Теоретичний матеріал до теми 19.

Сейсмічними називаються райони, які зазнають впливу землетрусів. Землетрус – це періодичні коливання поверхні Землі. Ці коливання можуть бути слабкими, непомітними, але бувають такими катастрофічними, що руйнують гори, стирають цілі міста з лиця Землі. Коливання поверхні Землі можуть бути викликані різними причинами – від проїзду важкої транспортної техніки до виверження вулкану. Потужний землетрус відбувається під час розриву і переміщення гірських порід у місцях стикання гігантських тектонічних плит, з яких і складається земна кора.

Здатність будівель або споруд протистояти сейсмічним впливам називають сейсмостійкістю. Щоб досягти потрібної сейсмостійкості будівель, які споруджують у сейсмічних районах, треба враховувати, що на конструкції діють не тільки звичайні навантаження, а й горизонтальні пульсуючі, що виникають під час землетрусів. Ці навантаження мають циклічний характер і можуть діяти у різних напрямах.

До зведення будівель і споруд у сейсмічних районах висуваються особливі вимоги, які викладені у державних будівельних нормах (ДБН В.1.1-12 2014 «Будівництво у сейсмічних районах України»). Ці будівельні норми встановлюють обов’язкові вимоги, яких треба дотримуватися при проектуванні, новому будівництві, реконструкції та експлуатації будівель і споруд різного призначення, що зводяться або розміщені на майданчиках із сейсмічністю 6 балів і вище, з метою захисту від негативного впливу сейсмічних подій на безпеку людей та збереження матеріальних і культурних цінностей.

Сила землетрусів оцінюється за 12-бальною шкалою. Найслабші поштовхи, які ловлять тільки прилади (сейсмографи), оцінюються в 1 бал, найсильніші – в 12 балів. Критерієм сили землетрусів служить характеристика пошкоджень і руйнувань частин будівель. Конструктивні заходи, що підвищують сейсмостійкість будівлі, застосовують при будівництва в зонах з 7, 8 і 9-бальною сейсмікою. В умовах більш високої сейсмічності будівництво капітальних будівель заборонено. При проектуванні особливо важливих будівель і споруд сейсмостійкість, згідно з картами сейсмічного районування, підвищують на 1 - 2 бали у порівнянні зі звичайним спорудами.

При будівництві на територіях з силою землетрусів до 6 балів, спеціальних конструктивних вимог до будівель не висувається.

Сейсмічність пункту забудови уточнюється за картами сейсмічного районування. Сейсмічне районування територій будівництва і населених пунктів здійснюється за матеріалами, що характеризують фізико-механічні властивості ґрунтів, геологічні та гідрогеологічні умови і рельєф місцевості. У разі відсутності карт сейсмічного районування для об’єктів масового цивільного, промислового та сільського будівництва допускається спрощене визначення сейсмічності майданчика будівництва на основі матеріалів інженерно-геологічних досліджень згідно з «ДБНВ.1.1-12:2014. Будівництво у сейсмічних районах України». Так, висота дошкільних дитячих закладів не повинна перевищувати двох поверхів, шкільних закладів і лікарень – трьох поверхів. Хірургічні та реанімаційні відділення в лікарнях необхідно розміщувати на нижніх двох поверхах.

Довжина секцій усіх типів будівель, крім дерев’яних та зі стінами з пористих бетонних блоків, не повинна перевищувати при сейсмічності 7 і 8 балів – 80 м, 9 балів – 60 м, дерев’яних та зі стінами з пористого бетону – відповідно 40 м і 30 м. У будівлях з несучими стінами, крім зовнішніх поздовжніх стін, повинно бути не менше однієї внутрішньої поздовжньої стіни.

Найбільш сприятливими у сейсмічному відношенні ґрунтами являються невивітрені скельні та напівскельні породи, а також щільні і мало вологі великоуламкові ґрунти. Несприятливими ґрунтами являються насичені водою гравійні, піщані та глинисті (макропористі), а також пластичні, текучі глинисті (не макропористі) ґрунти.

