Муханбетжанов С.Т.,Сауранбаев Д.С.

магистранты Казахского национального технического университета имени К.И.Сатпаева,

Защита зданий от землетрясении путем устройства сейсмоизолирующего основания.

Землетрясения — подземные толчки и колебания поверхности Земли, вызванные естественными причинами (тектоническими процессами), или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ).

Сейсмические волны, порождаемые землетрясениями, распространяются во все стороны от очага подобно звуковым волнам. Сейсмические волны делятся на волны сжатия и волны сдвига. Волны сжатия, или продольные сейсмические волны, вызывают колебания частиц пород, сквозь которые они проходят, вдоль направления распространения волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах. Скорость распространения волн сжатия в 1,7 раза больше скорости волн сдвига. Волны сдвига, или поперечные сейсмические волны, заставляют частицы пород колебаться перпендикулярно направлению распространения волны. Третий тип упругих волн — длинные или поверхностные волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

Сейсмические волны раскалывают строения, встряхивая их так, что рушатся даже прочные стены. В городских районах здания вибрируют настолько сильно, что распадаются на части. Результатом слабого землетрясения может стать только тряска люстры, а сильное способно сдвинуть горы.

При строительстве зданий на стадии проектирования зачастую используют метода защиты зданий и сооружений путем усиления несущих конструкций, который широко используется в мире. Сейсмостойкие здания выдерживают земные толчки, но не могут обеспечить комфорт находящихся внутри людей и сохранность инженерных коммуникаций, что может повлечь значительные траты на их восстановление. Поэтому одним из наиболее современных подходов к решению проблемы сейсмостойкости многоэтажных зданий является метод сейсмоизолирования и сейсмоконтроля конструкции. Этот метод предполагает применение системы демпферов, устанавливаемых в надземной и подземной части здания, которые воспринимают колебательные воздействия во время землетрясения, снижая его воздействие на конструкции как для существующих, так и для вновь строящихся зданий и сооружений с разной конструктивной схемой, и расположенных на участках с различными инженерно-сейсмологическими условиями.

Анализ результатов обзорных аналитических и теоретических исследований показывает, что существующие системы демпферов отвечает современным требованиям и на сегодняшний день является актуальной проблемой.

На сегодняшний день существуют различные меры и методы защиты зданийи сооружений от землетрясений.

Конструктивные меры защиты эксплуатируемых зданий подразделяют на три группы:

• мероприятия по уменьшению перемещений и деформаций земной поверхности в пределах защищаемого здания;

• мероприятия по предотвращению повреждения конструкции;

• рекомендации по исправлению положения здания.

К наиболее эффективным методам первой группы относятся: разделение зданий на отсеки с устройством деформационных швов; устройство компенсационных траншей вокруг здания; изоляция грунтового основания под зданием от сдвигающегося массива с помощью скважин глубокого бурения. Деформационные швы должны разделять смежные отсеки зданий по высоте, включая кровлю и, как правило, фундаменты. Компенсационные траншеи применяют для защиты зданий от горизонтальных деформаций сжатия. Их устраивают на расстоянии 1 … 3 м от здания под углом 20° к направлению действия горизонтальных деформаций земной поверхности. Траншеи отрывают на 20 см ниже подошвы фундаментов.

Ко второй группе относятся следующие активные меры защиты: усиление фундаментов и стен железобетонными поясами; усиление опорных сечений балок и колонн, плит, панелей; увеличение площади опиранияплит, балок, прогонов и ферм, узлов их сопряжения с опорными и пролетными конструкциями. Для уменьшения влияния горных выработок на колонны, столбы и стены рекомендуется устраивать гибкие связи – распорки между фундаментами в уровне их подошвы. Стены бескаркасных зданий усиливают с помощью железобетонных поясов, металлических тяжей, железобетонных и металлических шпонок. Междуоконные простенки усиливают с помощью железобетонных и металлических обойм.

К третьей группе конструктивных мер относятся различные методы сейсмозащиты:экранирование зданий с целью изоляции от разрушительного действия землетрясений за счет неодинакового распределения сейсмических волн в различных средах; предварительное натяжение арматуры в стыках наружных стен.

Учеными, практикующими инженерами разработаны различные методы которые предназначены для защиты здании от землетрясении.

Известны устройства для повышения сейсмостойкости фундаментов сооружений на основе принципа поглощения удара за счет свойств материалов экранов и демпфирующих устройств.

Прониным Е. С. и Русиновым А.В. изобретен экран для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействий [1]. Экран включает расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку, выполненную из соединенных концевыми участками железобетонных секций. Каждая секция оболочки выполнена Л-образной формы, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания, сооружения.

Устройство работает следующим образом.

Продольная составляющая сейсмической волны значительно меньше ее поперечной составляющей, которая вызывает сдвиг грунтового массива относительно здания. Поэтому для восприятия поперечных волн принята складчатая форма многовершинной звезды, конструктивно выполняемая по типу сооружения стена в грунте.

При воздействии поперечной составляющей сейсмической волны перемещаемый грунтовый массив в области выступающих вершин звезды испытывает расслоение, а в области западающих - уплотнение на первой стадии и смещение в область расслоения уплотненного массива на последующей стадии.

