Сейсмостойкость зданий и сооружений — фактор, который необходимо учитывать, особенно при строительстве в сейсмически активных регионах. Одним из основных подходов к повышению сейсмостойкости на сегодняшний день является использование различных систем сейсмозащиты. Не всегда экономически выгодно и рационально повышать сейсмическую стойкость строительных конструкций или фундаментов для оборудования простым увеличением прочности. Повышение прочности конструкций приводит к увеличению их массы и, как следствие, к увеличению инерционных сейсмических нагрузок. В этой статье подробно рассматриваются различные методы сейсмической защиты, наиболее часто используемые в строительстве.
Ключевые слова: сейсмостойкость зданий и сооружений, методы сейсмозащиты, традиционный метод, специальный метод.
Введение
Землетрясение — одно из самых опасных природных динамических явлений, обладающее огромной силой, причиняющее значительный вред территории, на которой оно происходит: катастрофическое разрушение важнейших промышленных, энергетических и строительных объектов, колоссальные экономические потери, а в отдельных случаях — полное разрушение регионов и даже государств. Большая территория Республики Казахстан находится в сейсмически опасной зоне. Самая высокая сейсмическая опасность — в Алматы. Алматы относится к району с 9-балльной сейсмичностью. Но есть и территории с 10-балльной активностью. К ним относятся предгорья.
По мере изучения особенностей и закономерностей сейсмических воздействий, благодаря развитию теорий сейсмостойкости, методов расчета и средств вычислительной техники, основные принципы обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений, разработанные в прошлые столетия, дополнялись и развивались за счет более совершенных конструкций и специальных средств, часть из которых нашла применение в практике строительства. Тем не менее, полагать проблему обеспечения сейсмостойкости сооружений полностью решенной нельзя, о чем убедительно говорят последствия многочисленных землетрясений, произошедших за более-менее длительный период времени современной истории.
В современных конструктивных решениях невозможно повысить сейсмостойкость только за счет увеличения размеров сечения, прочности и веса. Конструкция может быть более прочной, но не обязательно рентабельной из-за веса и инерционной сейсмической защиты. Эти методы включают изменение массы или жестокости или смягчение системы в зависимости от ее движений и скорости. В настоящее время известно более сотни запатентованных моделей сейсмической защиты.
Традиционные методы распространились в нескольких странах, подверженных сейсмическим рискам, и являются общепринятыми. Однако специальная сейсмическая защита во многих случаях позволяет снизить стоимость армирования и повысить надежность возводимых конструкций. За последнее десятилетие десятки различных технических решений по специальной сейсмической защите зданий и инженерных сооружений были предложены в Японии, США, Новой Зеландии и странах СНГ. Многие из этих предложений были реализованы на практике.
Классификация методов сейсмозащиты
- Традиционный метод
Существующие в настоящее время методы повышения сейсмостойкости оснований и строительных конструкций сооружений принято разделять на традиционные и специальные.
Традиционные методы основаны на выполнении ряда условий, часть которых применялись уже в древности и формулировались в виде следующих рекомендаций:
— сооружение не должно быть очень протяженным или чрезмерно высоким;
— распределение масс строительных конструкций должно быть равномерным;
— сооружение в плане должно быть центрально-симметричным;
— замена жесткой связи между фундаментом и сооружением за счет использования пластического вяжущего материала (в странах Средней Азии и Ближнего Востока таким материалом служил раствор на ганче — разновидности гипса);
Смысл этих рекомендаций состоит в следующем. Центральная симметрия сооружения позволяет обеспечить равнопрочность конструкции здания независимо от направления. Примеры таких сооружений приведены на рис. 1.
Рис. 1. Примеры центрально-симметричных сейсмостойких зданий.
К сожалению, на сегодняшний день у традиционной сейсмозащиты все имеющиеся положительные резервы уже выявлены и задействованы, поэтому ожидать существенных улучшений положения в эффективности и надежности сейсмозащите не приходится. Кроме этого, при разрушительных землетрясениях, традиционные методы сейсмозащиты оказываются недостаточными и слишком затратными.
