Технологии строительства в сейсмоопасных зонах
Основы сейсмостойкого проектирования
1.2 Современные технологии и материалы
1.3 Устойчивость в гражданском и промышленном строительстве
Примеры успешных проектов
2.1 Успешные мировые примеры сейсмостойкого строительства
2.1 Ошибки и провалы в проектировании и строительстве
Это руководство посвящено строительству в сейсмоопасных зонах, где землетрясения представляют серьезную угрозу для безопасности зданий и людей.
Мы рассмотрим ключевые принципы проектирования и строительства зданий, которые могут выдерживать сейсмические нагрузки, а также обсудим различные технологии
Цель руководства - помочь специалистам в области строительства, инженерам и архитекторам лучше понять требования и методы строительства в сейсмически активных районах.
Основы сейсмостойкого проектирования
1. При проектировании в сейсмических районах для каркасной системы с ядром жесткости конструирование усиленного этажа с большой жесткостью должно выполняться крайне внимательно. Применение усиленного этажа может уменьшить общие горизонтальные перемещения здания, но привести к резкому изменению жесткости. В результате этого резко увеличиваются внутренние усилия в несущих элементах каркаса здания и легко образуются ослабленные этажи.
2. При проектировании сейсмостойкой каркасной системы с ядром жесткости целесообразно принимать вариант усиленного этажа с ограниченной жесткостью. Такая конструкция устраняет нехватку жесткости до минимально требуемых по нормам проектирования значений. Цель усиленного этажа с ограниченной жесткостью - уменьшить скачок жесткости конструкции и внутренних усилий.
3. Горизонтальный консольный элемент усиленного этажа удобно устанавливать между стволом ядра жесткости и колоннами внешнего каркаса. При расположении этих элементов в плане необходимо обратить внимание на то, чтобы они соединялись с углом внутреннего ядра жесткости, и качественно производилась анкеровка арматуры консоли. Для уменьшения перемещений конструкции в усиленном этаже вдоль внешнего каркаса необходимо устанавливать пояса жесткости. Применение горизонтальных консольных элементов и поясов жесткости не ведет к явному повышению монолитности конструкции здания, но поперечная сила и момент, которые воспринимаются горизонтальным консольным элементом, оказывают влияние на жесткость перекрытий усиленного этажа. При сейсмостойком проектировании, если конструкция здания позволяет, по высоте можно установить несколько (два-три) усиленных этажа, стараясь при этом уменьшить жесткость каждого усиленного этажа.
4. После проектирования усиленного этажа необходимо обратить внимание на обеспечение прочности колонн внешнего каркаса, устанавливаемых выше и ниже усиленного этажа. Можно принимать железобетонные колонны с замкнутыми хомутами. Горизонтальные консольные элементы и окружающие пояса усиленного этажа с ограниченной жесткостью должны проектироваться в виде каркаса.
Например, если в проекте приняты сплошные балки, то должно быть обеспечено сопротивление балок поперечной силе. Для их усиления в конструкции балок добавляют поперечную арматуру. Перекрытия верхнего и нижнего этажей усиленного этажа принимаются увеличенной толщины. При подборе в них арматуры необходимо учитывать влияние изгиба перекрытий и принимать в них двухслойное армирование.
Строительные конструкции усиленного этажа являются элементами единой конструктивной системы, которая вытянута в вертикальном направлении. Под действием силы тяжести и горизонтальной нагрузки внутренние усилия в конструкциях усиленного этажа и близлежащих этажей резко изменяются. Напряженное состояние в них носит локальный характер и учет влияния сейсмических воздействий здесь сложен. Поэтому при проектировании сейсмостойких конструкций необходимо принимать специальные мероприятия. В частности разрешается проектировать данный вид конструкций при сейсмичности до 9 баллов и учитывать следующие способности.
1. Рациональное расположение. Необходимо рационально располагать усиленный этаж по высоте для эффективной его работы на горизонтальные нагрузки и с учетом противопожарных требований. Расположение усиленного этажа следует принимать: при установке одного этажа — на высоте 0,6Н(Н- высота здания), при установке двух усиленных этажей - вблизи вершины и на высоте 0,5Н; при установке трех и более этажей - равномерно расположить усиленные этажи по высоте здания.
