Современные методы сейсмозащиты зданий и сооружений

Аннотация. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений - фактор, который необходимо учитывать, особенно при строительстве в сейсмически-активных районах. В наше время одним из главных подходов к повышению сейсмостойкости является использование различных систем сейсмоизоляции. Не всегда выгодно и рационально повышать сейсмостойкость строительных конструкций или фундаментов под оборудование путём простого повышения прочности. Повышение прочности конструкций ведёт к увеличению их массы и, как следствие, к увеличению инерционных сейсмических нагрузок.  В данной статье подробно рассмотрены различные методы сейсмозащиты наиболее часто используемые в строительстве.

Ключевые слова: сейсмостойкость зданий и сооружений, методы сейсмозащиты, традиционный метод, специальный метод.

Введение

Землетрясения - одно из самых опасных природных динамических явлений, обладающее огромной силой, причиняющий значительный вред территории, на котором оно происходит, катастрофическом разрушении важнейших промышленных, энергетических и строительных объектов, колоссальных экономических потерях, а в отдельных  случаях – полное разрушение  регионов и даже государств. Большая территория Республики Казахстан находится в сейсмической опасной зоне. Самая высокая сейсмическая опасность – в Алматы. Алматы относится к району с 9-бальным сейсмичностью. Но есть и территории с 10-бальной активностью. К ним относятся предгорья.

По мере изучения особенностей и закономерностей сейсмических воздействий, благодаря развитию теорий сейсмостойкости, методов расчета и средств вычислительной техники, основные принципы обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений, разработанные в прошлые столетия, дополнялись и развивались за счет более совершенных конструкций и специальных средств, часть из которых нашла применение в практике строительства. Тем не менее, полагать проблему обеспечения сейсмостойкости сооружений полностью решенной нельзя, о чем убедительно говорят последствия многочисленных землетрясений, произошедшие за более-менее длительный период времени современной истории.

В современных конструктивных решениях нельзя повысить сейсмостойкость, только повысив величины сечений, прочность, вес. Конструкция может быть более прочной, но не обязательно экономически эффективной, потому что и вес, и инерционная сейсмическая сейсмозащиты. Эти методы предусматривают изменение массы или жестокости или демпфирование системы в зависимости от ее перемещений и скоростей. В настоящее время известно более сотни запантентованных конструкций сейсмозащиты.

Традиционные методы получили широкое распространение в различных странах подвержденных сейсмической опасности и является общепризнанными. Однако специальные сейсмозащиты во многих случаях позволяют снизить затраты на усиление и повысить надежность возводимых конструкций. В последнее десятилетия в Японий США, Новой Зеландии, странах СНГ предложены десятки различных технических решений специальной сейсмозащиты зданий и инженерных сооружений. Многие из этих предложений реализованы на практике.

Классификация методов сейсмозащиты

1. Традиционный метод

Существующие в настоящее время методы повышения сейсмостойкости оснований и строительных конструкций сооружений принято разделять на традиционные и специальные.

Традиционные методы основаны на выполнении ряда условий, часть которых применялись уже в древности и формулировались в виде следующих рекомендаций:

- сооружение не должно быть очень протяженным или чрезмерно высоким;

- распределение масс строительных конструкций должно быть равномерным;

 - сооружение в плане должно быть центрально-симметричным;

- замена жесткой связи между фундаментом и сооружением за счет использования

пластического вяжущего материала (в странах Средней Азии и Ближнего Востока

таким материалом служил раствор на ганче — разновидности гипса);

Смысл этих рекомендаций состоит в следующем. Центральная симметрия сооружения позволяет обеспечить равнопрочность конструкции здания независимо от направления. Примеры таких сооружений приведены на рис.1.

Рисунок 1. Примеры центрально-симметричных сейсмостойких зданий

К сожалению, на сегодняшний день у традиционной сейсмозащиты все имеющиеся положительные резервы уже выявлены и задействованы, поэтому ожидать существенных улучшений положения в эффективности и надежности сейсмозащите не приходится. Кроме этого, при разрушительных землетрясениях, традиционные методы сейсмозащиты оказываются недостаточными и слишком затратными.

Известно, что характер поведения зданий и сооружений во время землетрясения предугадать весьма сложно, в связи с этим наряду с традиционными способами сейсмозащиты были разработаны нетрадиционные способы, специальные, такие как активная и пассивная сейсмозащита. Специальные способы сейсмозащиты позволяют не только снизить затраты на усиление конструкции здания, но и повысить прочность и надежность всей конструкции.

2. Нетрадиционный (специальный) метод

Рисунок 2. Классификация систем сейсмозащиты

В связи со строительством высотных зданий в сейсмоактивных районах, использование специальных активных способов сейсмозащиты как никогда актуально. Активные способы включают в себя использование дополнительных источников энергии и элементы, регулирующие работу этих источников. Достоинство данной системы заключается в том, что стало возможно управлять колебательным процессом не только от сейсмических, но и от ветровых воздействий.

Идеи, заложенные в создании нетрадиционных методов обеспечения сейсмостойкости, основаны на хорошо известных принципах, к которым относятся снижение собственной частоты колебаний сооружения по сравнению с преобладающими частотами сейсмического воздействия, устройство фундаментов без жесткой связи с сооружением, использование динамических гасителей различного типа и др. Достаточно сказать, что число объектов, построенных с применением различных средств сейсмоизоляции и сейсмозащиты в промышленно развитых странах в настоящее время исчисляется многими сотнями, при этом в их число входят сооружения с высокой степенью ответственности - реакторные отделения АЭС, крупные мосты, высотные здания и т.п. Некоторые примеры использования нетрадиционных методов сейсмозащиты мостов, зданий и крупных сооружений приведены на рис. 3.

Рисунок 3. Системы сейсмоизоляции высотных зданий

Особенно интенсивно исследования и разработки этого направления осуществляется в Японии, Новой Зеландии, сейсмически активных районах Европы, Северной и Южной Америки.

Вывод:

На основании изложенного выше, можно сделать следующие выводы.

На современном этапе проблема защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий является задачей первостепенной важности.

Правильное применение метода сейсмозащиты при проектировании и строительстве зданий и сооружений может значительно повысить такие характеристики как:

• Надежность зданий
• Сохранность и надежность оборудования
• Экономические показатели зданий
• Отсутствие необходимости восставленных работ после сильных землетрясений
• Комфорт для жителей 

За последний два-три десятилетия внимание мировой науки к проблеме обеспечения сейсмостойкости сооружений, в том числе с использованием нетрадиционных методов, значительно возросло, опубликованы десятки статей и докладов как расчетно- теоретического, так и экспериментального характера, регулярно созываются международные конференции. В РК также созданы несколько направлений и по данной проблематике, работы отечественных ученых занимают в них видное место, однако масштабы практического применения значительно уступают зарубежным.