Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оценка сейсмостойкости зданий и сооружений» Для специальности: 050908 «Оценка»
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «Оценка эффективности инвестиционных проектов», 937.11kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «оценка управление трудовыми ресурсами», 2906.01kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине: Антикризисное управление для специальности, 480.62kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине: «анализ проектов» для студентов специальностей, 2311.99kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «Экономика недвижимости» Астана 2010, 1852.8kb.
- Учебно-методический комплекс Для студентов, обучающихся по специальности 080105., 288.46kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «Мониторинг земель» для специальностей 050907-, 1153.66kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплины (умкд) материаловедение, 893.82kb.
- Голышкова Маргарита Павловна Белозерский Анатолий Моисеевич учебно-методический комплекс, 2354.41kb.
- Учебно-методический комплекс для студентов по дисциплине «оценка бизнеса и инноваций», 4385.11kb.
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
Таблица 4
| № вариантов | Вид итогового контроля | Виды контроля | Баллы |
| | Экзамен | Итоговый контроль | 40 |
| Рубежный контроль | 20 | ||
| Текущий контроль | 40 |
Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определяться календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таблица 4). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно-методическом комплексе дисциплины.
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Оценка машин, оборудования и транспортных средств»
Таблица 5
| Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| Виды контроля | С1 | СР1 | С2 | СР2 | С3 | СР3 | РК1 | С4 | СР 4 | С5 | СР5 | С6 | СР6 | С7 Р | РК2 |
| Балл | 2 | 3 | 2 | 3 | 2 | 3 | 10 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2/10 | 10 |
| Виды контроля: С – семинарское занятие, СР- Самостоятельная работа студента, РК – рубежный контроль, Р – рефераты. | |||||||||||||||
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного рейтингового балла
30. Итоговый контроль считается сданным в случае набора 20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 6).Формы контроля
Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма макси-мальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 50%) и итоговой аттестации (экзамену) (до 50%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.
Таблица 6
| Оценка по буквенной системе | Баллы | %-ное содержание | Оценка по традиционной системе |
| А цифровой эквивалент | 4,0 | 95-100 | Отлично |
| А- | 3,67 | 90-94 | |
| В+ | 3,33 | 85-89 | Хорошо |
| В | 3,0 | 80-84 | |
| В- | 2,67 | 75-89 | |
| С+ | 2,33 | 70-74 | Удовлетворительно |
| С | 2,0 | 65-69 | |
| С- | 1,67 | 60-64 | |
| D+ | 1,33 | 55-59 | |
| D | 1,0 | 50-54 | |
| F | 0 | 0-49 | Неудовлетворительно |
Перечень вопросов для проведения контроля по модулям и промежуточной аттестации
Вопросы для проведения контроля по 1 модулю:
1. Оценка последствий землетрясений
2. Оценка эколого-экономического ущерба землетрясения
3. Оценка сейсмической безопасности территории застройки г.Алматы
4. Методы расчетной оценки сейсмостойкости зданий и сооружений, возведенных из традиционных строительных мкатериалов
5. Прогноз сейсмического риска
6. Методы усиления зданий и сооружений, поврежденных землетрясением
7. Расчетно-аналитическая оценка сейсмостойкости зданий и сооружений
8. Оценка ущерба от возможного землетрясения в г.Алматы и Алматинской области
9. Техническая диагности состояния строительных конструкций сейсмостойких зданий и сооружений
10. Физические методы обследования зданий и отдельных конструкций
Вопросы для проведения контроля по 2 модулю:
1. Оценка параметров сейсмической опасности и характеристик разрушительных последствий землетрясений
2. Экспертное заключение о сейсмической опасности проектируемых зданий и сооружений
3. Оценка сейсмической опасности промыслового нефтепровода
4.Методы оценки эффективности мероприятий по обеспечению сейсмостойкости зданий и сооружений
5. Оценка харатера и степени разрушения зданий и сооружений при землетрясениях
6. Оценка способов восстановления зданий и сооружений, поврежденных землетрясениями
7. Оценка последствия землетрясения на территории города и населенного пункта
8. Особенности оценки последствий катастрофических землетрясений
9. Оценка ущербы от возможных повреждений строительных конструкций, зданий и сооружений
10. Оценка технико-экономической эффективности ремонтно-восстановительных работ после сильных землетрясений
Вопросы для подготовки к промежуточной аттестации:
1. Архитектурное проектирование сейсмостойких зданий и сооружений
2. Экспертное заключение о сейсмической опасности проектируемых зданий и сооружений
3. Анализ объекта оценки с экологической точки зрения
4.Методы оценки эффективности мероприятий по обеспечению сейсмостойкости зданий и сооружений
5. Оценка характера и степени разрушения зданий и сооружений при землетрясениях
6. Оценка способов восстановления зданий и сооружений, поврежденных землетрясениями
7. Оценка последствия землетрясения на территории города и населенного пункта
8. Оценка ущерба от возможного землетрясения в г.Алматы и Алматинской области
9. Техническая диагностика состояния строительных конструкций сейсмостойких зданий и сооружений
10. Физические методы обследования зданий и отдельных конструкций
1.9 Политика и процедура курса
При изучении дисциплины «Оценка сейсмостойкости зданий и сооружений»прошу соблюдать следующие правила:
1. Не опаздывать на занятия.