2. Передача усилий, надежная анкеровка. Необходимо обеспечить полную передачу усилий от горизонтальных элементов усиленного этажа на конструкции ствола ядра жесткости, не нарушая безопасную работу ствола. Горизонтальные консольные элементы усиленного этажа должны пересекать ствол и стыковаться в узлах ядра жесткости. Необходимо избегать таврового соединения горизонтальных элементов со стенами ядра жесткости.
3. Оптимизация конструкции. Поскольку под действием горизонтальных нагрузок в усиленном этаже в колоннах каркаса возникает большой скачок внутренних усилий и при сейсмических воздействиях усиленный этаж, колонны каркаса близлежащих этажей и ствол ядра жесткости разрушаются в первую очередь, то горизонтальные консольные элементы усиленного этажа необходимо принимать в виде раскосных или решетчатых ферм. При применении сплошных балок необходимо устраивать отверстия в стенке балок. Соединение горизонтальных консольных элементов с прилегающими колоннами каркаса необходимо принимать шарнирное или полужесткое. Так как при длительных воздействиях силы тяжести возникают деформации, оказывающие влияние на горизонтальные консольные элементы, то их целесообразно проектировать в металле.
4. Расчет. При анализе конструкций высотных зданий с усиленными этажами необходимо проводить их расчет на сейсмические воздействия включая силы тяжести, которые соответствуют фактическим условиям. При сейсмостойком проектировании необходимо проводить упругий анализ с учетом фактора времени и проверкой результатов по различным расчетным моделям. Необходимо также обратить внимание на температурные и другие не силовые воздействия. При расчете внутренних усилий и перемещений в конструкциях здания, усиленный этаж следует рассчитывать с ущрм. влияния деформаций перекрытий.
Современные технологии и материал
Чтобы увеличить сейсмостойкость зданий и сооружений, например, инки возводили каменные стены без использования раствора: камни подбирали и укладывали так, чтобы между ними нельзя просунуть лезвие. Тогда стены двигались в такт с толчками, не разрушаясь полностью. Сегодня современная инженерия использует другой подход к сейсмостойкому строительству, а технологии для сейсмостойкого строительства.
Один из способов противостоять землетрясению — «приподнять» фундамент здания над землей, изолировать его от основы. Передача сейсмической энергии в надстройку — основную часть здания, оказывается значительно ослабленной. Так удается эффективно поглощать расходящиеся во время землетрясения волны и препятствовать их разрушительному эффекту. Для достижения такого эффекта в каждом конкретном случае подбирают стройматериалы и конфигурацию приподнятого основания здания. Разработано много технологии для сейсмостойкого строительства, позволяющих изолировать здание от его основы.
Использование базовой изоляции дает возможность зданию перемещаться приблизительно на 30 см относительно поверхности земли.
Вокруг здания следует обеспечить достаточное пространство: должна быть возможность беспрепятственно отклониться от первоначального положения.
Подойдет для зданий средней этажности, выполненных из камня или кирпича, бетона.
Подходит не для всех видов конструкций зданий: ограниченной способностью справляться с напряжением.
Базовая изоляция получила широкое распространение в мире. Такая технология используется в Новой Зеландии, Индии, Японии, Италии, США.
Фундамент на подшипниках
Базовая изоляция может базироваться на композитных резинометаллических подушках или компонентах, работающих по принципу скольжения. Часто для этих целей используют гибкие подшипники или прокладки. Например, здание возводят поверх гибких прокладок из стали, резины и свинца. Во время землетрясения основание здания движется, но сама конструкция остается устойчивой. По сути, используется тот же принцип, что и у систем автомобильной подвески, которая изолирует внутреннюю часть системы и поглощает. Тяжелое свинцовое ядро окружено чередующимися слоями резины и стали. Стальные пластины крепятся подшипниками к конструкции и фундаменту. И во время появления волн землетрясения двигается только фундамент, а само здание остается неподвижным. Установка большого числа таких изоляторов на 80% снижает сейсмическую нагрузку.
