Современный подход к сейсмическому строительству

Каждый год на нашей планете случается до миллиона землетрясений. К счастью, только незначительная часть из этого числа приводит к катастрофам и гибели людей. Какой бы развитой на сегодняшний день ни была сейсмология, но контролировать сейсмическую активность Земли люди еще не научились. Однако уберечься от сейсмической опасности и по максимуму сделать безопасным свое существование человечеству вполне по силам.

Современные технологии, разработанные специально для сейсмического строительства, рассчитаны уменьшить воздействие активности землетрясения в два, три, а в некоторых случаях и в большее количество раз. Они диктуют застройщикам закладывать повышенную прочность конструкции для объектов высокой степени ответственности еще на этапе проектирования. Таким образом, к обычным расчетам добавляется дополнительный коэффициент надежности, который повышает сейсмостойкость сооружения.

1. Особо прочные материалы.

Главным материалом, обеспечивающим наибольшую безопасность в сейсмическом строительстве, является металл. Он не хрупкий, достаточно пластичный и хорошо переносит сейсмическую нагрузку. Во время землетрясения он может искорежиться и «поплыть», но, тем не менее, сооружение, созданное из этого материала, не рассыплется и не погребет под собой людей. Поэтому очень часто в современных зданиях, построенных в зонах сейсмической активности, можно наблюдать стальные каркасы. Они податливы и позволяют строению хорошо воспринимать воздействие землетрясений.



Вместо обычного бетона в сейсмическом строительстве используется специальный торкрет – сухая бетонная смесь с добавлением в нее химических добавок и полимерных волокон. Такое сочетание придает торкрету повышенную прочность по сравнению с обычным бетоном.

Бетон, армированный металлом, то есть железобетон, также хорошо зарекомендовал себя в сейсмостроительстве. А вот кирпич – не подходящий материал в сейсмоактивных районах. Даже при возведении внутренних перегородок предпочтение отдается гипсокартону. В отличие от кирпича, он легкий, а значит, в случае обрушения конструкции принесет меньше травм. Если кирпич и присутствует во внутренней отделке здания, то для безопасности кирпичную кладку «запаковывают» в металлическую сетку. Так во время землетрясения она не рассыплется на мелкие сегменты и не завалит собою людей.

2. Способность амортизировать и изолировать.

Наряду с особой прочностью, для строений в зонах сейсмической активности предусмотрена определенная степень подвижности и способность амортизировать. Благодаря этим характеристикам сооружение не жестко стоит на земле, а приобретает определенную свободу движения, что позволяет поглощать землетрясения и противостоять обрушениям.

Отличным примером различных инновационных приемов в строительстве являются олимпийские объекты в опасном по сейсмическим меркам городе Сочи. Ледовый дворец «Большой» построен на массивном бетонном фундаменте, толщина которого равна 120 см. Но он не монолитный, а разделен на сегменты, как пирог на куски. Благодаря такому строительному подходу, спортивное сооружение сможет поглотить сейсмические колебания Земли.

Еще одним удачным примером сейсмического строительства в Сочи является Российский международный олимпийский университет. При строительстве этого семидесятиметрового здания был использовал метод сейсмической изоляции сооружений. Технически этот метод представляет собой набор средств, благодаря которым достигается высокая податливость конструкции и способность основания и самого здания смещаться относительно друг друга.

Здание университета построено на резиново-металлических амортизационных опорах, задача которых изолировать каркас сооружения от фундамента, тем самым смягчать все внутренние подвижки в случае сейсмического колебания. А остаточные качения, с которыми не справились опоры-амортизаторы, погасят изоляционные или, как их еще называют, деформационные швы. Изоляционные швы представляют собой эдакие щели в несколько сантиметров, которые специально предусмотрены между отдельными секциями единого сооружения. Благодаря этим деформационным швам олимпийский университет может раскачиваться, но при этом не будут повреждаться соседствующие друг с другом сегменты сооружения, собранного в единый комплекс.

3. Жесткость конструкции.

Несмотря на все амортизационные характеристики, чтобы не разлететься на куски во время сейсмической активности Земли, здание должно обладать определенными нормами жесткости. Эта функция возложена на ядра жесткости, которые обычно выполнены в виде колонн. Эти вертикальные ядра жесткости закреплены на основании здания и несут на себе весь его каркас. Кроме того, для дополнительного усиления конструкции сами ядра жесткости соединены друг с другом железобетонными балками. На них жестко крепят мощные металлические стропильные фермы, которые удерживают фасад и крышу. С другой стороны фермы установлены на деформационные опоры, которые позволяют им в случае сейсмического удара сдвигаться до нескольких сантиметров. Таким образом, в сейсмостроительстве достигается баланс между жесткостью конструкции и ее амортизационными возможностями.

4. Особый подход к коммуникациям.

