Такой вариант сейсмо–изолирующего фундамента можно считать в какой?то степени индустриальным, так как он включает прутки и гайки, которые проще изготовить на производстве.

Технологией ТИСЭ предусмотрено выполнение сейсмоизолирующих опор и более демократичным способом, доступным застройщикам с ограниченными производственными возможностями. В качестве армирующего упругого элемента используют две скобы из прутка арматуры диаметром 12 мм с загнутыми законцовками (рис. 183). Средняя часть ветвей арматуры на длине около 1 м смазывается гудроном или битумом (в равном удалении от краев), чтобы исключить сцепление арматуры с бетоном. При сейсмических колебаниях почвы прутки арматуры в средней своей части растягиваются. При горизонтальных смещениях почвы в 5 см арматура растягивается на 3…4 мм. При длине зоны растяжения 1 м в арматуре возникают напряжения 60…80 кг/мм2, что лежит в зоне упругих деформаций материала арматуры.

Рис. 183. Сейсмоизолирующий фундамент с арматурными скобами: 1 — опора; 2 — скоба; 3 — ростверк; 4 — полость с песком

При строительстве дома в сейсмоактивных зонах гидроизоляцию по соединению ростверка со стенами не делают (для исключения их относительного смещения). По технологии ТИСЭ гидроизоляцию выполняют по стыку ростверка с фундаментными столбами (два слоя рубероида на битумной мастике).

При строительстве смежных сооружений, крыльца, элементов отмостки и т. п. следует постоянно обращать внимание на то, чтобы лента фундамента не касалась их своей боковой поверхностью. Зазор между ними должен быть не менее 4 — 6 см. При необходимости допускается подобный контакт (с крыльцом, каркасом легких щитовых пристроек, веранды) из соображения, что после разрушения землетрясением они будут восстановлены.

Это не фундамент, но…

При строительстве в сейсмоакивных районах применение кровли из глиняной или пескобетонной черепицы должно быть обоснованным.

Многие японские дома индивидуальной постройки, имеющие легкий каркас, покрыты добротной глиняной черепицей. В условиях плотной японской застройки такие дома хорошо переносят тайфуны. Однако при землетрясении под тяжестью черепичной крыши дом рушится, погребая жителей под своей непомерной тяжестью.

В настоящее время на строительном рынке появилось много "легких" кровельных материалов, хорошо имитирующих черепицу. Легкая кровля — это минимальные инерционные нагрузки для соединения крыши со стенами и исключение обрушения кровли от излишнего ее веса.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

diy.wikireading.ru

Сейсмостойкость фундаментов

Самое опасное для фундамента – глубинные подвижки и сейсмические встряски нижних слоев грунта, их тиктанические разломы, которые являются, может быть, редко, но свое присутствие не отменили.

Cлабые колебания 1-2 балла не смогут разрушить или повредить здания или сооружения. Но и они опасны, так как способны воздействовать на местное состояние грунта: от детонации могут возникнуть смещение или оседание, вспучивание, что, в свою очередь, повлечет за собой обрушивание склонов холмов и оврагов, оползни, сели и лавины.

Чаще всего перемещение грунтов на склонах проходит как бы исподволь, то есть под верхним почвенным слоем, скрепленным корнями растительности. Слабые пласты грунта могут либо

осесть на нижние, либо приподняться, образуя при этом провалы, оползни, оседают фундаменты зданий и сооружений, деформируется основание построек.

процессами тектонического порядка. Эти всплески удары распространяются от точки сдвига, наплыва, разлома на громадные пространства в виде детонационных отзвуков и полос.

Нередко причиной колебаний грунта могут быть местные оползни, сели, размывы овражий, оврагов, крутых и пологих склонов холмов и берегов водоемов – рек, озер и даже сельских прудов. К тому же, верхние слои земли могут быть настолько подвижны, что смещают вниз и вверх ограды, деревья и даже строения. Многие глины ведут себя непогодно: они то усыхают, то разбухают, отчего верхние слои земли словно дышат, опускаются то вниз по склону, то вверх… От таких сотрясений больше всего разрушаются деревянные и каменные одноэтажные дома. Разумеется, на все здания очень сильно влияет землетрясение.

Например, в случае очень слабого грунта может быть выгодным устройство сплошного железобетонного фундамента на свайном основании. Следует отметить, что свайные основания являются одним из наиболее надежных типов для местностей, подверженных землетрясениям, так как связывают здание с более плотными глубоко лежащими слоями грунта.

В случае очень глубокого залегания твердого грунта здание может быть основано на сплошном железобетонном фундаменте, при этом необходимо опустить подошву последнего так, чтобы нагрузка от здания равнялась давлению прилегающих частей грунта, дабы избежать перемещения и выдавливания его из-под здания во время землетрясения.