Устройства контроля вибрации
Технологии для сейсмостойкого строительства способствуют замедлению вибрации и уменьшению амплитуды. Амортизаторы размещают на всех уровнях строения, прикрепляя один из концов к балке, а второй к колонне. Амортизатор представляет собой гаситель колебаний в виде поршня, размещенного внутри цилиндра, который заполнен силиконовым маслом. Из-за горизонтальных толчков при землетрясениях поршни начинают двигаться и оказывают давление на масло. Так происходит преобразование механическую энергию в вибрационной энергии в тепло.
Во многих х небоскребах мира есть “секретное” устройство, защищающее здание от сильного движения из-за ветра и землетрясений. Демпферы — это устройства для гашения колебаний, которые монтируются непосредственно в конструктивную раму здания или сооружения. Существует много разновидностей, которые выбирают исходя из конкретного проекта:
Инерционный демпфер. Обычно выполнен в виде бетонного блока, который колеблется с резонансной частотой объекта. Этому способствует пружиноподобный механизм, находящийся под сейсмической нагрузкой.
Гистерезисный демпфер. Помогает улучшить сейсмические характеристики за счет рассеивания энергии сейсмической нагрузки.Включает в себя 4 группы демпферов.
Жидкостный вязкостной демпфер. Устанавливает в конструкции здания, являясь дополнительной системой демпфирования. Имеет овальную гистерезисную петлю, а демпфирование зависит от скорости. Хотя потенциально требуется небольшое техническое обслуживание, вязкостные демпферы, как правило, не нуждаются в замене после землетрясения.
Фрикционные демпферы. Как правило, бывают двух основных типов: линейные и вращательные. Они рассеивают энергию за счет тепла. Демпфер работает по принципу кулоновского трения. При использовании в сейсмостойких условиях износ не является проблемой, и обслуживание не требуется.
Металлические упругие демпферы. Имеют запас гибкости, позволяющий поглотить вибрации землетрясения. Этот тип демпфера поглощает большое количество энергии, однако он требует замены после землетрясения.
Вязкоупругие демпферы. Можно использовать как для ветровых, так и для сейсмических применений. Они обычно ограничиваются небольшими смещениями.
Многочастотный успокоитель колебаний
Система устройств вибрационного контроля, которая в случае возникновения вибраций колеблется с резонансными частотами. Состоит из междуэтажных диафрагм, набора консолей, выступающих инерционными демпферами. Они имеют различные периоды собственных колебаний.
Качающаяся основная стена
Недорогая технология, которая успешно работает вместе с применением базовой изоляции с подшипниками из каучука и слоев стали. Сейсмостойкие многоэтажные здания с железобетонным каркасом имеют стену центрального ствола здания колеблется на нижнем уровне здания, чтобы предотвратить разрушения бетона стены. Кроме того, инженеры укрепляют два нижних этажа здания сталью и устанавливают натяжную арматуру по всей высоте. Cтальные тросы проходят через центральный ствол здания. Они работают как резиновые ленты, которые могут быть растянуты гидродомкратами, чтобы усилить временное сопротивление разрыву центрального ствола.
Технология предполагает перенаправление вибрационных землетрясений вместо того, чтобы противодействовать им и полностью отклонять. Она подразумевает создание своеобразного “плаща” из ста концентрических колец (бетон, пластик), которые закапывают под фундамент сооружения. Вибрации входят в кольца и благодаря легкости перемещения передвигаются к внешним кольцам, после чего по сути отводятся от конструкции, рассеиваясь в земле.
Технология укрепления структуры здания
1. Стены жесткости. Технология для сейсмостойкого строительства, в рамках которой возводят стены из нескольких панелей. Во время движения здания при землетрясении, они помогают конструкции сохранить свою форму.
2. Диафрагмы. Для поддержки используют диагональные стальные балки, которые способны поддерживать сжатие и растяжение. Они являются центральной частью конструкции здания. Состоящие из перекрытий здания, крыши и расположенных над ними настилов, они помогают снимать напряжение с пола и передают силы на вертикальные конструкции здания.
3. Жесткий пространственный каркас обеспечивает дополнительную гибкость зданию. Эти конструкции размещаются между стыками здания и позволяют колоннам и балкам изгибаться, в то время как стыки остаются жесткими. Таким образом, здание способно противостоять более сильным землетрясениям, при этом предоставляя проектировщикам свободу расположения строительных элементов.
