Российское общество профессиональных оценщиков и управляющих недвижимостью - сервейеров Аналитические статьи
Защита зданий от динамических воздействий путём сейсмовиброизоляции

Российское общество профессиональных оценщиков и управляющих недвижимостью - сервейеров

Оригинал документа:
http://www.RIPS.ru/analit.phtml?id=17


Защита зданий от динамических воздействий путём сейсмовиброизоляции

Владимир Иванович Плетнев,
д.т.н., проф.,
А.В. Самсонов,
к.т.н., докторант
(Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, Россия).

Привлекательные места застройки в центре города или в районах с хорошо развитой инфраструктурой часто имеют недостатки, которые существенно снижают ценность таких земельных участков; это вибрации и корпусной шум. Причиной их являются: линии метрополитена или интенсивное трамвайное движение; производственные механизмы в расположенных по близости промышленных объектах; грузовой транспорт, если рядом находятся транспортные магистрали, мосты, путепроводы и т.п. Кроме того здания, расположенные вблизи действующих карьеров по добыче полезных ископаемых, также постоянно подвергаются действию колебаний от техногенных взрывов.
Особенностью подобных воздействий является тот факт, что они отрицательно влияет на людей. Длительное воздействие вибрации нарушает нормальное состояние человека, влияет на его производительную деятельность, а главное на его здоровье, вызывая стойкие физиологические изменения организма.
Напряжения, возникающие при вибрационном воздействии, способствуют накоплению повреждений в материале здания в виде трещин и в итоге приводят к разрушению. Длительное действие вибрации опасно с точки зрения резонансных колебаний и разжижения грунта основания, что может привести к нарушению структуры грунтовой толщи и неравномерной осадки опор здания.
Из анализа результатов обширных обследований состояния зданий и сооружений, находящихся под взрывными воздействиями (290 зданий в городах и поселках Ленинградской области), было установлено, что более 92% из них имеют повреждения различной степени, как правило, прогрессирующего характера. При этом 60% зданий имеют повреждения первой степени, 32% - второй степени, 8% - приближаются к третьей степени. Объём повреждений эквивалентен 6-7 бальному землетрясению, а износ зданий в 3,5-4 раза выше нормативного. Характерной особенностью является усталостный характер разрушения (количество циклов динамической нагрузки за 30 лет эксплуатации составляет примерно 1,2млн.).
Кроме того, вибрационные воздействия, не вызывая разрушение, могут приводить к нарушению нормальной эксплуатации зданий, функциональные процессы, в которых предъявляют повышенные требования к уровням вибрации и шумов (киноконцертные залы, промышленные предприятия с чувствительным к вибрациям оборудованием).
Наконец, около 30% территории Российской Федерации, с населением более 20 млн. чел, может подвергаться землетрясениям 7 баллов и выше, вызывающие повреждения зданий и сооружений или полное их разрушение.
Часто при проектировании уровень вибраций грунтового основания недооценивают, и только на завершающей стадии строительства становится полностью понятно насколько сильно вибрация и структурные шумы воздействуют на перекрытия и стены здания. На этой стадии возможности снизить уровень вибрации ограничены, или требуют очень больших затрат средств и времени. Поэтому заказчику и исполнителю рекомендуется заранее провести соответствующее обследование участка под будущее строительство, и на основании всеобъемлющего технико-экономического исследования установить целесообразность обеспечения особых мер по виброизоляции зданий.
При взрывных и транспортных воздействиях в месте предполагаемого строительства осуществляются замеры вибраций контрольно-измерительной аппаратурой. Полученные характеристики колебаний (вибросмещения, скорости, ускорения) сравниваются с предельно допустимыми, регламентированными санитарными нормами.
Системы сейсмовиброизоляции. Популярным становится изоляция зданий с помощью различных специальных опор. Резинометаллические опоры получили довольно широкое распространение в Англии, Франции, США, Новой Зеландии. В России последнее время построено несколько домов на резинометаллических опорах. (Здание банка в Иркутске, Международный дом музыки в Москве). Более эффективный, хотя и более дорогой, вид опор - пружинные. Лидером в производстве данного типа опор является немецкая фирма "Герб", осуществляющая при этом устройство сейсмовиброизоляции в зданиях и сооружениях в различных странах.
Система сейсмовиброизоляции "Герб". Пружинные элементы состоят из стальных винтовых пружин, которые при помощи стальных корпусов объединяются в виброизоляторы различных видов, размеров и несущей способности (от 10 кгс до 300 тс). Изоляторы "Герб" могут быть выполнены в преднапряженном и непреднапряженном исполнении.
При использовании преднапряженных элементов строительство здания ведется как на жестких опорах (рис 1). Винтами предварительного напряжения осуществляется сжатие пружин на величину расчетной осадки здания. Перевод зданий на упругое опирание производится только после окончания строительства (путем ослабления винтов натяжения). Вертикальная отметка здания при этом не изменяется. Применение преднапряженных элементов дает возможность производить замену элементов, компенсировать осадку опор, путем подкладывания специальных прокладок под виброизолятор.
Непреднапряженные элементы отличаются от преднапряженных простотой в изготовлении, имеют незначительную габаритную высоту и меньшую стоимость. Фирмой "Герб" разработаны также пружинные изоляторы, конструктивно совмещенные с вязкими ВИСКО демпферами, стабилизирующими систему (Рис 2).