До несприятливих у сейсмічному відношенні умов будівельного майданчику відносяться: дуже розчленований рельєф місцевості (обривисті береги, яри, ущелини і т.п.); вивітреність і значна порушеність порід фізико- геологічними процесами; близьке розміщення ліній тектонічних розривів. При необхідності зведення будівель і споруд в районах зсувів, осипів, обвалів, пливунів, гірничих виробок і т.п., має бути вжито заходи щодо забезпечення сейсмостійкості будинків і споруд згідно особливим проектам з інженерної підготовки майданчика. У всіх випадках не слід допускати розміщення будівельних майданчиків у місцях, що затоплюються, заболочених, з високим рівнем ґрунтових вод, у зонах насипних ґрунтів, зсувів, карстів, обвалів і селевих потоків.

У таблиці 3.1 ДБНВ.1.1-12:2014. «Будівництво у сейсмічних районах України» основні типи ґрунтів, з точки зору їх сейсмостійкості, розділяють на три категорії. До першої категорії відносяться скельні і напівскельні, а також особливо щільні великоблочні породи при глибині рівня ґрунтових вод не менш 15 м; до другої категорії – глини та суглинки, піски та супіски при товщині шару менше 8 метрів,а також великоуламкові ґрунти при товщині шару 6 -10 м; до третьої категорії – глини та суглинки, піски та супіски при товщині шару менше 4 м, а також великоуламкові ґрунти при товщині шару менше 3 м.

При будівництві на ґрунтах першої категорії розрахункову сейсмічність району будівництва, визначену за картами сейсмічного районування, можна знизити на 1 бал. Ґрунти другої категорії відповідають нормативній бальності сейсміки, визначеної за цими картами. При ґрунтах третьої категорії 6 і 7- бальну сейсмічність необхідно підвищити на 1 бал, а при 9-бальній сейсмічності рекомендується підібрати інший будівельний майданчик з меншою сейсмічністю.

При проектуванні будинків і споруд, призначених для будівництва у сейсмічних районах, слід застосовувати конструктивні рішення, що дозволяють

до мінімуму знизити сейсмічні навантаження. При проектуванні будинків і споруд, що зводяться у сейсмічних районах, крім розрахунку конструкцій на звичайні навантаження (власна вага, тимчасові та інші навантаження) здійснюються розрахунки на дію сейсмічних сил, які умовно приймають діючими горизонтально.

Принципи забезпечення сейсмостійкості будівель

Конструктивні схеми будівель, з точки зору їх реакції на сейсмічні впливи, поділяють на тверді, гнучкі, змішаного типу і масивні. В залежності від співвідношення розмірів у гнучкому спорудженні можуть виявлятися деформації зсуву. Жорсткі споруди мають стіни і діафрагми в площині дії сейсмічних навантажень. Переважаючими є деформації зсуву. У спорудах змішаного типу при дії горизонтальних навантажень несучими є згинальні вертикальні елементи.

Аналіз наслідків землетрусів дозволив розробити загальні принципи проектування сейсмостійких будівель.

1. Зниження сейсмічного навантаження. У будинках з жорсткою конструктивною схемою зниження навантаження досягають зменшенням ваги конструкцій; із гнучкою схемою – найкращим поєднанням динамічної жорсткості з характеристиками загасання коливань.
2. Рівномірний розподіл жорсткостей і мас. Стіни розташовують симетрично щодо поздовжньої і поперечної осі будівлі. Сама будівля повинна мати просту форму. При складній конфігурації його поділяють антисейсмічними швами на відсіки простої форми. Антисейсмічні шви виконують шляхом спорудження парних стін і рам.
3. Принципи монолітності і рівноміцності елементів. Стикові з’єднання розташовують поза зоною максимальних зусиль, що виникають при землетрусах. У будівлях забезпечують спільну роботу стін і перекриттів, ригелів і колон. У безкаркасних будівлях просторова робота стін і перекриттів забезпечується жорсткими і міцними зв’язками. У кам’яних будівлях влаштовують антисейсмічні пояси, обмежують відстані між паралельними стінами, забезпечують умови, які полегшують розвиток в елементах конструкцій пластичних деформацій. При можливому перевантаженні будівель під час землетрусу конструкції не повинні руйнуватися крихко, а мати можливість пластичної роботи. Підвищення податливості призводить до підвищеного поглинання енергії сейсмічної дії і загасання коливань.
4. Будівлі повинні мати просту форму плану (квадрат, прямокутник, коло і т.п.). Будівля складної форми має бути поділена на відсіки простої форми. У кожному відсіку повинна дотримуватися жорсткість і симетричність розташування несучих вертикальних конструкцій.
5. Граничні розміри будинків (відсіків) з різними типами несучого кістяка нормуються.
6. Фундамент будинку (або відсіку) необхідно закладати на одній позначці.

