Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах (стр. 8 из 17)
9 ПОВЫШЕНИЕ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ И УСИЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕМ КОНСТРУКЦИЙ
9.1 Рекомендации по обследованию объекта
9.1.1 Основной задачей по обследованию является определение физического состояния объекта с учетом износа для оценки его прочностных характеристик и надежности при землетрясениях расчетной интенсивности.
9.1.2 Под физическим износом объекта (конструкция, элемент, коммуникация и др.) следует понимать утрату первоначальных технико-эксплуатационных качеств (прочность, устойчивость, долговечность и т.п.) в результате воздействия природно-климатических факторов и жизнедеятельности человека. При этом следует учесть, что если конструкция или элемент здания и сооружения имеют несколько признаков износа, соответствующие определенным его значениям, то в качестве расчетного физического износа следует принимать наиболее опасную его характеристику, а если выявлен только один признак, то следует принимать его фактическое состояние с учетом соответствующего коэффициента надежности.
9.1.3 В зависимости от физико-механического состояния грунтовой среды и несущих конструкций здания и сооружения объект обследования в целом может оцениваться как:
- пригодный к эксплуатации, когда грунт основания и несущие конструкции полностью отвечают нормативным требованиям по обеспечению прочности и надежности в течение расчетного времени;
- ограниченно пригодный 1-й категории, в случае когда для обеспечения нормативных требований прочности и надежности необходимо выполнить ремонтно-восстановительные работы или усиление, затраты на которые составляют до 25 % первоначальной стоимости объекта;
- ограниченно пригодный 2-й категории, когда общие затраты составят от 30 % до 50 % стоимости объекта обследования;
- ограниченно пригодный 3-й категории, когда общие затраты на реабилитацию объекта составят от 50 % до 85 % стоимости объекта обследования;
- непригодный к эксплуатации, когда грунт основания и несущие конструкции требуют выполнения большого объема ремонтно-восстановительных работ или усиления (реконструкции) с общими затратами более 85 % стоимости объекта обследования.
9.1.4 Работы по определению состояния объекта должны выполняться в следующем порядке:
- изучение проектной документации, включая архивные материалы;
- оценка поведения несущих конструкций при ранее произошедших землетрясениях;
- определение расчетной сейсмичности площадки строительства по материалам новейших инженерно-геологических и сейсмологических исследований;
- составление плана обследования объекта с учетом его объемно-планировочного и конструктивного решения;
- визуальное и инструментальное обследование несущих конструкций, а при необходимости проведение инженерно-геологических изысканий на строительной площадке;
- определение ослабленных и недостаточно прочных элементов в составе несущих конструкций объекта с учетом расчетного сейсмического воздействия;
- разработка предложений по усилению несуших конструкций.
9.1.5 На основании результата обследования составляется проект усиления или реконструкции рассматриваемого здания или сооружения и утверждается в установленном порядке.
9.2 Усиление каменных зданий
9.2.1 В настоящем подразделе рассматриваются здания со стенами из кирпичной кладки и кладки из мелких, средних и крупных блоков.
Здания и сооружения с несущими каменными стенами отличаются большой массой, большой материало- и трудоемкостью. Поэтому, если их усиление не будет чрезмерным, экономически всегда целесообразно сохранение такого объекта, так как для нового строительства помимо больших материальных затрат потребуется в несколько раз больше времени.
Анализ статистических данных результатов обследования поведения каменных зданий и сооружений при землетрясениях выявил, что в оценке их сейсмостойкости необходимо различать, по крайней мере, три основных фактора - силу сейсмического воздействия, качество проектного решения и его исполнение при строительстве.
При квалифицированном проектировании сейсмостойкого объекта и высоком качестве строительных работ землетрясение расчетной силы, как правило, вызывает умеренные повреждения каменных стен, и лишь в отдельных местах они могут быть существенными. В этом случае работы по усилению объекта сводятся к приданию несущим конструкциям дополнительной прочности.
Иначе обстоит дело при низком качестве строительства - плохой кладке, недостаточной прочности стенового материала и т.д. В этом случае даже от землетрясения интенсивностью ниже расчетной повреждения могут быть очень сильными, и наблюдаются они, как правило, по всему зданию. Решение о повышении сейсмостойкости такого объекта должно означать, что все его конструкции будут усилены в такой мере, чтобы они были способны воспринимать расчетные сейсмические воздействия.
