Наглядный конспект по основным темам МДК 01.01 «Проектирование зданий и сооружений» - Строительство зданий в сейсмических районах (вопрос 36)

Тема 36. Строительство в сейсмических района. Планировочные и конструктивные мероприятия, применяемые для усиления жесткости и устойчивости зданий.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Сейсмология (основная информация).

2. Сейсмика и её угрозы.

3. Классификация сооружений и повреждений.

4. Строительство в сейсмических районах

5.Основные положения по строительству в сейсмически опасных зонах.

6.Классификация грунта

1.Сейсмология (от сейсмо... и ...логия), раздел геофизики, изучающий землетрясения, их причины, последствия и меры защиты искусственных сооружений. Основной носитель информации - сейсмические волны, интерпретация записи которых позволяет изучать наряду с землетрясениями строение Земли, а также выявлять месторождения полезных ископаемых (см. Сейсмическая разведка) и фиксировать взрывы (например, ядерные).

  Прогноз землетрясений складывается из предсказания места, силы и времени их проявления. Задача предсказания времени и места возникновения сильных землетрясений ещё не решена ввиду её исключительной трудности (необходимость получать информацию о процессах в земных недрах на больших глубинах, малая скорость дифференцированных тектонических движений, приводящих к землетрясениям, и др.). Работы в этом направлении связаны с поиском предвестников землетрясений, т. е. явлений, обусловленных изменениями физико-механических свойств земной коры и мантии перед землетрясением (вариации во времени скоростей распространения сейсмических волн, поднятие или опускание уровня океана за несколько часов до сильных землетрясений, изменение электрического сопротивления горных пород и др.). Элементом прогноза в известной мере служит сейсмическое районирование, позволяющее указывать районы возможной максимальной силы и средней частоты повторения землетрясений. Для этого проводится анализ данных сети сейсмических станций о положении эпицентров, глубине очагов, магнитудах, интенсивности регистрируемых землетрясений, а также выявляется приуроченность их к тем или иным геологическим структурам и областям проявления интенсивных новейших тектонических движений. Оптимизация сейсмических наблюдений достигается путём рационального выбора места расположения сейсмических станций, обеспечивающего хорошую «видимость» сейсмоактивных зон и минимальный уровень сейсмических шумов - микросейсм (см. Сейсмическая служба).

  Уточнение сейсмического районирования производится с помощью сейсмического микрорайонирования на основе инженерно-геологических изысканий и сейсмометрических инструментальных наблюдений. Эти исследования обеспечивают необходимыми данными сейсмостойкое строительство и составляют предмет инженерной Сейсмология

  Важная проблема Сейсмология - получение фактических данных, интерпретация которых позволяет составить представление о строении «твёрдой» Земли, т. е. её коры, мантии и ядра. Основной материал для этого дают сейсмические волны и изменение их скоростей в недрах Земли. Эта задача решается, исходя из сейсмического годографа.

  С начала 70-х гг. 20 в. развивается новое направление в Сейсмология (физика очага землетрясения), которое синтезирует данные собственно Сейсмология, теоретической механики и физики разрушения горных пород. Изучаются основные параметры очага - глубина, размеры, положение плоскости разрыва, сейсмический момент, а также особенности процессов подготовки, возникновения и распространения разрыва горных пород в недрах Земли.

  Современная Сейсмология располагает высокочувствительной измерительной аппаратурой; информация, полученная на сейсмических станциях, обрабатывается с помощью ЭВМ и автоматических устройств. Разработкой приборов и методов регистрации сейсмических колебаний занимается специальный раздел Сейсмология - сейсмометрия.

  Сейсмология возникла в связи со стремлением объяснить причины разрушительных землетрясений и изыскать способы постройки сейсмостойких зданий. Как самостоятельная наука Сейсмология начала развиваться во 2-й половине 19 в. в связи с достижениями геологии и физики. С конца 19 в. в Сейсмология стали применяться инструментальные наблюдения и физико-математические методы исследования. Большой вклад в формирование Сейсмология внесли: русский учёный Б. Б. Голицын, немецкий геофизик Э. Вихерт (конец 19 - начало 20 вв.), Б. Гутенберг, английские учёные Дж. Милн (2-я половина 19 в.), Х. Джефрис, югославский геофизик А. Мохоровичич, японский учёный Ф. Омори (начало 20 в.) и др. В России в 1888 была создана Сейсмическая комиссия Русского географического общества. Начало инструментальной Сейсмология связано с Постоянной центральной сейсмической комиссией Петербургской АН (1900). В СССР основные исследования по Сейсмология ведутся институтом физики Земли им. О. Ю. Шмидта АН СССР (с 1928 по 1947 - Сейсмологический институт АН СССР, с 1947 по 1956 - Геофизический институт). В 30-х гг. начали создаваться сейсмологические учреждения в союзных республиках. В 1974 исследования по Сейсмология велись более чем 30 специальными учреждениями, координируемыми Междуведомственным советом по сейсмологии и сейсмостойкому строительству при Президиуме АН СССР (МСССС).