4. Симметричность. Несимметричные конструкций более подвержены действию землетрясений. Поэтому в зоне сейсмической опасности инженеры проектируют симметричные конструкции. Это позволяет равномерно распределялись силы по строению и огранить декоративные элементы.
Устойчивость зданий во многом зависит от материалов, которые использованы для его строительства.
Стальная ферма. Для сейсмоустойчивых зданий используют конструкционную сталь, которая дает возможность сооружению гнуться без разрушений. Сталь прочнее бетона и кирпича в 10 раз, поэтому использование стального каркаса оправдано. В качестве примера можно привести спальный корпус Калифорнийского университета Беркли. Сейсмостойкое строительство также использует древесину.
Сплавы с памятью формы. Один из наиболее инновационных материалов, наделенных свойством выдерживать значительные нагрузки, после чего возвращаться к изначальной форме. Вариант такого сплава — никель-титан, на 10-30% эластичнее стали.
Углеродное волокно. Дополнительную прочность порядка 40% дает пластиковая пленка, армированная волокном. Пластиковый материал оборачивают вокруг бетонных колонн, а между элементом здания и материалом закачивают эпоксидную смолу. Усиленная углеродным волокном пластиковая оболочка обеспечивает дополнительную прочность. Инженеры также обращаются к природным элементам, чтобы укрепить здания, разрабатываются материалы на основе мидий, паутины, бамбука.
Картонные трубы. В Японии также применяют картонные трубы, покрытые полиуретаном. Легкая и гибкая конструкция способна выдерживать большие сейсмические нагрузки, чем бетон.
Италия — одна из сейсмически опасных стран, где землетрясения время от времени уносят жизни людей и памятники архитектуры. Согласно с градостроительными нормами страны, все постройки должны иметь уровень сейсмической защищенности. Это правило касается и же построенных домов, которые необходимо укрепить минимум на 60%. По новостройкам эта цифра составляет 100%. Итальянские ученые нашли свой вариант уменьшения риском землетрясения: предложили использовать стальные и базальтовые сетки для укрепления стен. Ими в рамках эксперимента укрепили две стены – одну каменную и другую из туфа. Технология оказалась эффективной для зданий из бетона, стены из туфа, самана.
Плавающий фундамент – это простая, прочная монолитная конструкция, максимально устойчивая к вертикальным и горизонтальным смещениям грунта. Железобетонная плита с усиленным армированием, заливается по всей, либо чуть большей площади дома. По такой технологии можно возводить жилье даже на грунтах с низкой несущей способностью. Дому не страшны ни подвижки грунта, ни морозное пучение.
Фундамент должен стоять на амортизационной подушке из щебня и песка. Эта подушка амортизирует толчки. При этом вся конструкция «плавает» в толще грунта, отдельных частей нет и нечему смещаться относительно друг-друга. Плита под нагрузкой несущих стен «скользит», компенсируя резкие толчки. Именно поэтому плитные фундаменты популярны в Крыму – жители дома ощущают покачивание вместо сейсмических толчков. Дом защищен от разломов, поскольку стенам передаются уже ослабленные колебания.
Конечно, в сейсмически опасных регионах предпочтительны однородные монолитные конструкции. Они исключают большинство поражающих факторов, ведь цельная стена в отличие от кладки, не способна просто рассыпаться. При этом весь архитектурный декор – выступы и балконы, также являются частью единого массива железобетонного дома с мощными несущими стенами. Для большей жёсткости внутренние перегородки также можно сделать монолитными.
Однако не все согласны жить в железобетонном доме. И для многих сейсмоопасных регионов такая перестраховка будет излишней. Поэтому практикуется строить железобетонный монолитный силовой каркас, заполненный крупноформатными блоками.
Каркас конструктивно связан с газобетоном – объединён общим армированием, а не просто его заполняет. Иначе при серьезном толчке монолит выстоит, а стена скорее всего выпадет внутрь или наружу.
Выгоды: железобетонный каркас отлично выдерживает сдвиги грунта при землетрясениях: арматура работает на растяжение, бетон на сжатие. В отличие от мелкоформатной кладки, способной развалиться, большие блоки надёжно армируются в жб-каркас дома. А в качестве межкомнатных перегородок безопасными себя зарекомендовали легкие каркасные конструкции.