При быстром передвижении фундамента в первый момент землетрясения нижняя часть здания принимает участие в этом движении, тогда как верхняя по свойству инерции остается на месте. При этом в остове здания возникают перерезывающие усилия, имеющие максимум у фундамента, и изгибающие усилия, достигающие максимума в точке покоя.

значительно: разрушаются остовы стен по направлению движения волн. И если в таких стенах данной конструкции нет соединительных связей – анкеров, то есть металлических связей, – разрушения будут большими. Поэтому хорошо выдерживают волнообразный напор стихии только те каменные здания, стены которых усилены металлическими связями.

www.vusnet.ru

Фундаменты при сейсмических воздействиях - Фундаменты

Навигация:Главная → Все категории → Фундаменты

Фундаменты при сейсмических воздействиях

Сейсмическими явлениями или землетрясениями называют колебательные движения земной коры в результате проявления внутренних сил земли. Землетрясения вызывают колебания зданий и сооружений и появление сил инерции. Колебания и силы инерции называют сейсмическими‘воздействиями.

Следствием сейсмических воздействий являются деформации и перемещения отдельных конструкций, а также частичное или полное разрушение зданий. Сейсмические воздействия учитываются при 7…9 баллах. При 10 баллах строительство разрешается в исключительных случаях со специальным обоснованием.

Балл сейсмичности для данного типа здания устанавливается по району строительства с учетом дополнительного микрорайонирования, выполняемого на основании специфики инженерно-геологических условий на строительной площадке.

Расчет фундаментных конструкций и их оснований выполняют на основное и особое сочетание нагрузок, причем в последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка. Расчетную сейсмическую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При динамическом расчете учитывают массу отдельных элементов здания, сейсмичность района, формы собственных колебаний, особенности колебаний сооружения, тип грунтовых условий, конструктивное решение сооружения и характер допускаемых повреждений и дефектов. После получения сейсмических нагрузок на основании принципа Даламбера проводят статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и статической нагрузки.

При проектировании и строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов в грунтах I и II категорий назначают как для несейсмических районов, но не менее 1 м; грунты III категории требуют предварительного искусственного улучшения.

Фундаменты зданий и их отдельных отсеков рекомендуется закладывать на одном уровне во избежание изменения частоты собственных колебаний. В зданиях повышенной этажности следует увеличивать глубину заложения с помощью устройства дополнительных подземных этажей.

При прохождении сейсмических волн поверхность грунта может испытывать растяжение и сжатие в различных направлениях, что может вызвать подвижку фундаментов относительно друг друга, поэтому для исключения подвижки и устойчивости фундаментов рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или непрерывные фундаменты из перекрестных лент (рис. 14.3, а), устраиваемых в сборном или монолитном варианте. Для усиления сборных фундаментов по верху подушки укладывают арматурные сетки и устраивают перевязку блоков в углах и пересечениях, а при сейсмичности 9 баллов армируют все сопряжения стен подвалов. Фундаменты каркасных зданий допускается устанавливать на отдельные фундаменты, которые соединяются друг с другом железобетонными вставками (рис. 14.3, б).

При использовании свайных фундаментов необходима жесткая заделка свай в непрерывный ростверк для воспринятая горизонтальных усилий, возникающих при землетрясениях, при этом следует стремиться опирать нижние концы свай на плотные грунты. Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий работы, при расчете несущей способности основания по боковой поверхности и под острием сваи.

Рис. 14.3. Схемы фундаментов в сейсмических районах

Самыми неблагоприятными основаниями являются водонасыщенные пески,, способные разжижаться в условиях сейсмических воздействий и приводить к провальным осадкам зданий, поэтому их следует использовать в качестве оснований только после предварительного уплотнения вибрированием, песчаными сваями или каким-либо другим способом.

Проектирование и устройство фундаментов с учетом сейсмических воздействий гарантируют сохранность сооружения при условии, если и надземная часть здания возведена с учетом данных воздействий.

Похожие статьи:Основания под фундаменты зданий и сооружений

Навигация:Главная → Все категории → Фундаменты

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

stroy-spravka.ru

Полезная модель относится к строительству, а именно, к фундаментам, возводимым в сейсмических районах. Сейсмоустойчивый фундамент содержит верхние опоры и нижнюю плиту, между которыми расположены катковые элементы. Верхние опоры выполнены в виде колонн с круглым поперечным сечением, каждая из которых размещена внутри кольцевого ограничителя. Ограничители зафиксированы на нижней плите и заполнены Катковыми элементами в виде стальных шаров. Между каждой колонной и соответствующим ограничителем равномерно по окружности расположено, по меньшей мере, три упругих элемента. Полезная модель позволяет упростить конструкцию и повысить мобильность фундамента. 2 з.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к строительству, а именно, к фундаментам, возводимым в сейсмических районах.