2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу предоставлять справку, в других случаях - объяснительную записку.
3. Активно участвовать в учебном процессе.
4. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.
2. УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ.
2.1 Тематический план курса:
Всего – 2 кредита Таблица 7
| Наименование раздела, (темы) | Трудоемкость по видам занятий, ч. | |||
| лекции | Практ ические | Консультации | СРСП | |
| 1. Землетрясение и причины их возникновения | 1 | 1 | - | 1 |
| 2. Оценка интенсивности землетрясения | 1 | 1 | - | 1 |
| 3. Оценка воздействия землетрясения на здания и сооружения | 1 | 1 | - | 1 |
| 4. Объемно-планировочные решения сейсмотойких зданий и сооружений | 1 | 1 | - | 1 |
| 5. Конструктивные системы сейсмостойких зданий | 1 | 1 | - | 1 |
| 6. Конструктивные схемы сейсмостойких зданий | 1 | 1 | - | 1 |
| 7. Основные принципы проектирования сейсмостойких зданий и сооружений различных типов | 1 | 1 | - | 1 |
| 8. Методика обследования последствий зданий и сооружений, пострадавших от землетрясения | 1 | 1 | - | 1 |
| 9. Инженерный анализ поврежденных зданий и сооружений различных строительных систем | 1 | 1 | - | 1 |
| 10. Оценка сейсмостойкости инженерных сооружений | 1 | 1 | - | 1 |
| 11. Оценка влияния конфигурации здания на сейсмостойкость | 1 | 1 | - | 1 |
| 12. Расчетно-аналитические оценки сейсмостойкости зданий | 1 | 1 | - | 1 |
| 13. Оценка сейсмической безопасности территории застроек | 1 | 1 | - | 1 |
| 14. Оценка экономического ущерба зданиям и сооружениям различных конструктивных систем | 1 | 1 | - | 1 |
| 15. Оценка экологического ущерба зданиям и сооружениям от землетрясения | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Итого | 15 | 15 | - | 15 |
2.2 Лекционный материал:
Тема лекции 1. Землетрясение и причины их возникновения
Землетрясения - это одни из наиболее страшных природных катастроф, уносящие десятки и сотни тысяч человеческих жизней и вызывающие опустошительные разрушения на огромных пространствах. 7 декабря 1988 года в Армении произошло мощное землетрясение, названное Спитакским по наименованию города, полностью стертого с лица Земли. Тогда за несколько секунд погибло более 25 тыс. человек, а несколько сот тысяч получили ранения. Ашхабадское землетрясение в ночь с 5 на 6 октября 1948 года унесло более 100 тыс. жизней. В Китае в 1920 году погибли 200 тыс. человек, в 1923 году в Японии - более 100 тыс. Примеров катастрофических землетрясений, повлекших за собой большие жертвы, очень много. Например, в 1755 году в Лиссабоне, в 1906 году в Сан-Франциско, в 1908 году в Сицилии, в 1950 году в Гималаях, в 1957 году в Западной Монголии и в 1960 году в Чили. В 1976 году 250 тыс. человек стали жертвами очень сильного Таншаньского землетрясения в Китае. 3100 человек погибли при землетрясении в 1980 году в Италии, 2500 - в 1981 году в Иране. В 1993 году сильное землетрясение обрушилось на японский город Кобе, вызвав пожары, опустошившие целые кварталы и повлекшие человеческие жертвы. В 1994 году мощные подземные толчки сотрясали Сан-Франциско, обрушив автомобильные эстакады. Трагедией обернулось землетрясение на севере Сахалина в 1995 году в Нефтегорске, когда рухнули несколько зданий, под обломками которых погибли 2 тыс. человек. Зимой 1998 года мощное землетрясение обрушилось на Афганистан. Этот список можно продолжать бесконечно, так как землетрясения разной силы и в разных районах земного шара происходят постоянно, нанося огромный материальный ущерб и приводя к многочисленным жертвам. Именно поэтому ученые различных стран предпринимают большие усилия в изучении природы землетрясений и их прогноза. К сожалению, предсказать место и время землетрясения, за исключением нескольких случаев, до сих пор еще не удается.