Наряду с безопасностью и целостностью несущих конструкций здания, в сейсмическом строительстве уделяют достаточное внимание коммуникационным системам как внутри, так и снаружи сооружений. Например, трубы защищают от повреждений и разрушений во время землетрясения. Чтобы трубопроводы могли поглощать сейсмическую нагрузку, их оснащают резиновыми изоляционными вставками. В дополнение к этому трубы, расположенные под землей, ограждают от сейсмического воздействия специальной амортизационной обсыпкой. Она представляет собой перлитовую или керамзитовую смесь, либо же крупный песок.

Техническое оборудование внутри здания, несущее даже малейшую опасность при землетрясении, также закреплено по специальной технологии. Например, сейсмостойкий трансформатор тока устанавливают на тяжелую станину, которая жестко крепится к полу. Случись сейсмический удар, все эти мероприятия обеспечат полную неподвижность трансформатора по отношению к зданию, в котором он размещен.

5. Мониторинг сейсмической опасности.

В современных сейсмостойких зданиях предусмотрена автоматическая система мониторинга, состоящая из специальных деформационных датчиков, которые следят за состоянием целостности помещений. Эти электронные датчики представляют собой установленные на неподвижных металлических конструкциях приборы со световозвращающими элементами, на которые наводятся лазерные лучи. Если луч сдвигается относительно своего световозвращающего элемента хоть на мизерное расстояние, система безопасности незамедлительно отреагирует на это.

За состоянием основания здания следят специальные вибродатчики — акселерометры. Одним из примеров бытового использования акселерометра может стать мобильное устройство, которое при падении улавливает ускорение и отключается, таким образом, защищая его от внутренних поломок и сбоев. В сейсмостойком строительстве такие датчики деформации реагируют на любые подвижки. Они крепятся к фундаменту рядом со стенами, чтобы соприкасаться с ними, но быть относительно их неподвижными. Система акселерометров следит за движением фундаментной плиты, и в случае опасности показания приборов незамедлительно попадают в руки отряда быстрого реагирования. Кроме того, не дожидаясь приезда спасателей, умная система безопасности позаботится и о находящихся внутри здания людях. Тут же сработает аварийный узел и отключится подача высокого напряжения тока.

6. Сейсмостойкие транспортные артерии.

Огромную разрушительную силу во время сейсмической активности несут вызванные ею оползни и лавины. Случись землетрясение, и ни один спасательный отряд не сможет добраться на место происшествия по разрушенным лавинами, оползнями и завалами дорогам. Поэтому очень много внимания уделяется в сейсмически опасных регионах проектированию и строительству транспортных артерий. На всей протяженности горных дорог проводят защитные противооползневые мероприятия. От схода снежных лавин и селей строят укрепления из габиона, которые представляют собой связанные в крепкие металлические каркасы камни. Это мощное препятствие, способное взять на себя удар стихии и отвести его в сторону от населенных пунктов и транспортных объектов.



Откосы и стены вдоль открытых участков дорог укрепляют по особой технологии – анкерами, стянутыми в единое целое с помощью глубоко погруженных в грунт железобетонных свай. Так образуется сверхпрочная стена, удерживающая неустойчивые горные породы даже при землетрясении в девять баллов.

Автомобильные тоннели представляют собой толстую железобетонную трубу. Она не цельная, а собрана из монолитных длинных труб, между которыми есть деформационные швы, призванные поглощать сейсмические колебания земли. На случай аварии в тоннелях предусмотрены дополнительные эвакуационные тоннели, сбойки, которые построены вдоль всей подземной дороги через каждые двести метров. По сбойкам люди смогут безопасно выйти.

Эстакады и мосты в сейсмостроительстве должны обладать повышенной устойчивостью. Они держатся на густо армированных фундаментах-сваях. Повышенная устойчивость таких свай достигается благодаря тому, что загоняют их на глубину свыше тридцати метров, вплоть до твердых горных пластов. Поверх этого мощного фундамента кладут ростверк, на который устанавливается опора, удерживающая балочные пролеты трассы. Между каждым пролетом есть деформационные швы. К тому же сам балочный пролет установлен на ростверке с применением амортизирующих демпферов и резинометаллических опор. Таким образом, сейсмостойкие пролеты так называемых «пляшущих» мостов могут перемещаться до тридцати сантиметров. Но при этом демпферы помогают удерживаться этим пролетам на своей оси.

Ученые-сейсмологи вместе с инженерами ищут свежие идеи для усовершенствования уже имеющихся технологий в сейсмическом строительстве и ежегодно внедряют самые эффективные из своих замыслов в новые проекты. Сейсмостойкие здания и сооружения в каждом поколении становится все более безопасными, они эффективно противостоят землетрясениям и другим угрозам, связанным с сейсмической активностью Земли.

Ксения Равтович

Похожие материалы

Комментарии:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *