РАЗДЕЛ 7. Строительство зданий в районах с особыми геофизическими условиями
Тема 7.1.Строительство зданий в сейсмических районах
1.Общие сведения о сейсморайонах
Сейсмостойкость зданий
1.Под особыми геофизическими условиями строительства понимают такие, при которых в процессе проектирования, строительства и эксплуатации учитываются дополнительные воздействия, могущие вызвать недопустимые деформации, способные привести даже к разрушению зданий или ухудшающие их качество. Одним из наиболее распространённых воздействий являются сейсмические, возникающие в результате землетрясений.
При проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмических районах учитывают интенсивность сейсмического воздействия и его повторяемость. Интенсивность сейсмического воздействия в России и ряде других европейских стран принято оценивать по 12-балльной шкале (1 балл — самое слабое проявление, 12 баллов — катастрофа). Землетрясением называют упругие колебания земной коры, вызванные в большинстве случаев тектоническими процессами в ее толще, часто связанные с извержением вулканов или обвалами потолков подземных карстовых пород.
Землетрясения силой в 6 баллов и меньше не вызывают заметных повреждений в строениях и, как правило, практически не учитываются. При землетрясениях в 7 баллов в зданиях могут появиться трещины и другие повреждения в стенах каменных зданий, в 8 баллов — значительные повреждения и отдельные разрушения, в 9 баллов — сильные разрушения и обвалы зданий, если они возведены без антисейсмических мероприятий. Возведение зданий и сооружений в районах с сейсмичностью 9 баллов и выше в нашей стране, как правило, не допускается.
Разработаны карты сейсмического районирования, где указаны все районы, подверженные землетрясениям в 6 баллов и выше. Сейсмическими районами на территории России считаются регионы Прибайкалья, Чукотки, Сахалина, Дальнего Востока, Алтая, Камчатки и Северного Кавказа. Эти регионы составляют около 15% площади России и расположены в различных климатических условиях.
Сейсмическими считают районы, в которых имеют место землетрясения силой 6 баллов и выше. При проектировании сейсмичность конкретной строительной площадки должна быть уточнена по табл. СНиПа П-7-81* поданным геологических и гидрогеологиизысканий. Уточнив сейсмичность площадки, определяют расчетную сейсмичность проектируемого объекта, которая в зависимости от его назначения, значимости, количества людей и т.д. может равняться сейсмичности площадки, ниже ее на 1 балл или выше.
2. Способность здания или сооружения противостоять сейсмическим воздействиям называют сейсмостойкостью. Для достижения необходимой сейсмостойкости зданий, строящихся в сейсмических районах, необходимо учитывать, что на конструкции действуют не только обычные, но и горизонтальные пульсирующие нагрузки, возникающие во время землетрясения. Эти нагрузки носят циклический характер и могут действовать в различных направлениях. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений достигается осуществлением градостроительных, объёмно-планировочных и конструктивных мероприятий.
При решении вопросов планировки населённых мест в сейсмических районах рекомендуется территорию зонировать с расчленением незастраиваемыми пространствами (зелёные насаждения, площади, каналы). Кроме того, нормы предусматривают возможное увеличение (на 15—20%) ширины улиц и разрывов между зданиями. Объёмно-планировочное и конструктивное решения должны удовлетворять условиям симметрии и равномерного распределения масс и жесткостей. Если по функциональным и архитектурно-планировочным соображениям нельзя избежать сложной и асимметричной формы здания в плане, то его следует разделить антисейсмическими швами на отсеки простой формы без входящих углов. Эти швы применяют также при размерах здания в плане, превышающих нормативные.
Антисейсмические швы устраивают в зданиях с несущими стенами постановкой двойных стен, а в каркасных зданиях — двойных рам. Ширина швов должна обеспечивать свободное горизонтальное смещение элементов. В фундаментах, если только они не являются одновременно осадочными, швы можно не делать.