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ ПАРАМЕТРЫ
Любое землетрясение - это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва горных пород, возникающего в некотором объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть определены достаточно строго и зависят от структуры и напряженно-деформированного состояния горных пород в данном конкретном месте. Деформация, происходящая скачкообразно, излучает упругие волны. Объем деформируемых пород играет важную роль, определяя силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию.
Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в которых происходят разрывы и возникают неупругие тектонические деформации, порождают сильные землетрясения: чем меньше объем очага, тем слабее сейсмические толчки. Гипоцентром, или фокусом, землетрясения называют условный центр очага на глубине, а эпицентром - проекцию гипоцентра на поверхность Земли. Зона сильных колебаний и значительных разрушений на поверхности при землетрясении называется плейстосейстовой областью (рис. 1). По глубине расположения гипоцентров землетрясения делятся на три типа: 1) мелкофокусные (0-70 км), 2) среднефокусные (70-300 км), 3) глубокофокусные (300-700 км). Чаще всего очаги землетрясений сосредоточены в земной коре на глубине 10-30 км. Как правило, главному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки - форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного удара, называются афтершоками. Происходящие в течение значительного времени афтершоки способствуют разрядке напряжений в очаге и возникновению новых разрывов в толще горных пород, окружающих очаг.
Тема лекции 2. Оценка интенсивности землетрясения
Районирование - деление территории или акватории на части (районы), различающиеся между собой и в чем-то однородные внутри себя. Признаки, по которым выделяются районы, могут быть различны по характеру, по широте охвата признаков, по цели районирования. В начале исследования территории или акватории часто проводится ее предварительное районирование, позволяющее правильно построить работы. Сейсмический пояс - глобальные протяженные зоны концентрации очагов землетрясений. На земном шаре основными сейсмоактивными поясами являются: Тихоокеанский, Средиземноморско-Азиатский и Монголо-Байкальский. Сейсмическое микрорайонирование - оценка сейсмической опасности, при которой:
- учитывается влияние местных грунтовых условий на интенсивность сейсмических колебаний на поверхности Земли и
- определяются поправки, уменьшающие или увеличивающие сейсмичность района, задаваемую картами общего или детального сейсмического районирования.
Шкала Рихтера
Рихтер предложил для оценки силы землетрясения (в его эпицентре) десятичный логарифм перемещения (в микрометрах) иглы стандартного сейсмографа Вуда-Андерсона, расположенного на расстоянии не более 600 км от эпицентра: ML = lgA + f, где f — корректирующая функция, вычисляемая по таблице в зависимости от расстояния до эпицентра. Энергия землетрясения примерно пропорциональна A3 / 2, то есть увеличение магнитуды на 1,0 соответствует увеличению амплитуды колебаний в 10 раз и увеличению энергии примерно в 32 раза.
