Современные сейсмостойкие технологии.

Вопрос сейсмостойких технологий на мировом строительном рынке не теряет своей актуальности. На территории постсоветского пространства находится много сейсмически опасных районов: Северный Кавказ, Алтай, Саяны, Курилы, Камчатка, Сахалин, Приамурье, Байкальская зона, Крым, Казахстан, Узбекистан, Армения, Азербайджан, Грузия и другие. В определенных регионах есть возможность возникновения землетрясения с разрушительными последствиями, если…

…если не следовать в строительных проектах жёстким нормам свода правил проектирования для сейсмически опасных районов. Во всех странах это фиксируется в нормативных документах – СНИП в России и странах СНГ, Eurocodes в Европе, JIS – национальные стандарты Японии и т.д. Также следует придерживаться рекомендаций и соблюдать комплекс основных положений, разработанных международным Советом по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH - Council on Tall Buildings and Urban Habitat).

При землетрясении наибольшую угрозу представляют собой колебательные процессы, происходящие в горизонтальной поверхности грунта, и глубина, на которой происходят подземные точки. Обычные конструкции зданий способны справляться только с гравитацией и вертикальными силами, создаваемыми собственным весом – они не рассчитаны на поперечные силы, возникающие из-за землетрясения, поэтому разрушаются.

Как показала практика, каркасно-панельные конструкции в большинстве своем не выдерживали сейсмических нагрузок. Самые опасные постройки – кирпичные многоэтажки, поскольку при подземных толчках они разлетаются на мелкие фракции.

Избежать этого могут сейсмостойкие здания с усиленной конструкцией здания, которые способны противодействовать поперечным силам землетрясения. Уже в XX веке человечество придумало и реализовало немало таких технологий.

Каркасное строительство является наиболее надёжной конструктивной системой за счёт пластичности, «податливости» материала стальных конструкций. Для усиления сейсмоустойчивости каркасной конструкции совершенствуются характер и вид соединений элементов каркаса и фундамента. Это требует от проектировщика ответственного и творческого подхода в каждом конкретном случае.

Применяются комбинации разных методик и технологий.

1. Связевой или рамне-связевой каркас. Рамный тип каркаса имеет жесткие соединения несущих элементов. Это снижает устойчивость здания внешним динамическим нагрузкам при землетрясении. Подвижные крепления рамне-связевого каркаса повышают сейсмостойкость строений.

2. Фундаменты дополнительно укрепляют болтами и металлическими крепежными соединениями – стальные конструкции эффективно снижают негативное влияние колебаний почвы. Конечно, этого недостаточно. Поэтому фундаменты укрепляются и другими современными сейсмостойкими системами.

3. К числу сейсмостойких каркасных зданий относятся конструктивные системы с подвешенными этажами. Здания висячей конструкции характеризуются мощной опорной основой, ядром жесткости, к которому прикрепляются промежуточные элементы с подвесками и перекрытиями. Нагрузки на фундамент передаются через подвесные элементы, что обеспечивает повышенную устойчивость здания в целом.

4. Демпфирующие элементы в связях на всех уровнях здания, начиная с фундамента. Существует много различных разработок.

Например, устройство с полыми шаровидными элементами, заполненными демпфирующей жидкостью. Шары закрепляются на центральной опоре. Сейсмоустойчивость зданию обеспечивает возможность вращательного перемещения шаров относительно друг друга, так как демпфирующие процессы протекают во многих направлениях.

В других случаях опорную часть здания изготавливают в виде многослойного строения, между пластинами которого помещается резиновая прокладка.

5. Одним из перспективных методов повышения сейсмостойкости зданий является применение динамических гасителей колебаний (ДГК), назначение которых заключается в снижении амплитуды колебаний здания.

Простейший вариант ДГК – опора основной жесткой массы на стальную пружину, которая гасит колебания определенной частоты.
 

Есть гасители колебаний, которые в своей основе содержат маятник, выполняющий роль инерционной массы.

Существуют сложные ДГК, где инерционная масса маятника шарнирно соединена с гасителем колебаний пружинного типа и демпфирующим устройством.

К числу перспективных ДГК относятся системы, в которых формы опорных конструкций видоизменяются и дополнительно вносятся упругие элементы.

6. Наконец, используются новейшие более прочные, легкие и пластичные материалы, например, «эластичный» бетон.

Сейсмостойкая конструкция – сложное дорогостоящее инженерное сооружение.

Когда в городах, находящихся в зоне сейсмической активности, давно не было землетрясений, система государственного контроля часто перестаёт соблюдать жёсткие требования к строительным проектам. Обычно это бич бедных стран.

И наоборот – страны, испытывающие на себе постоянное воздействие землетрясений, создают и внедряют в строительстве наиболее прочные и устойчивые к этому природному явлению технологии.

Однако соблюдение этих требований всегда вопрос государственного контроля. Одни из сильнейших требований и регламентов по направлению сейсмической устойчивости у Японии и Чили, где небоскрёбы выдерживают землетрясения магнитудой 8,8 – 9 баллов.

В странах с повышенной сейсмической угрозой в строительном бизнесе существует отдельное направление – Structural engineering. Эти компании участвуют в проектировании сооружений, проверяют и корректируют проекты с повышенными требованиями к сейсмической устойчивости.

На рынке существует и соответствующее программное обеспечение. Как правило, это приложения к САПР (CAD) или отдельный софт по геологии и сейсмологии.

Качество материалов и оборудования тоже имеет значение в сейсмостойком строительстве. На фоне последних событий Российский союз промышленников и предпринимателей (РСПП) совместно с Торгово-промышленной палатой (ТПП) планирует обратиться в правительство для восстановления госконтроля и надзора в сфере за обращением продукции, используемой в том числе в стройиндустрии. Возвращение госконтроля должно коснуться большого перечня продукции.

Создание сейсмостойких проектов – вопрос профессионализма, знания современных материалов, технологий моделирования и совести проектировщика. В малоэтажном строительстве это не менее важно, чем в высотном.

На сайте PLANDI работают подготовленные профессионалы. Платформа сотрудничает с проектировщиками и производителями оборудования, которые делятся современными проектными разработками и моделями комплектующих. BIM-модели и проекты можно найти на сайте и использовать в своём проекте. База BIM-моделей постоянно пополняется – сейчас загружено более 30 000 проектов и проектных решений.

Если у вас есть проектные решения для сейсмостойких конструкций, прошедшие экспертизу, выкладывайте их на PLANDI – зарабатывайте на ваших архивах.

В статье использованы материалы: Нуртас, Асан Аскербекулы. Современные аспекты проектирования и возведения многоэтажных каркасных зданий в сейсмических районах / Молодой ученый. — 2023. — № 4 (451).