Какие фундаменты самые надежные при землетрясении

Фундаменты при сейсмических воздействиях

Проектирование фундаментов при сейсмических воздействиях следует производить в соответствии с требованиями СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*».

Сейсмические воздействия на фундамент обусловлены зем­летрясениями, происходящими в результате тектонических раз­ломов в земной коре. От гипоцентра во всех направлениях рас­пространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмичес­кими волнами (продольными, поперечными и поверхностными). Сейсмические воздействия вызывают колебания зданий и соору­жений, которые приводят к появлению в элементах надземных конструкций сил инерции. На величину последних решающее влияние оказывает интенсивность землетрясения, измеряемая балльностью.

Сейсмические воздействия, как и любые динамического ха­рактера нагрузки на основания, приводят к изменению свойств грунтов: увеличивается сжимаемость, особенно несвязных грун­тов; уменьшается их предельное сопротивление сдвигу, вследствие вызванного вибрацией уменьшения трения между частицами. Импульсные воздействия средней величины могут вызвать допол­нительные осадки и просадки оснований, а импульсы значитель­ной величины – разрушение структуры грунтов, уменьшение их прочности, потерю устойчивости оснований. При определенных условиях может происходить разжижение водонасыщенных пес­чаных оснований, приводящее к полному исчерпыванию их несу­щей способности. Эти изменения строительных свойств грунтов и специфический характер взаимодействия сооружения с основа­нием определяют особенности проектирования фундаментов в условиях сейсмических воздействий.

В России принята 12-балльная шкала оценки силы землетря­сения. Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем).

Сейсмичность площадки в зависимости от категории грунта приведена в табл. 5.1. Сейсмические воздействия при проектировании учитываются при интенсивности сейсмических колебаний 7, 8 и 9 баллов. При интенсивности более 9 баллов строительство возможно только по разрешению вышестоящих органов в соответствии с утвержденными требованиями.

По сейсмическим свойствам грунты разделяются на три категории:

Категория грунта по сейсмическим свойствам	Сейсмичность площадки строительства, баллы при сейсмичности района
I
II
III

I категория: скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие); невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные грунты плотные маловлажные из магматических пород, содержащие до 30 % песчано-глинистого заполнителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре – 2 0 С и ниже при строительстве и эксплуатации по принципу 1 (сохранение грунтов основания в мерзлом состоянии);

II категория: скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые (в том числе, вечномерзлые, кроме отнесенных к I категории); крупно-обломочные грунты (за исключением отнесенных к I категории); пески гравелистые, крупные и средней крупности, плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем текучести I_L £ 0,5 при коэффициенте пористости с 0 С при строительстве и эксплуатации по принципу 1;

III категория: пески рыхлые независимо от влажности и крупности; пески гравелистые, крупные, средней крупности плотные и средней плотности водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности, влажные и водонасыщенные; глинистые грунты с показателем текучести I_L > 0,5; глинистые грунты с показателем текучести I_L £ 0,5 при коэффициенте пористости е ³ 0,9 для глин и суглинков и е ³ 0,7 – для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по принципу II (допущение оттаивания грунтов основания).

При неоднородном составе грунты площадки строительства относятся к более неблагоприятной категории грунта по сейсмическим свойствам, если в пределах 10-метровой толщи грунта (считая от планировочной отметки) слой, относящийся к этой категории, имеет суммарную толщину более 5 м.

Расчет фундаментных конструкций и их оснований выполняют на основное и особое сочетание нагрузок, причем в последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка. Расчетную сейсми­ческую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При динамическом расчете учитывают массу отдельных элемен­тов здания, сейсмичность района, формы собственных колебаний, особенности колебаний сооружения, тип грунтовых условий, конст­руктивное решение сооружения и характер допускаемых поврежде­ний и дефектов. После получения сейсмических нагрузок на основа­нии принципа Даламбера проводят статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и ста­тической нагрузки.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные на­пряжения, возникающие в основании при прохождении сейсмичес­ких волн, определяют по формулам:

; , (5.10)

где k_с – коэффициент сейсмичности (при 7 баллах k_с = 0,025; при 8 баллах – 0,05 и при 9 баллах – 0,1); γ – удельный вес грунта; С_p и С_s – соответственно скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн; Т₀ = 0,5 – период скорости сейс­мических колебаний, с.

