Металлические конструкции в сейсмических районах

Здания и сооружения всегда вписываются в определенный контекст. Понятие контекст включает климатические особенности района, его географию, геологию, сейсмологию, историю места, окружающую застройку и многое другое.

Сейсмические районы

Согласно определению из СП 14.13330.2018 под сейсмическими районами понимается местность, в которой находятся установленные или возможные очаги землетрясений, которые вызывают сейсмические воздействия, характеризующиеся интенсивностью в 6 и более баллов. Сила землетрясений оценивается в баллах, максимальное значение – 12 балов. Согласно статистике более 80 % землетрясений происходит в Тихоокеанском огненном кольце. Сейсмическая активность обуславливается интенсивными геодинамическими взаимодействиями (столкновение или расхождение) нескольких крупных литосферных плит.

Под сейсмической активностью понимается частота, тип и размер землетрясений, которые произошли за определенный период. Очаг землетрясения скрыт глубоко под землей, на расстоянии в 10-700 километров от поверхности. От эпицентра по всей поверхности распространяются упругие колебания или волны. Продолжительность действия эпицентра составляет от нескольких секунд до нескольких минут.

В России к сейсмическим районам относятся:

• северный Кавказ;
• Чукотка;
• Корякское нагорье;
• Курило-Камчатская зона;
• Алтай;
• Саяны. Землетрясения в этих зонах могут быть тектоническими, обвальными или возбужденными (плотинными).

Рисунок 1. Последствия землетрясения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Проектирование металлических конструкций, экспуатируемых в сейсмических районах

При разработке проекта здания или сооружения в районах, где возможны или выявлены очаги землетрясений в 6-10 баллов реализуются следующие мероприятия:

• здания и сооружения возводятся симметричными, так чтобы жесткости и массы распределились равномерно относительно всего объема;
• конструктивно принимается малый шаг несущих конструкций, который обеспечивает большую жесткость;
• количество проемов уменьшают, чтобы не ослаблять несущие конструкции;
• избегают использования сложных форм, так как подобные здания при землетрясении испытывают дополнительные крутильные воздействия;
• вертикальные конструкции ведут на всю высоту здания от фундаментов до крыши без разрыва;
• при разработке конструктивных решений предпочтение отдается созданию возможности для пластической деформации конструкции без обрушения, для этого ограничиваются постоянные усилия, они должны быть меньше реальной несущей способности;
• в качестве материалов используют сталь и железобетон;
• применяются многократно статический неопределимые системы, которые моделируются в программах проектирования;
• несущий остов здания должен представлять собой единую конструкцию, собранную из одного материала, с одной стороны прочную, а с другой достаточно гибкую;
• междуэтажные перекрытия проектируются жесткими, в то время как вертикальные конструкции гибкими;
• узлы соединения проектируются исходя из критерия равнопрочности узла и скрепляемых элементов;
• инженерные коммуникации в здании также проектируются гибкими, герметичные, но податливые соединения позволяют избежать разрывов и аварий;
• учет сейсмозащитных мероприятий на стадии проектирования позволяет незначительно увеличить стоимость проекта, в от время как последующая адаптация может составить половину стоимости проекта;
• капитальные строения не возводят в зонах активных разломов, на крутых склонах, в оползневых зонах;
• здания возводятся высотой не более 9 этажей;
• для строительства предпочтительнее выбирать скальные и грунты, которые наиболее надежны.

При слабых землетрясениях сейсмостойкие здания должны остаться без повреждений, при землетрясениях магнитудой от 5 до 7 баллов допускаются некоторые повреждения, но здание должно сохранить целостность, при особо сильных землетрясениях несущие конструкции должны выстоять, сохраняя жизнь людей

В нормах проектирования учитываются минимальные требования, которые могут быть расширены и ужесточены в зависимости от конкретных условий проектирования, количества жителей или посетителей в здании, условий местности.