  Международные связи по Сейсмология осуществляет Международная ассоциация сейсмологии и физики земных недр при Международном союзе геодезии и геофизики. Основные органы периодической печати по Сейсмология в СССР - «Известия АН СССР. Серия геофизическая» (с 1965 - Серия физики Земли); за рубежом - «Bulletin of the Seismological Society of America» (Stanford, с 1911), «Bulletin of the Earthquake Research Institute, Tokyo University» (Tokyo, с 1926), «Journal of Physics of the Earth» (Tokyo, с 1952); «Geophysical Journal. Royal Astronomical Society» (L., с 1958).

2.Сейсмика, опасная для всех

Велика pоль дорог, мостов, тоннелей, переходов и подобных сооpужений в оpганизации своевpеменной помощи и ликвидации последствий в зонах бедствия. В то же вpемя многие из них оказываются частично или полностью выведенными из стpоя при землетpясениях.

В этой связи весьма актуально проведение конференции по теме "Сейсмостойкость кpупных тpанспоpтных сооpужений в сложных инженеpно-геологических условиях". Она проходила в Москве. Ее оpганизатоpы - Госстpой России, Федеpальная доpожная служба, АО "Коpпоpация "Тpансстpой", АО "Научно-исследовательский институт тpанспоpтного стpоительства" /ЦНИИС/ - пpигласили к участию ведущих ученых, пpоектиpовщиков и пpактиков сейсмостойкого стpоительства из pазличных pегионов стpаны, ближнего и дальнего заpубежья.

Пpичиной pазpушения во многих случаях является неадекватность инженерных расчетов при проектировании геологическим условиям и особенностям территории. Во многом это следствие несовершенства действующей нормативной базы. Ее нужно привести в соответствие с получаемыми научными данными о сейсмической опасности на теppитоpии России.

На основе новейшей технологии специалистами Института физики Земли им.О.Ю.Шмидта Российской Академии наук составлены каpты сейсмического районирования. Согласно данным, тpеть теppитоpии страны находится в зоне возможных сейсмических явлений силой в семь баллов, 15 % площади - чpезвычайно опасные зоны, где земные толчки могут достигать 8 - 10 баллов. Отмечено, что с каждым годом сейсмическая опасность pастет. Среди факторов, повышающих угрозу землетрясения, - воздействие человека на литосфеpную оболочку Земли. Это происходит как следствие стpоительства кpупных, зачастую экологически небезопасных объектов, неконтpолиpуемой добычи пpиpодных ресурсов, использования теppитоpий под захоpонение химически активных отходов. И хотя многие теppитоpии, как, напpимеp, Москва и Московская область, не вошли в пеpечень сейсмически означенных зон, их отдельные здания, уникальные сооpужения могут постpадать пpи пpодолжительных низкочастотных сотрясениях силой всего в 4 - 5 баллов, pаспpост-pаняющихся далеко от эпицентра крупных землетрясений.

Совpеменная ноpмативная база не учитывает при проектировании зданий и сооpужений возможность толчков силой в 10 баллов. В то же вpемя на Сахалине и Камчатке, в чрезвычайно опасных районах, живут и pаботают люди. Это обстоятельство ставит пеpед госудаpством дилемму: отселить города и поселки либо принять радикальные меры по антисейсмической защите. И то и другое чрезвычайно затратно.

Представители организаций отечественного сейсмостойкого стpоительства обсудили вопpосы диагностики, пpогнозиpования сейсмической активности Земли, теоpии pасчета и методов повышения сейсмостойкости вновь стpоящихся и антисейсмической защиты уже эксплуатиpуемых тpанспоpтных сооpужений и объектов инфpастуктуpы. Зарубежный опыт представили ученые из США и Фpанции.

Рекомендации и пpедложения, прозвучавшие в докладах и дискуссиях, будут учтены пpи подготовке новой главы СНиПа "Строительство в сейсмических районах", а также при создании предполагаемого Свода пpавил по проектированию и стpоительству тpанспоpтных сооpужений".

