Обеспечение сеисмической надежности 9-ти этажного крупнопанельного здания на кинематических фундаментах

1.

СТРОИТЕЛЬСТВО И ТРАНСПОРТ
лов; соответственно оценка УДС имеет формальный характер. Как правило, для оценки
проектных решений УДС используются такие
показатели, как плотность сети и ориентировочные значения пропускной способности полос движения для улиц различных категорий.
Совершенно иной подход сформировался в США, где при оценке УДС в качестве основного применяется интегральный критерий
– показатель уровня обслуживания (Level of
Service - LOS). Сфера использования этого
критерия охватывает все стадии – планирование, проектирование, эксплуатацию УДС и
вполне может быть адаптирована для использования в наших условиях [7] .
В настоящее время критерий LOS используется для оценки условий движения как в
программах моделирования УДС, так и в узкоспециализированных программах проектирования перекрестков и развязок. LOS определяется как «качественная характеристика, которая отражает такие совокупные факторы, как
скорость движения, время поездки, свободу
маневрирования, безопасность и удобство
управления автомобилей
Таким образом, показатель LOS формулирует «цель транспортных мероприятий – обслужить имеющееся количество требований
(потребностей) с приемлемым качеством обслуживания. Параметры качества определяются пользователем УДС в виде выбора скорости
и направления движения.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ваксман С.А., Швец В.Л. Надежность прогнозирования транспортных систем городов //Социально-экономические проблемы
развития транспортных систем городов:
Тез. докл. 3 Свердловской конф. – Свердловск, СИНХ, 1990. – С. 25-28
Клибавичус А.Ю. Проектирование комплексных транспортных схем в условиях
ограниченного финансирования //Социально-экономические
проблемы развития
транспортных систем городов и зон их
влияния: Мат-лы и тез. докл. 9 междунар.
науч.-практ. конф. – Екатеринбург: Комвакс АМБ, 2003. – С. 116 – 119.
Организация дорожного движения в городах: Методическое пособие / Под общ. ред.
Ю.Д. Шелкова. – М.: НИЦ ГАИ МВД России, 1995. – 143 с.
Прогноз изменения парка автомобилей
России // Российский рынок автомобилей.
http: // www.retail.ru/ biblio / good73.htm
Черепанов А.Б. Краткое историческое обозрение норм проектирования транспортных
систем городов. Ч 1. Улично-дорожная сеть
// Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон
их влияния: Материалы и тез. док. 9 международной научно-практической конференции. – Екатеринбург: Комвакс АМБ,
2003.- С.148-157.
An analysis of Factors Contributing to «Walking Along roadway» Crashes: Research Study
and Guidelines for Sidewalks and Walkway //
Report NO. FHWA-RD-01-101, February,
2002. – 50 p.
Level of Service Criteria. http: //www.webs1.
uidaho. edu/niatt labmanual/ Chapters / capacityandlos/ theoryadconcepts / LOSCriteria.htm
ЧИГРИНСКАЯ Л.С.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ 9 - ЭТАЖНОГО
КРУПНОПАНЕЛЬНОГО ЗДАНИЯ НА КИНЕМАТИЧЕСКИХ ФУНДАМЕНТАХ В
Г. УСОЛЬЕ СИБИРСКОЕ
Идея. Сейсмоизоляция с применением
кинематических опор (КО) состоит в снижении сейсмической нагрузки на надземную
часть здания за счет обеспечения уменьшения
жесткости связей между фундаментами и вышележащими этажами. КО обладает хорошими адаптивными свойствами [1, 2].
Наиболее известными являются железобетонные конструкции кинематических опор
40
В.В Назина, Ю.Д. Черепинского, А.М. Курзанова и др. [3, 4]. Такие системы сейсмоизоляции получили распространение, в основном,
только в странах СНГ, включая Россию, в том
числе и Иркутскую область. В патентной литературе имеется более ста предложений (данные за 2006 г.) по устройству гравитационных
кинематических фундаментов. Такое обилие
предложений объясняется тем, что изменение
Вестник АГТА № 5 2011 г.

2.

