К зданиям и сооружениям

Здания и сооружения, предназначенные для возведения в сейсмических районах, отличаются от обычных рядом особенностей в объемно-
планировочном и конструктивном решениях.

Сейсмостойкость зданий и сооружений всегда обеспечивается комплексом мер,в том числе:

- выбором площадки строительства, благоприятной в сейсмическом
отношении;

- выбором конструктивной схемы сооружения, обеспечивающей
снижение расчетных сейсмических нагрузок;

- использованием объемно-планировочных решений, основанных на
вышеуказанных принципах;

- назначением элементов конструкций и их соединений с учетом результатов расчета на сейсмические воздействия;

- выполнением конструктивных мероприятий, назначаемых независимо от результатов расчета (т.к. они обеспечивают соблюдение исходных
предпосылок расчета);

- высоким качеством строительства.

- Конструктивные мероприятия бывают как общими, так и зависящими
от конкретного типа здания и должны выполняться одновременно.

При выборе конструктивной схемы здания предпочтение следует отдавать статически неопределимым системам (т.к. в статически определимых системах при разрушении одного из элементов возможны значительные деформации здания в целом).

Сейсмостойкие конструкции зданий и сооружений проектируют по
двум конструктивным схемам:

1. По жесткой схеме из несущих вертикальных элементов (диафрагм), работающих под действием нагрузки преимущественно на сдвиг и
обладающих малыми деформациями.

2. По гибкой схеме из несущих вертикальных элементов, работающих под действием сейсмических толчков преимущественно на изгиб.

Конструктивные мероприятия, снижающие

сейсмическое воздействие на здание:

а – разделение здания на отсеки антисейсмическими швами; б – перенос тяжелого оборудования в нижний этаж; в – замена мостового крана козловым (напольным);

1 – антисейсмический шов; 2 - нерекомендуемое расположение оборудования; 3 – рекомендуемое расположение оборудование; 4 – мостовой кран; 5 – козловой кран

При выборе конструктивной схемы здания необходимо иметь в виду, что жесткая схема способствует более эффективному затуханию колебаний, а гибкая снижает сейсмическую нагрузку на здание.

В сейсмостойких каркасных промышленных зданиях применяют рамы с жесткими нижними и шарнирными верхними узлами, а также рамы со
всеми жесткими узлами. Для одноэтажных зданий отдают предпочтение
рамам первого типа, позволяющим применять типовые конструкции покрытия, предназначенные для обычных зданий, но, как правило, с некоторым их усилением. Кроме того, такая схема менее чувствительна к неравномерным осадкам, вызываемым сейсмическими воздействиями, и позволяет ослабить их.

Многоэтажные здания для сейсмических районов проектируют с несущим каркасом, образованным продольными и поперечными рамами
преимущественно со всеми жесткими узлами. Покрытиям и перекрытиям
сейсмостойких зданий придают свойства жесткой диафрагмы, обеспечивающей пространственную работу здания.

Поскольку величина сейсмических нагрузок зависит от массы здания, для уменьшения усилий, возникающих в несущих конструкциях под воздействием сейсмических сил, следует применять более легкие конструкции.

Помимо этого, желательно уменьшить высоту зданий, переносить
технологические процессы, связанные с тяжелым оборудованием, с верхних на нижние этажи, заменять мостовые краны и подвесной
транспорт козловыми кранами или другими средствами напольного транспорта.

Эти меры позволяют понизить центр тяжести здания и тем самым
приблизить к основанию уровень приложения равнодействующих горизонтальных сейсмических сил, что в свою очередь уменьшает значения
моментов в основании и поперечных сил в верхней части здания (здание
рассматривается как заделанная в грунт консоль).

5.1. Объемно-планировочные решения

При выборе объемно-планировочных решений предпочтение следует
отдавать схемам, обеспечивающим конструктивную регулярность здания в
плане и по высоте.

Здание (сооружение) считается нерегулярным в плане, если:

- вертикальным несущим конструкциям, воспринимающим горизонтальные сейсмические воздействия, присущи следующие особенности:

- они имеют нерегулярные или несимметричные относительно осей
здания проемы;

- - они непараллельны или несимметричны относительно главных осей;

Примеры нерегулярных зданий (в плане):

а – несимметричные проемы; б – несимметричное расположение тяжелого оборудования; в, г - монтажные проемы в перекрытии; 1 – вертикальные несущие конструкции; 2 – зона больших нагрузок; 3 – зона перекрытий с меньшей жесткостью.

