10936

Рис. 1. Примеры существующих конструкций сейсмостойких фундаментов: а-ленточный, б – столбчатый; 1-арматурная сетка, 2-фундаментные балки.

На основе вышесказанного предлагается использовать адаптивную конструкцию, состоящую из отдельно стоящих фундаментов, связанных между собой железобетонными балками на гибких связях.

Рис. 2. Конструкция предлагаемого адаптивного фундамента

Части здания, имеющего сложную форму в плане, необходимо разделять антисейсмическими деформационными швами согласно [1]. Наиболее важным вопросом является проработка конструкции данного шва в фундаментной части. Следует учитывать то, что части здания должны быть связаны между собой, но такая связь должна не допускать разрушение объекта при землетрясениях, а, наоборот, гасить колебания.

В связи с этим также предлагается использование фундаментов с адаптивными фрикционными сейсмоизолирующими пластинами, состоящими из резинометаллических пластин и скользящих прокладок из фторопласта (см. Рис. 3).

230

Рис. 3. Фундаменты с адаптивными фрикционными сейсмоизолирующими пластинами

Данные фундаменты совмещают в себе преимущества как жёсткого, так и податливого фундаментов. То есть до определённого значения частоты колебаний фундаменты работают по жёсткой конструктивной схеме, далее они ведут себя как податливые конструкции. Поэтому при расчёте необходимо учитывать то, что податливость возникает при достижении определённой пиковой нагрузки.

Как в первом, так и во втором случае гибкость связи между фундаментами обеспечивается использованием стальных канатов и их предварительным натяжением. Стальные канаты укладываются в нижней ступени фундаментов и предварительно натягиваются до определённого значения. Использование данной связи позволяет фундаментам перемещаться относительно друг друга, при этом сохраняя общую жёсткость, а также воспринимать как сжимающие, так и растягивающие усилия, что предотвращает опасность развития трещин в грунте.

Процесс перехода в работе фундамента регулируется предварительным натяжением канатов, так как с помощью натяжения корректируется сила трения между пластинами. Сила трения возникает в плоскости сечения фундаментов, компенсируя возникающие поперечные силы и уменьшая относительное смещение фундаментов. Следовательно, уменьшаются значения собственной частоты колебания конструкции, абсолютные ускорения, а также инерционные сейсмические нагрузки, что приводит к гашению колебаний. Снижению колебаний также способствует

231

применение резинометаллических пластин, которые обладают демпфирующими свойствами.

Таким образом, предлагаемые конструкции являются полностью адаптивными к сейсмическим воздействиям, способствуют гашению колебаний и сохранению надёжности и прочности зданий и сооружений. Они по предварительным оценкам учитывают максимально все возможные отрицательные воздействия землетрясений.

Литература

1.СП 14.13330.2018. Свод правил. Строительство в сейсмических районах СниП II-7-81* [Электронный ресурс]: утв. М-вомстр-ва России 18.02.14: дата введ. 25.11.18. Режим доступа: Технические нормы и правила.

Строительство.

2.Тетиор, А.Н. Фундаменты: учеб.пособие для студ. Учреждений высш. Проф. Образования/ А.Н.Тетиор – М.: Академия, 2010 – 400с.

3.Горбунов-Посадов, М.И Основания, фундаменты и подземные сооружения/ М.И.Горбунов-Посадов,В.А. Ильичев,В.И.Крутов, и др.; Под общ. Ред. Е.А. Сорочана и Ю.Г. Трофименкова. – М.: Стройиздат, 1985. – 480с., ил. – (Справочник проектировщика).

4.Алексеев С.И., Алексеев, П.С. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. Пособие. – М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2014. – 332 с.

5.Хазов, П. А. Сейсмостойкость зданий и сооружений: Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям по дисциплине «Сейсмостойкость сооружений» для обучающихся по направлению подготовки 08.05.01 Строительство уникальных зданий и сооружений, специализации Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений, Гидротехнические сооружения повышенной ответственности / П. А. Хазов. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2016. – 67 с.

