1

УДК 624.042.7

МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ СЕЙСМОСТОЙКОСТИ

ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ БЕЗ УСИЛЕНИЯ

Хачатрян С. О., канд. техн. наук, директор ЗАО «Арт-Нахагиц» при мэрии г. Гюмри РА

Институт геофизики и инженерной сейсмологии

им. А. Г. Назарова НАН РА, 3115 г. Гюмри, ул.

В. Саргсяна, 5.

Эл. почта: samvelsslsg@hotmail.com

Аннотация: Разработан новый метод и

технические решения повышения сейсмостойкости

существующих зданий и сооружений без усиления

их несущих конструкции.

Сравнением результатов макросейсмических

обследования последствий Спитакского

землетрясение 7 декабря 1988 г. и теоретических

расчетов подтверждается достоверность, практическую

значимость и преимущество предложенного метода.

1. Введение.

Уникальные результаты макросейсмических обследовании последствии Спитакского

землетрясение 7 декабря 1988 г. (эксперимент в естественных условиях) многочисленных

жилых зданий и сооружений указал не только на различные роды недостатков политики в

области сейсмостойкого строительства, но и указал пути решения проблем сейсмостойкости.

В настоящей статье мы ограничимся обоснованием преимущества предложенного

метода и технического решения повышения сейсмостойкости сравнением повышения

сейсмостойкости традиционными методами [1,2].

Сущность нового метода заключается:

повышения сейсмостойкости способом связи прилегающих по направлению

продольных стен до шести – этажных зданий с любыми конструктивными решениями, вновь

возводимой железобетонной этажеркой, без усиления несущих конструкции.

Сейсмостойкость при этом повышается за счет передачи дополнительных

сейсмических сил соответствующие до двух балла интенсивности землетрясения на

этажерку и увеличения устойчивости за счет увеличения размеров поперечного сечения

зданий с этажеркой [3,4].

Путем сравнения характерных повреждений пятиэтажных, каменных, жилых зданий

с балконными пристройками и без них, а также результатами расчетов оценена

2

достоверность и практическую значимость нового метода и технического решения

повышения сейсмостойкости здания (восстановления без усиления конструкции).

Анализом результатов опыта Спитакского землетрясения и теории путем их сравнений

исключается случайный характер представленных в статье заключений.

2. Макросейсмические обследования последствий землетрясения.

Представим результаты макросейсмических обследований последствий Спитакского

землетрясения на пятиэтажных жилых, каменных зданий двух типов возведенных в г.

Ленинакане.

С целью увеличения площадей решением горсовета Ленинакана 1985г. было разрешено

построение балконов за счет жителей.

Вертикальные несущие конструкций балконов с шириной 3,0-3,5м и с высотой 3,0м

каждого этажа были выполнены в форме железобетонной многоэтажной неполной рамы с

заполнениями из каменной кладки и с монолитными железобетонными перекрытиями.

Ригеля рам с одним концом опирались на вновь возводимые колонны, а другим концом

на каменные стены. Плиты перекрытия соединялись ж/б антисейсмическими поясами.

Такими зданиями с типовыми решениями были застроены разные районы города с

разными геологическими условиями площадок.

Благодаря тому, что не все однотипные здания, находящиеся в одних и тех же

геологических условиях, имели дополнительные конструкции балконов стало возможным

путем сравнении картины их повреждения оценить эффект балконных пристроек.

Обследованием было установлено, что здания с балконами по шкале MSK 64 получили

повреждения 2 –3 степени, а здания без балконов 3-4степени.

Последствия землетрясения наглядно доказало преимущество и высокую

сейсмостойкость жилых зданий с балконами, по сравнению с аналогичными зданиями без

балконов при разных геологических условиях.

В Ленинакане были возведены также жилые, каменные, пятиэтажные здания, которые

имели предусмотренные проектами, прилегающих по направлению продольных дворовых

стен балконы. Высота этажа составляла 2,8м и ширина балкона 2,5м.

Балконы этих зданий были возведены из сборных железобетонных элементов и

связаны со зданием болтовыми соединениями (гибкие связи).

Вертикальные несущие конструкции представляли собой железобетонные,

одноярусные, плоские рамы с шагом 3,0м с каменными заполнениями торцевых рам.

3

При Спитакском землетрясения эти здания получили повреждения не более второй

степени. Т.е. поврежденность этих зданий по сравнению с приведенными выше зданиями

с балконами на одну степень, а зданиями без балконов на две степени меньше.

Качество стройматериалов и выполнения несущих конструкций у обоих типов

зданий одинаковые.