Фундаменты здания или его отсеков, как правило, необходимо закладывать на одном уровне. Под несущие каменные стены надо применять ленточные фундаменты. При устройстве свайных фундаментов следует отдавать предпочтение сваям-стойкам. В зданиях каркасного типа фундаменты под колонны делают железобетонными, монолитными и сборными, связывая их между собой фундаментными балками.
Рис.Схема и детали антисейсмических связей:
а — железобетонные фундаментные балки каркасного здания;
б, в — детали антисейсмических поясов в кирпичных стенах;
1 — фундаменты под колонны; 2 — железобетонные фундаментные балки;
3 — железобетонное перекрытие; 4 — закладные детали;
5 — антисейсмический железобетонный пояс; 6 — анкерные связи;
7 —продольная арматура диаметром 10-12 мм; 8 — хомуты диаметром 6 мм
Устойчивость и пространственная жёсткость здания с несущими стенами обеспечиваются их соответствующим расположением и усилением антисейсмическими поясами, которые устраивают по всей протяжённости наружных и внутренних стен на уровне перекрытий всех этажей, включая перекрытие над подвалом.
Такие пояса выполняют из монолитного или сборного железобетона или металла (для каменных стен). Монолитные пояса должны иметь непрерывное армирование, а сборные пояса должны быть соединены в жёсткую горизонтальную раму сваркой закладных деталей или замоноличиванием выпусков арматуры.
Антисейсмические пояса должны иметь ширину равную толщине стены. При толщине стены более 500 мм пояса могут быть на 120 мм меньше ширины. Высота пояса чаще всего принимается более 150 мм.
В каменных зданиях в пределах отсека конструктивные решения элементов и материалы для них необходимо принимать одинаковыми, а простенки и проёмы — одной ширины. В местах примыкания укладывают арматурные сетки.
Узлы железобетонных каркасов необходимо усиливать путём установки арматурных сеток или замкнутой поперечной арматурой. В качестве ограждающих конструкций каркасных зданий рекомендуется применять лёгкие навесные панели.
Для крупнопанельных зданий преимущество имеют схемы с продольными и поперечными несущими стенами. При этом должна быть обеспечена совместная их работа с конструкциями перекрытий. Расстояние между поперечными стенами не должно превышать 6,5м.
Перекрытия и покрытия должны представлять собой жёсткий горизонтальный диск, который получают путём анкеровки плит и заливки швов между ними цементно-песчаным раствором, устройства монолитных обвязок с соединением плит перекрытий, а также устройств связей в виде шпонок, выпусков петель и анкеров между плитами и элементами каркаса.
Необходимо предусматривать также мероприятия по упрочнению лестниц, перегородок и других конструктивных элементов. Кладка печей и дымовых труб должна быть укреплена металлическим каркасом и заключаться в кожух из кровельной стали. Для деревянных зданий (бревенчатых и брусчатых) жёсткость углов обычно обеспечивают постановкой связей или рубкой стен с остатком.
В каркасных деревянных зданиях предусматривают устройство дополнительных элементов жёсткости в плоскости стен (раскосы, косая обшивка) и перекрытий (диагональный настил чёрного пола). Стены должны быть надёжно заанкерены с фундаментом.
Осуществление перечисленных мероприятий по обеспечению сейсмостойкости зданий и сооружений приводит к увеличению их сметной стоимости на 4—12%.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите основные мероприятия по обеспечению сейсмостойкости здания.
2. Объясните конструкцию антисейсмических швов и поясов.
С особыми природно-климатическими условиями
Проектирование, строительство и эксплуатация гражданских зданий в районах с особыми климатическими условиями, а также в зонах с высокой сейсмической активностью, с просадочными и подрабатываемыми основаниями, в зонах подтопления и пр. должны вестись с учетом влияния ряда специфических факторов.
Особенности конструктивных решений зданий
Для северной климатической зоны
Специфика этой зоны заключается в суровости климата (низкие температуры и большая продолжительность зимнего периода, сильные ветры и снегозаносы), необжитости территорий, отсутствии необходимой инфраструктуры и пр.