Борискина Е.С.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

На протяжении всей многовековой истории люди в различных регионах страдают от сейсмической активности. Для некоторых из них вопрос сейсмобезопасности остаётся насущным и по сей день. Испокон веков великие умы, учёные и исследователи описывали и объясняли

232

явления землетрясений, начиная с суеверных мифов и предрассудков и заканчивая точными теориями с обширной тезисной базой.

В основе изучения землетрясений лежат знания о строении Земли. Строение Земли изучалось с разных позиций. Одним из основных методов ее исследования официальной наукой является геофизический метод сравнения параметров колебаний разных точек на земной поверхности при землетрясениях. Землетрясения проявляются в виде колебаний поверхности Земли, вызванных высвободившейся внутри Земли энергией. Особенности этих колебаний зависят от свойств геологических структур, расположенных вдоль линии распространения сейсмических волн. Поэтому исследования картины распространения колебаний позволяют обратным путём судить о внутреннем строении Земли. В соответствии с результатами таких исследований Земля состоит из трёх слоёв разной природы: ядра или центросферы, мантии и земной коры или литосферы [2]. На основе изучения характера изменения сейсмической волны в недрах Земли были сделаны выводы о мощности, плотности, однородности и температуре каждого из слоёв.

Как известно, человечество живёт и плотно контактирует как раз-таки с литосферой. Именно её перемещения и видоизменение люди ощущают и определяют как землетрясение. Примечательно то, что её мощность составляет лишь 5-40 км. В сравнении с общими габаритами Земли (радиусом ≈ 6400 км), если уменьшить её до размеров яблока, то окажется, что размеры земной коры окажутся тоньше, чем кожура обычного яблока. Отсюда мы и можем замечать такие ужасающие последствия землетрясений, как обвалы в горах, образование или, наоборот, затопление островов, изменение русла рек. Нередко землетрясения сопровождаются цунами, которые напрямую зависят от земной коры.

Люди часто ассоциируют землетрясения со сравнимым по ущербу бедствием - извержением вулкана. Вулканические землетрясения имеют место быть, однако они встречаются редко и имеют ограниченную сферу влияния. При извержении вулкана происходят выбросы лавы и взрывы газа, которые в свою очередь давят на земную кору.

Сама по себе земная кора не может перемещаться или колебаться самостоятельно. Чтобы заставить многокилометровую толщу земли сдвинуться с места необходимо огромное количество энергии. Такая энергия может образовываться в недрах Земли и от воздействия со стороны Солнца. Встретившись с земной корой, энергия деформирует её. Процесс накопления энергии упругих и пластических деформаций в сейсмических швах происходит постепенно на этапах, предшествующих возникновению землетрясений. Когда потенциальная энергия, накопленная в течение длительного времени, превзойдёт энергию, отвечающую критерию

233

прочности горных пород в области сейсмического шва, происходит переход потенциальной энергии в кинетическую, сопровождающийся колебаниями окружающей среды. Эти процессы называют землетрясениями, вызванными тектоническими процессами или тектоническими землетрясениями. [1] Они самые распространённые и представляют наибольшую опасность с точки зрения сейсмостойкости зданий и сооружений. Если тектонические землетрясения возникают на глубине более 500 км, их называют глубокофокусными, однако из-за большого удаления очага от поверхности Земли они редко вызывают разрушения. Из описания тектонических землетрясений следует, что вся материковая Земля разбита на литосферные плиты, которые перемещаются относительно друг друга (отдаляются или сближаются). Если две точки, взятые на двух разных плитах, отдаляются друг от друга, то на других участках плит происходит сближение, которое сопровождается тектоническим землетрясением.