Сейсмические инерционные нагрузки, действующие на фунда­мент во время землетрясения, определяют по формуле

(5.11)

где G_k – вес элемента сооружения, отнесенный к точке к; γ_n – ко­эффициент, зависящий от класса сооружения (принимается в преде­лах 1–1,5); – коэффициент динамичности; – коэффициент, учитывающий форму колебаний.

При проектировании и строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов в грунтах I и II категорий назнача­ют как для несейсмических районов, но не менее 1 м; грунты III категории требуют предварительного искусственного улучшения.

Фундаменты зданий и их отдельных отсеков рекомендуется за­кладывать на одном уровне во избежание изменения частоты со­бственных колебаний. В зданиях повышенной этажности следует увеличивать глубину заложения с помощью устройства дополни­тельных подземных этажей.

При прохождении сейсмических волн поверхность грунта может испытывать растяжение и сжатие в различных направлениях, что может вызвать подвижку фундаментов относительно друг друга, поэтому для исключения подвижки и устойчивости фундаментов рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или не­прерывные фундаменты из перекрестных лент (рис. 5.3, а), устра­иваемых в сборном или монолитном варианте. Для усиления сбор­ных фундаментов по верху подушки укладывают арматурные сетки и устраивают перевязку блоков в углах и пересечениях, а при сейсмичности 9 баллов армируют все сопряжения стен подвалов. Фундаменты каркасных зданий допускается устанавливать на от­дельные фундаменты, которые соединяются друг с другом железо­бетонными вставками (рис. 5.3, б).

Рис. 5.3. Схемы фундаментов в сейсмических районах

Для предотвращения подвижки здания по обрезу фундамента гид­роизоляцию стен необходимо выполнять в виде цементного слоя. Применение гидроизоляции на битумной основе не разрешается.

При использовании свайных фундаментов необходима жесткая заделка свай в непрерывный ростверк для восприятия горизон­тальных усилий, возникающих при землетрясениях, при этом следу­ет стремиться опирать нижние концы свай на плотные грунты. Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий рабо­ты, при расчете несущей способности основания по боковой поверх­ности и под острием сваи.

Самыми неблагоприятными основаниями являются водонасыщенные пески, способные разжижаться в условиях сейсмических воздействий и приводить к провальным осадкам зданий, поэтому их следует использовать в качестве оснований только после предвари­тельного уплотнения вибрированием, песчаными сваями или каким-либо другим способом.

Проектирование и устройство фундаментов с учетом сейсмичес­ких воздействий гарантируют сохранность сооружения при условии, если и надземная часть здания возведена с учетом данных воздейст­вий.

Источник

Какой подобрать фундамент под частный дом. Сейсмика.

Приветствую вас уважаемые!

Обращаюсь к вам, т.к. другие форумы домохозяйкам подходят, а здесь надеюсь не прогонят.
Имея 20-ти летний опыт строительства промышленных и гражданских зданий, не могу определится с фундаментом для своего дома. Знакомые проектанты либо с насмешкой отвечают на мой вопрос, либо ДОТ предлагают, чтоб потом не краснеть наверно.

А вопрос в чем? Имея скудные сбережения, хочется экономично построить, т.е. профессионально.

Общие данные:
1. Грунты — не скала, но очень твердая глина. Рядом построились.
2. Сейсмика — 7 баллов.
3. Уклон в 30 градусов. Без подвала не обойтись.
4. Каркасник, ЖБ
5. Стены — монолитный пенобетон в 300 мм, Д600, с фиброй. Изготовление на месте.
6. Перекрытия: над подвалом ЖБ, а над 1-м этажом — деревянное.
7. Кровля — металлочерепица.
8. Размеры в плане 8000*8500 мм
9. Глубина промерзания 0,8 м.

По предварительным прикидкам, часть фундамента придется поднимать от уровня земли, на 0,5 м.

Ленточный фундамент — дорого, склоняюсь к отдельным фундаментам, столбчатым.

Далее моменты для уточнения:
1. В нормативной документации, ограничение в использование столбчатых фундаментов в сейсмической зоне нет, только в ростверке дополнительную арматуру закладывают.
2. Насколько еще просвещался — уровень закладки фундамента, в сейсмической зоне, должен быть на одном уровне, без перепадов. Если исходить из этого, то 80 % моего фундамента нужно углублять не менее чем на 0,5 м, что удвоит практически стоимость фундамента при ленточном исполнении.
3. Кроме экономии, вариант столбчатого фундамента, в случае землетрясения предотвращает горизонтальный сход с горы моего дома, выступая как анкер (мои думки).
4. Еще колоны каркаса предлагают 400*400 мм, при высоте этажа в 2,5 м. Не много ли?
5. И почему не берется в расчет каркаса монолитный пенобетон, анкерован с колонами, который имеет прочность В2,5, а с фиброй еще 60% добавляется?