Известен сейсмоустойчивый фундамент, содержащий снабженные упругими элементами верхние опоры и нижнюю плиту, между которыми расположены катковые элементы (см. патент SU 1794999, кл. E02D 27/34, опубл. 15.02.1993). Недостатками известного фундамента являются сложность и недостаточная надежность конструкции.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении мобильности фундамента. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что сейсмоустойчивый фундамент содержит снабженные упругими элементами верхние опоры и нижнюю плиту, между которыми расположены катковые элементы, верхние опоры выполнены в виде колонн с круглым поперечным сечением, каждая из которых размещена внутри кольцевого ограничителя, зафиксированного на нижней плите и заполненного катковыми элементами в виде стальных шаров, причем между каждой колонной и соответствующим ограничителем равномерно по окружности расположено, по меньшей мере, три упругих элемента. Нижнюю поверхность верхних опор и верхнюю поверхность нижней плиты внутри ограничителей целесообразно снабдить стальными пластинами. Диаметр стальных шаров предпочтительно составляет 2-3 мм.

На фиг.1 представлен элемента предлагаемого фундамента, вид сбоку;

На фиг.2 - вид сверху.

Сейсмоустойчивый фундамент содержит нижнюю плиту 1 и расположенные на ней верхние опоры в виде колонн 2 с круглым поперечным сечением, на которых устанавливается здание. На нижней плите зафиксированы кольцевые ограничители 3, внутри которых на стальной пластине 4 расположены стальные шары 5 диаметром 2-3 мм таким образом, чтобы обеспечить их беспрепятственное качение внутри ограничителя 3. Колонны 2, нижняя часть которых также снабжена стальной пластиной 6, расположены в центре пространства внутри ограничителей 3 и имеют возможность перемещаться внутри них, перекатываясь по шарам 5. Между каждой колонной 2 и соответствующим ограничителем равномерно по окружности расположено, по меньшей мере, три упругих элемента 7, например, пружины.

Круглая форма колонн 2 и ограничителей 3 позволяет обеспечить необходимый зазор для перемещения, одинаковый во всех направлениях, что исключает возможность возникновения ударных воздействий на угловые элементы (как в прототипе). Возврат колонн 2 в исходное положение может быть обеспечен тремя упругими элементами, однако возможна установка и большего их числа (на фиг.2 изображен вариант с установкой четырех элементов 7). Стальные пластины и шары имеют высокую прочность, что обеспечивает минимизацию коэффициента трения качения при невысокой стоимости. Диаметра шаров в 2-3 мм достаточно для установки на фундаменте среднестатистического жилого здания.

При возникновении сейсмической активности колонны 2 перекатываются в ограничителях 3, снижая механическое нагрузки на здание. Поскольку каждая колонна независимо перемещается в собственном ограничителе, вся конструкция легче откликается на внешнее воздействие и легче занимает исходное положение. При этом могут быть использованы менее мощные упругие элементы (пружины). Кроме того, разрушение одной пары элементов 2-3 не влияет на функционирование всей конструкции.

Если нагрузка на колонну 2 составляет 1000 тонн (современные здания и сооружения весят десятки тысяч тонн), то из-за низкого коэффициента трения, чтобы вернуть колонну в центр при сдвиге, необходимо усилие всего в 1 тонну. Предлагаемый фундамент позволяет защитить как жилые дома, так и мосты, стадионы, атомные станции и т.д. от землетрясений силой до 9-10 баллов по шкале Рихтера.

1. Сейсмоустойчивый фундамент, содержащий снабженные упругими элементами верхние опоры и нижнюю плиту, между которыми расположены катковые элементы, отличающийся тем, что верхние опоры выполнены в виде колонн с круглым поперечным сечением, каждая из которых размещена внутри кольцевого ограничителя, зафиксированного на нижней плите и заполненного катковыми элементами в виде стальных шаров, причем между каждой колонной и соответствующим ограничителем равномерно по окружности расположено, по меньшей мере, три упругих элемента.

2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что нижняя поверхность верхних опор и верхняя поверхность нижней плиты внутри ограничителей снабжены стальными пластинами.

3. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что диаметр стальных шаров составляет 2-3 мм.

poleznayamodel.ru

Сейсмостойкость фундаментов

Самое опасное для фундамента - глубинные подвижки и сейсмические встряски нижних слоев грунта, их тиктанические разломы, которые являются, может быть, редко, но свое присутствие не отменили. Например, такая опасность имеется даже в Подмосковье и в других областях Нечерноземной зоны России. Конечно, в Нечерноземной зоне не бывает таких сильных землетрясений, какие происходят в южных, восточных и западных регионах страны. Но в Московской области может быть отзвук землетрясений в 2-4 балла. Эти колебания нечастые, и они во многих случаях не местные, а отдаленное эхо более сильного землетрясения. К примеру, сильное землетрясение в семидесятых годах в Румынии отголоском докатилось до Москвы силой 1-2 балла.

