10936

Рис. 3 - Конструктивная схема пружинного виброизоляторы системы GERB (а) и вязкого демпфера VES (б): 1-поршневой вязкий демпфер VES; 2-болт; 3-опорная плита; 4-пружина; 5-корпус; 6-поршень; 7-вязкая жидкость

Но так как здание гостиницы является восьмиэтажным, и конструктив общего вида имеет круглую конфигурацию, что наиболее благоприятно для строительства в сейсмоопасных районах, лифтовый узел размещён в центре конфигурации объекта, образуя некое жёсткое ядро конструкции. Поэтому возникает вопрос о дополнительной самоизоляции здания, а именно использовании ещё одного распространённого метода сейсмозащиты.

Под жёсткое ядро запроектирован сейсмоизолирующий скользящий пояс[3]. Он выполнен в виде ряда опор, расположенных между фундаментом здания и надземными конструкциями, в месте пересечения продольных и поперечных стен – стен ядра жёсткости. Каждая опора имеет две пластины — из нержавеющей стали и фторопласта-4.

Конструктив запроектированной сейсмозащиты моего проекта выглядит следующим образом: для обеспечения вертикальной и горизонтальной защиты от сейсмически воздействий под колонны монолитного каркаса здания запроектированы пружинные демпферные устройства фирмы VES(Рис.5) , как самый оптимальный вариант современных методов защиты.

Так же используется дополнительный метод защиты под жёсткое ядро объекта, сейсмоизолирующий пояс выглядит следующим образом (Рис.4).

Рис. 4 – Конструкция сейсмоизолирующего пояса в проектируемом здании

240

Рис.5. – Конструкция пружинного демпфера в проектируемом здании

Литература

1.СП 14.13330.2014. Строительство в сейсмических районах. –Введён 2014-06-01. – М.: Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. -107 с.

2.Уздин А.М. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений / А. М. Уздин, Т.А. Сандович, Аль- Насер-Мохомад Самих Амин. – СПб.: Изд-во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева,

1993. – 176 с.

3.Чигринская Л.С. Сейсмостойкость зданий и сооружений: Учеб. пособие для вузов. – Ангарск: Изд-во АГТА

Борискина Е.С.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ СЕЙСМОИЗОЛЯЦИИ В МИРОВОЙ ПРАКТИКЕ 21 ВЕКА

Небольшие землетрясения происходят каждый день и час. С другой стороны, большие землетрясения происходят в среднем раз в год. Самым крупным зарегистрированным землетрясением было Великое Чилийское землетрясение 22 мая 1960 года, которое имело магнитуду 9,5. Однако

241

сейсмологами отмечается, что во всем мире происходит активизация глобальной сейсмичности, и в последние годы произошли катастрофические землетрясения. Только в период с 2001 по 2015 год было зафиксировано 19 землетрясений магнитудой более 8,0.

Рис. 1 – Землетрясения в мире с 01.01.2001 по 31.12.2015 с отображением магнитутды и глубины гипоцентра.

Примечателен тот факт, что несмотря на невороятную силу землетрясений, есть здания, которые способны им противостоять. Ещё со времён самых первых разрушительных землетрясений человечество, а в первую очередь строители, начали изобретать методы по защите своих домов от разрушения. Инженеры-проектировщики эксперементировали со строительными материалами, конструктивными решениями и вспомогательными приспособлениями, накапливая таким образом систему знаний и требований по сейсмостойкому строительству. Естественно, проверку таким знаниям устраивала сама природа. Обобщил эти знания профессор А.М. Уздин, предложив в 1993 году классиикацию сейсмозащиты. Однако, в этой классификации не были учтены способы внешнего снижения сесмических воздействий и защитные устройства (экранные), в том числе малочувствительные конструкции, траншеи, фундаментные волногасящие платформы (рис.2). [2]

Среди существующих современных методов сейсмогашения и сейсмоизоляции с применением специальных устройств можно выделить: сейсмоизолирующие системы с выключающимися связями, резинометаллические опоры по методу Ю.Д. Черепинского, системы сейсмозащиты с кинематическими опорами, метод разделения

242

инерционных масс, метод со скользящим поясом, системы с повышенным демпфированием и динамические гасители колебаний.