Буду признателен вашим подсказкам, замечаниям, а так-же конкретики исполнения.
Прилагаю модель моего будущего дома.

Источник

10 технологий, которые защищают здания от землетрясений

Землетрясение – мощная разрушительная стихия, которая способна уничтожать целые города. К счастью, за последние несколько десятилетий архитекторы и инженеры разработали несколько технологий, которые гарантируют, что здания, будь то небольшие дома или небоскребы, не разрушатся, если случится землетрясение.

1. «Парящий» фундамент

NULL
NULL

Изоляция фундамента, как следует из названия, заключается в том, чтобы отделить фундамент здания от всей постройки выше фундамента. Одна из систем, работающих по такому принципу, позволяет зданию «плавать» над фундаментом на свинцово-резиновых подшипниках, в которых свинцовое ядро окружено чередующимися слоями резины и стали. Стальные пластины крепят подшипники к зданию и фундаменту и это позволяет во время землетрясения двигаться фундаменту, но не двигаться конструкции над ним.

Сегодня японские инженеры вывели эту технологию на новый уровень. Их система позволяет зданию парить на воздушной подушке. Вот как это работает. Сенсоры на здании распознают сигналы сейсмической активности. Сеть сенсоров передает сигнал воздушному компрессору, который за полсекунды нагнетает воздух между зданием и фундаментом. Подушка поднимает здание на 3 см над землей, изолируя его от толчков, которые могут его разрушить. Когда землетрясение прекращается, компрессор выключается и здание опускается на место.

2. Амортизаторы ударов

NULL
NULL

Эта технология взята из авто-индустрии. Амортизаторы уменьшают магнитуду вибраций, превращая кинетическую энергию колебаний в тепловую энергию, которая может быть рассеяна через тормозную жидкость. В строительстве инженеры устанавливают на каждом уровне здания подобные гасители колебаний, один конец которых крепится к колонне, другой к балке. Каждый гаситель состоит из поршневой головки, которая движется в цилиндре, наполненном силиконовым маслом. Во время землетрясения горизонтальное движение здания заставляет двигаться поршни, оказывая давление на масло, что преобразует механическую энергию землетрясения в тепло.

3. Маятниковая сила

Амортизация может быть разных видов. Другое решение, особенно для небоскребов, предполагает подвешивание огромной массы у вершины здания. Стальные тросы поддерживают массу, в то время как тягучие жидкие амортизаторы располагаются между массой и защищаемым зданием. Когда во время землетрясения здание раскачивается, маятниковая сила заставляет его двигаться в обратном направлении, рассеивая энергию.

Каждый такой маятник настроен точно в соответствии с естественной частотой вибрации здания, чтобы избежать эффекта резонанса. Такая система используется в небоскребе «Тайбэй 101» высотой 508 м – в центре маятника 660-тонный шар золотого цвета, подвешенный на 8 стальных тросах.

4. Заменяемые предохранители

NULL
NULL

Знаете, как работают электрические «пробки»? Инженеры пытаются внедрить подобные предохранители и в сейсмическую защиту зданий.

Электрические предохранители «вылетают», если нагрузка на сеть превышает определенные значения. Электричество отключается, и это предотвращает перегрев и пожары. Исследователи из Университета Стэнфорда и Университета Иллинойса провели исследования конструкции из стальных рам, которые являются эластичными и могут колебаться на вершине фундамента.

Но это еще не все. В дополнение исследователи предложили вертикальные кабели, которые соединяют верхушку каждой рамы с фундаментом, тем самым ограничивая колебания. А когда колебания заканчиваются, кабели могут вытянуть всю конструкцию вверх. Наконец, между рамами и у оснований колонн находятся заменяемые предохранители. Металлические зубцы предохранителей поглощают сейсмическую энергию. Если нагрузка превысит допустимую, предохранители можно легко и недорого заменить, быстро восстановив здание в его первозданном виде.

5. Колеблющееся «ядро»

NULL
NULL

Во многих современных небоскребах инженеры используют систему колеблющейся стены центрального ствола здания. Усиленный бетон проходит через центр конструкции, окружая лифтовые холлы. Однако эта технология несовершенна, и такие здания во время землетрясений могут подвергаться значительным неэластичным деформациям. Решением может стать комбинирование этой технологии с упомянутой выше изоляцией фундамента.