Этот метод с разными техническими решениями широко применялось в практике

восстановления и повышения сейсмостойкости здании, имеющие поврежденность до

третьей степени в г. Ленинакане (Гюмри РА) [Патент №769 РА, зарегист. 01.03.2000г.автор

Хачатрян С.О., соавтр. Бадалян Р. А., Арзуманян В. Л.].

Имея в виду анализа результатов, предлагаем метод повышения сейсмостойкости,

отличающиеся от впервые представленного тем, что здания и этажерка связываются не

шарнирно, а с жесткими связями на трех вышестоящих этажах для зданий с любым

конструктивным решением.

3. Предложенный метод дает возможность:

повысить сейсмостойкость более одного балла, без усиления конструкций

существующих зданий;

увеличить жилую площадь существующих зданий около 1/3 раза;

благодаря высокой сейсмостойкости ж/б этажерки с заполнением, для каждой

квартиры создать «©сейсмо-убежище»;

c использованием сборных конструкций этажерки и технологии монтажа с колес,

уменьшить требуемую площадь стройплощадки и сократить сроки строительства;

осуществить строительство в условиях частичной эвакуации жильцов.

4. Научная новизна.

СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах» не предусматривалось

усиление зданий и сооружений поврежденных в последствий землетрясения.

В 1995 г. автором был предложен новый метод «восстановления и повышения

сейсмостойкости» поврежденных при землетрясении конструкции до 18м высоты.

Данный метод дает возможность не интуитивно, а теоретически обоснованным

путем и с запасом оценить повышение сейсмостойкости.

Привлекательность метода заключается в том, что чем меньше жесткость

конструкций, тем больше эффект и то, что поврежденная конструкция только

4

восстанавливается до исходной сейсмостойкости, а повышение сейсмостойкости

реализуется способом связи прилегающих по направлению продольных стен, вновь

возводимой железобетонной этажерки.

Научная новизна заключается в восстановлении с повышением сейсмостойкости с

теоретически обоснованным путем и проверена процессом получения лицензии №769

лицензионным управлением РА от 01.03.2000г.

Теоретические обоснования метода.

Имея в виду отсутствии записей Спитакского землетрясения, воспользуемся расчетной,

синтезированной акселерограмой на площадке атомного реактора и акселерограмой

землетрясении в Турции 17 августа 1999г. (рис.1).

Соответствующие спектры приведенных сейсмических ускорений представлены на

рис.2.

Максимальные ускорения -6.237378 м/сек2, -6.1594047 м/сек2 соответственно.

На рис.3 представлен план типового этажа зданий.

В табл.1 представлены частоты и периоды собственных форм колебаний зданий без

балкона и с двумя вариантами конструкции балкона (ж/этажерки): здания, имеющие

балконы до землетрясения и здания с вновь возводимым балконом с соответствующими

значениями приведенных сейсмических ускорений.

Результаты расчетов представлены в форме таблицы 2.

Изополя напряжения Ny по осям А,7 представлены на рис. 4-9.

Из результатов расчетов, представленных на рис. 4-9 и в табл.2 видно, что сжимающие

напряжения несущей стены с балконом с шириной 3,0м три раза, а с балконом с шириной

4,0м около шесть раз превышает напряжении той же несущей стене по оси А (рис. 3). И по

сои 7 в поперечных стенах сжимающие напряжения отличаются максимум два раза.

Итак, результаты расчетов по двум акселерограмам с преобладающими периодами

близкие периодам собственных колебаний зданий вполне совпадают с результатами

макросейсмических обследований последствий Спитакского землетрясения.

Сравнением максимальных сжимающих напряжений в продольной несущей стене по

оси А (табл. 2) также видно, что при здании с вновь возводимым балконом сжимающие

напряжения пять раз, а по оси 7 более двух раз меньше чем в стенах зданий с существующим

при землетрясении балконом.

Из результатов последних сравнений следует, что подбором способа соединения

конструкции этажерки и существующего здания, а также физико-механических и

геометрических характеристик элементов и способа фондирования этажерки, можно

5

отрегулировать напряжения в элементах конструкции зданий так, чтобы в слабых элементах

возникли не повреждающие напряжения при ожидаемом землетрясении с интенсивностью

девять баллов.

Из табл.1 видно, что для трех вариантов зданий интенсивность землетрясения по

периодам первой формы свободных колебаний отличаются лишь на 20%, т.е. эффект

балконной конструкции не связан с разными эффектами воздействии землетрясения.

Рис.1 Акселерограмы

Рис.2 Спектры приведенных сейсмических ускорений.

