Особенности конструктивных решений зданий для строительства в сейсмоопасных районах

1.

РАЗДЕЛ 4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ АРХИТЕКТУРНОКОНСТРУКТИВНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ
Тема 16. Особенности конструктивных решений
зданий для строительства в сейсмоопасных
районах
16.1. Силовые воздействия на здания при
землетрясениях.
16.2.Особенности объёмно-планировочных и
конструктивных решений зданий.

2.

16.1 Силовые воздействия на здания
при землетрясениях
В результате действия внутренних сил Земли
возникают движения земной коры, которые
сопровождаются упругими колебаниями,
вызывающими сейсмические явления –
землетрясения.
Они постоянно наблюдаются в горных районах
Восточного и Западного полушария. В равнинных
местах колебания земной коры или совсем не
наблюдаются, или очень редки и сила их составляет
1-3 балла. Области, подверженные частым
землетрясениям, называют сейсмическими.

3.

Сила землетрясений измеряется по 12-ти балльной
шкале.
Сейсмически активные территории подразделяют
на зоны, степень возможной разрушительной силы
землетрясений в которых определяют в баллах. В
практике строительства выделяют зоны
сейсмичностью 6, 7, 8 и 9 баллов.
Меры, исключающие или смягчающие
разрушительные воздействия сейсмических сил,
сводятся к выбору: участков с меньшей степенью
сейсмической опасности; соответствующих
конструктивных схем и материалов для зданий;
соответствующих объёмно-планировочных
решений; конструктивных решений,
обеспечивающих сейсмостойкость здания.

4.

Под сейсмостойкостью понимают сохранность
несущих конструкций, выход из строя которых
угрожает обрушением здания или его частей. При
этом возможны повреждения второстепенных
несущих элементов, не угрожающих безопасности
людей или сохранности ценного оборудования.
Минимизация риска и возможных потерь от
землетрясений достигается:
выбором для нового строительства площадок с
благоприятными грунтовыми условиями и
минимальной сейсмичностью;
совершенствованием действующих или
разработкой новых строительных норм и правил;
совершенствованием действующих и разработкой
новых методов расчета зданий и сооружений на
сейсмические воздействия;

5.

применением рациональных объемнопланировочных и конструктивных решений,
эффективных материалов и конструкций;
проведением специальных конструктивных
мероприятий по усилению и реконструкции
существующей застройки, обладающей
определенным дефицитом сейсмостойкости;
обеспечением необходимого качества
изготовления и монтажа конструкций;
обеспечением готовности населения и служб
спасения к землетрясениям.

6.

16.2. Особенности объёмно-планировочных и
конструктивных решений зданий
Принципы проектирования сейсмостойких
зданий и сооружений. Здания и сооружения,
предназначенные для возведения в
сейсмических районах, отличаются от
обычных рядом особенностей в объемнопланировочном и конструктивном решениях
(рис.1).

7.

Рис. 1 Схема расположения стен жесткости в плане здания: а –
рекомендуемая симметричная; б – нерекомендуемая
ассиметричная; в – то же, с изломом внутренних стен.

8.

Таблица 1 Предельные размеры зданий
Несущие конструкции зданий
Размеры по длине (ширине), м
Высота, м (число этажей)
7
7
8
9
8
9
1.Металлический или
По требованиям для несейсмических
железобетонный каркас или стены районов, но не более 150м.
железобетонные монолитные
По требованиям для
несейсмических районов
2.Стены крупнопанельные
80
80
60
45(14)
39(12)
39(9)
3.Стены комплексной конструкции 80
(железобетонные включения и
железобетонные пояса образуют
легкую каркасную систему
80
60
23-30
(7-9)
20-23
(6-7)
14-17
(4-5)
4.Тоже, но не образуют четкий
каркас
80
80
60
17-20
(5-6)
14-17
(4-5)
11-14
(3-4)
5.Стены из вибрированных
кирпичных панелей или блоков
80
80
60
23 (7)
20(6)
14(4)
6.Стены из кирпичной или
каменной кладки
80
80
60
14-17
(4-5)
11-14
(3-4)
8-11
(2-3)

9.

