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 сооружений. Районирование территории России по балльному принципу приводится в строительных нормах (СНиП 11-7-81).

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 (Рисунок 181).

Рисунок 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 (Рисунок 182, а).

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.

Рисунок 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

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 (Рисунок 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 Сейсмоизолирующего 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 (Рисунок 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.

Рисунок 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.