Как было указано выше, немало важную роль в образовании землетрясений играют слои, из которых сложена земная кора. Они могут быть представлены изверженными или осадочными горными породами и продуктами метаморфической деятельности. При чём, осадочные горные породы располагаются неравномерно и в верхней части земной коры. В определённых районах они могут иметь малую прочность за счёт легкой растворимости, что приводит к карстовым провалам. В таких «карстовых зонах» имеют место провальные (обвальные) землетрясения. Они также могут произойти и по вине людей. Например, при разработке полезных ископаемых могут произойти как вертикальные, так и горизонтальные смещения или обрушение кровли вышележащих горных пород.

Наряду с исследованиями видов землетрясений и характера их происхождения перед наукой стоял вопрос об измерении и описании силы землетрясения. Основываясь на степени разрушения построек и зданий, а также на внутренних ощущениях и видимых изменениях окружающей среды появилась классификация землетрясений по интенсивности. Первые попытки классифицировать землетрясения по интенсивности относятся к началу XVII века. Для оценки силы землетрясения пользовались различными сейсмическими шкалами. Шкалы интенсивности содержат два рода сведений:

1.Баллы, отражающие качественное описание произведенного землетрясением эффекта (качественные шкалы);

2.Амплитудные воздействия на свободной поверхности Земли (количественные шкалы). Указанные амплитудные воздействия представлены, как правило, ускорением или, реже, перемещением и скоростью.

234

Ввиду разрозненного расположения сейсмических зон и малых возможностей коммуникации людей изначально такие шкалы составлялись индивидуально для каждого эпизода землетрясения. За период примерно в 200 лет таких шкал составлено около 50-ти. С развитием технологий в целом

инауки сейсмологии в частности данные об интенсивности различных землетрясений обобщили, сократив количество сейсмических шкал. Эти шкалы основываются на следующих показателях:

•воздействие землетрясения на людей и на бытовые предметы,

•воздействие землетрясения на здания и сооружения различных типов (по их повреждениям),

•воздействие землетрясения на природную окружающую среду - остаточные явления в грунтах и изменение режима грунтовых и подземных вод.

Для мелких и малоинтенсивных землетрясений наиболее точной является шкала JMA Seismic Intensity. [4] Это шкала, принятая в середине XX века японским метеорологическим агентством (Japan Meteorological Agency), имеет восемь градаций (градусов, шкала Шиндо, Shindo) – от нуля до семи, но с дополнительными ступенями. Сила землетрясений в японской шкале Шиндо (JMA scale) измеряется в самой Японии и Тайване. На сайте метеорологического агентства Японии сведения о землетрясениях в Японии

иакватории (в морях и Тихом океане) находятся в разделе «Earthquake Information»[5]. Показаны следующие параметры:

•seismic intensity (сейсмическая интенсивность);

•Latitude, Longitude – degree (географические координаты гипоцентра землетрясения в градусах);

•Depth (глубина очага землетрясения, эпицентра);

•Magnitude (магнитуда землетрясения).

Отчеты о землетрясениях в реальном времени автоматически рассчитываются на основе измерений сейсмометром пикового ускорения грунта по всей пораженной зоне, и JMA сообщает об интенсивности данного землетрясения в соответствии с ускорением грунта в точках измерения.

Однако, для более сильных по интенсивности землетрясений шкала MSK-64 была признана более подходящей. [4] Эта шкала, разработанная в 1964 году С.В. Медведевым (Москва), У. Шпонхеером (Йена) и В. Карником (Прага) является международной шкалой сейсмической активности и отражает современный уровень строительства в разных странах. Шкала MSK-64 включает в себя 12 единиц, обозначенными римскими цифрами.

По данной шкале приведены раздельные описания последствий землетрясения и классификация зданий, возведённых без необходимых антисейсмических мероприятий. Здания классифицируются следующим

235

образом: по типам зданий, по количеству, по степени повреждения, по признакам при описании проявления землетрясения.

Сила землетрясения в баллах устанавливается также в зависимости от величин максимального ускорения почвы для периода колебаний 0,1 – 0,5 секунды, скорости для периодов 0,5 – 2 секунд и величиной х0, представляющей наибольшее относительное смещение сферического упругого маятника сейсмометра.