Это монолитные железобетонные включения в конструкцию здания: укрепление углов, сердечники и сейсмопояса. Оптимальный шаг вертикальных составляющих каркаса равен высоте этажа, их недостаточное количество ослабит стены.
Усиленное армирование колонн и ригелей поглощает энергию подземных толчков. Дополнительно армируют: узлы анкеровки в фундаменте, стене, обрамлении проемов, включая перемычки над ними, узлы стыков арматурных стержней соседних конструкций – всё это делается глубоко в теле будущего железобетона. Армирование объемных блоков выполняется пространственными каркасами и арматурными сетками.
Вертикальные укрепления углов, сердечники и горизонтальные сейсмопояса, включая усиливающий пояс по верху фронтонов, парапетов кровли или мансарды – замоноличиваются мелкозернистым бетоном с пониженной усадкой. Во избежание появления конденсата, промерзания – внешние поверхности железобетона утепляются пенополистиролом.
Газоблок в сейсмоактивном регионе
Преимущества газоблоков – легкость и крупный размер. Стена получается намного легче кирпичной и её проще надёжно увязать с каркасом.
В регионах с вероятной сейсмикой в 9 баллов допускается строить из автоклавного газобетона лишь 1-этажные дома.
Для строительства малоэтажных газобетонных домов в регионах повышенной сейсмической активности важно, чтобы прочность блоков на сжатие для несущих стен была не ниже B5. Поэтому для их возведения согласно п. 6.14.4 СП 14.1330.2011 требуются блоки марки D700. Но они сравнительно дороги и не везде встречаются в продаже.
В нашем случае можно применить самый легкодоступный и популярный блок D500 B2,5. Из него допускается строить только самонесущие стены, но это значит, что он идеально подходит для зданий с полным железобетонным каркасом.
Надежность газобетонного заполнения зависит от соблюдения технологии и качества работ:
В условиях отсутствия сейсмической активности замена монтажного клея на песчано-цементный раствор грозит дому усадочными трещинами в швах и как следствие, теплопотерями. Но при землетрясении это причина разрушений. Испытания и практика показывают, что кладка на клеевой раствор в 2.8 раза прочнее.
Каркас и заполняющая его кладка из газоблока объединяются общим армированием – не реже чем через каждые 3 ряда блоков заложена арматура, проходящая сквозь все железобетонные усиления столбов, колонны и сердечники. Либо кладка изолируется от каркаса упругим демпферным материалом.
Рекомендуются выполнить монолитные железобетонные перекрытия. Они капитально соединяются со всеми вертикальными несущими элементами: стенами, колоннами. Либо сборные перекрытия, их прочность достигается за счёт рифления боковых граней плит.
По монолитному сейсмопоясу в малоэтажном строительстве допускаются деревянные перекрытия
Устойчивость в гражданском и промышленном строительстве
Некоторые основные нормы строительства в сейсмоопасных районах, согласно своду правил СП 14.13330.2018:
1. Применение материалов, конструкций и конструктивных схем, обеспечивающих снижение сейсмических нагрузок, в том числе системы сейсмоизоляции, динамического демпфирования и другие эффективные системы регулирования сейсмической реакции.
2. Симметричные конструктивные и объёмно-планировочные решения с равномерным распределением нагрузок на перекрытия, масс и жёсткостей конструкций в плане и по высоте.
3. Расположение стыков элементов вне зоны максимальных усилий, обеспечение монолитности, однородности и непрерывности конструкций.
4. Предусмотрение условий, облегчающих развитие в элементах конструкций и их соединениях пластических деформаций, обеспечивающих устойчивость сооружения.
Установка инженерно-сейсмометрических станций для наблюдения за динамическим поведением конструкций и прилегающих грунтов.
На площадках, сейсмичность которых превышает 9 баллов, проектирование и строительство зданий и сооружений осуществляются в порядке, установленном уполномоченным федеральным органом исполнительной власти.