Здания и сооружения большой
площади застройки, а также со сложным
очертанием в плане или различной высотой
частей расчленяют на отсеки прямоугольной
формы антисейсмическими швами (рис.2,
а). Предельные размеры зданий (отсеков) в
зависимости от характера их несущих
конструкций и расчетной сейсмичности
принимают по нормам.

10.

Р
Рис.2 Схема разрезки здания со сложной конфигурацией в плане на самостоятельные
отсеки: а – не рекомендуемое решение; б – рекомендуемое решение

11.

Рис. 3. Конструктивные мероприятия, снижающие сейсмические воздействия на
здания (планы):

12.

Рис. 3. Конструктивные мероприятия, снижающие сейсмические воздействия на здания
(планы):

13.

Рис. 3. Конструктивные мероприятия, снижающие
сейсмические воздействия на здания (планы):
а - разделение здания на отсеки антисейсмическими
швами; б - перенос тяжелого оборудования в нижний
этаж; в - замена мостового крана козловым (напольным); 1
- антисейсмический шов; 2 - не рекомендуемое
расположение оборудования; 3 - рекомендуемое; 4мостовой кран; 5 - козловой кран

14.

Во время землетрясений фундаменты по сравнению с
другими элементами здания подвергаются меньшим
повреждениям. Однако надежно выполненные фундаменты залог повышенной сейсмостойкости других конструкций зданий
(рис.4-5).
Рис.4. Схема столбчатых фундаментов с антисейсмическими связями: 1- фундамент под
колонны, 2 – железобетонные
фундаментные балки

15.

Рис.5. Детали антисейсмических
поясов:
а – в несущей кирпичной стене; б –
в ненесущей кирпичной стене, 1хомуты диаметром 6 мм, 2 – стена, 3
– анкерные связи, 4 – продольные
арматурные стержни диаметром
10-12 мм, 5 – закладные детали, 6 –
плита
перекрытия,
7
–
антисейсмический железобетонный
пояс

16.

17.

Рисунок 6. Сейсмоконструирование узлов. а, б - армирование узла сборной и
монолитной железобетонной рамы: в - конструктивное решение стыковых
соединений панелей внутренних стен крупнопанельных зданий; г- анкеровка
панелей перекрытий 1 – продольная арматура; 2 - то же, поперечная; 3 усиленный арматурный выпуск; 4- опорный столик из уголков с отверстием; 5дополнительная продольная арматура; 6 — поперечная арматура

18.

19.

Колонны каркасных зданий устанавливают на
отдельно стоящие железобетонные
фундаменты стаканного типа, как и в зданиях,
возводимых в несейсмических районах. В тех
случаях, когда отдельные фундаменты не
могут противостоять сдвигающим усилиям
сейсмических нагрузок, их соединяют с
соседними фундаментами распоркамисвязями. В качестве распорок можно
использовать фундаментные балки, которые
крепят к фундаментам сваркой закладных
элементов (рис.7, б).

20.

Фундаменты сейсмостойких зданий:

21.

22.

Рис. 7. Фундаменты сейсмостойких зданий:
а -для зданий с несущими стенами; б - крепление
фундаментных балок к фундаментам под колонны; в –
фундамент на песчано-гравийной подушке; 1 – армированный;
шов 2 - жирный цементный раствор; 3 - бетонный столбик; 4 стальные закладные элементы;5 - железобетонный башмак; 6 железобетонная обойма-оболочка; 7 - песчано-гравийная

23.

Детали стен сейсмостойких
зданий:

24.

25.