- Мы удовлетворены, что состоялась пеpвая в нашей стpане научная конфеpенция по такой пpоблеме, - сказал генеpальный диpектоp ЦНИИС А.П.Сычев. - Увеpен, она поднимет пpестиж нашей науки, а pазpаботки в области отечественного сейсмостойкого тpанспоpтного стpоительства явятся несомненным вкладом в мировой научно-технический пpогpесс.

Новая ноpмативная база послужит московским проектировщикам и стpоителям, которые начали сеpьезное освоение подземных пpост-pанств столицы и pегуляpно оказывают помощь в ликвидации последствий природных катастроф.

3.Классификация сооружений и повреждений:
 

•  Типы сооружений и зданий без антисейсмических усилений:

  • Тип А - здания из кирпича сырца, сельские постройки;

  • Тип Б - кирпичные, мелкоблочные, крупноблочные здания;

  • Тип В - каркасные железобетонные, панельные, рубленые избы.
     

•  Классификация повреждений:

  • 1 степень - Лёгкие: трещины в штукатурке;

  • 2 степень - Умеренные: небольшие трещины в стенах, дымовых трубах;

  • 3 степень - Тяжелые: глубокие трещины в стенах, падение дымовых труб;

  • 4 степень - Разрушения: сквозные трещины, обрушение частей зданий, внутренних стен;

  • 5 степень - Обвалы: полное разрушение зданий;
     

5. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Требования настоящих норм необходимо соблюдать при проектировании жилых,

общественных и производственных зданий и сооружений, начальная сейсмостойкость ко-

торых в единицах воздействия (напр., в баллах) ниже расчетной сейсмичности площадки.

1.1.1. За начальную сейсмостойкость здания (сооружения) принимается его сейсмо-

стойкость до проведения мероприятий по усилению конструкций в соответствии с рас-

четными, конструктивными и планировочными требованиями настоящих норм.

1.1.2. При определении начальной сейсмостойкости сооружения следует руководство-

ваться алгоритмом, расчетными формулами и параметрами, принятыми в настоящих

нормах для определения нагрузок на сооружение или усилий в элементах конструкций при

особых сочетаниях нагрузок. В расчетах следует учитывать фактическую (или принятую в

проекте) несущую способность конструкций. Допускается использование упрощенных ме-

тодов определения расчетной сейсмической нагрузки на сооружение, указанных в разделе 2

настоящих норм.

1.1.3. Оценку начальной сейсмостойкости сооружения следует выполнять с учетом

анализа его поведения при землетрясениях различной интенсивности, в соответствии с ко-

торым допускается приближенное назначение начальной сейсмостойкости зданий массово-

го применения. Для жилых, общественных и производственных зданий традиционных кон-

струкций начальную сейсмостойкость допускается принимать равной 6 баллам.

1.2. Сейсмическое воздействие представляет собой волновое поле, характеристики ко-

торого носят случайный характер и зависят, в частности, от параметра Т – среднего пе-

риода повторяемости сотрясений.

Проектирование сооружений следует осуществлять для двух фиксированных режимов

сотрясаемости, для которых реализуются следующие уровни воздействия:

- наиболее сильное землетрясение, которое может произойти за срок эксплуатации

сооружения (ПЗ – проектное землетрясение);

- наиболее сильное расчетное (с заданной вероятностью непревышения в течение 50

лет) землетрясение, потенциально возможное на данной площадке. (МРЗ – максимальное

расчетное землетрясение).

1.3. Расчетную сейсмичность площадки строительства следует определять c учетом:

1.3.1. Сейсмичности района строительства, принимаемой по картам ОСР-97 (А, В, С).

Решение о выборе карты утверждается Заказчиком по представлению Генерального Проек-

тировщика в зависимости от уровня ответственности (безопасности) сооружения.

СНиП РФ. Проект

4

1.3.2. Материалов сейсмического микрорайонирования (СМР), выполняемого в соответ-

ствии с составом работ, указанным в документах по инженерным изысканиям в строительст-

ве.

В районах, для которых отсутствуют карты сейсмического микрорайонирования, допус-

кается уточнять сейсмичность площадки строительства по данным табл. 1.1.

1.4. Для уровня ПЗ расчетная сейсмичность площадки вне зависимости от степени ответ-

ственности сооружения принимается по карте ОСР со средним периодом повторяемости 100

лет.

При отсутствии карт ОСР, соответствующих этому периоду повторяемости, допускается

использовать карту ОСР-97-А с умножением интенсивности воздействия (выраженной в ус-

корениях колебания грунта) на коэффициент приведения К(Т), определяемый по материалам

сейсмического районирования. Для предварительный расчетов значение К(Т) допускается

принимать равным 0,7.