Некоторые требования техники безопасности на строительстве в сейсмоопасных зонах:
1. Оборудование рабочего места. Оно должно обеспечивать безопасность работ. Для выполнения работ необходимо устройство подмостей или лесов. Работа с приставных лестниц с использованием механизмов запрещается. Разделение зданий и сооружений антисейсмическими швами. Они должны разделять здания и сооружения по всей высоте. Применение материалов, конструкций и конструктивных схем для снижения сейсмических нагрузок. В том числе систем сейсмоизоляции, динамического демпфирования и других эффективных систем регулирования сейсмической реакции.
2. Симметричные конструктивные и объёмно-планировочные решения. Они должны обеспечивать равномерное распределение нагрузок на перекрытия, масс и жёсткостей конструкций в плане и по высоте.
3. Расположение стыков элементов вне зоны максимальных усилий. Это поможет обеспечить монолитность, однородность и непрерывность конструкций.
Также при проектировании зданий и сооружений следует предусматривать и проверять расчётом крепление высокого и тяжёлого оборудования к несущим конструкциям, а также учитывать сейсмические усилия, которые при этом возникают в несущих конструкциях.
Успешные мировые примеры сейсмостойкого строительства
История создания башни «Бурдж-Халифа»:
Идею возведения высочайшей в мире башни предложил в начале 2000-х годов дубайский шейх Мохаммед ибн Рашид Аль Мактум. Он решил сделать свой эмират привлекательным для туристов, а для этого — открыть пляжные отели, проводить в Дубае всевозможные международные мероприятия и воплощать в жизнь удивительные архитектурные проекты.
Главным архитектором выступил Эдриан Смит, по проекту которого уже был построен небоскрёб Цзинь Мао в Шанхае. Генеральным подрядчиком стала строительная фирма Samsung.
Работы по возведению самого высокого здания в мире начались в 2004 году. Строительство башни длилось шесть лет и велось со скоростью один-два этажа в неделю. Ежедневно на строительстве было задействовано до 12000 рабочих.
Изначально небоскрёб назывался «Бурдж-Дубай», что в переводе означает «Дубайская башня». Но на торжественной церемонии открытия небоскрёбу дали другое имя — в честь президента ОАЭ и эмира Абу-Даби Халифы ибн Зайд Аль Нахайяна.
Официальное открытие башни состоялось 4 января 2010 год
Для укрепления небоскрёба «Бурдж-Халифа» были приняты следующие меры:
Усиленный фундамент. Для защиты от землетрясений, ураганов и других природных катаклизмов железобетонные сваи вбили на глубину 45 метров.
Асимметричная форма башни. Она помогает зданию меньше раскачиваться от ветра.
Специальные противовесы. Их установили внутри небоскрёба, они обеспечивают дополнительную устойчивость.
Технические этажи. Они размещены каждые несколько этажей и создают жёсткость и стабильность, соединяя ядро здания с периметральными стенами и колоннами.
Бетонная подушка в форме цветка. Она равномерно распределяет вес конструкции, чтобы здание не погрузилось в песок.
История создания башни «Тайбэй»:
Тайбэй 101» — многофункциональный небоскрёб, расположенный в столице Тайваня — Тайбэе.
Этажность небоскрёба составляет 101 этаж, высота — 509,2 м (вместе со шпилем). На нижних этажах находятся торговые центры, на верхних расположены офисы.
Строительство небоскрёба началось в 1999 году, официальное открытие состоялось 17 ноября 2003 года, в эксплуатацию здание было введено 31 декабря 2003 года. Стоимость небоскрёба составила 1,7 млрд долларов.
Небоскрёб стал первым построенным в мире небоскрёбом, превысившим высоту полкилометра, первым рекордным по высоте зданием из построенных в XXI веке. Был самым высоким с 2004 по 2008 год в мире и с 2003 по 2007 год в Азии.
Основной достопримечательностью небоскрёба являются смотровые площадки, они круговые, обзор — 360 градусов. Нижняя внутренняя площадка находится на высоте 383 метра.
Для укрепления тайваньского небоскрёба «Тайбэй 101» были приняты следующие меры:
Усилен фундамент. Его поддерживают 380 бетонных свай, забитых на 80 метров в землю. Каждая свая имеет диаметр 1,5 метра и может нести нагрузку в 1000–1300 тонн.