СТРОИТЕЛЬСТВО И ТРАНСПОРТ
поверхности катания опор такого фундамента
может привести к изменению динамических
характеристик системы в целом и, соответственно, к новому техническому решению.
Конструкция кинематического фундамента КФ приведена на рисунке 1.
Рисунок 1
Конструкция кинематического
фундамента
1 - жесткий опорный элемент заданной конфигурации (шар, ролик, эллипсоид, сфера и т.д.); 2
- опорная фундаментная плита, имеющая специальные выемки или без них; 3 - опорная поверхность нижнего перекрытия здания, в которой находятся выемки для фиксации положения связующих анкеров - 4
КО обладает свойствами «ваньки встаньки» и способна сохранять состояние устойчивого равновесия, а также возвращаться в
исходное положение под действием вертикальной нагрузки.
В состоянии покоя на КО действует
только вертикальная нагрузка. В процессе
землетрясения на КО действует и вертикальная и горизонтальная нагрузки. При этом
нижняя опорная часть начинает перемещаться
относительно верхней. Расположенные между
опорными частями кинематические опоры начинают катиться; стержни, вертикально перемещаясь в отверстиях, искривляются. КО
плавно приподнимают верхнюю опорную
часть над нижней на незначительную с точки
зрения эксплуатации здания величину. Конструкция КО допускает перемещения в плане во
всех направлениях.
Меняя геометрию КО можно обеспечить
необходимые перемещения зданий – переменность кривизны поверхностей качения играет
роль включающихся связей. Система обладает
свойствами «убегать» («отстраиваться») от состояния близкого к резонансному или раскачивания.
Недостатки. Одним из препятствий
для широкого применения в практике сейсмостойкого строительства КО является недостаточная изученность поведения такого рода
систем при сейсмических воздействиях, особенно при доминантных периодах более 1 секунды. При таких землетрясениях здание с кинематическими опорами может получить значительные смещения, при которых может
произойти потеря устойчивости всего здания и
его полное обрушение. В силу этого, такую
систему сейсмоизоляции рекомендуется применять в районах, для которых прогнозируются высокочастотные землетрясения. При
низкочастотных землетрясениях КО развивают недопустимо большие перемещения. Этот
недостаток устраняется путем применения КО
в сочетании с дополнительными средствами
сейсмозашиты (включающимися и выключающимися связями) [5, 6]. Недостатком кинематических гравитационных опор является
также сложность равномерного загружения,
что снижает надежность рассматриваемых
фундаментов.
Изготовление стоек со сферическими
торцами и специальными высокопрочными
контактными поверхностями требует высокой
точности, присущей скорее машиностроительному производству, чем строительной технологии. Кроме того, при наклонах стоек возникают существенные местные напряжения, для
восприятия которых требуется дополнительная арматура, что приводит к увеличению расхода стали. Все это, а также требования повышенной точности при монтаже приводит к
увеличению трудоемкости и стоимости конструкций.
Ряд специалистов (И.Е. Ицков, О.А. Савинов, А.М. Уздин и др.) отмечают, что исследования системы сейсмоизоляции с применением КФ проведены при недостаточно высоком уровне динамического нагружения, а также на основе упрощенных представлений об
особенностях работы систем подобного типа.
Это ставит под сомнение эффективность
сейсмоизолирующей способности зданий, построенных с применением кинематических
фундаментов [3].
Общие данные по КФ в г. Усолье-Сибирское. Согласно картам общего сейсмического районирования Российской Федерации
ОСР - 97 (А, В и С) сейсмичность территории
города составляет 7, 7 и 8 баллов соответственно. Сложное инженерно-геологическое
строение площадки строительства (грунты III
категории по сейсмическим свойствам – насыпные, супеси, водонасыщенные пески пылеватой и средней крупности) повышает расчетную сейсмичность до 8 баллов.
Вестник АГТА № 5 2011 г.
41

3.

СТРОИТЕЛЬСТВО И ТРАНСПОРТ
Предполагалось, что дефицит сейсмостойкости в один балл будет нейтрализован за
счет применения одной из систем сейсмоизоляции – кинематических фундаментов типа
КФ, разработанных бывшим Казпромстройпроектом (ныне КазНИИСС, г. Алматы). Конструкция данного кинематического фундамента изображена на рисунке 2.
внутренняя несущая стена и две продольные
самонесущие наружные стены. Поперечные
стены располагаются с шагом 3.0 и 4.5 м.
Внутренние стены сборные железобетонные
толщиной 160 мм. Плиты перекрытия сборные
железобетонные сплошные толщиной 160мм
опираются по трем и четырем сторонам. Наружные стены сборные керамзитобетонные
трехслойные с жесткими связями общей толщиной 400мм. Соединения внутренних стен
между собой и с наружными стенами выполняются на сварке с последующим замоноличиванием бетоном класса В15.
Рисунок 3 Типовой план 9
нельного здания серии 97с
Рисунок 2 Кинематический фундамент (г.
Усолье Сибирское)
Строительство смонтированной блоксекции было приостановлено в середине 90-х
годов прошлого века. За это время Усольский
завод ЖБИ, выпускавший изделия для серии
97с, прекратил свое существование. В связи с
решением заказчика о достройке блок-секции
были проведены работы по обследованию технического состояния объекта. Результаты обследований подтвердили техническую возможность достройки блок-секции и сдачи ее в
эксплуатацию при условии решения вопроса
об усилении фундаментов типа КФ.
Конструктивные решения серии 97с.
Конструктивная схема жилого 9 - этажного
дома серии 97с представляет собой перекрестно - стеновую систему (рис. 3), состоящую из
продольных и поперечных стен. В продольном
направлении проектом предусмотрена одна
42
этажного крупнопа-
Технические решения по усилению
фундаментов типа КФ.
Анализ опыта применения кинематических фундаментов типа КФ в сейсмических
районах Иркутской области был проведен
бывшим Росстроем и привел к негативным
оценкам. Дополнительные исследования надежности КФ выявили два основных недостатка этой конструкции сейсмоизоляции:
пониженное затухание при колебаниях системы «КФ + здание» из-за отсутствия в
конструкции кинематических фундаментов
демпфирующих устройств, т.е. систем специальных узлов и элементов, при движении
которых вместе со зданием происходит
рассеивание (диссипация) энергии и гашение колебаний;
отсутствие в конструкции кинематических
фундаментов ограничителей перемещений
(смещения здания и наклона опорных элементов) системы сейсмоизоляции.
Предлагаемое техническое решение заключается в устройстве дополнительных металлических связей между фундаментами КФ
и коробкой жилого дома, точнее обвязочными
балками, к которым крепятся выше лежащие
конструкции блок-секции. Крепление указанных дополнительных связей к обвязочным
Вестник АГТА № 5 2011 г.

4.

СТРОИТЕЛЬСТВО И ТРАНСПОРТ
болтами к закладным деталям монолитной обвязочной балки. Затем под углом 30° с помощью сварки крепятся к закладным деталям
фундамента КФ.
Рисунок 4
Усиление КФ путем устройства
демпферного устройства:
1, 2, 5, 6
закладные детали; 3
болты HILTI
HSL 3 M10; 4 болты М16; 7 металлическая
связь; 8, 9 высокопрочный болт с гайкой
Величина осевого усилия натяжения высокопрочного болта ВПБ М16 DINN 933 кл.
пр. 8.8 составляет 12 т. Мкр = 20 30 кгм.
Антикоррозийная защита металлических
элементов выполняется после завершения всех
монтажных и сварочных работ путем обмазки
антикоррозийным покрытием «цинол».
В результате завершения всех монтажных работ по устройству металлических связей получаем план на отметке фундаментов
изображенный на рис. 5.
12000
97-0200с.84
35
1700
балкам осуществляется по принципу упруго фрикционных систем. Связи и узлы их крепления запроектированы таким образом, что:
при сейсмическом воздействии с интенсивностью не выше 7 баллов дополнительные связи обеспечивают жесткую кинематическую связь между фундаментами
и коробкой здания, т.е. система работает
как обычное здание, рассчитанное на 7
баллов;
при сейсмическом воздействии интенсивностью 8 баллов происходит проскальзывание элементов связей в узлах крепления
их к обвязочным балкам, и жесткая кинематическая связь между фундаментами
КФ и коробкой дома устраняется, т.е.
фундаменты КФ включаются в работу как
система сейсмоизоляции. При этом фрикционный характер соединений способствует повышенному рассеянию энергии
колебаний за счет сухого трения в узлах, а
овальные отверстия на концах металлических связей служат ограничителями перемещений всей системы сейсмоизоляции.
Эти конструктивные меры позволяют
нейтрализовать указанные выше недостатки фундаментов типа КФ.
Данные технические решения согласованы Агентством государственной экспертизы
в строительстве Иркутской области.
Конструктивная реализация технического решения. Способ усиления КФ заключается в наложении дополнительных кинематических связей путем установки демпфирующего устройства (рис. 4).
В соответствии с предложенными техническими решениями разработаны рабочие
чертежи элементов усиления существующих
фундаментов типа КФ под 9 - этажную блоксекцию серии 97с с помощью металлических
связей. Эти связи состоят из подкосов, выполненных из парных уголков сечением 50 х 50 х
5 мм из стали С255, длиной 675 мм, объединенных металлической прокладкой. Угол наклона подкоса с горизонтом составляет 30° .
Крепление закладных металлических
деталей к бетону сборных фундаментов КФ
осуществляется с помощью болтов системы
HILTI диаметром 10 мм.
Крепление закладных деталей к монолитной обвязочной балке осуществляется креплением болтами диаметром 16мм, устанавливаемых в предварительно просверленные отверстия. Металлические связи через фрикционные соединения крепятся высокопрочными
1300
Рисунок 5
связей
Схема расположения металлических
Общий расход на одну блок-секцию составляет:
металла - 4,1 т;
болтов системы HILTI Ø 10мм - 380 шт;
высокопрочных болтов Ø 16 мм из стали
40Х «селект» - 97 шт.
Сметная стоимость в ценах IV квартала
2008 г. 1,8 млн. руб.
Вестник АГТА № 5 2011 г.
43

5.