Стена центрального ствола здания колеблется на нижнем уровне здания, чтобы предотвратить разрушения бетона стены. Кроме того, инженеры укрепляют два нижних этажа здания сталью и устанавливают натяжную арматуру по всей высоте. В железобетонных конструкциях с натяжением арматуры на бетон стальные тросы проходят через центральный ствол здания. Они работают как резиновые ленты, которые могут быть растянуты гидродомкратами, чтобы усилить временное сопротивление разрыву центрального ствола.

6. Плащ-невидимка от землетрясений

Землетрясения создают волны, которые подразделяются на объемные и поверхностные. Первые быстро проходят в глубину Земли. Вторые двигаются более медленно через земную кору и включают подвид волн, известный как волны Рэлея, которые двигают землю в вертикальном направлении. Именно эти колебания и создают основные разрушения при землетрясениях.

Некоторые ученые полагают, что можно прервать передачу этих волн, создав «плащ-невидимку» из 100 концентрических пластиковых колец, скрытых под фундаментом здания. Такие кольца могут улавливать волны, и колебания уже не могут распространяться на здание над ними, а просто выходят с другого конца конструкции из колец. Однако не до конца изучено, что будет в таком случае со стоящими поблизости зданиями, лишенными такой защиты.

7. Сплавы с эффектом памяти формы

NULL
NULL

Пластичность материалов представляет главную задачу для инженеров, пытающихся создать сейсмоустойчивые здания. Пластичность описывает изменения, которые происходят в материале, когда к нему прикладывают силу. Если эта сила достаточно велика, форма материала может быть изменена навсегда, что повлияет на его способность правильно функционировать.

Сплавы с эффектом памяти формы, в отличие от традиционных стали и бетона, могут испытывать значительные нагрузки и все равно возвращаться к прежней форме. Эксперименты с этими сплавами уже проводятся. Один из них – никель-титан, или нитинол, который эластичнее стали на 10-30%.

8. Углеволоконная оболочка

NULL
NULL

Строить новые здания с сейсмозащитой очень важно, но не менее важно защищать от землетрясений здания уже построенные. Изоляция фундамента здесь также может помочь, но есть более простое решение, так называемая усиленная углеродным волокном пластиковая оболочка (fiber-reinforced plastic wrap, FRP). Инженеры просто оборачивают пластиковый материал вокруг опорных бетонных колонн и закачивают под давлением эпоксидную смолу между колонной и материалом. Этот процесс может быть повторен 6-8 раз. Таким способом можно укрепить даже здания, которые уже были повреждены землетрясениями. Согласно исследованиям, устойчивость конструкций при применении такого метода возрастает на 24-38%.

9. Биоматериалы

NULL
NULL

Материалы, подобные FRP и сплавам с эффектом памяти, в будущем могут стать еще более совершенными – и вдохновение для новых материалов может прийти из мира животных. Например, скромная мидия, чтобы оставаться на своем месте, выделяет липкие волокна – биссусные нити. Некоторые из них жесткие, а другие – эластичные. Когда волна ударяет в мидию, она остается на своем месте, т.к. эластичные нити поглощают волну. Исследователи подсчитали, что соотношение жестких и эластичных волокон – 80:20. Дело за малым – разработать подобный материал для применения в строительстве.

Другая идея связана с пауками. Известно, что их паутина прочнее стали, однако ученые считает, что уникальным этот материал делает динамическая реакция при значительном натяжении. Ученые обнаружили, что при растяжении отдельных нитей паутины они сначала не растягиваются, потом растягиваются, а потом опять становятся нерастягивающимися.

10. Картонные трубы

NULL
NULL

Для стран, которые не могут позволить себе дорогие сейсмозащитные технологии, у инженеров также есть разработки. Например, в Перу исследователи сделали традиционные постройки из необожженного кирпича прочнее, укрепив их пластиковой сеткой. В Индии успешно используют бамбук для усиления бетона. В Индонезии некоторые здания стоят на опорах из старых покрышек, наполненных песком или камнями.

Даже картон может стать крепким, долговечным строительным материалом. Японский архитектор Shigeru Ban построил несколько зданий, используя картонные трубы, покрытые полиуретаном. В 2013 г. он построил собор в Новой Зеландии. Для постройки понадобилось 98 картонных труб, усиленных деревянными балками. Конструкции из картона и дерева очень легкие и гнущиеся, они лучше выдерживают сейсмические нагрузки, чем бетон. А если они все-таки разрушатся, вероятность, что под обломками пострадают люди, минимальна.

Источник