ñåê*100 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

42

0-2

-4-6

ñåê0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

0.8

0.6

0.4

0.2

2ñåê*100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

42

0-2

-4-6

ñåê0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3

0.8

0.6

0.4

0.2

0

6

Рис. 3. План типового этажа зданий с этажеркой.

Частоты и периоды собственных колебаний зданий

Табл. 1

Зданий без балкона

№ формы Собств.

значения

Частоты Период

(с)

Приведенное

сейсмическое

ускорение в

см/сек2

Круг. частота

(рад/с) Частота (Гц)

1 0.037 26.973 4.293 0.233 800

2 0.033 29.895 4.758 0.210 950

3 0.025 39.404 6.271 0.159 900

4 0.019 51.368 8.175 0.122 850

5 0.014 73.286 11.664 0.086 700

Зданий с балконом

1 0.029 34.118 5.430 0.184 970

2 0.027 37.580 5.981 0.167 930

3 0.025 40.358 6.423 0.156 890

4 0.016 62.143 9.890 0.101 780

5 0.012 86.353 13.744 0.073 700

Зданий с вновь возводимым балконом

1 0.041 24.182 3.849 0.260 800

2 0.030 32.984 5.250 0.190 950

3 0.024 41.127 6.546 0.153 920

4 0.017 59.003 9.391 0.106 750

5 0.016 63.263 10.069 0.099 720

7

Максимальные и минимальные значения напряжений Ny

Табл.2

Напряжения

Ny в т/м2 Здания без балкона

Здания, имеющие

балконы при

землетрясений

Зданий вновь

возводимым балконом

Расчетная акселерограма на площадке атомного реактора

По оси А 93,50 -188,00 37,43 -134,90 80,50 -67,90

По оси 7 119,00 -125,00 127,0 -100,2 80,00 -80,60

Землетрясения в Турции 17 августа 1999г.

По оси А 84,20 -252,00 36,43 -68,80 50,50 -49,90

По оси 7 150,00 -167,00 58,70 -60,20 50,00 -80,60

5. Здания без балкона

Рис. 4. Изополя напряжений Ny по оси. А

8

Рис. 5. Изополя напряжений Ny по оси 7.

6. Здания, имеющие балконы при землетрясения.

Рис. 6. Изополя напряжений Ny по оси. А

СЕЙСМИКА 1Составляющая 1Изополя напряжений по NyЕдиницы измерения - кг/см**2

Y

Z

-125 -104-104 -83-83 -62.3-62.3 -41.5-41.5 -20.8-20.8 -1.19-1.19 1.191.19 20.820.8 41.541.5 62.362.3 8383 104104 119

9

Рис. 7. Изополя напряжений Ny по оси 7.

7. Зданий с вновь возводимым балконом.

Рис. 8. Изополя напряжений Ny по оси. А

Конструкция повышения сейсмостойкости представлена на рис.10

СЕЙСМИКА 1Составляющая 1Изополя напряжений по NyЕдиницы измерения - кг/см**2Массы собраны из загружений: 2

Y

Z

-343 -285-285 -228-228 -171-171 -114-114 -57-57 -1.26-1.26 1.261.26 5757 114114 126

10

8. Список литературы

1. Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных зданий

полимеррастворами. М. Стройиздат, 1990

2. Мартемьянов А. П. Проектирование и строительство зданий и сооружений в

сейсмических районах. М. Стройиздат, 1985, с.226-229.

3. Хачатрян С.О. Новые критерии устойчивости и практический метод «спектрально-

волновой» теории сейсмостойкости// Вестник НИЦ «Строительство», 2012, №5, С.95-

117.

4. Хачатрян С.О., Джинчвелашвили Г.А.,Канев Д.В.,Колесников A.B. Апробация

спектрально-волновой теории сейсмостойкости. // Строительная механика и расчет

сооружений.-2008.-M6.-c.47-54.

Аннотация: Разработан новые технологии и

технические решения для повышения сейсмостойкости

Имеющиеся здания и сооружения без усиления

их несущей конструкцией.

Сравнением результатов макросейсмического

обследования и анализа воздействии Спитаке

7 декабря 1988 землетрясения и теоретическая

11

Она подтвердила точность расчетов, практические

важность и преимущества предлагаемого способа.

Abstract: A new method,

Technical solutions improve earthquake resistance

Existing buildings and structures without amplification

Their bearing structure.

Comparison of the results of macro seismic

Survey the consequences of Spitak

Earthquake of December 7, 1988 and the theoretical

It confirmed the accuracy of the calculations, the practical

The importance and advantage of the proposed method.