Недостатком этого экрана является разрушение структуры прилегающего с внутренней стороны звезды грунта, снижает эффективность работы звезды, поэтому после каждого полного цикла сейсмического воздействия необходимо уплотнить с досыпкой разрушенные участки.

Пышкиным Б.А., Борисовым Е.К., Федоровым В.И. разработан способ сейсмоизоляции фундаментов зданий и сооружений [2].

Сущность изобретения: в грунте разрабатывают котлован, покрывают дно котлована слоем грунта мелкой песчаной фракции, на дне котлована выполняют дренажные канавки для образования дренажной системы, отсыпают подушку, устанавливают на подушке фундаментные блоки с сейсмопоясами и засыпают пазухи. Дно котлована выполняют с уклоном к дренажным канавкам, равным 0,005 - 0,001. В качестве материала подушки и материала заполнения пазух используют дренирующий материал с размерами фракции 10 - 70 мм.

Изобретение относится к строительству, в частности предназначено для снижения колебаний, сообщаемых зданию, сооружению, возводимым в сейсмоопасном районе, при внешнем воздействии от землетрясений и техногенных колебаний грунта.

Сейсмоизоляция в виде промежуточной подушки с дренажом основывается на принципе создания конструктивного барьера, препятствующего распространению волновой энергии сейсмических колебаний от грунта на конструкции здания, расположенные выше подушки.

В основу предлагаемой сейсмоизоляции положен общий принцип демпфирования за счет микросдвига, проскальзывания в подушке, что резко увеличивает диссипацию энергию и приводит к ограничению амплитуд смещения скоростей, ускорений колебания и сокращению продолжительности интенсивных колебаний по сравнению с той, которая была бы в случае отсутствия демпфирующей подушки.

Применение способа сейсмоизоляции зданий и сооружений снижает материальные затраты и повышает сейсмостойкость объекта в целом.

Борьевым В. С. предложено сейсмоизолирующее основание здания, сооружения[3]. Оно включает в себя экранирующий пояс в виде горизонтальной упругой подушки, размещенной под фундаментом, и наклонной упругой подушки, размещенной по бокам фундамента, причем нижняя и боковые упругие подушки экранирующего пояса выполнены из чередующихся слоев материалов, акустическая жесткость которых отличается в сотни раз, а центральное упругое ядро основания - из армированного грунта, при этом масса сейсмоизолирующего основания равна массе здания,сооружения.

Изобретение позволяет повысить эффективность гашения сейсмических колебаний за счет обеспечения отражения и поглощения энергии колебаний конструкцией сейомоизолирующегоооснованияоздания,щсооружения.
Недостатками этого основания являются низкая эффективность сейсмозащиты вследствие незначительной разницы акустических жесткостей слоев упругих подушек и нарушения целостности системы основание - фундамент при исчерпании поглощающихсвойствйматериаловйподушекйприйсейсмическихйколебаниях.
На основе результатов исследований и обзора патентов, нами предложено экран для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействии.

Сущность изобретения: экран для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействий включает расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку, выполненную из грунто-силикатной оболочки в форме цилиндра, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания, сооружения.

Данное изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты зданий и сооружений, возводимых в сейсмически опасных районах, а также для их защиты от виброколебаний, источником которых может быть любое технологическое оборудование.

Изобретение позволяет повысить эффективность гашения сейсмических колебаний за счет обеспечения единой работы системы грунт-фундамент.

Для достижения поставленной цели в экране для защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий, включающем расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку выполненную из грунто-силикатной колонны, иницированый химическим реагентом (силикатом натрия) и обращенных выпуклостями навстречу колебаниям из железобетона, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания сооружения.

Цилиндр выполняют следующим образом. После разметки буровой машиной прорезается в грунте плотностью 1800 кг/м³ глубиной 3,3 м щель шириной 0,2 м, заполняемая бетоном класса В 20. При этом масса заключенного в пределах контура цилиндра грунта равна массе здания = 8014,5 т.(девятиэтажный дом):

1,800 т/м³ х = 8014,5 т

=8014,5/1,800=4 452,5 м³ т.е. обьем цилиндра. Так как я задался глубиной цилиндра, нахожу радиус цилиндра.

отсюда

Экран для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействии , включающий расположенную вокруг здания, сооружения погруженную в грунт оболочку, выполненную из грунто-силикатной колонны, иницированый химическим реагентом (силикатом натрия), обращенных выпуклостями навстречу колебаниям из железобетона, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса гашения сейсмических колебаний, оболочка выполнена в форме цилиндра, при этом масса грунта, заключенная внутри оболочки, равна массе здания, сооружения.

Список использованной литературы:

1. Пронин Евгений Семенович, Русинов Александр Владимирович «Экран для защиты зданий, сооружений от сейсмических воздействий».

2. Пышкин Б.А., Борисов Е.К., Федоров В.И. «Способ сейсмоизоляции фундаментов зданий и сооружений».

3. Борьев Валерий Сахат-Георгиевич«Сейсмоизолирующее основание».

4. СНиП РК 2.03-30-2006 «Строительство в сейсмических районах».