СТРОИТЕЛЬСТВО И ТРАНСПОРТ
Последовательность установки. К
фундаментам типа КФ прикрепляются металлические пластинки с помощью механических
анкеров HILTI; затем выполняются закладные
детали на теле обвязочной балки; следом крепление металлической связи к закладной детали обвязочной балки через фрикционное соединение; далее фиксирование металлической
связи к закладной детали кинематического
фундамента с помощью монтажной сварки
(рис. 4).
Натурные испытания фундамента
типа КФ статической нагрузкой. Учитывая
условность величины расчетных сейсмических
нагрузок, регулируемых коэффициентом допускаемых повреждений К1 (табл. 3* [7]), и
неполноту сейсмологических прогнозов, в настоящем проекте до его реализации в строительстве рекомендовано проведение натурных
испытаний одного фундамента типа КФ на
знакопеременную статическую нагрузку, создаваемую с помощью гидравлических домкратов. Указанный КФ выбирается из числа возведенных фундаментов под запланированные
ранее блок - секции на данной строительной
площадке. Выбранный фундамент освобождается от связей с системой существующих обвязочных балок из монолитного железобетона
путем 600 - миллиметровых «вырезок» участков балок со всех четырех сторон от опытного
фундамента. В процессе испытаний габариты
сделанных «вырезок» используются для размещения двух домкратов мощностью по 50 тс,
расположенных горизонтально с обеих сторон
от фундамента КФ (рис. 6).
Указанные домкраты используются для
передачи на КФ знакопеременной горизонтальной нагрузки с поэтапным наращиванием
еѐ величины. Вертикальная нагрузка на фундамент КФ имитируется путем установки двух
100 – тонных домкратов, передающих нагрузку в 200 тс с помощью специальной траверсы
и 4 - х тяжей, выполненных из спаренных арматурных профилей диаметром 40 мм из стали
класса А240.
Испытания являются контрольными. Их
цель заключается в оценке:
фактической величины усилия, которое
вызывает эффект проскальзывания упруго-фрикционного соединения металлического подкоса с косынкой, прикрепленной
к низу обвязочной балки с помощью болтов системы HILTI и сварки, т.е. определения порога срабатывания системы связей;
44
работоспособности системы ограничителей горизонтальных перемещений и величины их свободного хода (предельного зазора).
Таким образом, кинематические характеристики фундаментов типа КФ, усиленных
системой связей, контролируются с помощью
силового воздействия, создаваемого гидравлическими домкратами.
Рисунок 6 Схема контрольных испытаний КФ с
металлическими связями
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Казина Г.А., Килимник Л.Ш. Современные
методы сейсмозащиты зданий и сооружений. – Обзор. М.: ВНИИИС, 1987.
2. Абдурашидов К.С., Айзенберг Я.М., Жунусов Т.Ж. Сейсмостойкость сооружений. –
М.: Наука, 1989.
3. Авидон Г.Э., Карлина Е.А. Особенности
колебаний зданий с сейсмоизолирующими
фундаментами А.М. Курзанова и Ю.Д. Черепинского // Сейсмостойкое стр-во. Безопасность сооружений. 2008, №1, с. 26 30.
4. ТСН 02 2003. Инструкция по проектированию зданий с использованием фундаментов КФ. Разработаны КАЗНИИССА. Новокузнецк, 2003.
5. Протокол заседания Рабочей группы
«Сейсмоизоляция сооружений». Подкомиссия №1 МВК по СРСС. Санкт Петербург,
14 февраля 2003. Уздин А.М., Айзенберг
Я.М., Белаш Т.А., Беляев В.С., Храпков
А.А., Богданова Г.И., Кузнецова И.С.,
Смирнов В.И.
6. Сейсмическая опасность и сейсмостойкое
строительство в РФ (состояние, проблемы,
решения). Москва, 1996.
7. СНиП II 7 81*. Строительство в сейсмических районах. // М.: Госстрой России, 2000,
45 с.
Вестник АГТА № 5 2011 г.