Наиболее сложно решаемая задача в таких условиях – устройство фундаментов для зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах (рис. 12.1.1). Причины:
— потеря несущей способности грунта в результате изменения его температурного режима;
— пучение грунта при его сезонном промерзании.
Рис. 12.1.1.
Способы сохранения вечной мерзлоты под фундаментом:
Наиболее целесообразный тип фундаментов в условиях вечной мерзлоты – свайный. Опыт проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений различного назначения в северной климатической зоне показывает эффективность легких материалов и конструкций из них. При этом все конструктивные решения ограждающих конструкций должны соответствовать расчетным параметрам.
Особенности конструктивных решений зданий
Для районов жаркого климата
Рис. 12.2.1.Покрытия зданий в жарком климате:
Помимо защиты от солнечных лучей, в первом случае требуется обеспечить режим защиты от сухого горячего воздуха и пыли. Во втором – обеспечить условия для проветривания, воздухообмена (рис. 12.2.1).
Материалы, используемые для строительства зданий в условиях жаркого климата должны хорошо противостоять разрушительному воздействию коррозии, бактерий, грибков и насекомых (термитов). В зонах влажного жаркого климата для фундаментов опасны эрозионные процессы в основаниях, являющиеся результатом длительных и сильных ливней во время сезона дождей. Для районов жаркого сухого климата наружные ограждающие конструкции подвергаются интенсивному воздействию песчаных бурь (частиц песка).
Таблица 12.2.1. Особенности конструктивных решений зданий,
ЗДАНИЯ, ВОЗВОДИМЫЕ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
Лекция 7
7.1. Здания, возводимые в сейсмических районах.
7.2. Здания для строительства в районах Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов.
7.3. Здания, возводимые на просадочных грунтах.
7.4. Строительство в районах с жарким климатом.
7.1. Здания, возводимые в сейсмических районах.Принципы проектирования сейсмостойких зданий и сооружений.Здания и сооружения, предназначенные для возведения в сейсмических районах, отличаются от обычных рядом особенностей в объемно-планировочном и конструктивном решениях.
При проектировании сейсмостойких зданий и сооружений необходимо обеспечивать симметричное расположение относительно их главных осей и равномерное в плане распределение масс и жесткостей. Невыполнение этого условия может привести к несовпадению центра тяжести нагрузок с центром жесткости сооружения (этот центр определяется расположением и жесткостью рам каркаса, стен, покрытия и т. д.), что будет интенсифицировать развитие крутящих моментов в плане здания и приведет к концентрации усилий на отдельных несущих конструкциях (рис. 4).
Рис. 4. Конструктивные мероприятия,
снижающие сейсмические воздействия на здания (планы):
а) разделение здания на отсеки антисейсмическими швами; б) перенос тяжелого оборудования в нижний этаж; в) замена мостового крана козловым (напольным); 1 – антисейсмический шов; 2 – нерекомендуемое расположение оборудования; 3 – рекомендуемое; 4 – мостовой кран; 5 – козловой кран
Здания в сейсмических районах должны иметь простое очертание в плане (круг, квадрат, прямоугольник). Не рекомендуется делать к ним пристройки и асимметрично располагать лестничные клетки. Простыми должны быть и фасады зданий – без уступов и надстроек.
Конструктивные особенности сейсмостойких зданий.Во время землетрясений фундаменты по сравнению с другими элементами здания подвергаются меньшим повреждениям. Однако надежно выполненные фундаменты – залог повышенной сейсмостойкости других конструкций зданий (рис. 5).
Рис. 5. Детали каркасов многоэтажных сейсмостойких зданий:
а) перекрытие с монолитными продольными ригелями; б) сопряжение поперечных сборных ригелей с колонной; в) сопряжение сборных поперечных и продольных ригелей с колонной; 1 – продольные монолитные ригели; 2 – сборные железобетонные плиты; 3 – поперечные ригели; 4 – продольный сборный ригель; 5 – сварные сетки; 6 – хомуты; 7 – ванная сварка; 8 – бетон (на марку выше бетона стыкуемых элементов)
Хорошей сейсмостойкостью обладают применяемые в Японии фундаменты из железобетонных башмаков круглой формы, установленных на уплотненную песчано-гравийную подушку; последнюю заключают в железобетонную цилиндрическую обойму-оболочку. Подушка является амортизатором, смягчающим сейсмические воздействия на здание.
Сейсмостойкие сооружения можно сооружать на свайных фундаментах – забивных железобетонных сваях-стойках. Ростверк в пределах отсека устраивают непрерывным, в одном уровне и с заглублением в грунт. В целях обеспечения хорошего сцепления стен с фундаментными балками или ленточными фундаментами гидроизоляционный слой следует выполнять из жирного цементного раствора.
По конструктивной схеме стены сейсмостойких каркасных зданий могут быть самонесущими – с опиранием на фундаментные балки и навесными – с опиранием на каркас.
Высота самонесущих стен при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов не должна превышать соответственно 18, 16 и 9 м. В стенах высотой более 12,9 и 6 м при расчетной сейсмичности соответственно 7, 8 и 9 баллов предусматривают конструктивное вертикальное продольное армирование. Площадь всей продольной арматуры должна составлять не менее 0,1 % площади сечения кладки.
Крепления стен к элементам каркаса не должны препятствовать горизонтальным смещениям каркаса вдоль самонесущих стен или на участках между горизонтальными антисейсмическими швами при навесных стенах.
Покрытия сейсмостойких зданий должны быть возможно более жесткими в горизонтальной плоскости. Для их монтажа применяют сборные типовые конструкции, разработанные для несейсмических районов, но при условии выполнения более прочных соединений.
В зданиях при расчетной сейсмичности 8 и 9 баллов предпочтение отдают облегченным несущим и ограждающим конструкциям покрытий (металлические фермы, стальной профилированный настил, асбестоцементные и алюминиевые листы и панели и др.). Необходимую жесткость таким покрытиям придают постановкой дополнительных связей. Применять железобетонные подстропильные конструкции в таких зданиях не рекомендуется.
В зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов продольную устойчивость обеспечивают постановкой стальных связей между колоннами или продольными рамами с жесткими узлами. Стыкуют колонны в зоне действия наименьших изгибающих моментов.
Междуэтажные перекрытия устраивают из сборных железобетонных элементов с образованием жесткого диска. С этой целью предусматривают следующие меры: стыки ригелей с колоннами выполняют замоноличенными со сваркой арматурных выпусков, плиты тщательно приваривают к сборным ригелям, а швы заполняют бетоном марки не ниже 200; в случае бесконсольного сопряжения сборных ригелей с колоннами помимо сварки закладных элементов в колоннах и ригелях на стыкуемых поверхностях устраивают шпонки. Для зданий с расчетной сейсмичностью 9 баллов в продольных ребрах плит предусматривают пазы для образования бетонных шпонок. Марку бетона зазоров принимают на одну ступень выше марки бетона соединяемых элементов. Например, при марке бетона соединяемых элементов 200 марка бетона для заполнения зазоров должна быть 300.
7.2. Здания для строительства в районах Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов.Такие районы, включающие тундровые, лесотундровые и частично таежные зоны, занимают около 47 % территории Российской Федерации. Обладая крупными запасами многих полезных ископаемых, районы Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов имеют большое народнохозяйственное значение.
К особым условиям, отличающим северные районы от областей средней полосы, следует отнести:
– продолжительный зимний период (от 185 до 305 дней) с низкими отрицательными температурами; густые туманы при температуре ниже – 30–40 °С; короткое лето; большой годовой температурный перепад (в отдельных местах до 100 °С), сильные ветры, достигающие 30–40 м/с;
– вечномерзлое состояние грунтов при различных их теплофизических и строительных свойствах и многообразном характере распространения и залегания грунтов (сплошное, прерывное и островное при различной мощности вечномерзлой толщи); наличие поверхностного слоя, ежегодно протаивающего летом и замерзающего зимой, называемого деятельным;
– высокую относительную влажность воздуха в районах побережья морей и океанов (до 90 %), длительный полярный день и ночь; малую естественную освещенность территории осенью и зимой и недостаток ультрафиолетового облучения в районах, находящихся севернее 66-й параллели;
– сильные и продолжительные метели и поземки в тундровых и лесотундровых зонах, вызывающие в ряде мест заносы высотой до 10–15 м и оголяющие землю на других участках;
– скудную растительность в районах побережья морей и океанов, отсутствие крупноствольной растительности в тундровой зоне и слабое развитие растительности в лесотундровых и северотаежных районах;
– малую освоенность территории, небольшую численность населения, редкое размещение населенных пунктов, отдаленность их от промышленных районов, ограниченность и сезонную периодичность транспортной связи, слабое развитие строительной индустрии.