Рис 1. Преднапряженный пружинный элемент.


Рис 2. пружинный элемент, конструктивно совмещенный с ВИСКО демпфером.

Применение комбинированной системы сейсмовиброзащиты, объединяющие две вышеуказанные системы, позволяет более полно использовать положительные свойства каждой отдельной системы и уменьшить влияние их отрицательных свойств.
Пружинные элементы и ВИСКО демпферы не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации. Они долговременно защищены от коррозии. Используемые пружины почти не имеют усталостных деформаций. Все это обеспечивает практически неограниченный срок годности.
Устройство виброизоляции в зданиях. При тесном сотрудничестве архитекторов и конструкторов со специалистами определяется типы, характеристики и количество пружинных элементов. Намечается план расстановки изоляторов. Далее производится расчёт по определению рациональных параметров системы СВИ.
Элементы СВИ располагают под зданием, как в уровне цокольного этажа, так и над уровнем земли. Фундаменты, стены или свайный ростверк должны быть подготовлены к установке элементов СВИ. Существует два способа монтажа: устройство системы СВИ перед постройкой здания; подведение элементов СВИ в подготовленные для них ниши в фундаменте под уже построенное здание по специально разработанной технологии с последующей выверкой.
Теоретические исследования. Очень важно оценить эффективность СВИ еще на стадии проектирования. В СПбГАСУ на кафедре строительной механики проводятся научно-теоретические исследования поведения и эффекта от применения систем СВИ в зданиях при действии на них различного рода динамических нагрузок.
При расчёте на сейсмическое воздействие напряжения в конструкциях зданий с использованием элементов СВИ были значительно ниже (в 3 и более раза) чем в зданиях без сейсмовиброизоляции. Вследствие этого уменьшается риск разрушения не только всего здания, но и отдельных конструктивных элементов, что дает возможность вести проектирование с расчетной сейсмичностью на один - два балла ниже. Это позволяет снизить затраты на антисейсмические мероприятия верхней части здания и экономический эффект может составить более 30%. Снижение возможности повреждения зданий сводит к минимуму затраты на их восстановление при возможной реализации землетрясения.
При транспортных воздействиях устройство СВИ значительно снижает кинематические характеристики, и даже в трудных случаях удаётся выполнить требования санитарных норм, регламентирующие допустимые уровни вибраций. Численный эксперимент показал значительное снижение уровня виброскорости (на 28 ДБ) по сравнению с неизолированным зданием, и даже обеспечение некоторого запаса по отношению к требованиям санитарных норм.
При взрывных нагрузках с уменьшением напряжений в элементах также снижаются величины кинематических характеристик здания. Это увеличивает срок эксплуатации зданий в 2 - 3 раза, и вместе с тем более комфортные условия проживания в них людей.
Вместе с тем, здания оборудованные системой СВИ менее чувствительны к неравномерным осадкам опор. Благодаря реакциям пружин компенсируются перемещения грунта.
Основываясь на выше проведенных исследованиях нужно отметить, что для достижения максимального эффекта от применения системы СВИ необходимо в каждом случае для конкретного здания и конкретного расчетного воздействия решить оптимизационную задачу по определению числа и параметров элементов СВИ.
Заключение. Применение описанной системы позволяет: существенно снизить инерционные нагрузки на конструкции; повысить их способность к поглощению энергии от динамического воздействия; обеспечить соответствие кинематических характеристик (перемещения, скорости, ускорения и др.) колебаний здания санитарно-гигиеническим и технологическим требованиям. Что в конечном счете позволяет снизить затраты на специальные мероприятия по усилению, материалоемкость и трудоемкость возводимых сооружений, повысить их надежность и долговечность.
Несмотря на то, что устройство системы СВИ в зданиях требует определенных затрат, в ряде случаев это может оказаться выгодным. Например: когда обеспечение требований норм сейсмостойкого строительства или (и) требований эксплуатации традиционными способами приводит к более значительным экономическим затратам, или же когда обеспечение выше указанных требований общепринятыми методами в принципе неосуществимо.
Устройство СВИ возможно не только при строительстве нового здания, но и при реконструкции и усилении уже имеющихся. Это может позволить сохранить не только здания, но и ценные памятники архитектуры.

Журнал "Недвижимость: экономика, управление"


РООС © 2004<<< Назад
,
, ,