Эта шкала имела несколько существенных недостатков:
- Рихтер использовал для градуировки своей шкалы малые и средние землетрясения южной Калифорнии, характеризующиеся малой глубиной очага.
- Из-за ограничений используемой аппаратуры шкала Рихтера была ограничена значением около 6,8.
- Предложенный способ измерения учитывал только поверхностные волны, в то время как при глубинных землетрясениях существенная часть энергии выделяется в форме объёмных волн.
В течение следующих нескольких десятков лет шкала Рихтера уточнялась и приводилась в соответствие с новыми наблюдениями. Сейчас существует несколько производных шкал, самыми важными из которых являются:
Магнитуда объёмных волн
mb = lg(A / T) + Q(D,h)
где A — амплитуда колебаний земли (в микрометрах), T — период волны (в секундах), и Q — поправка, зависящая от расстояния до эпицентра D и глубины очага землетрясения h.
Магнитуда поверхностных волн
Ms = lg(A / T) + 1,66lgD + 3,30
Эти шкалы плохо работают для самых крупных землетрясений — при
наступает насыщение.Top of Form
Тема лекции 3. Оценка воздействия землетрясения на здания и сооружения
Методики прогнозирования последствий катастрофических землетрясений предназначены для решения следующих задач: оценки и прогнозирования разрушений зданий и сооружений на территории населенного пункта; определения характеристик степеней разрушения; оперативного построения изосейст, в том числе на основе сейсмического микрорайонирования; определения зоны средней балльности и балльности для различных зданий и сооружений. Воздействие землетрясений на здания и сооружения вызывается интенсивными колебаниями грунтов. В качестве обобщенной характеристики сейсмического воздействия землетрясения на здания и сооружения принята интенсивность землетрясения, выраженная в баллах. Степень разрушения зданий и сооружений определяется превышением фактической интенсивности землетрясения (в баллах) над расчетной в месте их расположения. Под расчетной сейсмостойкостью понимается максимальная интенсивность сейсмического воздействия землетрясения, при котором здания и сооружения не получают разрушений либо получают допускаемые повреждения, сохраняя при этом свои эксплуатационные качества и обеспечивая безопасность людей и сохранность оборудования. При оценке и прогнозировании характера и степеней разрушения зданий и сооружений рассматриваются три типа объектов – элементов застройки населенного пункта: точечные, площадные и протяженные. Точечные объекты характеризуются размерами в плане (длина и ширина), каждый из размеров превышает ширину зоны средней балльности. Площадные объекты характеризуются размерами в плане (длина и ширина), один из размеров которых значительно превышает другой и превышает ширину зоны средней балльности. Протяженные объекты характеризуются размерами в плане (длина и ширина), один из размеров значительно превышает другой и превышает ширину зоны средней балльности. Сейсмическое микрорайонирование – количественная оценка изменения (увеличения или уменьшения) сейсмической балльности по сравнению с ее исходной величиной на основе комплексного изучения сейсмических свойств грунтов, инженерно-геологических и гидрогеологических особенностей площадок строительства. При выборе типа наземного здания используется следующая классификация зданий по этажности: малоэтажные (высотой до 4-х этажей); многоэтажные (от 5 до 8 этажей); повышенной этажности (от 9 до 25 этажей); высотные (более 25 этажей). Здания и сооружения с сейсмической защитой отличаются от аналогичных зданий и сооружений, расположенных в несейсмических зонах тем, что в них применены инженерные мероприятия и технические решения, позволяющие повысить расчетную сейсмостойкость до 7–9 баллов. Для оценки последствий требуются следующие исходные данные: план или карта местности (населенного пункта, объекта) с нанесенными изосейстами прогнозируемых землетрясений с учетом сейсмического
микрорайонирования; детальная характеристика застройки с указанием типов и конструктивных особенностей зданий и сооружений. В случае отсутствия плана или карты местности с нанесенными изосейстами прогнозируемых землетрясений вместо них должны быть: мощность очага землетрясения, характеризуемая магнитудой; глубина очага землетрясения, км. При необходимости построения изосейст на основе микрорайонирования к указанным данным добавляются инженерно-геологические условия местности (населенного пункта, объекта).
