Особенности эксплуатации и строительства
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И СТРОИТЕЛЬСТВА СЕЙСМО- СТОЙКИХ ЗДАНИЙ/ В данной работе рассмотрены основные особенности строительства и эксплуатации зданий в сейсмических районах. Основное внимание уделено вопросам их усиления. Дан перечень основных положений по эксплуатации зданий и сооружений в районах активных сейсмических воздействий. строительство, усиление, эксплуатация зданий и сооружений, сейсмически активные районы. ВведениеСейсмостойкость зданий во многом зависит не только от правильно выбранных проектных решений, но и от правильно выполняемого произ- водства работ и эксплуатации. Кроме того, большое значение имеют во- просы, связанные с усилением конструкций в случае изменения сейсмо- стойкости или после землетрясения. Рассмотрены основные особенности строительства и эксплуатации зданий в сейсмических районах с учетом усиления строительных конструкций. Качество строительства играет принципиальную роль при обеспече- нии сейсмостойкости зданий и сооружений. Там, где качество строитель- ства соблюдалось, ущерб от землетрясений был ограничен даже в случаях, когда строительство не удовлетворяло современным нормам и рекоменда- циям. Наоборот, в случаях низкого качества строительства имели место многочисленные обрушения зданий и массовая гибель людей. Приведем несколько примеров. В Мессине (Италия) преобладала стихийная застройка территории зданиями из местных материалов. Вопросы качества строительства не рас- сматривались. Мессинское землетрясение 1931 года разрушило большую часть города и унесло около 100 000 жизней. Академик Мушкетов, анали- зируя последствия землетрясения, отмечал, что странно не то, что разру- шения столь велики, а то, что что-то еще уцелело. Во время спитакского землетрясения в Армении были разрушены ты- сячи зданий, погибло около 35 000 человек. Качество строительства, без условно, сыграло важнейшую роль в тяжести последствий. Из панелей разрушившихся зданий арматуру можно было вытащить руками, т. е. при изготовлении панелей явно нарушались технология и дозировка цемента. При массовых разрушениях некоторые частные дома, построенные без со- блюдения всех норм сейсмостойкого строительства, но при высоком каче- стве бетонных работ, удовлетворительно перенесли землетрясение. 1 Способы антисейсмического усиления эксплуатируемых зданийПовышение сейсмостойкости эксплуатируемых зданий и сооружений включает усиление подземной (оснований и фундаментов) и надземной частей. Усиление оснований и фундаментов обычно необходимо для жестких массивных сооружений, построенных на слабых грунтах или грунтах, под- верженных тиксотропным явлениям. При усилении грунтовых оснований нагрузки на здание, как правило, возрастают. Это обстоятельство необхо- димо учитывать при разработке проекта усиления. На практике возможны два способа усиления оснований: химическое и механическое. Химическое усиление грунтов предусматривает закрепление их путем цементации, силикатизации, битумизации и т. п. При неудовлетворитель- ном состоянии материала фундаментов (выщелачивание кладки, трещины и пр.) возможно его химическое усиление. Для проведения химического усиления грунта или тела фундамента пробуривают отверстия диаметром 2–4 см с шагом 0,5–1 м. В отверстие вводится инъектор, через который под  давлением нагнетают закре- пляющий раствор. Обычно усиление массива происхо- дит в радиусе 0,6–1,2 м во- круг инъектора так, чтобы обеспечить сплошной мас- сив усиленного грунта под фундаментом (рис. 1).Многие здания и со- оружения приходится стро- ить не только в сейсмиче- ских условиях, но и в усло- виях просадочных грунтов, которые также оказывают Рис. 1. Схема силикатизации основания под фундаментом: 1– инъектор; 2– фундамент; 3– укрепленная зона существенное влияние на сейсмостойкость здания. Для усиления грунтового основания используется термический метод. При этом в грунт через жаропрочные трубы нагнета- ется воздух, нагретый до высокой температуры. При нагреве лессовые грунты начинают терять просадочные свойства, а при температуре более 700 приобретают высокие прочностные свойства. Схема термического укрепления грунта показана на рис. 2.  