Необычные климатические, грунтовые и экономические условия районов Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов вызывают необходимость разработки для них проектов зданий и сооружений с особыми объемно-планировочными и конструктивными решениями (рис. 6).
Методы строительства на вечномерзлыхгрунтах. Вечномерзлые грунты, обладающие достаточной несущей способностью в мерзлом состоянии, утрачивают ее при оттаивании и в таком виде, как правило, становятся непригодными в качестве оснований. Долговечность зданий и сооружений обеспечивают устройством надежного основания, исключающего появление недопустимых деформаций. В этих целях можно также применять конструкции зданий и сооружений, приспособленные к повышенным неравномерным осадкам.
Рис 6. Примеры планов предприятий и типов зданий,
снижающие заносимость снегом: использование аэродинамических свойств
зданий для уменьшения снежных заносов
На монолитных скальных и подобных им породах, не меняющих механических свойств при изменении температуры с отрицательной на положительную, здания на Крайнем Севере возводят без учета вечно-мерзлого состояния грунтов.
С учетом инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей зданий, характера технологического процесса и экономической целесообразности принимают следующие принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве основания:
– принцип I – грунты основания сохраняют в мерзлом состоянии как в процессе строительства, так и на весь период эксплуатации здания (сооружения);
– принцип II – грунты основания находятся в оттаявшем состоянии, причем оттаивание их допускается в процессе эксплуатации здания или до начала возведения.
Для сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии с целью обеспечения их расчетного теплового режима предусматривают холодные подполья или холодные первые этажи зданий, охлаждающие трубы или каналы в основании пола, а также теплоизолирующие слои под ними.
Наиболее простой и надежный способ сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии – устройство холодного подполья, вентилируемого в течение всего года. Пол первого этажа в этом случае обязательно должен быть приподнят над поверхностью грунта.
При строительстве зданий по II принципу грунты основания содержат в оттаивающем или оттаявшем состоянии. В случае необходимости предусматривают мероприятия по уменьшению деформаций основания, приспосабливают конструкции зданий к восприятию повышенных деформаций или совмещают оба мероприятия. Для решения этого вопроса проводят расчет основания по деформациям.
Уменьшить деформации основания можно предварительным искусственным оттаиванием вечномерзлого грунта на заданную глубину до возведения здания (иногда с уплотнением или закреплением его), заменой льдонасыщенного грунта карьерным песчаным или крупнообломочным грунтом или увеличением глубины заложения фундаментов.
Принцип строительства выбирают с учетом конкретных условий застраиваемой площадки, типа здания, материалоемкости, продолжительности его возведения.
В зданиях, проектируемых по I принципу, не рекомендуется устраивать подвалы и цокольные этажи, подземные каналы и галереи. Если же последние нужны по условиям технологии производства, предусматривают надежную гидро- и теплоизоляцию вечномерзлых грунтов основания.
Покрытия зданий должны иметь простой профиль без выступающих и западающих участков, которые вызывают завихрения снеговетровых потоков и отложение снега. Предпочтение отдают зданиям с плоской и криволинейной крышами. Многоскатные здания располагают вдоль направления доминирующих зимних ветров, а при односкатных кровлях уклон ориентируют в наветренную сторону. В большинстве случаев водоотвод с покрытий предусматривают неорганизованный наружный.
Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 4814 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет