Сейсмостойкое строительство

СЕЙСМОСТОЙКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО (а. earthquake ingeneering; н. erdbebensicheres Bauen; ф. соnstruction sismoresistante, соnstruction antisismique; и. соnstruction resistente а las sacudidas sismicas) — строительство, осуществляемое в районах, подверженных землетрясениям, с учётом воздействия на здания и сооружения сейсмических сил. В CCCP комплекс мероприятий и средств, обеспечивающих сейсмостойкость сооружений, устанавливается нормативными документами в зависимости от сейсмичности района строительства, повторяемости землетрясений в данном районе, грунтовых условий, значения объекта, конструктивных особенностей сооружений и ряда других факторов.

Сейсмичность района строительства характеризуется интенсивностью возможных землетрясений в данном районе и определяется по картам сейсмического районирования. Интенсивность землетрясений измеряется в баллах. Для её оценки используются различные шкалы сейсмической балльности, в CCCP принята 12-балльная шкала MSK-64. Опасными для сооружений считаются районы с сейсмичностью свыше 6 баллов. Повторяемость наиболее сильного землетрясения (1 раз в 100, 1000 и 10000 лет) учитывается при расчёте сооружений на прочность и устойчивость и может изменять предельную несущую способность конструктивных элементов на 15-30%.

Расчётная сейсмичность района строительства уточняется по данным детального сейсмического районирования и сейсмического микрорайонирования в зависимости от местных геологических и инженерно-геологических условий и наличия локальных очагов землетрясений. Наибольшее влияние на степень воздействия землетрясений на сооружения оказывают грунтовые условия. Более благоприятны для строительства в сейсмических районах скальные грунты. Интенсивность сейсмического воздействия увеличивается на участках с песчанистыми, глинистыми, насыпными грунтами, а также при высоком уровне грунтовых вод. Участки с крутизной склона свыше 15°, сильной разрушенностью пород, просадочными грунтами, а также районы, где наблюдаются осыпи, оползни, обвалы, плывуны и сели, неблагоприятны, а иногда и непригодны для сейсмостойкого строительства. При необходимости строительства сооружений на таких площадках предпринимают дополнительные меры по укреплению оснований и конструкций сооружений.

Сейсмостойкость сооружений обеспечивается как выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства, так и разработкой наиболее рациональных конструкций и схем сооружения, применением материалов, обеспечивающих развитие в конструктивных элементах и узлах сооружений при больших нагрузках пластических деформаций. Расчёт конструкций зданий и сооружений (подбор сечений и длин элементов конструкций и т.п.) осуществляется по нормативным документам. Сейсмические нагрузки на сооружения определяются в зависимости от сейсмичности района строительства, характера и интенсивности движения грунта при землетрясении, а также от характеристик самого сооружения.

Случайный характер сейсмического движения грунта, обусловленный различной глубиной и расстоянием до очага возможного землетрясения, геологическими и другими условиями района строительства, сильно затрудняет задачу определения точного значения сейсмических нагрузок. Кроме того, интенсивные землетрясения в заданном районе бывают сравнительно редко, что не позволяет накопить статистические данные. Поэтому методы определения сейсмических нагрузок основаны на использовании приближённых моделей. Первые методы расчёта на действие сейсмических сил, разработанные в начале 20 века, были основаны на т.н. статической теории, в соответствии с которой сооружение рассматривалось как абсолютно жёсткое тело, все точки которого движутся так же, как и основание сооружения. Сейсмическая нагрузка на сооружение в этом случае определялась как произведение соответствующих масс на ускорение грунта при землетрясении. Со 2-й половины 20 века принят т.н. динамический метод расчёта сооружений на сейсмостойкость, рассматривающий сооружение как систему с одной, многими, бесконечным числом степеней свободы. Расчёт проводится с учётом динамических характеристик сооружения и внешнего воздействия (периода и формы колебаний, распределения инерционных масс по высоте сооружения) и с применением реальных и синтезированных (на ЭВМ) акселерограмм землетрясений.

При строительстве подземных сооружений раздельно учитывают сейсмическое давление, вызванное изменением напряжённого состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн, и сейсмические нагрузки от собственного веса сооружений и веса вышезалегающего свода пород. Строительными нормами предусматривается ряд обязательных конструктивных требований и ограничений, обеспечивающих сейсмостойкость зданий, возводимых в сейсмических районах: например, размеры сооружений в плане, высота зданий; в протяжённых зданиях и сооружениях со сложной конструкцией устраивают антисейсмические швы (в виде парных стен, рам или контрфорсов, парных колонн на общем фундаменте и т.п.). Предусматривается специальное армирование фундаментов и стен подвалов. В перекрытиях кирпичных и каменных зданий по периметру стен устраивают антисейсмические пояса из железобетона (монолитные или плотно стыкующиеся сборные с непрерывистым армированием). Антисейсмические пояса верхних этажей соединяют с основанием зданий вертикальными выпусками арматуры.

При расчётной сейсмичности 9 баллов в горизонтальные швы (в пересечениях стен) и углы подвалов зданий укладывают арматурные сетки с продольной арматурой (площадь сечения не менее нескольких см²), дверные и оконные проёмы в каменных стенах лестничных клеток обрамляют железобетоном, в зданиях с тремя и более этажами и несущими каменными или кирпичными стенами выходы из лестничных клеток устраивают по обе стороны здания. При проходке горных выработок в сейсмических районах на участках пересечения их тектоническими разломами, по которым возможна подвижка, увеличивают сечения тоннелей, для компенсации продольных деформаций обделки применяют деформационные швы, конструкция которых допускает смещение элементов обделки при сохранении гидроизоляции и т.п.

При расчётной сейсмичности 7 баллов обделку горных выработок выполняют из набрызг-бетона с анкерным креплением, подпорные стены изготовляют из железобетона, порталы тоннелей — из бетона и железобетона. Расчётная сейсмичность сооружения повышается на 1-2 балла для ответственных объектов (атомные электростанции, крупные гидротехнические сооружения, объекты химической промышленности, высотные здания и др.) и снижается для менее ответственных объектов, проектирование которых ведётся с учётом возможности возникновения в конструкциях локальных повреждений при сильных землетрясениях. В случаях, когда разрушение объекта не приводит к гибели людей, порче ценного оборудования и не прерывает производственные процессы, а также для временных зданий и сооружений допускается их возведение без антисейсмических мероприятий. Перечень зданий и сооружений и их расчётной сейсмичности определяется по специальным таблицам, подготавливаемым министерствами и ведомствами.

При увеличении расчётной сейсмичности на 1 балл стоимость антисейсмических мероприятий возрастает примерно на 4% от стоимости строительно-монтажных работ. Строительство зданий и сооружений в районах с сейсмической активностью свыше 9 баллов опасно и может быть разрешено только Госстроем союзных республик.