9.2.2 Возникающая при землетрясении горизонтальная составляющая сейсмической нагрузки вызывает в элементах стен деформации сдвига, вследствие чего в кладке возникают большие скалывающие напряжения, которые могут быть восприняты только при условии высококачественной кладки - из прочных соответствующих проекту материалов и с хорошим заполнением швов.
Кроме того, прочность кладки снижает вертикальная составляющая сейсмического воздействия. Поэтому, чтобы сейсмостойкость обеспечивалась реально, в кладку вводят специальное армирование, которое следует использовать при усилении несущих конструкций стен.
9.2.3 В зданиях следует различать несущие стены, обычно это продольные стены, на которые опираются конструкции перекрытий и покрытий, и стены перпендикулярного направления - самонесущие. Первые, несущие полезную нагрузку, являются наиболее ответственным конструктивным элементом здания, однако на восприятие сейсмической нагрузки работают и те и другие.
Вследствие различной нагруженности продольных и поперечных стен в зоне их сопряжения существуют повышенные скалывающие напряжения, для восприятия которых между стенами необходима надежная перевязка (связь). Поэтому в сейсмостойких зданиях и сооружениях для усиления узла пересечения стен вводится горизонтальное армирование кладки; этому же служат и антисейсмические пояса.
При монолитных железобетонных покрытиях и перекрытиях возможно такое конструктивное решение объекта, при котором продольные и поперечные стены могут быть несущими.
9.2.4 Наружные стены имеют, как правило, большое число проемов, поэтому простенки являются элементами, воспринимающими повышенную горизонтальную нагрузку, а места опирания перемычек - это естественные зоны концентрации напряжений. Именно здесь возникают первые трещины.
Особую опасность представляет сильное повреждение простенка несущей стены, так как полная потеря несущей способности такого элемента ведет к обрушению не только части стены, но, no-существу, и части здания (рисунок 9.1). Поэтому к усилению простенков необходимо относиться с повышенным вниманием. Эту работу надлежит выполнять в первую очередь и обязательно по полному технологическому циклу.
Рисунок 9.1 - Обрушение части стены в результате потери несущей способности перегруженного простенка
9.2.5 Перемычки, помимо того что воспринимают вертикальную нагрузку над проемом, вместе с кладкой над ними укрепляют простеночные части стены, повышают их устойчивость. По сравнению с простенками повреждения перемычек обычно менее опасны, и они имеют более локальный характер. Тем не менее, необходимо обеспечить надежную целостность перемычек и монолитность расположенной над ними кладки.
9.2.6 Глухие участки стены вследствие однородности напряженного состояния являются наиболее надежной частью конструкции здания. В частности, даже будучи пересеченными трещинами, они воспринимают большую часть сейсмической нагрузки на здание во время земетрясения. Опыт свидетельствует, что причиной преждевременного образования трещин в глухой стене служат ее местные ослабления - каналы, отверстия, штрабы и др., являющиеся зонами концентрации напряжений. Чтобы обеспечить сейсмостойкость на будущее, в глухих стенах при работах по усилению следует ликвидировать даже самые незначительные дефекты и ослабления.
9.2.7 Перекрытия в здании играют роль диафрагм, обеспечивающих его пространственную жесткость. Объединяя и связывая стены, они распределяют горизонтальную сейсмическую нагрузку между стенами одного направления и служат опорой для стен другого направления. Поэтому перекрытия сейсмостойких зданий должны быть замоноличены и надежно связаны со стенами.
9.2.8 В каменных зданиях и сооружениях при землетрясении обычно происходят следующие повреждения:
- отрыв наружной продольной стены здания от поперечных стен (рисунок 9.2). Об этом свидетельствует вертикальная трещина в их примыканиях;
- в наружных и внутренних стенах образуются косые и крестообразные трещины (рисунок 9.3);
1 - отклонение верха стены от вертикали; 2 - выпучивание средней части стены после разрушения связей
Рисунок 9.2 - Схема отрыва продольных несущих стен от поперечных конструкций здания
Рисунок 9.3 - Схема расположения трещин в несущих конструкциях стен, вызванных землетрясением и просадками фундамента из-за деформации грунта основания