- связи, воспринимающие горизонтальные сейсмические воздействия, имеют нерегулярное или несимметричное (относительно главных
осей) расположение;

- для диафрагм характерны следующие показатели:

- площадь проемов превышает 50 % от общей площади диафрагмы, участвующей в расчете на жесткость здания в пределах этажа;

- жесткость диафрагмы меняется более чем на 50 % при переходе от
одного этажа к другому;

- плоскости несущих конструкций образуют внутренние углы, а образующиеся при этом выступающие части имеют линейный
размер более 15 % от общей длины здания в этом направлении;

- максимальное торсионное перемещение этажа в одном конце здания более чем в 1,2 раза превышает среднее торсионное смещение в двухкраевых точках с противоположной стороны здания. Эффект торсионной нерегулярности может иметь место, например, если жесткость диафрагмы существенно выше жесткости вертикальных несущих конструкций, воспринимающих горизонтальные сейсмические воздействия.

Здание с внутренними углами:

а – по одному фасаду; б – по двум фасадам.

Здание (сооружение) считается нерегулярным в вертикальном направлении, если:

- поперечная жесткость несущих конструкций на рассматриваемом
этаже составляет менее 70 % от жесткости вышерасположенного этажа или
80 % от средней жесткости трех вышерасположенных этажей (так называемый гибкий этаж);

- поперечная прочность несущих конструкций на рассматриваемом
этаже составляет менее 80 % от прочности конструкций вышерасположенного этажа (так называемый слабый этаж);

- эффективная расчетная масса на любом этаже составляет более 150 %
от массы примыкающих этажей (так называемый тяжелый этаж), при этом
если покрытие имеет меньшую массу, то оно в расчет не принимается;

- горизонтальные размеры вертикальных несущих конструкций, воспринимающих горизонтальные сейсмические воздействия, составляют более 130 % от соответствующих размеров на примыкающих этажах;

- несущие конструкции имеют смещения из вертикальной плоскости.

Для нерегулярных зданий (сооружений) следует выполнять дополнительные расчеты, обосновывающие допустимость принятых конструктивных решений (за исключением случаев, когда эти решения допускаются
соответствующими разделами СНиП).

Примеры неравномерного распределения нагрузок и жесткостей по высоте здания:

1 – тяжелый этаж; 2 – гибкий этаж; 3 – стена-диафрагма.

Здания, возводимые в сейсмических районах, должны иметь правильную форму в плане, причем форма круга в наибольшей степени отвечает требованиям сейсмостойкого строительства (по ухудшению: квадрат, прямоугольник). Если здание имеет сложную конфигурацию в
плане, то его, как правило, следует разделять антисейсмическими швами
на простые формы.

Примеры объемно-планировочных решений зданий:

а – круглого; б – треугольного; в – квадратного.

Максимальная высота (число этажей) здания зависит от вида и материала несущих конструкций, а также конструктивной схемы.

При наличии выступов они не должны превышать размеров для зданий:

- из мелкоштучных материалов -2 м;

- каркасных - не более шага колонн;

- из монолитного железобетона, крупнопанельных и объемно-
блочных -6 м.

Несущие (самонесущие) конструкции, воспринимающие горизонтальные сейсмические нагрузки, следует располагать симметрично относительно главных осей здания (сооружения), а в пределах этажа выполнять однотипными и из одинакового материала.

Междуэтажные перекрытия здания в пределах отсека (между антисейсмическими швами) следует располагать в одном уровне.

Перепады по высоте в пределах отсека здания не должны превышать
6 м (двух этажей). В противном случае в месте перепада высот устраивается антисейсмический шов.

Лоджии в зданиях с фасадными железобетонными стенами, участвующими в восприятии сейсмической нагрузки, должны быть, как правило, встроенными. В плоскости фасадных стен со встроенными лоджиями следует располагать железобетонные каркасы или решетчатые панели, обеспечивающие эффективное участие фасадной стены в восприятии
сейсмической нагрузки, действующей в ее плоскости. Выступающие лоджии и веранды могут предусматриваться в зданиях не выше 5 этажей. Устойчивость выступающих лоджий и веранд должна обеспечиваться их связью с несущими конструкциями зданий.

Нерегулярное расположение проемов в стенах допускается в тех
случаях, когда их влияние на поведение стены при сейсмических воздействиях незначительно, что должно быть обосновано специальным расчетом.

Примером неравнопрочной конструкции может служить здание с
разной шириной простенков. При сейсмическом воздействии такое здание
начинает разрушаться по принципу «домино»: сначала выходят из строя
самые слабые, как правило, узкие простенки (они разрушаются по типу
колонн - горизонтальными трещинами в верхней и нижней частях проемов, далее разрушаются более широкие простенки, как правило, по
типу скола - диагональными трещинами и т.д.