Рис. 2. Схема термического укрепления грунта: 1– сооружение (труба); 2 – фундамент; 3– скважина для обжига; 4– зона термического укрепления грунта; 5– кювет для отвода сточных вод; 6– водозащитная обваловка; 7– навес Механическое усиление грунтов предусматривает погружение в осно- вание свай. Поскольку забивка и вибропогружение свай могут привести к повреждению здания, обычно используются буронабивные, буроинъекци- онные или задавливаемые в грунт сваи. В зависимости от размещения свай усиление основания может быть прямым или косвенным. При прямом усилении сваи располагаются непосредственно под фун- даментом. С этой целью отверстия под сваю могут просверливаться сквозь существующий фундамент. Для этого используют буронабивные сваи ма- лых диаметров 8–12 см. При косвенном усилении сваи размещаются по периметру здания, препятствуя образованию в грунте поверхностей скольжения. Возможно также размещение свай вне пределов фундамента, но со- единение их с фундаментом с помощью мощных рандбалок. Схемы воз- можного размещения свай показаны на рис. 3. Для усиления оснований возможно использование различных типов свай: обычные буроинъекционные сваи, как правило, с предварительным размещением в скважине арматурного каркаса; буроинъекционные сваи на специальном цементе, вступающем с грунтом в химическую реакцию; такие сваи при взаимодействии с грунтом образуют уплотненные зоны грунтобетона под фундаментом, повышая не- сущую способность фундамента (рис. 3, г);  Рис. 3. Современные методы сейсмоусиления фундаментов: а – цементизация существующих фундаментов; б – задавливаемые сваи; в,г– набивные сваи; д – буроинъекционные сваи; е – метод «струи»; 1– инъектор; 2– усиливаемый фундамент; 3– наддомкратная балка; 4– домкрат; 5– залавливаемый элемент; 6– свайный ростверк; 7– набивная свая; 8– рандбалка; 9– буроинъекционная свая; 10– буровой агрегат; 11– конструкция усиления (грунтоцементная колонна); 12 – буронабивная свая; 13 – монолитная железобетонная балка буронабивные сваи, для изготовления которых в грунте устраива- ются скважины диаметром до 40 см, с одновременным погружением в скважину обсадной трубы или заполнения скважины глинистым раство- ром, в скважину устанавливают арматурный каркас и заполняют ее пла- стичной бетонной смесью; сваи Страуса, отличающиеся от буронабивных тем, что свая не имеет арматурного каркаса, а бетон в сваю подается порциями с одновре- менным процессом его трамбовки и извлечения обсадной трубы; боковая поверхность сваи становится при этом гофрированной, что должно повы- шать ее несущую способность; щебеночные сваи, в которых скважина заполняется трамбованным щебнем; такие сваи, с одной стороны, уплотняют грунт основания, с дру- гой – препятствуют разжижению грунта основания, так как при возникно- вении процессов разжижения свободная вода уходит внутрь щебеночных свай; задавливаемые и винтовые сваи, изготавливаемые заранее и погру- жаемые в грунт задавливанием или завинчиванием без передачи на здание интенсивных динамических нагрузок. Усиление фундаментов может выполняться с усилением основания, как рассмотрено выше, а также отдельно путем развития существующих или устройством дополнительных фундаментов, увеличивающих площадь опирания (см. рис. 3). Усиление зданий возможно с изменением динамической схемы и без изменения динамической схемы сооружения. Усиление сооружений с изменением их динамической схемы (специ- альное) включает сейсмогашение и сейсмоизоляцию. Сейсмогашение предусматривает установку демпферов и динамиче- ских гасителей колебаний. Сейсмоизоляция – весьма эффективное средство усиления эксплуати- руемых зданий. Эффективное использование сейсмоизоляции возможно для промышленных зданий, несущих тяжелое оборудование (изоляция оборудования), резервуары с жидкостью (изоляция жидкости воздушными завесами) и т. п. Для обычных зданий устройство сейсмоизоляции преду- сматривает отделение здания от фундамента, установку здания на времен- ные опоры, введение между зданием и фундаментом сейсмоизолирующих опор, перестановку здания с временных на сейсмоизолирующие опоры. Традиционные методы усиления (без изменения динамической схемы здания) могут включать: сейсмоусиление отдельных несущих элементов зданий (стен, про- стенков, колонн и т. д.); усиление узлов между элементами зданий (узлов железобетонных рам, узлов пересечений и сопряжений стен и т. п.); объединение элементов здания в единую систему с целью распре- деления нагрузки между всеми несущими элементами. Комплекс антисейсмических мероприятий должен обеспечить сейс- мостойкость сооружения в соответствии с общими требованиями к работе сооружения при сейсмических воздействиях, рассмотренных выше. При этом необходимо обеспечить максимальное использование существующих конструкций и их совместную работу в сооружении во время землетрясе- ния. При сейсмоусилении отдельных несущих элементов применяют: торкрет-бетонирование по металлической сетке; аппликацию; инъектирование кладки; железобетонные обоймы; предварительное напряжение элементов, как правило, с помощью металлоконструкций. Усиление связей осуществляется путем развития сечений конструк- тивных элементов связи и добавлением соединительных элементов (бол- тов, сварных швов и т. п.). Усиление связей можно рассматривать как один из путей объединения элементов здания в единую систему. Объединение элементов зданий в единую систему может выполняться: устройством жестких монолитных сейсмопоясов; устройством преднапряженных металлических окаймляющих поясов; обжатием элементов преднапряженной арматурой; устройством окаймляющего рамного железобетонного каркаса, в