Установлен 660-тонный шар-маятник. 14 Он помещён между 87 и 91 этажами и компенсирует движения здания, вызванные сильными порывами ветра.
Использованы прочные материалы. При строительстве были выбраны стекло, сталь и алюминий, что не позволит зданию обрушиться так, как рушатся при землетрясении дома из камня.
История создания Стамбульского аэрпорта имени Сабихи Гёкчен :
Стамбульский аэропорт имени Сабихи Гёкчен был создан потому, что главный аэропорт имени Ататюрка перестал справляться с ростом пассажиропотока.
Аэропорт был открыт 8 января 2001 года.
Стамбульский международный аэропорт им. Сабихи Гекчен был укреплён от сейсмических явлений следующим образом:
Здание изолировано от основания. Оно имеет подвижную конструкцию, которая поглощает кинетическую энергию подземных толчков.
Терминал расположен на более чем 300 изоляторах — опорах, которые могут перемещаться из стороны в сторону во время землетрясения. Всё здание движется как единое целое, что предотвращает повреждения от неравномерных сил, действующих на конструкцию.
При строительстве использовались тройные маятниковые изоляторы. Это сейсмические устройства, гасящие толчки. В новом корпусе аэропорта содержится около трёхсот маятников, управляемых микропроцессором.
Применены подъёмные механизмы (около 300 штук) для удержания здания над землёй и ослабления колебаний постройки.
Ошибки в проектировании и строительстве
1. Несимметричность конструкции в сейсмостойком проектировании может привести к возникновению больших крутящих моментов, которые могут вызвать разрушение сооружения.
Для сейсмических районов рекомендуется применять симметричные формы зданий с равномерным распределением жёсткостей конструкций и масс. Высотные здания сложной формы желательно проектировать составными, состоящими из нескольких более простых по форме объёмов.
При проектировании несимметричных конструкций необходимо проводить дополнительные мероприятия, например:
Повышение пластичности форм. Если дискретные перекрытия с выступающими и западающими участками значительно превышают нормируемые параметры симметрии, нужно повышать сейсмостойкость конструкции на один уровень.
Усиление мест сосредоточения напряжений в перекрытиях. Ослабленные связующие перекрытия и перекрытия с выступающими или западающими участками плана необходимо утолщать. Армирование нужно выполнять в двух направлениях, чтобы предотвращать эффект излома перекрытия в плане.
Усиливающие мероприятия крайних элементов. Если крутящий момент в дискретных перекрытиях с выступающими и западающими участками значителен, повышается процент армирования ослабленных сечений главной конструкции, обычно крайних участков здания
2. Отсутствие антисейсмических швов приводит к увеличению объёма разрушения здания при землетрясениях.
Это связано с тем, что при отсутствии антисейсмического шва помимо поступательного смещения наблюдается поворот здания, вследствие чего образуются трещины в месте стыка двух блоков.
Неправильный тип фундамента в сейсмостойком проектировании может привести к снижению несущей способности и надёжности конструкций. Это особенно характерно для зданий повышенной этажности, тем более в сейсмических районах.
3. Также неправильный тип фундамента может привести к расхождению отклика сооружений при сейсмических воздействиях для разных типов фундаментов. Это объясняется диссипативными свойствами массива грунта, за счёт которых снижается интенсивность сейсмического воздействия. Например, в случае фундаментов на естественном основании это ведёт к занижению интенсивности сейсмического воздействия, а в случае свайного основания — к её увеличению.
Для обеспечения сейсмостойкости фундаментов важно, чтобы при совместном действии на них обычных нагрузок и сейсмических сил фундаменты не разрушились, не сдвигались и не опрокидывались, а основание не теряло устойчивости.
4. Неточные расчёты в сейсмостойком проектировании могут привести к снижению сейсмостойкости и прочности сооружений.
Некоторые причины неточных расчётов:
Неопределённость сейсмических воздействий (по времени и величине). Это связано со случайным характером землетрясений, которые не поддаются точному предсказанию.
5. Недостоверность нормативной расчётной модели. В ней сейсмическая динамика заменена некоторыми статическими нагрузками.