Такие слабые колебания не смогут разрушить или повредить здания или сооружения. Но и они опасны, так как способны воздействовать на местное состояние грунта: от детонации могут возникнуть смещение или оседание, вспучивание, что, в свою очередь, повлечет за собой обрушивание склонов холмов и оврагов, оползни, сели и лавины. Чаще всего перемещение грунтов на склонах проходит как бы исподволь, то есть под верхним почвенным слоем, скрепленным корнями растительности. Но если для того, чтобы разорвать дернину трав, требуется немалая сила, то для того, чтобы разорвать корни деревьев, потребуется усилие, измеряемое тоннами. Происходит это легко и быстро, даже если это эхо детонации далекого от этих мест землетрясения. При этом слабые пласты грунта могут либо осесть на нижние, либо приподняться, образуя при этом провалы, оползни, оседают фундаменты зданий и сооружений, деформируется основание построек.

Особо опасно такое подземное воздействие для одноэтажных зданий, расположенных в сельской местности, где толчки имеют разностороннюю направленность: вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад, сдвиг винтом. Как правило, предельное состояние зданий подразделяется на две группы: первая - по потере несущей способности или полной непригодности к эксплуатации, где могут быть повреждения отдельных конструкций (например, конструкций кровельного и станового ограждения, вертикальных связей по колоннам, стоек фахверка и др.) и их остаточные смещения, не угрожающие безопасности людей или сохранности ценного оборудования; вторая группа - по непригодности к нормальной эксплуатации, где в принципе расчет зданий с учетом сейсмических воздействий производится на условные статические нагрузки, определенные по графикам спектрального коэффициента динамичности.

Сейсмостойкость фундаментов

На условные статические воздействия рассчитываются все здания, проектируемые для сейсмических районов, а также на выбор расчетных сейсмических воздействий, которые определяются с учетом характера сейсмического режима в районе строительства, а также детального и микросейсмического районирования. Этот расчет является дополнительным и рекомендуется для особо ответственных зданий и сооружений с пролетами структурных конструкций более 36 м.

Особенности расчета зданий с покрытиями из структурных конструкций обусловлены сравнительно большими пролетами и редким расположением опор. Например, вертикальную составляющую сейсмического воздействия необходимо учитывать при расчете структурных конструкций (включая их горизонтальные напольныеучастки), капитальных участков колонн, узлов сопряжения структурных конструкций с вертикальными несущими конструкциями, крановых консольных колонн. Кроме того, выполняются расчеты структурных конструкций покрытия при изгибе из их плоскости на вертикальные сейсмические нагрузки, вертикальных несущих конструкций (колонн) на горизонтальные нагрузки в плоскости покрытия, узлов сопряжений структурных конструкций с колоннами на совместное действие условий от горизонтальных и вертикальных сейсмических нагрузок и т.д.

Как известно, идея таких конструкций связана с принятой в нормах спектральной кривой, представляющей собой закон сейсмических колебаний грунта, характеризующий изменение максимальных смещений (линейный осциллятор) в зависимости от периода колебаний. По этой спектральной кривой увеличение периода колебаний конструкций дает возможность значительно снизить давление сейсмических инерционных сил на здание. Потому такие явления природы, как лавины, сели, оползни и землетрясения, требуют от проектировщиков, архитекторов и инженеров-строителей предельной внимательности и самого тщательного соблюдения строительных норм и правил, в частности СНиП II-7 «Строительство в сейсмических районах».

Землетрясение, как известно, характеризуется короткими толчками, исчисляющимися в доли секунды, в несколько секунд. Но этого времени достаточно, чтобы разрушить все слабоукрепленные, не обладающие особой прочностью и гибкостью здания и сооружения. Действительная причина землетрясений обусловлена перемещением блоков земной коры, которые теснейшим образом связаны с процессами тектонического порядка. Эти всплески-удары распространяются от точки сдвига, наплыва, разлома на громадные пространства в виде детонационных отзвуков и полос.

Поэтому не исключена возможность отзвуков такого землетрясения в слабосейсмических районах, которые могут отрицательно повлиять на сохранность тех зданий и сооружений, которые возведены с минимальными запасами устойчивости и прочности сейсмоизоляции или сейсмозащиты. На рис. 19 показана наиболее простая система сейсмо-защиты малоэтажного здания, которая использовалась в строительстве. Кроме того, нередко используют металлические конструкции стоек, колонн, труб при усилении ответровых нагрузок.