Тема лекции 4 Объемно-планировочные решения сейсмостойких зданий и сооружений
Современные крупные города невозможно представить без многоэтажных зданий и сооружений.Многоэтажные здания обладают важным композиционным качеством опраделять силуэт город а,формировать крупномасштабную объемно-пространственную композицию городской застройки.Многоэтажный тип жилой застройки является необходимым элементом высокоурбанизированной среды.Многоэтажные жилые дома способствуют решению определенных градостроительных задач,возникающих из современных представлений об экономичной пространственной структуре.города. Градостроительная ценность многоэтажных жилых домов заключается в возможности расположить большее количество жилой площади,различные городские функции по вертикали в целях увеличения полезной площади,приходящейся на I кв.мгородской земли,что особенно важно в районах,обладающих общественной значимостью,как, например,на территориях вблизи крупных транспортных узлов,городских площадей,центров микрорайонов и т.п.В соответствии с этим структура строительства жилых домов по этажности для крупных и 1фупнейших городов характеризуется переходом на смешанную по этажности застройку с развитием строительства комфортных типов девяти-шестнадцатиэтажных жилых домов.(Меерсон Д.С. 7 0 с 1 0 Возведение многоэтажных жилых зданий предполагает решение комплекса задач,связанных с вопросами функциональной организации многоэтажного жилища для достижения комфорта проживания, с вопросами конструктивного решения,с проблемами художественной ВЕфазительности многоэтажного дома.Многоэтажные жилые здания в 9-16 этажей по своим функциональным и композиционным свойствам выделяются из остального жилищного строительства.Значение многоэтажных жилых домов для городской застройки определяет повышенные требования к комфорту квартир и к их внешнему облику. Многоэтажные жилые дома требуют специалкных приемов функциональной и конструктивной организации структуры здания, разработки композиционных средств и приемов гармонизации его внешнего облика .Архитектурные качества многоэтажных жилых домов проявляются не только в объемно-пространственной организации жилых комплексов, архитектурное решение внешнего облика многоэтажного жилого дома может способствовать выявлению масштаба,пропорций,ритмических и метрических построений городской застройки благодаря решению и соразмерности отдельных частей здания,его элементов, Принципы сейсмической защиты многоэтажных зданий заключа готся в создании горизонтальной и вертикальной жесткости несущего остова здания, в применении материалов, способных вьдерживать сейсмические нагрузки при минимальном весе; в применении различных конструктивных и технических устройств, нейтрализующих действие сейсмических сил (амортизаторы и демпферы). При этом отмечается, что характер сейсмического воздействия, величина возникающих усилий зависят от самого здания, его формы,величины и веса, Основная задача проектирования сейсмостойких многоэтажных зданий это безопасность и экономичность. Удорожание строительства жилых зданий в сейсмических условиях составляет 15-20% Конструкции многоэтажных зданий составляют до 46,5% стоимости всего здания, поэтому можно представить, какой эффект дает экономичное решение конструкций зданий. Оптимальным видом конструктивного решения, принятого в соответствии с объемно-планировочными задачами многоэтажного дома, являются такие конструкции, которые обеспечивают сопротивление силам сейсмики при наименьших расходах материалов, Способы оптимизации конструктивных решений, указанных в работах конструкторов Рейтмана М.И,, Сергеева Н,Д, /100,111/, имеют прямое отношение к архитектурному решению здания и заключаются в следующем: рациональное распределение материалов в конструкциях многоэтажного здания при заданной геометрической и расчетной схе ме; выбор рациональной компоновки поперечных сечений конст рукций; выбор оптимальной геометрической схемы, зависящей от параметров многоэтажного жилого дома. Несмотря на то, что в настоящее время научные исследования сейсмостойких многоэтажных зданий ведутся в области сейсмостойкого конструирования, во многих работах, посвященных сейсмостойкости зданий и сооружений, отмечается, что антисейсмическая защита зданий тесным образом связана с архитектурным решением, которое во многом определяет характер сейсмического противодействия.