1. У будівлях підвищеної поверховості глибину закладення фундаментів рекомендується збільшувати за рахунок пристрою коробчастих фундаментів.
2. При облаштуванні пальових фундаментів слід застосовувати забивні палі, а не набивні.
3. Для багатоповерхових каркасних будинків часто застосовують фундаменти у вигляді перехресно-ребристої або суцільної плити.
4. Каркасні будівлі конструюють звичайним способом, але при розрахунку перерізів конструктивних елементів і їхніх стиків враховують додаткові сейсмічні навантаження.
5. Особливу увагу слід звертати на те, щоб діафрагми зв’язку, які сприймають горизонтальне навантаження, влаштовувалися на всю висоту будівлі і розташовувалися симетрично по відношенню до центру тяжіння.
6. Огороджувальні стінові конструкції каркасних будинків слід виконувати з легких навісних панелей.
7. Якщо заповнення стін робиться з кам’яної кладки, її необхідно надійно зв'язати з каркасом випусками арматури.
8. При сейсмічності 9 балів крім випусків з колон необхідно наскрізне перехресне армування, пов'язане з випусками арматури з верхніх та нижніх ригелів.
9. Висота самонесучих стін в районах з сейсмічністю 7, 8 і 9 балів не повинна перевищувати, відповідно, 18, 16 і 9 м.
10. Великопанельні будинки слід проектувати з поздовжніми і поперечними стінами однакової жорсткості, що утворюють разом з перекриттями жорстку стійку систему. Зовнішні стіни розраховують на горизонтальне навантаження. Відстань між поперечними стінами приймають не більше 6 м. Панелі перекриттів виготовляють розміром на кімнату і з рифленими гранями для подальшого замонолічування. Стики панелей стін і перекриттів здійснюють шляхом зварювання арматури за принципом безперервного армування.
11. Кількість поверхів будинків з несучими кам’яними стінами не повинна перевищувати в районах, сейсмічністю 7, 8 і 9 балів, відповідно, 6, 5 і 4 поверхів. При цьому відношення висоти поверху до товщини стіни повинно бути не більше 12.
12. Відстань між осями поперечних стін дозволяється застосовувати в межах від 9 до 18 м залежно від категорії кладок та розрахункової сейсмічності.
13. У всіх поздовжніх і поперечних стінах на рівні перекриттів влаштовують антисейсмічні пояси, які утворюють суцільну, безперервно армовану горизонтальну раму.
14. Кладка стін, розташована під антисейсмічним поясом і над ним, повинна бути пов'язана вертикальними випусками арматури.
15. Ширина антисейсмічних поясів приймається на всю товщу стіни або менше на 0,5 цегли з зовнішнього боку. Висота поясу повинна бути не менше 150 мм.
16. Несучі конструкції перших поверхів, які включають магазини та інші приміщення з вільним плануванням, виконують у монолітному залізобетоні.
17. У великоблочних будівлях дотримуються перев'язки блоків, а в якості антисейсмічних поясів використовують перемички і поясні блоки зі зварюванням верхньої та нижньої арматури за принципом безперервного армування з ретельним замонолічуванням швів.
18. Прибудова лоджій у будинках допускається при сейсмічності до 8 балів, причому їх бічні стінки повинні бути продовженням поперечних несучих стін. Проріз лоджій повинен мати залізобетонне обрамлення.
19. Прибудова проїздів під будинками з несучими стінами не рекомендується, а при сейсмічності 9 балів – не допускається.
20. Сходи рекомендується застосовувати крупнозбірні із закладенням опорних частин у кладку не менш ніж на 250 мм, з їх анкеруванням або з надійними зварними кріпленнями. Консольне закладення ступенів не допускається.
21. Дверні та віконні прорізи при сейсмічності 8 і 9 балів повинні мати монолітне залізобетонне обрамлення.
22. Перегородки слід застосовувати великопанельні або каркасної конструкції, причому вони повинні бути надійно пов’язані з перекриттями і стінами або колонами.
23. Балкони повинні виконуватися у вигляді консольних випусків панелей перекриттів (або надійно з ними з'єднуватися). Винос балконів обмежується 1 м.
24. Оздоблення приміщень слід здійснювати з використанням легких листових матеріалів (сухої штукатурки, фанери, деревноволокнистих плит і т.п.).