Фундаменты в условиях сейсмических воздействий

УДК 624.15

Фундаменты в условиях сейсмических воздействий.

,

научный руководитель канд. техн. наук

Сибирский Федеральный Университет

Ос­новные требования к конструированию фундаментов в сейсмичес­ких районах заключаются в применении мероприятий, повыша­ющих жесткость сооружений. Поскольку столбчатые фундаменты обладают меньшей устойчивостью, для зданий повышенной этаж­ности целесообразно применить ленточные, пере­крестные и сплошные плитные фундаменты. Стыки перекрестных фундаментов усиливаются арматурными сетками. Если отдельные фундаменты колонн каркасных зданий не могут воспринимать сдвигающие усилия от действия сейсмических нагрузок, их следует
соединять с соседними железобетонными фун­даментными балками.
Конструкции фундамен­тов стен подвалов и под­земных частей зданий вы­сотой до 9 этажей включи­тельно могут выполняться как в сборном варианте, так и в монолитном желе­зобетоне.

Требования при проектировании зданий,  находящихся в сейсмических зонах:
- обеспечивать равномерное распределение жесткостей и масс
применяя симметричные конструктивные схемы;
- избегать перепада высот при наличии пролетов, проектируя здания
прямоугольной формы без архитектурных изысков в виде эркеров;
- обеспечение монолитности и однородности конструкций из сборных
элементов, располагая стыки вне зоны максимальных усилий;
- наименьшее значение сейсмических нагрузок обеспечат
правильно выбранные строительные материалы;
- предусматривать условия, обеспечивающие общую устойчивость здания и облегчающие развитие пластических деформаций в соединениях.

Ленточные и сплошные фундаменты в монолитном варианте являются наиболее надежными и устойчивыми при сейсмических воздействиях. В зданиях до 9 этажей включительно конструкции фундаментов, стен подвалов и подземных этажей могут выполняться как в  сборных конструкциях, так и в монолитном железобетоне. В зданиях выше 9 этажей конструкции фундаментов, стен подвалов и подземных этажей следует  выполнять  в монолитном железобетоне.

Сочетание условий сейсмичности и сложных грунтовых условий характерно для многих районов Якутии, Сибири, Горного Алтая и других регионов. Рекомендуется использовать плитные фундаменты. Их достоинством является возможность при сравнительно небольших толщине и глубине заложения надежно передавать значительные нагрузки на слабые грунты, выравнивая неравномерные осадки.

Тонкие железобетонные сплошные плиты толщиной 35-40 см имеют относительно небольшую изгибную жесткость и поэтому в определенной мере чувствительны к неравномерным осадкам основания, а пространственные фундаментные платформы при том же расходе бетона обладают повышенной изгибной жесткостью. Это делает фундаментные платформы менее чувствительными к локальным неоднородностям грунта и неравномерным осадкам. Фундаментные платформы обладают большой распределительной способностью передачи нагрузки на слабые основания и в меньшей мере зависят от неточностей экспериментально определяемых характеристик грунтов, которые. Пространственные фундаментные платформы органично включают в себя проветриваемое подполье; благодаря большой распределительной способности и жесткости фундаментных платформ их можно располагать на поверхности грунта, сняв лишь растительный слой, существенно снижая объем земляных работ и создавая условия для производства строительных работ практически в любое время года. Сохраняются естественные свойства грунта. Пространственные фундаментные платформы могут осуществляться в сборном, монолитном или сборно-монолитных вариантах.

Для повышения сейсмостойкости зданий, объединенных с фундаментной платформой между нижней плитой фундаментной платформы и основанием устраивается сплошной скользящий слой (например, в виде нескольких слоев полимерной пленки и др.), снижающей трение. Таким образом, сейсмическая волна проскальзывает под фундаментной платформой, существенно снижая величину горизонтальных сейсмических воздействий на фундаментные платформы и все здание в целом. Пространственная фундаментная платформа на скользящем слое является примером конструктивного решения малочувствительного к негативным сейсмическим воздействиям и к неравномерным осадкам и просадкам в сложных грунтовых условиях.

Новая концепция проектирования сейсмостойких зданий 
и сооружений состоит в обязательном выполнении трех условий:
- несущие конструкции зданий и сооружений должны обладать запасом сейсмостойкости, достаточным для неоднократного восприятия расчетной сейсмической нагрузки без существенных повреждений;
- несущие конструкции зданий и сооружений должны обладать запасом сейсмостойкости, достаточным для однократного восприятия сейсмической нагрузки, превышающей расчетную на один балл, без обрушения
сооружения в целом или его отдельных частей;
- инженерные коммуникации должны обладать такой же сейсмостой­костью, как здания и сооружения.

Японская конструкторская компания Air Danshin Systems Inc разработала систему, позволяющую строениям подниматься над землей и «парить» над ней во время землетрясения. Согласно заявлению Air Danshin, созданная технология является не только эффективной, но и более дешевой по сравнению с другими существующими методами в области защиты домов от землетрясений, отмечает издание. Как уточняется в его материалах, для функционирования системы вокруг строения необходимо разместить несколько механизмов: датчик системы фиксирует землетрясение и направляет сигнал на компрессор, который сразу начинает нагнетать под дом большой объем воздуха, приподнимая дом над фундаментом. Давление воздуха позволяет приподнять строение на три сантиметра от его основания, сотрясаемого подземными толчками. Специальный клапан регулирует объем воздуха под домом, позволяя сохранить устойчивость здания во время «полета». После окончания землетрясения, строение опускается на бетонный сейсмостойкий фундамент. Система уже установлена в 88 частных домах по всей Японии, и Air Danshin предполагает более широкое внедрение своей технологии, в частности, планирует применять новую систему защиты зданий от землетрясений к более крупным строениям.

Российские ученые также разработали новую систему строительства фундаментов для домов. Эта система позволяет снизить воздействие землетрясений до 2 баллов.  В основе нового фундамента лежит особая конструкция тарельчатого типа с сейсмоизоляцией, которая состоит из трех частей: верхней, нижней и промежуточной. Именно промежуточный тарельчатый слой изолирует здание от сейсмических воздействий. При этом слабые подземные толчки совсем не ощущаются, а сильные частично гасятся. Тарельчатый слой нового сейсмостойкого фундамента представляет собой конструкцию в форме тарелки, заполненную металлическими шариками, плавающими в масляной среде. Во время подземных толчков нижний слой фундамента раскачивается вместе с землей, а сила инертности не дает остальной части здания двигаться.  Важной особенностью сейсмостойкого фундамента является его низкая себестоимость. Это связано с тем, что при изготовлении фундамента используются обычные стройматериалы, которые, при желании, можно заменить уже во время эксплуатации.

Целесообразно уменьшение связей фундаментов с землей – источником сейсмических возмущений. Разработаны варианты конструктивной сейсмобезопасности, обладающие большой пространственной жесткостью, многосвязностью, оказывающие небольшое давление на грунт, малочувствительны к неравномерным осадкам грунта, позволяющие сохранять свойства вечномерзлых грунтов. В сейсмических районах повышена сейсмостойкость строений на данных платформах благодаря их поверхностному (незаглубленному) расположению и устройству скользящего слоя между платформой и основанием. Фундаментную платформу отличает также высокая степень надежности, экономичности и ремонтоспособности, что особенно важно для предотвращения и оперативной ликвидации последствий аварийных ситуаций. Снижение трения между подошвой фундамента и основанием уменьшает передачу горизонтальных сейсмических воздействий на фундамент и при превышении сопротивления трению способствует проскальзыванию сейсмической волны под фундаментом.