Рис. 2 – Дополненная классификация систем сейсмозащиты по принципу их работы (по проф. Абовскому Н. П., Сибирский федеральный университет)

Рост совершенствования и увелиения интереса к вопросу сейсмозащиты зданий также напрямую свзан с урбанизацией городов и резкого развития в сфере высотного строительства. Ведь с увеличением высоты здания оно начинает терять свою жёсткость. Толчком, который вызвал буквально бум в применении сейсмоизоляции, явилось катастрофическое землетрясение в Японии, в г.Кобе в январе 1995 года. Географическое расположение Японии одно из наиболее опасных с точки зрения сейсмической активности (это видно даже по рис.1). Во время землетрясения в г.Кобе погибло более 6 тыс. человек. В эпицентре землетрясения было 2 сейсмоизолированных здания, которые не получили никаких повреждений. Отличное поведение этих зданий при сильнейшем землетрясении послужило импульсом к широкому применению сейсмозащитных систем. В Японии построено уже более 6 тыс. домов, оснащенных системами сейсмоизоляции и демпфирующими устройствами.[1]

С точки зрения высотного сейсмостойкого строительства японцы добились определённых результатов. Катастрофическое землетрясение у восточного побережья острова Хонсю в Японии магнитудой 9,0-9,1 произошло 11 марта 2011 года. Гипоцентр наиболее разрушительного подземного толчка находился на глубине 32 км в Тихом океане. Это сильнейшее землетрясение в известной истории Японии. Стихия спровоцировала глобальную катастрофу на японских островах. Она не только затронула Японию, но и оказала глобальное воздействие. По данным исследователей NASA, это событие наклонило земную ось на небольшую долю (10 см-25 см) и немного увеличило ее (земли) скорость вращения.

243

Несмотря на это, в момент землетрясения производились работы по строительству одного из самых высоких зданий в мире – Токийской телевизионной башни со смотровой площадкой, которая получила название Sky Tree. Один из секретов сейсмостойкого «Небесного дерева Токио», заключается в использовании симбасира — несущей колонны, удерживающей классическую пятиярусную пагоду. Такая конструкция приглушает ударную волну землетрясений и способствует её устойчивости. Основным объяснением такой устойчивости является центральная колонна, которая стоит свободно в центре конструкции и качается, как маятник, смягчая силу толчков землетрясения. Когда землетрясение сотрясает башню, симбасира качается в другом ритме, чем башня, тем самым противодействуя сотрясению и стабилизируя башню. Эта конструкция способна уменьшить раскачивание на 50%.

Симбасира была протестирована ещё до завершения строительства башни. Когда в 2011 году случилось Великое восточно-японское землетрясение, башня ещё строилась, но система сейсмоустойчивости уже работала, и никто из рабочих в тот день не пострадал. Конструкция тоже выдержала толчки, и всего неделю спустя, 18 марта, рабочие прикрепили громоотвод на верхушку башни, что стало последним штрихом в строительстве и удлинило её до проектной высоты в 634 м.

В малоэтажном строительстве японские инженеры также преуспели. Они рассудили так: землетрясение влияет на тебя, только если ты стоишь на земле. Следовательно, в паре сантиметров от земли уже вполне безопасно. Эта концепция легла в основу новых «летающих домов», созданных конструкторской компанией «Air Danshin Systems Inc». Обычный с виду домик устанавливают на бетонном сейсмостойком фундаменте, а вокруг строения размещают систему механизмов: специальный датчик фиксирует подземные толчки и направляет сигнал компрессору, чтобы тот начал нагнетать под здание достаточно большой объем воздуха. Чтобы дом сохранял устойчивость во время левитации, количество воздуха регулируется при помощи специального клапана. В результате постройка плавно поднимается над фундаментом на три сантиметра и пережидает в таком состоянии катаклизм, после чего возвращается в целости и сохранности на своё место. Такой футуристической «избушкой на курьих ножках» уже обзавелись 88 частных домов по всей Японии, а тем временем компания разработчиков надеется на более широкое внедрение своей технологии. В частности, они находят возможной установку подобных систем для более крупных строений. [3]