Неучёт влияния самого здания на исходные внешние сейсмические нагрузки. В современных нормах это влияние не учитывается, что приводит к ошибкам в расчётах.
Расхождения в оценках при расчёте приращений сейсмической интенсивности по разным методикам. Они достигают недопустимо больших значений, что вносит неопределённость при проектировании и оценке рисков, связанных с сейсмической опасностью.
6. Отсутствие нормативных документов в сейсмостойком проектировании может привести к несоблюдению минимальных требований по безопасности. Это не позволит создавать объекты, соответствующие установленным законом минимальным требованиям.
Однако в случае неприменения стандартов и сводов правил допускается применение предварительных национальных стандартов Российской Федерации, стандартов организаций и иных документов для оценки соответствия требованиям технических регламентов. При этом соответствие проектных значений и характеристик здания или сооружения требованиям безопасности, а также проектируемые мероприятия по обеспечению его безопасности должны быть обоснованы результатами исследований, расчётов и (или) испытаний.
Также каждый из нормативных документов имеет свои границы применимости, переход за которые предполагает невозможность их прямого использования без проведения дополнительных экспертных оценок.
Один из основных нормативных документов в сейсмостойком проектировании — свод правил СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах».
Непрогнозируемое разрушение главных элементов конструкции в сейсмостойком строительстве представляет опасность, так как при увеличении нагрузки может произойти обрушение здания.
Для предотвращения этого конструкторы должны заранее просчитать ожидаемые деформации главных элементов здания. 1 Например, любое явное отклонение от принципа постоянного изменения жёсткости и нагруженности по высоте здания может приводить к нежелательным и даже опасным последствиям.
Некоторые меры, которые помогают снизить риск непрогнозируемого разрушения главных элементов конструкции в сейсмостойком строительстве:
Ограничение крутящего эффекта. Расположение конструкции в плоскости должно ограничивать эффект закручивания. Конструкции со слабыми антикрутящими жёсткостями, эксцентриситетами массы и жёсткости приводят к серьёзным разрушениям при сейсмических воздействиях.
Установление отклонений симметричности. Проектировщики должны иметь знания и опыт, позволяющие обнаружить неблагоприятные конструктивные характеристики.
Применение сейсмостойких конструктивных систем. Например, деление зданий и сооружений в плане на части антисейсмическими швами, ограничение высоты зданий, применение в конструктивных схемах антисейсмических поясов.
Строительство сейсмостойких домов - суть землетрясения, сейсмика в Крыму, опасности в СПб и Ленобласти: проектирование антисейсмических зданий, выбор стройматериалов и технологий при строительстве в сейсмоактивной зоне (project-home.ru) 21.11.2024
Основные положения и принципы сейсмостойкого проектирования — технические характеристики (ros-pipe.ru) 21.11.2024
Технологии для сейсмостойкого строительства (planradar.com) 21.11. 2024
https://mchs.gov.ru/uploads/document/2022-03-22/8d06e4315ca36fbeb2dd493a7ec92c3b.pdf 24.11.2024
https://geoizolproject.ru/wp-content/uploads/2019/12/SP-14.13330.2018-Stroitelstvo-v-seismicheskih-raionah..pdf 24.11.24
https://ohranatruda.ru/ot_biblio/norma/249608/24 24.11.24
https://nostroy.ru/department/metodolog/otdel_tehniceskogo_regulir/sto/СТО%20НОСТРОЙ-НОП%202.7.143-2014.pdf 22.11.24
https://kulturologia.ru/blogs/100723/56546/ 26.11.24
https://www.epochtimes.ru/content/view/30825/3/ 26.11.24
https://www.architectsjournal.co.uk/specification/sabiha-gokcen-airport-istanbul-seismic-engineering 26.11.24
https://ru.wikipedia.org/wiki/Тайбэй_101 26.11.2024
https://structures-explained.com/taipei-101-structural-engineering/
https://znanierussia.ru/articles/Бурдж-Халифа
https://travel.yandex.ru/journal/fakty-o-burdzhhalifa-forma-cvetka-vysota-ptichego-polyota-i-dvuhetazhnye-lifty/
https://vc.ru/u/1746818-kirill-kicyn/808080-kogda-ruhnet-burdzh-halifa