Файл: Вопросы сейсмостойкого строительства [сборник статей]..pdf

Крупнопанельные и объемно-блочные здания

Высокая индустриальность крупнопанельного домострое­ ния обусловила его повсеместное распространение в СССР, включая сейсмические районы. Во многих зарубежных стра­ нах строят преимущественно крупнопанельные здания повы­ шенной этажности (табл. 2).

Помимо высокого уровня индустриальности, основным до­ стоинством крупнопанельных зданий является значительно меньший их вес по сравнению с каменными и крупноблоч­ ными (табл. 3). Снижение веса крупнопанельных зданий мо­ жет быть достигнуто за счет применения легких конструк­ тивных бетонов для внутренних стен и перекрытий. По дан­ ным Ю. М. Родина [19], собственный вес эксперименталь­ ного 9-этажного дома серии 1-464Д из керамзитобетона ни­ же веса типового дома-аналога на 3000 тонн.

Частое расположение поперечных несущих стен, высокое качество панелей заводского изготовления и налаженная технология их монтажа наряду со сравнительно небольшим весом крупнопанельных зданий дают основание считать их достаточно сейсмостойкими. Это мнение подтверждается ре­ зультатами динамических испытаний зданий этого типа, их моделей и фрагментов, а также стыков панелей.

37

По данным ЦНИИСК и Казахского ПромстройНИИпроекта, во время недавних землетрясений в Дагестане и г. Джамбуле пятиэтажные крупнопанельные здания оказа­ лись в зонах 7-балльного сейсмического воздействия и не по­ лучили практически повреждений в отличие от кирпичных зданий, расположенных поблизости.

В последние годы в нашей стране и за рубежом все боль­ шее распространение получает строительство зданий высотой до 20 и более этажей из объемных блоков [13]. По данным ЦНИИЭПжилища, объемно-блочные дома на существующем уровне их строительства экономически равноценны крупно­ панельным, а суммарные затраты труда по объемно-блочным домам (завод + стройплощадка) ниже на 15%. Анализ су­ ществующих решений зданий этого типа указывает на нали­ чие резервов повышения эффективности их строительства, особенно на территориях, подверженных сейсмическому воз­ действию, и с просадочными грунтами [1].

Каркасные здания

Каркасные здания принято считать наиболее сейсмостой­ кими. Об этом свидетельствует их поведение во время силь­ ных землетрясений. Не случайно при строительстве в сейс­ мических районах зданий повышенной этажности предпочте­ ние обычно отдается каркасному решению.

Каркасные здания могут быть выполнены по рамной, связевой и рамно-связевой схемам в продольном и поперечном направлениях. Чисто рамные каркасные схемы в строитель­ ной практике встречаются сравнительно редко. Ограждаю­ щие элементы, перегородки, лестничные клетки, лифтовые шахты и другие конструкции весьма существенно влияют на работу рамных систем, увеличивая их жесткость [14, 16, 20]. Рамным схемам свойственны такие недостатки, как отсут­ ствие возможности полной унификации сборных стоек и ри­ гелей и определенные трудности, возникающие при выполне­ нии жестких узлов соединения этих элементов [12].

Чисто связевые схемы с передачей всей горизонтальной нагрузки на диафрагмы либо ядра жесткости также не полу­ чили широкого распространения в связи с их неэкономич­ ностью.

Рамно-связевые схемы имеют существенные преимущества перед рамными и связевыми [4, 12].

Известно, что снижение жесткости каркасных зданий со­ провождается уменьшением расчетной сейсмической нагруз­ ки. В этой связи некоторое распространение получило строительство каркасных зданий с нижними гибкими эта­ жами [2, 17]. Однако поведение таких зданий во время зем­

36

летрясений заставляет проявлять осторожность при исполь­ зовании этого решения [18, 21].

Обширный материал о работе при сейсмическом воздей­ ствии каркасных зданий с различными конструктивными схемами дало землетрясение 1967 г. в г. Каракасе (Вене­ суэла). Этот город был основан в 1567 г. в долине реют Рио Гуайра, окаймленной горами высотой до 2400 м. В тече­ ние 2—3 последних десятилетий этот, один из старейших го­ родов Американского континента претерпел бурное разви­ тие. В 1926 г. население Каракаса составляло всего 135 тыс. человек, в 1950 — 500 тыс., а в 1967 — около 2 миллио­ нов. В массовом строительстве высотных административ­ ных и жилых зданий преобладали здания с железобетонным каркасом.

Для строительства в Каракасе наиболее характерны сле­ дующие особенности [26, 27]:

1.Почти повсеместное сравнительно высокое качество строительных работ.

2.Восприятие горизонтальных нагрузок в зданиях пре­ дусматривалось обычно железобетонными рамами. Здания с

диафрагмами жесткости встречались довольно редко.

3.Во многих зданиях ячейки каркаса были заполнены кладкой из кирпича либо пустотелых керамических блоков. Заполнение выполнялось как ненесущее и в расчетах проч­ ности и жесткости не учитывалось.

4.По высоте зданий колонны выполнялись переменного сечения. Проектная цилиндрическая прочность бетона нахо­ дилась в пределах 200—300 кг/см2. В качестве арматуры в старых зданиях использовались гладкие стержни из рядо­ вых сортов стали, а в новых зданиях — стержни периодиче­ ского профиля.

Многоэтажные жилые дома проектировались с попереч­ ными железобетонными рамами, на ригели которых опира­ лись перекрытия из замоноличенных бетоном пустотелых ке­

рамических блоков. По верху блоков проходит железобе­ тонная плита толщиной около 5 см. Строительная высота перекрытий находилась в пределах 20—35 см. Шаг рам

впоперечном направлении составлял 3,6—4,5 м.

5.Первые этажи ряда зданий были выполнены совер­ шенно без диафрагм жесткости. Этим обеспечивалась воз­ можность использования их для стоянки машин, размеще­ ния торговых предприятий и т. п. В таких зданиях колонны каркаса были единственными элементами, воспринимавши­ ми горизонтальную сейсмическую нагрузку (типичный при­

мер осуществления идеи «гибкого этаж а»).

6. При проектировании зданий широко использовались Германские нормы и Калифорнийский код.

По приблизительной оценке эпицентр землетрясения на-

39

ходилен в 20 милях от Каракаса. Инструментальные записи землетрясения отсутствуют. Судя по косвенным данным (ис­ кажение магнитных записей радио и телепередач), сильные толчки наблюдались в течение 15—20 сек. при общей про­ должительности землетрясения около 50 сек. Специалистами Американского института бетона землетрясение в Каракасе оценивается как умеренное [26]. По количеству выделенной энергии оно в 1000 раз слабее землетрясения, имевшего место на Аляске в марте 1964 г. Однако при умеренной силе Каракаского землетрясения нанесенный им ущерб оказался значительным.

Прежде чем перейти к анализу последствий этого земле­ трясения, заметим, что Каракас расположен на слабых аллю­ виальных отложениях. Этот факт в сочетании со сравнитель­ но большим удалением от города очага землетрясения по­ зволяет предположить длиннопериодный характер колебаний грунтов в Каракасе и, как следствие, — вероятность резо­ нансных явлений в многоэтажных зданиях.

По мнению комиссии Ассоциации Портландцемента, опи­ сываемое землетрясение явилось серьезным испытанием для 7000 зданий Каракаса с несущими конструкциями из желе­ зобетона. В результате землетрясения около 180 зданий бы­ ли признаны опасными для работы и проживания. Примерно 20% из них имели серьезные повреждения несущих кон­ струкций, в остальных пострадали в основном перегородки и низкопрочное заполнение каркаса.

В Каракасе наиболее сильные разрушения зданий наблю­ дались в восточных районах Альтамира и Лос Палое Грандес, расположенных в месте глубокого вреза долины Рио Гуайра с толщей аллювиальных отложений порядка 330 м. Именно здесь были полностью разрушены четыре здания высотой 10— 12 этажей. В других районах города мощность аллювиальных отложений значительно меньше. Неоднород­ ность геологического строения городской территории была подчеркнута локальными сосредоточениями значительных повреждений в зданиях, построенных на неблагоприятных в сейсмическом отношении площадках, и имевших большое сходство по конструктивным решениям и использованным материалам со зданиями в остальных районах города.

В 11-этажном здании Мэншн Чараима, построенном на морском побережье в районе Макуто, полностью обрушились четыре верхние этажа при полной сохранности семи нижних.

При землетрясении в Каракасе были выявлены следую­ щие повреждения зданий:

1. разрушение колонн (особенно угловых) в нижних эта жах высотных каркасных зданий, обусловленное недостаточ­ ным вертикальным и поперечным армированием. Во многих

40