Рис.8. Детали стен сейсмостойких зданий:
а -вертикальный антисейсмический шов; б - крепление стеновых и оконных
панелей в уровне горизонтального антисейсмического шва; в - деталь крепления
стеновых панелей к колонне в уровне рядового шва; г - крепление самонесущей
кирпичной стены к колонне; 1 - пакля или эластичный материал; 2 - доска 50X150
мм; .3 - сталь толщиной 8 мм; 4 - оцинкованная сталь; 5 - утеплитель; 6горизонтальный антисейсмический шов, заполняемый эластичным
материалом; 7 -стальная пластинка; 8 - цементный раствор; 9 - закладная деталь
панели; 10 - крепежный уголок; 11 - сварная сетка; 12 - крепежные элементы

26.

27.

Рисунок 9. Усиление граней оконных (а) и дверных (б)
проемов: 1 - железобетонный сердечник; 2 - железобетонная
перемычка, объединенная с обвязкой; 3 -железобетонная
обвязка

28.

29.

Детали каркасов многоэтажных
сейсмостойких зданий:

30.

Рис. 10. Детали каркасов многоэтажных сейсмостойких зданий:
а - перекрытие с монолитными продольными ригелями; б - сопряжение
поперечных сборных ригелей с колонной; в - сопряжение сборных поперечных и
продольных ригелей с колонной; 1 продольные монолитные ригели; 2 - сборные
железобетонные плиты; 3 - поперечные ригели; 4 - продольный сборный ригель; 5
– сварные сетки; 6 - хомуты; 7 - ванная сварка; 8 - бетон (на марку выше бетона
стыкуемых элементов).

31.

Тема 17. Особенности конструктивных
решений зданий для строительства в
холодной строительно-климатической зоне и
в районах с жарким климатом.
17.1. Особенности проектирования и
строительства и в условиях вечной мерзлоты.
17.2. Особенности проектирования и
строительства в условиях жаркого климата.

32.

17.1. Особенности проектирования и
строительства в условиях вечной мерзлоты
Вечномерзлыми называют грунты,
сохраняющие постоянно в природных
условиях отрицательную или нулевую
температуру. Оттаивают на небольшую
глубину.
Верхний, покровный слой грунта,
расположенный над вечномерзлыми
пластами и подвергающийся сезонному
замораживанию и оттаиванию, называют
деятельным слоем. Его мощность обычно
колеблется в пределах от 0,5 до 4 м и более.

33.

Наледи представляют собой
вспучивание почвы в виде бугров
значительных размеров. Их
образование происходит за счет
сезонного промерзания
надмерзлотных грунтовых вод с
последующим аккумулированием
большого количества льда.

34.

В зависимости от геологических,
гидрогеологических и климатических
условий строительство зданий в
районах вечной мерзлоты
осуществляется следующими
приемами:
возведение зданий обычными
методами. Этот метод применяют в
случае, когда основанием являются
скальные или полускальные породы;

35.

сохранение грунтов основания в
вечномерзлом состоянии. Этот метод
применяют для просадочных и других
слабых льдонасыщенных грунтов
мощностью не менее 15 м с
устойчивым температурным
режимом. Если здание отапливаемое,
то основание надежно защищают от
подтаивания путем устройства
холодного подполья с продухами,
высотой в зависимости от ширины
здания в пределах от 0,5 до 1 м и
более;

36.

o оттаивание грунта в основании.
Этот метод используют при
строительстве на грунтах, не
имеющих большой осадки при оттаивании;
предварительное оттаивание
грунта и его уплотнение в основании.
Этот метод применим для
отапливаемых зданий, когда
исключа¬ется восстановление
мерзлого состояния оттаявших
грунтов.
Выбор любого из перечисленных

37.

Что касается сохранения вечномерзлого
состояния грунтов, то можно применить
следующие приемы:
возводить здание на подсыпках
(рис.11,а) и обеспечить теплоизоляцию
поверхности и грунта (рис. 11,б). Этот
прием рассчитан на охлаждение массива
грунта основания с боков. В случае если
такое охлаждение окажется
недостаточным, то массив грунта будет
постепенно прогреваться и начнется
оттаивание грунтов в основании;

38.