частности устройством контрфорсов; устройством новых и усилением существующих стыковых соеди- нений. Для усиления перечисленными способами используют преднапряжен- ные и обычные конструкции. До последнего времени к преднапряженным конструкциям относились с некоторой осторожностью в силу возможности их хрупкого разрушения при экстремальных нагрузках. Следует отметить, что такое разрушение преднапряженных конструкций исключается при надлежащем подборе марки стали и высоком качестве изготовления пред- напрягаемых элементов. Ниже рассмотрены некоторые примеры антисейсмического усиления зданий. Торкрет-бетонирование по металлической сетке применяют при уси- лении стен крупнопанельных, крупноблочных и каменных зданий. На по- верхность стены, предварительно покрытой металлической сеткой, нано- сят торкрет-бетон. Обжатие напрягаемыми тяжами используют для сейсмоусиления ка- менных, мелкоблочных и крупноблочных зданий. Этот метод сейсмоуси- ления заключается в следующем. Горизонтальный напрягаемый пояс в уровне каждого этажа обтягивают круглой сталью (для двухэтажных зда- ний) или металлическими швеллерами (в пятиэтажных зданиях). Натяжение осуществляется муфтами и болтовыми соединениями. Ва- рианты натяжения поясов представлены на рис. 4. Наружный металлический каркас устраивают при сейсмоусилении не- сущих и ненесущих наружных каменных и бетонных стен. С точки зрения ряда специалистов, этот способ не очень эффективен, хотя он довольно широко распространен при усилении стен, разрушенных в результате зем- летрясений и других аварий.  а)б) Рис. 4. Варианты натяжения поясов при сейсмоусилении каменных и блочных зданий: а – муфтами; б – болтовыми соединениями Этот способ заключается в том, что поврежденные стены заключают в наружный металлический каркас из прокатных элементов, сваренных ме- жду собой. С помощью предварительно напряженных тяжей обычно восстанав- ливают связь между элементами в зданиях из крупных бетонных блоков. Суть этого способа заключается в том, что тяжи крепятся к напрягаемому горизонтальному металлическому поясу. Пояс выполняют из швеллера и прикрепляют на болтах к перемычечному блоку. Установка горизонталь- ного напрягаемого пояса к нему осуществляется тяжами крепления стен перпендикулярного направления. Повышение сейсмостойкости здания происходит благодаря увеличе- нию сил трения между панелями. Наиболее сложной частью реализации предлагаемой системы является обеспечение точности расположения от- верстия в стеновых панелях. Отклонение положения тросов от оси панели, кроме обжатия, приведет к ее изгибу и ухудшит сейсмостойкость соору- жения. Металлическими и железобетонными шпонками обычно восстанавли- вают связи между элементами крупноблочных и крупнопанельных зданий. Они, как правило, устраиваются не более двух по высоте стыка на этаж. Эти шпонки способны воспринимать сдвигающие и растягивающие уси- лия. Для восстановления пространственной жесткости зданий из крупных блоков применяют сборные железобетонные рамы. Поперечные П- образные рамы охватывают крупноблочные здания с наружных сторон. В продольном направлении рамы связаны между собой монолитными или сборно-монолитными железобетонными ригелями по коньку и карнизам кровли. Наиболее эффективный вариант такого рода усиления – обустрой- ство старых панельных зданий балконами. Причем стенами балконов яв- ляются жесткие железобетонные рамы, имеющие отдельный фундамент и объединенные поверху в уровне крыши, а пол балкона выступает в роли ригеля рам. Сложность здесь состоит в обеспечении совместности работы рам и основного здания. Другой крайний случай – постройка монолитного железобетонного «саркофага», объемлющего защищаемое здание. При этом сейсмическая нагрузка должна восприниматься «саркофагом». Получается, что защи- щаемое здание оказывается внутри «саркофага». В таком варианте требо- вания к совместности работы здания и усиления особенно важны. Если в процессе производства работ здание будет повреждено, а совместная рабо- та не будет обеспечена, то сейсмоусиление может стать настоящим сарко- фагом для разрушенного здания. Для сейсмоусиления каркасных многоэтажных зданий могут быть ис- пользованы предварительно напряженные подвески. Пример подобного решения представлен на рис. 5. Очень часто при сейсмоусилении каркасных зданий возникает необ- ходимость усиления колонн. Пример такого конструктивного решения представлен на рис. 6.  Рис. 5. Сейсмоусиление каркасного здания с помощью предварительно напряженных подвесок: 1– колонна; 2– ригель; 3 – анкерное устройство; 4 – тяж; 5 – натяжная муфта  Рис. 6. Сейсмоусиление каркасных зданий усилением железобетонных колонн: а– металлическая обойма; б– двусторонняя распорка в период монтажа; в– распорка в напряженном состоянии; 1– усиливаемая железобетонная колонна; 2 – планки; 3– уголки обоймы; 4 – упоры для обоймы; 5– пластина; 6– тяжи На практике варианты антисейсмического усиления эксплуатируемых зданий и сооружений применяются, естественно, как по отдельности, так и в совокупности рассмотренных выше конструктивных решений. 