Не долго ждал своей проверки на устойчивость к землетрясениям и небоскрёб Torre Titanium La Portada в Сантьяго. Сильнейшее землетрясение произошло 27 февраля 2010 года в наиболее густонаселенном регионе Чили

244

между Консепсьоном и Сантьяго. Согласно GPS-измерениям, землетрясение сместило город Консепсьон чуть более чем на 3 метра и Сантьяго на 24 сантиметра к западу. Из-за сейсмической зоны здание Titanium La Portada закреплено на глубине 50 метров 65-ю бетонными и стальными сваями, выполняющими роль «якоря». Жёсткость зданию придаёт фасад из гранита, стекла и алюминия. Такое решение позволило зданию не разрушиться при землетрясении 2010 года магнитудой 8,8. На данный момент этот небоскрёб считается одним из самых устойчивых.

Аналогичная схема сейсмической защиты и у самого высокого в мире здания – «Бурдж-Халифа». Знаменитый небоскрёб способен выдержать землетрясение магнитудой в 6,0 благодаря своему массивному железобетонному каркасу. Однако перед инженерами возникла проблема. На месте строительства «БурджХалифа» скальная порода залегает неглубоко, но она очень плохого качества, хрупкая и насыщена грунтовыми водами, поэтому любая крупная скважина сразу начинает обваливаться. Во избежание этого скважины глубиной 50 метров заполняли вязкой полимерной смолой, которая вытесняла воду и обломки породы к краям, оставляя центр скважины свободным. Этот сиропообразный полимер плотнее воды, но легче бетона. Впоследствии бетон вытеснял смолу и, застывая, образовывал сваи фундамента. Единую систему формируют 200 висячих свай диаметром 1,5 м. Они не дают зданию весом в 500 000 т уйти под землю и придают ему устойчивость. В 2008 году были зафиксированы лёгкие покачивания небоскрёба при землетрясении в Иране.

Хорошо известно, что высокие здания существенно — на 1-2 балла и даже более могут усилить амплитуду колебаний верхних этажей. Увеличение балла в высотных и гипервысотных (появился такой термин) зданиях происходит за счет динамических характеристик самого сооружения, которые зависят от конструктивного решения несущих и ненесущих конструкций, а также от локальных грунтовых условий. Так, например, 24 мая 2013 года во время крупного землетрясения под Охотским морем магнитудой 8,4 для Москвы для зданий высотой 9-10 этажей воздействие данного землетрясения, практически, не ощущалось людьми, а в высотных зданиях были отмечены: раскачивания люстр, звон и дребезжание посуды, неадекватное поведение кошек и собак.

В России, как и во всём мире, в разработке систем по защите зданий от сейсмических воздействий большое внимание оказано фундаментам. Несмотря на успешное применение сейсмостойких систем в каркасе здания, главную роль берёт на себя фундамент как часть системы «основание- фундамент-здание». Так, к примеру, для ряда гостинично-рекреационных комплексов в г. Сочи была создана система сейсмоизоляции в зданиях в виде резинометаллических опор со свинцовыми сердечниками (РМО). РМО

245

обладают высокой горизонтальной податливостью, допускающей большие горизонтальные перемещения грунта, без каких-либо повреждений. Системы сейсмозащиты установлены в нижних частях зданий. [1] Также в настоящий момент ведутся активные разработки адаптивных фундаментов, работающих за счёт сил предварительного натяжения стальных канатов в фундаментных балках и сейсмоизоляторов в виде эластомерных, скользящих или пружинных опор, устанавливаемых между конструкцией здания и жёстким основанием.

Литература

1.Смирнов В.И. Сейсмоизоляция — современная антисейсмическая защита зданий в России / В.И. Смирнов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений / ЦИСС ЦНИИСК им.В. А. Кучеренко – Москва,

2013 -№4.