MSK-64 лежит в основе СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах» и продолжает использоваться в России и странах СНГ. В своё время эта шкала получила широкое распространение в Европе и СССР. В 1964 году в Париже межправительственное совещание ЮНЕСКО признало важность разработки единой международной шкалы интенсивности и рекомендовало временно использовать шкалу MSK-64. В связи с чем даже был выполнен перевод системы JMA в MSK-64. Согласно исследованиям, при низкоинтенсивных землетрясениях (до 4 включительно по MSK) формула перевода должна иметь вид M = 1.5J + 1.5, иначе – M = 1.5J + 0.75. Здесь M и J – показания шкал интенсивности по первой букве названия. [4]

Шкала MSK-64 является является усовершенствованным и объемным вариантом прежних шкал Меркалли, Канкани, Зиберга и Медведева. Шкала Меркалли-Канкани-Зиберга (шкала ММ или модифицированная Меркалли) утверждена международной сейсмической ассоциацией в 1917 г. Действует в США и большинстве европейских стран. Содержит описательные признаки последствий землетрясений, двенадцати балльная. Она может быть применена в том случае, когда отсутствуют прямые данные об интенсивности подземных толчков, например, из-за отсутствия соответствующего оборудования.

В СССР шкала ММ использовалась до 1953 г. Затем, стала действовать сейсмическая шкала Института физики Земли РАН. Описание последствий землетрясений в этой шкале дифференцировано по трем разделам: поведение зданий и сооружений, остаточные явления в грунтах, изменение режима грунтовых и подземных вод и прочие признаки (реакция людей, животных, смещение мебели и т.д.), что является её отличительной особенностью. В настоящее время стандартом установлен порядок получения оценки интенсивности произошедшего землетрясения в баллах по шкале сейсмической интенсивности (ШСИ-17), а также оценки возможных последствий будущих землетрясений. Оценка интенсивности землетрясения по ШСИ определяется по реакции категорий-сенсоров, по сейсмологическим (уравнение макросейсмического поля) и инженерносейсмометрическим (инструментальным) данным. Шкала сейсмической интенсивности характеризует эффект землетрясения в баллах от 1 до 12.

236

Оценки интенсивности землетрясений по шкале ШСИ совпадают с оценками по шкалам MCS, ММ, MSK-64, EMS-98, ESI-2007 в пределах точности определений. [6]

Оценивать землетрясение можно не только по его разрушительной способности, но и по той энергии, которая вызвала это явление. Для оценки этой энергии введено понятие магнитуды, лежащей в основе шкалы Рихтера. Шкала Рихтера содержит условные единицы (от 1 до 9,5) — магнитуды, которые вычисляются по колебаниям, регистрируемым сейсмографом. Эту шкалу часто путают со шкалой интенсивности землетрясения в баллах (по 7 или 12-балльной системе), которая основана на внешних проявлениях подземного толчка (воздействие на людей, предметы, строения, природные объекты). Когда происходит землетрясение, то сначала становится известной именно его магнитуда, которая определяется по сейсмограммам, а не интенсивность, которая выясняется только спустя некоторое время, после получения информации о последствиях.

Таким образом, за время существования человечества явление землетрясений было широко изучено. Была дана чёткая классификация и введена система оценивания. Эти данные наиболее полезны в сейсмостойком строительстве.

Литература

1.Немчинов Ю.И. Сейсмостойкость зданий и сооружений. В двух частях. / Ю.И. Немчинов – Киев:, 2008г.

2.Гаскин В.В., Иванов И.А. Сейсмостойкость зданий и транспортных сооружений: учебное пособие. – Иркутск: ИрГУПС, 2005.

3.Окамото Ш. Сейсмостойкость инженерных сооружений: Пер. с англ. – М.: Стройиздат, 1980.

4.MSK intensity scale as Compared with JMA intensity scale /

Т.Хироно, К.Сате // Метерологический институт исследований – Токио.