От внезапных слабых и сильных колебаний поверхности земли при землетрясениях, в принципе, никто не застрахован. Колебание верхних слоев грунта может произойти и от обрушений более глубинных его слоев, где нередко оказываются емкости, полости, то есть природные пустоты: бывшие линзы грунтовой воды, смещение слоев земли и подобные естественные передвижения. Нередко причиной колебаний грунта могут быть местные оползни, сели, размывы овражий, оврагов, крутых и пологих склонов холмов и берегов водоемов - рек, озер и даже сельских прудов. К тому же, верхние слои земли могут быть настолько подвижны, что смещают вниз и вверх ограды, деревья и даже строения. Многие глины ведут себя непогодно: они то усыхают, то разбухают, отчего верхние слои земли словно дышат, опускаются то вниз по склону, то вверх. От таких сотрясений больше всего разрушаются деревянные и каменные одноэтажные дома. Разумеется, на все здания очень сильно влияет землетрясение.

Сейсмостойкость фундаментов

При анализе этих влияний и их последствий выработалось основное - направление внезапно появляющихся колебаний, и были учтены имеющиеся разрушения от них в различных конструктивных схемах домов. Например, что касается деревянных домов, то лучше всего такие колебания выдерживают легкие фахверковые постройки, в которых вместо потолочных балок употребляются доски на ребро.

Из местностей, наиболее часто подвергающихся сильным землетрясениям, в настоящее время остаются Закавказье - окрестности гор, Ахалкалак и Шемахи, Закаспийская область - Беловодск, Красноводск, и Туркестан с Ферганской областью, затем Семиречье и Забайкалье. Но такие опасные местности могут быть в любое время расширены, а также могут появиться и новые. Так что не следует всем архитекторам и строителям надеяться на постоянную стабильность оснований зданий и сооружений. Каждое архитектурное строение, его объем должны иметь прочное основание, которое при всех обстоятельствах обязано содержать в фундаменте и конструкциях стен запасные коэффициенты на внезапные земные подвижки, сдвиги, срезы, смещения и перемещения.

Со временем из многочисленных сейсморазрушений зданий и сооружений были выбраны строительные конструкции и строительные материалы, которые в той или иной степени выдерживают или сопротивляются такому разрушению. То есть были со временем выработаны практические способы для борьбы с землетрясениями там, где они проявляются наиболее часто. В конце XX века эти наблюдения и изучения были использованы при строительстве в Узбекистане, в частности в районе Ташкента, при строительстве станционных сооружений.

В качестве предохранительных мер, например, были установлены поперечные стены, контрфорсы и заложены железные связи. Было также замечено, что железно-каменные скелетные здания, несмотря на расположение их в районе наибольших разрушений, при высоте до 20 этажей пострадали от землетрясений очень мало и остались стоять, не выйдя даже от отвеса прямой. Объясняется это рациональным устройством их оснований и фундаментов, а также жесткостью самого их остова. Поэтому фундаменты и являются той частью здания, которая непосредственно воспринимает колебания почвы и передает их всей массе здания.

Ввиду того, что поверхностный слой всякого грунта сотрясается гораздо сильнее слоев, лежащих несколько глубже его, желательно возможно большее углубление фундамента и изолирование его от поверхностного слоя грунта посредством не связанных с ним подпорных стенок. Например, в случае очень слабого грунта может быть выгодным устройство сплошного железобетонного фундамента на свайном основании. Следует отметить, что свайные основания являются одним из наиболее надежных типов для местностей, подверженных землетрясениям, так как связывают здание с более плотными глубоко лежащими слоями грунта.

Таким образом, при постройке тяжелых скелетных (каркасных) зданий должна быть достигнута прочная подпочва одним из обыкновенных способов, то есть сваями, столбами, опускными колодцами или кессонами, при этом отдельные опоры должны быть надежно связаны между собой.

То же самое относится и к скелетным конструкциям малоэтажных зданий как в черте города, так и в сельской местности. Такие фундаменты дают гарантию не только в случае сейсмика, оползней, селей, но и при весенних и дождевых паводках и заливах. Они смогут устоять от напора стихии. Разумеется, фундаменты после напора стихии подлежат соответствующему ремонту, но на это тратится меньше средств и времени, чем на восстановление дома, который разрушился до основания.

В случае очень глубокого залегания твердого грунта здание может быть основано на сплошном железобетонном фундаменте, при этом необходимо опустить подошву последнеготак, чтобы нагрузка от здания равнялась давлению прилегающих частей грунта, дабы избежать перемещения и выдавливания его из-под здания во время землетрясения.

Таким образом, здание в первый момент землетрясения может быть рассматриваемо как упругий брус, закрепленный близ его вершины. Но уже в следующий момент, то есть когда здание воспримет удар землетрясения всей своей массой, оно начинает колебаться, как брусок, закрепленный у самой подошвы, и, следовательно, усилия, возникшие в его остове, будут аналогичны обыкновенным ветровым усилиям, увеличивающимся от вершины к подошве здания.

Деревянные дома выдерживают землетрясение относительно хорошо, особенно одноэтажные и даже мансардные. Их разрушения являются незначительными, так как такие дома гибче и легче, чем каменные, и у них в случае чрезмерно больших толчков и перемещения грунта происходят разломы коренных труб и печей, каминов и теплушек. Каменные же здания от землетрясения страдают весьма значительно: разрушаются остовы стен по направлению движения волн. И если в таких стенах данной конструкции нет соединительных связей - анкеров, то есть металлических связей - разрушения будут большими. Поэтому хорошо выдерживают волнообразный напор стихии только те каменные здания, стены которых усилены металлическими связями.

В местностях, где существует постоянная угроза сейсмика, возводят только такие дома, стены которых усилены металлическими анкерами, то есть железобетонные. В районах сейсмика, а также в затопляемых и подтопляемых районах нельзя строить дома саманные, глинобитные, с сыпучим стеновым наполнителем и т.п. Разумеется, последние дома дешевые и возводятся из местных строительных материалов: песка, глины, сама, жердей и хвороста. Но целесообразно в данных местностях возводить не менее дешевые постройки из дерева - бревенчатые, щитовые, каркасно-щитовые или фахверковые (с выступающим на наружные плоскости стен дома деревянным каркасом).

При выборе места для населенных пунктов (сел, поселков, дачных участков и т.п.) и при их планировке, особенно в сейсмических местах, следует провести полный анализ данного района: характер происходящих землетрясений, геологическое строение местности. Самым подходящим будет место с твердым грунтом. Именно такой грунт, как правило, встречается на возвышенностях. Действие сейсмических ударов значительно ослабляется коренными массивными породами, а также рыхлыми наносами, мощностью слоя не менее 30 метров Необходимо вести контроль за возможным зеркалом паводковых и дождевых разливов, чтобы населенный пункт не попал в зону затопляемости. В том случае если застройки попали в предполагаемую зону затопления паводковыми водами реки, озера и т. п., то дома должны быть поставлены на высокие каменные подклеты, столбы и сваи.

Одним из доступных приемов для индивидуального застройщика в деле ограждения своего дома от сейсмического воздействия волнообразной подземной волны является обводка по периметру дома с наружной стороны. Такая обводка представляет собой траншею трапецеидальной формы, сделанную в пределах отмостки на ширину до 70-80 см (по типу закрытого дренажа). Такое сооружение (галерея), окружающее фундамент дома, отражает поверхностные сейсмические волны, а также и механические воздействия с внешней стороны. Кроме того, в доме целесообразно делать кессонный потолок и усиливать стены с помощью внутреннего каркаса.

В случаях, когда ровная площадка с одной из сторон имеет линию бровки склона, овражья или оврага, фундаментную плиту устанавливают на сваях по ее углам. Если в плане плита прямоугольная и ее длина превышает ширину, с учетом нагрузок на нее (объемный вес дома) и других возникающих усилий, например сдвига, по краям плиты ставят дополнительно две-три опорные сваи.

www.odoms.ru

Особенности конструирования и расчета фундаментов в сейсмических районах

Основания и фундаменты мостов в сейсмических районах проектируют, руководствуясь указаниями СНиП II-7-81, СНиП 2.02.03—85 и СНиП П-18-76. Наибольшая вероятная сила землетрясения в районе или в местах возведения любых зданий и сооружений, включая мосты, выраженная в баллах, принимается по приведенным в СНиП II-7-81 картам сейсмического районирования территории СССР или списку основных населенных пунктов СССР, расположенных в сейсмических районах. Указанная на картах сейсмичность относится к равнинным участкам со средними геологическими условиями, характеризуемыми залеганием с поверхности большой толщи слабовлажных суглинков, и низким (глубже 10 м от естественной поверхности грунта) уровнем подземных вод.

После определения сейсмичности района строительства по картам сейсмического районирования или списку населенных пунктов устанавливают на основе карт сейсмического микрорайонирования или по материалам общих инженерно-геологических изысканий уточненную сейсмичность площадки строительства. Сейсмичность площадки строительства моста принимают, как правило, единой на всем ее протяжении. Однако в некоторых случаях инженерно-геологические условия площадки могут резко различаться по длине сооружения. Например, условия в русле реки отличаются от условий на ее поймах. В таких случаях сооружение следует проектировать с учетом более сильного сейсмического воздействия.

Принятая сейсмичность площадки строительства характеризует максимальную силу возможного землетрясения в ее пределах независимо от назначения и степени ответственности сооружения. Однако экономически неоправданно в условиях одинаковой сейсмичности проектировать разные здания и сооружения в расчете на землетрясения одной и той же силы. Очевидно, степень гарантии безопасности зданий и сооружений должна зависеть от их назначения, капитальности, срока надежной эксплуатации, опасности последствий разрушения и размера вызванных этим убытков. Для возможности учета этих требований в действующих нормах введено понятие расчетной сейсмичности сооружения, или, кратко, расчетной сейсмичности.