2.Литвинова Э.В., Литвинов Б.А. Инновационные системы сейсмозащиты зданий и сооружений за рубежом // Строительство и техногенная безопасность – Москва, 2013 - №47.

3.Ажермачёв С.Г., Керимов А.Д. Сейсмостойкие фундаменты // Строительство и техногенная безопасность. – Москва, 201 - №47.

4.Хазов П.А. Анализ сейсмостойкости проектируемого высотного здания в г. Владивостоке/ П.А. Хазов, М.А. Шишова, А.А. Сатанов // Приволжский научный журнал/ Нижегор. гос. архитектур.- строит. ун-т. [Электронный ресурс]: [сайт] – Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42935430

Дмитриева О.А., Новикова М.А., Тарасова Д.А.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВАРНЫХ БАЛОК КРУГЛОГО И ТРАПЕЦИЕВИДНОГО ОЧЕРТАНИЯ

Строительство зданий из металлоконструкций идет по пути снижения металлоемкости каркаса для уменьшения себестоимости. В строительстве производственных зданий широкое применение получили балки переменного сечения. В данной работе мы решили провести сравнительный анализ сварных двутавровых балок трапециевидного и круглого очертания и определить, какая будет выгоднее по количеству затрачиваемого материала.

246

Рис.3. Сечение 1-1 балки трапециевидного очертания

В данном сечении М = 180 кН∙м; Q = 0кН по формулам (1) и (2) соответственно.

Определяем момент инерции и момент сопротивления по формулам

(3) и (4) соответственно.

где b – размер параллельный оси инерции;

h – размер перпендикулярный оси инерции

где ymax – расстояние от оси до наиболее удаленной точки сечения.

Получаем Ix = 20728,91 см4; Wx = 1036.45 см3.

Осуществляем проверку по нормальному напряжению по формуле

(5):

σ = 17,37 кН/см2, что меньше расчетного сопротивления Ry = 24 кН/см2. Проверка выполнена.

Осуществляем проверку по касательному напряжению по формуле Журавского (6):

Получаем τ = 0 кН/см2. Полученный результат сравниваем с

где γc = 0,58.

Rs = 13,92 кН/см2, что больше касательного напряжения. Проверка выполнена.

Рассмотрим сечение 2-2, находящееся на расстоянии 1 м от края балки:

В данном сечении необходимо произвести подбор высоты двутавра. Воспользуемся формулой (5) для определения минимального момента сопротивления. Получаем Wx ≥ 416,67 см3.

По полученным данным мы можем произвести подбор высоты двутавра. Для этого воспользуемся формулами момента инерции (3) и момента сопротивления (4).

Принимаем h = 33 см (рис. 4)

248

Рис.4. Сечение 2-2 балки трапециевидного очертания

Для полученного сечения считаем момент инерции и момент сопротивления по формулам (3) и (4) соответственно.

Ix = 13573,27 см4; Wx = 822,62 см3.

Осуществляем проверку по нормальному напряжению по формуле

(5):

σ = 12,16 кН/см2, что меньше расчетного сопротивления Ry = 24 кН/см2. Проверка выполнена.

Осуществляем проверку по касательному напряжению по формуле Журавского (6):

пол.сеч. = 451,83см3.

Получаем τ = 4,44кН/см2. Полученный результат сравниваем с расчетным сопротивлением сдвигу, Rs = 13,92 кН/см2, что больше касательного напряжения. Проверка выполнена.

Рассмотрим сечение 3-3 на краю балки:

Высота сечения двутавра 26см – определяется графически.

Рис.5. Сечение 3-3 балки трапециевидного очертания

Для полученного сечения считаем момент инерции и момент сопротивления по формулам (3) и (4) соответственно.

Ix = 8043,45 см4; Wx = 618,73 см3.

Осуществляем проверку по нормальному напряжению по формуле

(5):

σ = 0 кН/см2, что меньше расчетного сопротивления Ry = 24 кН/см2. Проверка выполнена.

Осуществляем проверку по касательному напряжению по формуле

пол.сеч. = 339,37см3.

249