5.Метеорологическое агентство Японии [Электронный ресурс]: [сайт]. – Режим доступа: https://www.jma.go.jp/jma/indexe.html

6.ГОСТ Р 57546-2017 Землетрясения. Шкала сейсмической интенсивности. – Москва: Стандартинформ, 2017.

7.Хазов П.А. Резонансный анализ каркасного здания при сейсмических воздействиях различных частотных диапазонов / П.А. Хазов, А.А. Генералова, А.Е. Воробьёва // Приволжский научный журнал/ Нижегор. Гос. Архитектур.- строит. Ун-т. [Электронный ресурс] : [сайт] –

Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41575592

237

Гордеевцева А.М.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

МЕТОДОЛОГИЯ СЕЙСМОЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГОСТИНИЦЫ В ГОРОДЕ ИРКУТСКЕ

При проектировании объекта – 8 этажного здания гостиницы в городе Иркутске вопрос сейсмоизоляции здания стал более чем актуальным, так как Иркутск – место с повышенной сейсмоопасностью и землетрясениями в 8 баллов.

Рис. 1 – Проектируемое сейсмостойкое здание

Строительство в таких условиях осложнено действием на здания и сооружения динамических воздействий. Сейсмостойкость зданий и сооружений, предназначенных для строительства в сейсмических районах, обеспечивается путём повышения несущей способности конструкций путём увеличения геометрических размеров несущих элементов, применения более высокопрочных материалов и других конструктивных мероприятий. Для обеспечения этого необходимы значительные затраты строительных материалов и средств. С увеличением размеров элементов конструкций или прочностных характеристик материала, увеличивается жёсткость и вес сооружения, что, в свою очередь, вызывает возрастание сейсмической нагрузки [1].

Одним из методов самоизоляции – это создание прорезиненных опор, которые в свою очередь увеличивают затухания колебаний порядка в 3-5 раз. Данные опоры крепятся между наземной конструкцией здания и фундаментом. Конструкция данного устройства состоит из следующих позиций: между двумя опорными стальными листами (4) стоит каучук

238

(резина)(1), который имеет внутренние стальные листы(2) вокруг свинцового сердечника(3) , который обеспечивает жёсткость в вертикальном направлении, что даёт лучшее преимущество сдвигу, чем опорам без сердечника.

Рис. 2 –Конструктивная схема резинометаллической опоры со свинцовым сердечником

Проанализировав данную модель конструкцию, она в целом удовлетворяла требуемую самоизоляцию для данного сейсмоопасного района страны Но данный вид сейсмoзащиты не очень хорош тем, что в некоторых случаях возможно нарушение свинцового сердечника, поэтому данный вариант не был рассмотрен для проектируемого здания.

Одним из самых распространённых и часто встречаемых систем самоизоляции: демпфирование. Данный метод помогает достигнуть значительного гашения колебаний (уменьшения амплитуды).

Сама конструкция широко применяемого устройства следующая: сам демпфер состоит из цилиндрического корпуса, а сам он помещён в поршень, с соблюдением небольшого зазора, который обеспечивает заполнение цилиндрического корпуса вязкой демпфирующей жидкостью. На основе данного принципа в мире достаточно широкое распространение получила система многокомпонентной вибро - и сейсмозащиты (система GERB). Она представляет собой пружинные виброизоляторы с поршневыми демпферами вязкого трения VES [2].

Главное преимущество данного метода заключается в том, что она позволяет снизить реакцию сооружения не только на горизонтальный, но и на вертикальный компонент сейсмического воздействия.

Именно данный метод самоизоляции использовался в данном проекте, что позволил снизить опасность сейсмических воздействий с 8 баллов до пяти. А именно, в колоннах подвала здания было запроектировано данное устройство: эти самые пружины, « разделили» здание на две разные части – подземную и надземную, тем самым насколько это возможно погасив воздействие землетрясений на надземную часть.

239