1.5. Для уровня воздействия МРЗ расчетная сейсмичность площадки строительства при-

нимается по картам ОСР-97 (А, В, С). Решение о выборе карты при проектировании кон-

кретного объекта принимается Заказчиком по представлению генерального проектировщика

в зависимости от уровня ответственности (безопасности) сооружения.

1.6. Настоящие нормы содержат требования по расчету, конструированию и объемно-

планировочным решениям сооружений, обеспечивающие их сейсмостойкость. Требования

безопасности и надежности сооружений при сейсмических воздействиях считаются обес-

печенными, если их сейсмостойкость выше, чем расчетная сейсмичность площадки строи-

тельства, и выполнены указания первого уровня особых конструктивных мероприятий раз-

дела 3 настоящих норм.

При этом следует учитывать, что сейсмостойкость обеспечивается одновременным

удовлетворением двух расчетных критериев: для уровней ПЗ и МРЗ.

1.7. При получении новых (уточненных) данных о сейсмической опасности площадки

следует, как правило, повторно выполнять работы по СМР на площадке с заменой фрагмента

карты СМР и утверждением его в установленном порядке.

Влияние типа фундамента (в том числе, свайного), его конструктивных особенностей и

глубины заложения на сейсмичность площадки, указанной на карте СМР, не учитывается.

1.8. При отсутствии карт СМР для сооружений, указанных в п. 2.4, допускается упро-

щенное определение расчетной сейсмичности площадки строительства по материалам инже-

нерно-геологических изысканий согласно табл. 1.1 и расчетной сейсмичности района строи-

тельства.

Примечание. Корректировка сейсмичности площадки строительства, указанной на карте СМР, по материа-

лам общих инженерно-геологических изысканий с применением табл. 1.1 не допускается.

СНиП РФ. Проект

5

1.9. На площадках, расположенных в зонах активных тектонических разломов (разры-

вов), по которым возможны подвижки при землетрясениях, возводить сооружения не до-

пускается.

1.10. Не следует, как правило, размещать сооружения на участках, неблагоприятных в

сейсмическом отношении, к которым относятся следующие площадки строительства:

сложенные водонасыщенными грунтами, способными к виброразжижению при земле-

трясениях;

с возможным проявлением осыпей, обвалов, оползней, карста, провалов и деформаций

от горных выработок;

расположенные в зонах возможного прохождения селевых потоков или снежных лавин;

расположенные на цунамиопасных участках.

При необходимости строительства на указанных участках следует:

проводить инженерные мероприятия по улучшению сейсмических свойств грунтов или

их замене;

принимать меры по укреплению оснований;

в проектах зданий предусматривать дополнительное усиление несущих конструкций.

Повышение сейсмичности площадки строительства с целью косвенного учета перечис-

ленных выше неблагоприятных факторов не допускается.

1.11. На площадках, расчетная сейсмичность которых превышает 9 баллов, возводить

сооружения, как правило, не допускается.

При соответствующем научно-техническом и экономическом обосновании строительст-

во в каждом конкретном случае может быть допущено по специальным техническим услови-

ям, согласованным с Минэкономразвития, при обязательном научно-техническом сопровож-

дении научно-исследовательской организацией, определенной этим Министерством.

1.12. При проведении специальных инженерных мероприятий по укреплению в основа-

нии грунтов III категории по сейсмическим свойствам (уплотнение, цементация, замена на

крупнообломочные грунты и др.), уточнение сейсмичности площадки должно осуществлять-

ся на основе результатов повторного применения методов сейсмического микрорайонирова-

ния.

1.13. Объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений, экс-

плуатируемых в сейсмических районах, должны удовлетворять следующим основным требо-

ваниям:

1.13.1. Обеспечение совместной работы всех несущих элементов здания (как для пересе-

кающихся вертикальных и горизонтальных диафрагм).

1.13.2. Применение многократно статически неопределимых конструктивных систем, в

которых повреждения или выключения одного из несущих элементов не приводят к отказу

СНиП РФ. Проект

6

сооружения в целом.

1.13.3. Обеспечение возможности пластического деформирования и энергопоглощения

конструкциями здания; обеспечение возможности развития в определенных элементах до-

пустимых неупругих деформаций.

1.13.4. Обеспечение конструктивными решениями несущих конструкций, их узлов и со-

единений надежной работы на срез и сдвиг. При этом конструкции не должны разрушаться

хрупко.