2 Особенности технического обслуживания и ремонта зданий и сооружений в сейсмоопасных районахСодержание зданий и сооружений, расположенных в сейсмических районах, в период между землетрясениями должно соответствовать их со- держанию в обычных условиях. Обнаруженные во время очередных осмотров зданий отдельные тре- щины в кладке стен, коррозия закладных деталей, если они не представля- ют непосредственной угрозы дальнейшего повреждения конструкций, должны быть зафиксированы и учтены при планировании ремонта. Трещины в колоннах и ригелях каркаса, смещение настилов, трещины в простенках, нарушение стыков и т. п. устраняются по специальным про- ектам и требуют немедленного ремонта. Прочность и надежность несущих конструкций зданий и сооружений, которые эксплуатируются в течение длительного времени, необходимо оп- ределять и оценивать после инженерного обследования этих конструкций с использованием измерительных приборов и лабораторных методов иссле- дований. В результате обследования составляется акт общего осмотра и дается заключение о состоянии несущих конструкций и их соответствии проектным назначениям, делаются выводы относительно общей сейсмо- стойкости здания. При производстве ремонтных работ в зданиях следует устраивать за- делку кирпичной кладки ниш, борозд, проемов в стенах на растворе марки 50 с устройством штрабы по контуру для связи с действующей кладкой. Стыки сборных конструкций, в которых обнаружена коррозия стальных связей, следует расчистить, покрыть защитным составом и заделать проч- ным цементным раствором или бетоном. В зданиях не допускается заделывать трещины в строительных конст- рукциях, не удостоверившись, в каком состоянии они находятся. Не до- пускается заделывать наглухо антисейсмические швы. В железобетонных элементах нельзя обнажать арматуру, если это не вызвано необходимостью усиления конструкций. Организация по обслуживанию зданий и сооружений во время земле- трясения после сильных толчков должна выполнять такие работы, как от- ключение линий тепло-, водо-, электроснабжения, предупреждение воз- можности пожара; в случае необходимости следует организовать ликвида- цию его очагов, выявить наиболее разрушенные здания и коммуникации и приступить к ликвидации последствий землетрясения. После землетрясения производятся внеочередные осмотры здания, его оборудования, коммуникаций. Обнаруженные повреждения и деформации должны быть подробно изучены и отражены в акте с указанием размеров трещин. На опасных зонах необходимо поставить маяки. В здания, при- знанные аварийными, вход людей должен быть воспрещен. Здания, подлежащие восстановлению, перед разработкой проекта вос- становительных работ должны обследоваться проектной организацией. При выполнении работ по фундаментам, устройству антисейсмиче- ских поясов, заделке стыков, кладке стен, по замоноличиванию перекры- тий должны обязательно составляться акты на скрытые работы, в которых подтверждается качество выполнения работ и их соответствие нормам проектирования и строительства в сейсмических районах. Акты должны составляться непосредственно после завершения работ по каждой конст- рукции в отдельности. В период очередного осмотра зданий необходимо уточнить сейсмич- ность территории или населенного пункта по государственным нормам. Здания, сейсмичность которых окажется недостаточной, должны быть усилены при очередном капитальном ремонте по специальному проекту. ЗаключениеДля районов сейсмической активности, кроме вопросов проектиро- вания и строительства, большое значение имеют вопросы эксплуатации сейсмостойких зданий и сооружений. При эксплуатации необходимо постоянно осуществлять контроль за основаниями и фундаментами, за состоянием несущих строительных кон- струкций. В случае изменения сейсмичности территории в сторону ее увели- чения необходимо предусмотреть комплекс мероприятий по восстановле- нию эксплуатационных качеств сейсмостойких зданий. Для этого могут быть использованы традиционные и нетрадиционные подходы усиления (сейсмоизоляция и сейсмогашение). После землетрясения все строительные объекты должны быть ос- мотрены, обнаруженные повреждения и деформации подробно изучены, затем должен быть разработан проект всех восстановительных работ. Выбор методов усиления осуществляется на основе технико- экономического анализа с учетом всех нормативных требований, предъяв- ляемых к сейсмостойким зданиям и сооружениям. Библиографический список Железнодорожные здания для районов с особыми природно-климатическими условиями и техногенными воздействиями / Т. А. Белаш, А. М. Уздин. – М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. – 370 с. – ISBN 978-5-89035-427-3. Сейсмостойкое строительство / О. Н. Елисеев, А. М. Уздин. – СПб. : ПВВИСУ, 1997. – 371 с. |