Поскольку размещение мостов предопределено местами пересечения трассы дороги с водотоками, логами, другими дорогами и не может быть существенно изменено, то практически отпадает возможность выбора более благоприятных по геологическим условиям площадок для возведения мостов, а необходимую сейсмостойкость мостов и в первую очередь опор приходится обеспечивать путем правильного выбора оснований, фундаментов и надфундаментной части опор, а также схемы и конструкции моста в целом.

В обеспечении сейсмостойкости фундаментов первостепенное значение имеет правильный выбор несущего пласта грунтов. Наилучшими грунтами несущего пласта считаются скальные, крупнообломочные и песчаные грунты, твердые и полутвердые глины, а также любые вечно-мерзлые грунты, используемые по принципу I. Такие грунты мало изменяют показатели своих механических свойств при сейсмическом воздействии как в условиях отсутствия воды, так и при ее наличии.

Водонасыщенные рыхлые, а также средней плотности сложения пески при совместном воздействии нагрузки от сооружения и землетрясения легко уплотняются из-за перехода их частиц из неустойчивого равновесия в более устойчивое. При этом, а также вследствие уменьшения трения между частицами они сближаются, вытесняя воду из пор. Отжимаемая из пор вода стремится уйти в сторону наименьшего сопротивления, увлекая за собой частицы грунта, в результате чего происходит разжижение песков, а иногда и их выпор с потерей устойчивости основания. Внезапное разжижение водонасыщенных песков бывает крайне редко. Однако известны случаи, приводившие к полному разрушению мостов, зданий и сооружений.

Разрушаются подтопленные песчаные насыпи, когда происходит внезапное разжижение грунта, например, под влиянием сотрясений от проходившего поезда, производства поблизости взрывных работ или других аналогичных причин.

Особенно неблагоприятны для оснований намытые под водой пески или насыпные грунты ввиду их высокой пористости.

Повышение плотности сложения песков при сейсмическом воздействии приводит к значительным не предусмотренным в проектах мостов осадкам основания фундамента, а иногда к появлению сил негативного трения по боковой поверхности фундаментов, создающих дополнительную, не учитываемую в расчетах, нагрузку на основание.

Глинистые грунты при сейсмическом воздействии уплотняются значительно меньше, чем песчаные, так как отжатие воды из пор между глинистыми частицами происходит медленнее, чем у песков.

С увеличением размера поперечного сечения свай затрудняется возможность вдавливания (внедрения) их низа в несущий пласт, особенно если он состоит из водонасыщенных средней плотности сложения песков или туго-пластичных глинистых грунтов, поэтому при равных условиях для фундаментов на таких грунтах предпочтительнее оболочки либо столбы с уширенной пятой или без нее.

Под воздействием сейсмической силы происходит отлипание (отслаивание) грунта от боковой поверхности фундаментов или элементов на некоторую глубину от поверхности грунта, причем тем большую, чем меньше их гибкость и выше сейсмичность. Вследствие отлипания грунта в пределах верхней части элементов или фундаментов исключаются силы трения грунта о их боковую поверхность.

С увеличением глубины повышается природная плотность сложения грунтов и существенно затухают силы сейсмического воздействия, поэтому при увеличении глубины заложения фундаментов при прочих равных условиях повышается их сейсмостойкость.

www.stroitelstvo-new.ru

Сейсмоустойчивая свая

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам, используемым для укрепления фундамента зданий и сооружений, и предотвращения их разрушения в сейсмически неблагоприятных районах. Сейсмоустойчивая свая включает железобетонную конструкцию. Она имеет конусообразное основание с оцинкованной оболочкой из листовой стали, помещена в пескобетонный армированный цилиндр с конусообразным завершением, на дно которого насыпан гранитный песок, слоем порядка одного метра. Пространство между железобетонной сваей и боковыми частями конусообразной оболочки заполнены песком на высоту полого цилиндра. Технический результат состоит в обеспечении надежности фундамента, обеспечении укрепления фундамента, не допускающего разрушения здания при значительных колебаниях земли в сейсмически опасных условиях, снижении материалоемкости. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам, используемым для укрепления фундамента зданий и сооружений, для предотвращения их разрушения, в сейсмически неблагоприятных районах.

Известна буронабивная свая, изготовленная из бетона и металла, которая устанавливается в полученную путем бурения скважину, на значительную глубину, до скального основания [1-2].

Недостатком такой сваи является ее незначительная площадь опоры, вследствие чего она не является надежным укреплением здания при подземных толчках, поскольку при перемещениях в основании зданий возникают реакции, способные как разрушить сваю, так и выдернуть из основания.

Кроме того, данный вид свай требует особых затрат, так как при их производстве используется значительное количество бетона и металла.

Известна плавающая свая, представляющая собой конструкцию в виде пучкообразного каркаса с помощью металлических клиньев, не укрепленных на определенной глубине, а являющейся как бы «плавающей опорой» здания, которая принимает нагрузку, удерживает фундамент, предотвращая его разрушение [3-4].