1.13.5. Вертикальные диафрагмы, стены, связи должны быть непрерывными по высоте

(доходить до фундамента) и располагаться симметрично относительно центра жесткости зда-

ния. В каждом направлении должно предусматриваться не менее двух диафрагм (стен), вос-

принимающих сейсмические нагрузки, или связевых элементов.

1.13.6. Обеспечение регулярности распределения в плане и по высоте, а также симмет-

рии масс и жесткостей здания на всех этапах деформирования конструкций при сейсмиче-

ских воздействиях (в частности, "в начале" и "в конце" землетрясения).

1.13.7. Обеспечение устойчивости против опрокидывания при сейсмических воздействи-

ях.

1.13.8. Схема возможного разрушения здания должна предусматривать, что вначале,

как правило, повреждаются (или выключаются) горизонтальные элементы, а затем – вер-

тикальные.

1.13.9. Фундаменты сейсмостойких зданий следует рассчитывать и конструировать со-

гласно указаниями СНиП 2.02.01-83.

1.13.10. Расположение и количество лестничных клеток должно соответствовать требо-

ваниям противопожарных норм. При этом не менее одной лестничной клетки в пределах

сейсмического отсека следует предусматривать закрытой, с освещением через проемы в на-

ружных стенах. В сейсмических отсеках, в которых не предусматривается постоянное пре-

бывание людей (венткамеры, галереи и т.п.) лестничные клетки допускается не устраивать,

если это не требуется иными разделами норм. В зданиях высотой не более 3-х этажей допус-

кается вместо устройства лестниц предусматривать выходы с этажей непосредственно на

планировочную отметку земли.

1.13.11. Принимать конструктивные решения сооружений и элементов, обеспечиваю-

щие возможно минимальные вертикальные нагрузки на несущие элементы от собственного

веса и других статических нагрузок относительно несущей способности этих несущих эле-

ментов.

1.13.12. Избегать конструктивных решений, уязвимых с точки зрения возможности

прогрессирующего разрушения, когда разрушение одного из несущих элементов приводит к

разрушению сооружения в целом или его значительной части.

СНиП РФ. Проект

7

1.14. Допускается проектировать сооружения, оснащенные системами сейсмоизоляции

или другими системами регулирования динамической реакции, при этом эффективность и

целесообразность их применения оценивается с учетом того, насколько при расчетных

сейсмических воздействиях снижаются усилия в элементах конструкций, оснащенных сис-

темами сейсмоизоляции, по сравнению с упомянутыми усилиями в конструкциях без систем

сейсмоизоляции.

1.15. Самонесущие стены, перегородки, конструкции, возвышающиеся над сооружением

и имеющие по сравнению с ним незначительный вес (парапеты и др.), а также крепления

технологического оборудования к конструкциям здания, следует рассчитывать на местную

сейсмическую нагрузку, равную произведению массы стены (перегородки, оборудования) на

ускорения колебаний сооружения при землетрясении, соответствующие рассматриваемому

уровню сооружения. Значение местной сейсмической нагрузки умножается на 0,5.__

6.Категория грунта по сейсмическим свойствам

Грунты

Сейсмичность площад-

ки строительства при

сейсмичности района,

баллы

свойствам 6 7 8 9

I Скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерз-

лые оттаявшие) невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные

грунты плотные маловлажные из магматических пород, содержащие до

30% песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые

скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при тем-

пературе минус 2 0С и ниже при строительстве и эксплуатации по

принципу I (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии)

- 6 7 8

II Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые, в том числе вечно-

мерзлые, кроме отнесенных к I категории; крупнообломочные грунты,

за исключением отнесенных к I категории; пески гравелистые, крупные

и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и

влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности ма-

ловлажные; пылевато-глинистые грунты с показателем текучести IL ≤

0,5 при коэффициенте пористости е е

0,7 – для супесей; вечномерзлые нескальные грунты пластично-мерзлые

или сыпуче-мерзлые, а также твердо-мерзлые при температуре выше

минус 2 0С при строительстве и эксплуатации по принципу I

6 7 8 9

III Пески рыхлые независимо от степени влажности и крупности; пески

гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотно-

сти водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней

плотности влажные и водонасыщенные; пылевато-глинистые грунты с

показателем текучести IL 0,5; пылевато-глинистые грунты с показате-

лем текучести IL ≤ 0,5 при коэффициенте пористости e ≥ 0,9 – для глин и

суглинков и е ≥ 0,7 – для супесей; вечномерзлые и нескальные грунты

при строительстве и эксплуатации по принципу II (при допущении от-

таивания грунтов основания)