устройство вентилируемых подполий
(рис. 11,в). Используется при строительстве и
проектирование жилых, общественных и
промышленных зданий. В этом случае
уменьшается застаивание воды подполье;
расположение на 1 этаже
неотапливаемых помещений (рис. 11,г), что
тоже выполняет роль вентилируемого
подполья. Для интенсивного охлаждения
стены 1 этажа из теплопроводных
материалов, а окна – с одинарным
остеклением;

39.

устройство под полом вентиляционных
каналов (рис. 9,д), а в местах выделения
большого количества тепла в грунт в
результате технологических процессов
применять искусственное охлаждение
грунтов (рис. 9,е) саморегулирующими
колонками или специальными
холодильниками установками с
замораживающими колонками;
устройство свайных фундаментов или
фундаментов глубокого заложения,
врезаемых в вечномерзлый грунт ниже
глубины возможного оттаивания его под
зданием. При этом укладка теплоизоляции
под полом отапливаемого здания
существенно уменьшает глубину

40.

Рис.11. Схемы устройства для сохранения в основании
вечномерзлого состояния грунтов:1 – вечномерзлый грунт, 2 – верхняя
граница слоя вечномерзлого грунта, 3 – деятельный слой, 4 –
насыпной непучинистый грунт, 5 –теплоизоляция, 6 – вентилируемое
подполье, 7 сваи, 8 – неотапливаемый первый этаж, 9 –
вентиляционные каналы, охлаждающие грунты воздухом, 10 –
замораживающие колонки.

41.

При проведении бетонных и каменных
работ нужно выполнять специальные
требования:
Укладка бетона должна производиться
на основание, состояние которого
полностью исключает замерзание смеси по
линии стыка с ним, а также возможность
деформаций из-за пучинистости грунтов. С
этими целями основание участка
бетонирования нагревается до достижения
им положительной температуры, а после
укладки смеси сохраняется от
промерзания до тех пор, пока бетон не
наберет критическую прочность;

42.

непосредственно перед началом
работ по бетонированию опалубка и
арматура чистятся от наледи и снежных
масс. Если диаметр арматуры превышает
25 мм, либо она выполнена из жесткого
профилированного проката или содержит
металлические закладные элементы
значительного размера, то в условиях
отрицательных температур менее -10оС
следует нагреть арматуру.
Процессы бетонирования в условиях
отрицательных температур производятся
быстро и непрерывно – каждый
нижерасположенный слой бетона следует
перекрыть новым прежде, чем его
температура упадет ниже расчетной.

43.

Современные технологии выполнения бетонных
работ в условиях вечной мерзлоты позволяют достичь
высокого качества строительных конструкций при
оптимальном уровне затрат. Условно они делятся на
три группы:
технология «термоса», базирующаяся на
сохранении начальной теплоты смеси, нагретой в
процессе составления или перед укладкой на месте
работ, а также на использовании выделений тепла,
происходящих из-за реакции цемента с водой во
время отверждения бетона;

44.

технология искусственного прогрева
бетонной смеси после выполнения ее
укладки в конструкцию;
технология химического снижения
точки замерзания воды в составе бетонной
смеси и повышения скорости реакции
цемента.

45.

Рис.12 Аварийная ситуация для здания детского сада в г.Чита,
возникшая в результате оттаивания линзы многолетней мерзлоты.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

расположение здания по оси
восток-запад – максимальная
возможность затенения;
сокращение радиусов пешеходной
доступности учреждений обслуживания
(размещение их в отдельностоящих
зданиях, не включать их в первые этажи
жилых зданий);
предусматривать сооружения
летнего типа (кинотеатры, кафе и пр.) на
открытом воздухе;
озеленение и обводнение
территории.