Производство и установка данной конструкции представляют собой дорогостоящую и сложную в установке процедуру, затрачивается значительное количество металла, необходимое для изготовления металлического каркаса в виде клиньев.

При подземных толчках использование плавающих свай не исключает возможности их «вырывания», так как непосредственно такие конструкции нигде не закреплены, следовательно, по своей форме и особенностям эти установки не могут являться надежным средством укрепления фундамента здания.

Задачей предлагаемого изобретения является укрепление фундамента, не допускающего разрушения здания, даже при значительных колебаниях земли в сейсмически опасных условиях.

Поставленная задача решается путем создания сваи специфического строения, установленной на песчаной подушке.

Сейсмоустойчивая свая изображена на чертеже, где позициями обозначены:

1 - железобетонная конструкция с развитым конусообразным основанием;

2 - конусообразная оболочка из оцинкованной листовой стали на конусообразном основании сваи;

3 - скважина;

4 - полая конусообразная оболочка;

5 - пескобетонный полый армированный цилиндр с конусообразным завершением;

6 - гранитный песок.

Сейсмоустойчивая свая состоит из железобетонной цилиндрической конструкции и конусообразного основания (1), конусообразное основание выполняется по месту установки (в скважине) при заливке бетона в армированную конусообразную оболочку из листовой стали (2).

Дальнейшая технология изготовления сейсмоустойчивой сваи происходит на месте ее будущей установки и происходит следующим образом.

Первоначально бурят скважину (3) глубиной от 10 до 12 м, до более плотных слоев земли. Шахтерским методом собирают и устанавливают в скважину (3) полую конусообразную оболочку (4) меньшего диаметра, изготовленную из металла, и обсадную трубу, пространство между скважиной (3), полой конусообразной оболочкой (4) и обсадной трубой заполняют под давлением цементно-песчаной массой, обсадная труба вынимается. В результате образуется пескобетонный армированный полый цилиндр с конусообразным завершением (5). На дно этого цилиндра (5) насыпают гранитный песок (6) высотой слоя от 600 до 1000 мм (по расчету).

На образованную «подушку» устанавливают конусообразную оболочку из оцинкованной стали меньшего диаметра (2) и обсадную трубу, армируют основание и ствол конструкции, образуется железобетонная цилиндрическая конструкция с конусообразным основанием (1). Обсадная труба вынимается. Пространство между железобетонной сваей и боковыми частями конусообразной оболочки (4) заполняют песком на всю высоту пологого цилиндра.

Предлагаемая конструкция сваи позволяет укрепить фундамент, не допустить разрушение здания даже при значительных колебаниях земли в сейсмически опасных условиях.

Песок является идеальным материалом, дающим нулевую осадку здания. В случае подземного толчка, благодаря особому свойству песка и специфическому строению сваи, конструкция выступит как гигантский амортизатор, земные колебания загасятся в фундаментной части здания и, соответственно, возможность разрушения здания будет сведена к минимуму.

Расчетная допустимая глубина бурения сваи, рассчитанная на срез сваи при толчке в 8-9 баллов по шкале Рихтера - от 10-12 м (при подземной толчке, существует высокая вероятность среза свай, установленных ниже указанной отметки). Таким образом, установка сейсмоустойчивой сваи, производиться на оптимально безопасной глубине, что предполагает и значительную экономию, так как отсутствует необходимость бурения скважины на большую глубину - основание конуса сваи может быть увеличено по расчету до необходимого диаметра.

Специфическая конструкция оболочки сейсмоустойчивой сваи исключает возможность «выдергивания» даже при значительных подземных колебаниях, конструкция надежно фиксируется на необходимой глубине.

Применение предложенной сейсмоустойчивой сваи, за счет ее особого строения, не требует дополнительных затрат, так как уровень максимальной безопасности здания достигается путем использования значительно меньшего количества свай по сравнению с наиболее часто используемыми сваями.

Учитывая минимальный уровень затрат при производстве и установке, надежность и явное преимущество перед другими видами свай, использование данной сваи в сейсмически неблагоприятных районах является наиболее актуальным.

Источники информации

1. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

2. СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» - ч.II, гл.7.

3. Назаров Ю.П., Васюткин А.Н. «Векторный анализ записей сильных землетрясений». // Тр.ин-та ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко - 1983 г.

4. Рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации многофункциональных высотных зданий и комплексов. Нагрузки и воздействия. - М.: ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, 2005.

5. СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений».

Сейсмоустойчивая свая, включающая железобетонную конструкцию, отличающаяся тем, что она имеет конусообразное основание с оцинкованной оболочкой из листовой стали, помещена в пескобетонный армированный цилиндр с конусообразным завершением, на дно которого насыпан гранитный песок слоем порядка одного метра, и пространство между железобетонной сваей и боковыми частями конусообразной оболочки заполнено песком на высоту полого цилиндра.

www.findpatent.ru