Железобетон

При проектировании зданий и сооружений, возводимых в районах, подверженных землетрясениям силой 7, 8 и 9 баллов, нормами проектирования устанавливаются специальные требования, выполнение которых обеспечивает сейсмостойкость зданий и сооружений. В основном, эти требования относятся к выбору участков для строительства зданий и сооружений, наиболее благоприятных в сейсмическом отношении; назначению габаритов и выбору планировочных, конструктивных схем зданий и материалов, в наибольшей степени удовлетворяющих требованию сейсмостойкости, а также проведению специального расчета на сейсмические воздействия.
При проектировании зданий и сооружений в сейсмических районах стремятся к динамической равнопрочности элементов конструкций, усиливая те узлы и элементы, которые, как показывает опыт, более подвержены разрушению.
Наиболее слабыми местами в зданиях являются их углы, места примыкания и пересечения стен. Большое различие в жесткостях продольных и поперечных стен приводит к отрыву продольных стен от поперечных и выпадению углов. Железобетонные перекрытия зданий, хорошо скрепленные со стенами, образуют жесткую горизонтальную диафрагму, которая повышает пространственную жесткость здания.
В железобетонных каркасах наиболее слабыми участками являются верхние и нижние сечения колонн, так как в местах сопряжения колонн с перекрытиями создается концентрация усилий от ударной волны.
Проектом сейсмостойких конструкций предусматривают возможность развития в узлах и элементах пластических деформаций, значительно повышающих сопротивление конструкций действию кратковременных сил.
При применении в сейсмических районах сборных железобетонных конструкций стремятся увеличивать размеры сборных элементов, отдавая предпочтение соединениям, способным к развитию упруго-пластических деформаций. В проектах предусматривают такое замоноличивание сборных конструкций, чтобы они были способны воспринимать сейсмические силы без расстройства стыков и сопряжений.
Вопрос о сейсмостойкости предварительно напряженных конструкций некоторое время назад вызывал сомнения. Однако ряд проведенных исследований и изучение опыта работы конструкций во время прошедших землетрясений показал, что применение предварительно напряженных железобетонных конструкций в сейсмостойком строительстве является целесообразным.
Конструкции зданий и сооружений для сейсмических районов проектируют по жесткой или гибкой конструктивной схеме.
Жесткая конструктивная схема предусматривает применение несущих вертикальных элементов (диафрагм), работающих под действием сейсмической нагрузки преимущественно на сдвиг и обладающих весьма малыми деформациями, с периодом основного тона свободных колебаний не более 0,5 сек.
В гибкой конструктивной схеме несущие вертикальные элементы под действием сейсмической нагрузки работают преимущественно на изгиб.
При выборе схемы здания учитывают, что гибкая схема приводит к уменьшению сейсмической нагрузки на здание, а здания с жесткой конструктивной схемой обладают способностью более эффективно гасить колебания.
Весьма целесообразной конструкцией для сейсмических зданий является железобетонный каркас. Стеновые панели при этом могут быть жестко связаны с каркасом и перекрытиями для образования единой пространственной системы. Конструкция, таким образом, превращается в рамно-связевую. Для заполнения каркаса допускается применять каменную кладку, преимущественно из легких материалов. Кладку из штучных камней или блоков связывают с каркасом при помощи арматурных стержней диаметром 6 мм, располагаемых в горизонтальных швах кладки через 600-700 мм. Эту арматуру приваривают к выпускам из колонн и заводят в кладку не менее чем на 700 мм. Можно также применять каркасы без жесткого соединения с панелями.
В целях повышения сейсмостойкости фундаменты в пределах здания или блока здания закладывают на одной глубине. При скальных, крупнообломочных, а также плотно сцементированных галечных грунтах для зданий с сейсмичностью 7-8 баллов специальных мер по увеличению сейсмостойкости сборных ленточных фундаментов и стен подвалов не предусматривают. В зданиях с расчетной сейсмичностью 9 баллов усиливают сопряжения (углы, примыкания и пересечения) сборных фундаментов арматурными связями. При наличии более слабых грунтов фундаменты и их сопряжения армируют. Отдельные столбчатые фундаменты связывают между собой поверху балками-связями в обоих направлениях.
Междуэтажные и чердачные перекрытия, а также покрытия зданий в сейсмических районах выбирают возможно более жесткими в горизонтальной плоскости и надежно связывают с каркасом и стенами. Сборные железобетонные покрытия и перекрытия при этом замоноличивают.
Повышение надежности зданий, возводимых в сейсмических районах, достигается устройством антисейсмических поясов, представляющих собой горизонтальные железобетонные рамы, передающие сейсмическую нагрузку на колонны каркаса.
Антисейсмические пояса размещают на уровне перекрытий и покрытий, над большими проемами в стенах и в местах изменения материала несущих конструкций. При благоприятных условиях (низкая расчетная сейсмичность, надежность применяемых конструкций), антисейсмические пояса устраивают через этаж.
Ширину железобетонных антисейсмических поясов принимают равной толщине стен, а высоту не менее 150 мм. Марка бетона – не ниже 100. Армирование поясов принимают по данным расчета, но не менее 4010 мм. Антисейсмические пояса проектируют монолитными или сборными. Примеры конструкций стыков сборных поясов показаны на рис. 380. Стыки устраивают в углах, пересечениях и в пролетах. Арматура стыков сваривается в обеих плоскостях (рис. 380, а). Можно применять петлевые стыки (рис. 380, б).

(рис. 380) Стыки сборных антисейсмических поясов

В зданиях и сооружениях с предварительно напряженными конструкциями предусматривают особые меры, повышающие их надежность. Например, расчетный разрушающий момент должен быть больше момента, вызывающего образование трещин, не менее чем на 25%. Не допускается применять арматуру с браковочным минимумом величины относительного удлинения при разрыве ниже 4%.
Все виды напрягаемой арматуры при сейсмичности 9 баллов применяют с анкерами. Поверхность каналов и пазов делают гофрированной. Более подробные указания по конструированию зданий и сооружений в сейсмических районах приведены в строительных нормах и правилах проектирования.
Пути дальнейшего повышения сейсмостойкости зданий и сооружений состоят в снижении веса конструкций, повышении податливости основания, приводящем к значительному уменьшению разрушительного эффекта сейсмических нагрузок, снижении динамической жесткости зданий за счет упругой и шарнирной податливости связей.