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.