Известно, что характер поведения зданий и сооружений во время землетрясения предугадать весьма сложно, в связи с этим наряду с традиционными способами сейсмозащиты были разработаны нетрадиционные способы, специальные, такие как активная и пассивная сейсмозащита. Специальные способы сейсмозащиты позволяют не только снизить затраты на усиление конструкции здания, но и повысить прочность и надежность всей конструкции.
- Нетрадиционный (специальный) метод
Рис. 2. Классификация систем сейсмозащиты
В связи со строительством высотных зданий в сейсмоактивных районах, использование специальных активных способов сейсмозащиты как никогда актуально. Активные способы включают в себя использование дополнительных источников энергии и элементы, регулирующие работу этих источников. Достоинство данной системы заключается в том, что стало возможно управлять колебательным процессом не только от сейсмических, но и от ветровых воздействий.
Идеи, заложенные в создании нетрадиционных методов обеспечения сейсмостойкости, основаны на хорошо известных принципах, к которым относятся снижение собственной частоты колебаний сооружения по сравнению с преобладающими частотами сейсмического воздействия, устройство фундаментов без жесткой связи с сооружением, использование динамических гасителей различного типа и др. Достаточно сказать, что число объектов, построенных с применением различных средств сейсмоизоляции и сейсмозащиты в промышленно развитых странах в настоящее время исчисляется многими сотнями, при этом в их число входят сооружения с высокой степенью ответственности — реакторные отделения АЭС, крупные мосты, высотные здания и т. п. Некоторые примеры использования нетрадиционных методов сейсмозащиты мостов, зданий и крупных сооружений приведены на рис. 3.
Рис. 3. Системы сейсмоизоляции высотных зданий
Особенно интенсивно исследования и разработки этого направления осуществляется в Японии, Новой Зеландии, сейсмически активных районах Европы, Северной и Южной Америки.
Вывод:
На основании изложенного выше, можно сделать следующие выводы.
На современном этапе проблема защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий является чрезвычайно важной задачей.
Правильное применение метода сейсмозащиты при проектировании и строительстве зданий и сооружений может значительно повысить такие характеристики как:
− Надежность зданий
− Безопасность и надежность оборудования.
− Экономическая эффективность зданий.
− Нет необходимости в ремонте после разрушительных землетрясений.
− Комфорт и удобство для жителей
В последние два-три десятилетия внимание мировой науки к проблеме обеспечения сейсмостойкости конструкций, в том числе с применением нетрадиционных методов, значительно возросло, опубликованы десятки статей и докладов теоретического и экспериментального характера, проводятся международные конференции. В Республике Казахстан также создано несколько направлений по данной тематике, работы отечественных ученых занимают в них видное место, но масштабы практического применения значительно ниже, чем у зарубежных.
Литература:
- Амосов А. А., Синицын С. Б. Основы теории сейсмостойкости сооружений. — М.: АСВ. 2001.
- Поляков В. С., Килимник Л. Ш., Черкашин А. В. Современные методы сейсмозащиты зданий. — М.: Стройиздат. 1989.
- Айзенберг, Я. М. Реабилитация сейсмостойкости зданий с гибким нижним этажом [Текст] / Я. М. Айзенберг // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. Вып. 5. 2001.
- Kageyama, T., Umeki K., Somati T., Moro S.. — Development of Three Dimensional Base Isolation System with Cable Reinforcing Air Spring. — Transaction of the 17th International Conference in Reactor Technology (SMIRT-17).
- Kashiwazaki A., Shimada T., Fudgiwaka T., Moro S. Study on 3- Dimensional Base Isolation System: No.l. — Transaction of the 17th Interna¬tional Conference in Reactor Technology (SMIRT 17).
- СП РК 2.03–30–2017 «Строительство в сейсмических зонах»
- Авидон Г. Э., Карлина Е. А. Особенности колебаний зданий с сейсмоизолирующими фундаментами
- А. М. Курзанова и Ю. Д. Черепинского // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. № 1, 2008.
- Ушаков, А. С. Методы сейсмоизоляции фундаментов сооружений.