Тема лекции 5. Конструктивные системы сейсмостойких зданий
Теория сейсмостойкости сформировалась в СССР во второй половине пятидесятых годов прошлого столетия. В основу теории был принят спектральный метод расчёта зданий на сейсмические воздействия. Метод был применён с учётом специфики нормативных требований сложившихся в стране. С.В. Поляков в работе [1] определил следующее:.. "Спектральный метод не даёт сведений о моментах времени, когда проявляются максимальные сейсмические силы...и далее...В рамках спектрального метода максимальные значения сейсмических нагрузок остаются неизвестными. На практике значения сейсмических нагрузок находят на основе дополнительных предположений определяемых спецификой нормативных требований различных стран". К рассмотрению примем СНиП П-А 12-69 "Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования." (2) В каждом (любом) методе расчёта наличествуют два этапа:
- этап определения нагрузок
- этап распределения усилий в элементах конструктивных систем зданий (сооружений).
Будем рассматривать этап определения максимальных сейсмических нагрузок. Причём будет рассматриваться сооружение, моделируемое системой с одной степенью свободы (термин теории сейсмостойкости). Теория сейсмостойкости в своей основе полагается на прочностные подходы. Она определяет такое состояние, когда конструктивная система зданий полностью воспринимает воздействие, передаваемое с основания на сооружение, т.е. конструкции зданий должны иметь прочность, способную погасить энергию воздействия и не потерять несущую способность и устойчивость. Этот прочностной подход выражается формулой, определяющей расчётное значение сейсмической силы:
S = Q • Kc • Bт, где:
Q — масса сооружения, Kc — коэффициент сейсмичности, Bт — коэффициент динамичности
Коэффициент динамичности является основным показателем при определении сейсмической нагрузки и при расчёте обеспечивающем необходимую прочность зданий.
Уравнение коэффициента динамичности принятое в упомянутом СНиПе:
Bт = 1 / T, где:
T — период собственных колебаний зданий.
Проанализируем эту формулу. Минимально регистрируемый период волнового воздействия в сейсмологии составляет 0,10 сек. — от неё и поведём счёт:
При Т = 0,10 сек. — величина ВТ равна 10,
при Т = 1,50 сек.- величина Вт равна 0,67
Как видим в пределах массовой застройки, периоды собственных колебаний, которой изменяются в этом диапазоне частот, разброс величины В значителен (15 раз). Из практики наблюдений известно, что максимальные ускорения обычно проявляются при частоте близкой к 5 Гц (0,20 сек.), следовательно величина коэффициента в этом случае будет равна 5.
Что регламентируют нормы СНиП [2]? В соответствии с установленными требованиями этого документа величина В не должна быть более 3.
Сравнение показывает, что коэффициент динамичности занижен на 40 %, следовательно расчётная величина Кс•Вт для 9 баллов будет составлять не 0,50, а 0,30. В физике величина коэффициента сейсмичности представляет собой отношение величин двух ускорений: a / g, где:
a — ускорение сейсмических волн, g — ускорение свободного падения.
Приняв для 9 баллов ускорение 500 см/сек² получим КС = 0,5.
Величина коэффициента сейсмичности занижена на 40%.
Тема лекции 6. Конструктивные схемы сейсмостойких зданий
С начала 90-х годов Республика Казахстан освоила изготовление и монтаж новой экономичной и сейсмостойкой серии жилищного домостроения 1.120, являющейся индустриально-монтажной системой с каркасной конструкцией из предварительно напряженного бетона. Технология строительства серии 1.120 базируется на бетонном каркасе заводского изготовления и используется для возведения жилых домов этажностью от 1 до 16. Объединение сборных элементов колонн и перекрытий в единую пространственную конструкцию осуществляется натяжением на бетон в построечных условиях арматурных канатов, которые пропускаются в зазорах между панелями перекрытий и через отверстия колонн, расположенные в уровне перекрытий. Канаты прокладываются в двух ортогональных направлениях по всем модульным осям здания. Таким образом, из сборных элементов, дополненных диафрагмами жесткости, собирается каркас с очень большой надежностью и устойчивостью, который удобен для строительства объектов в сейсмически активных районах и в областях действия сильных ветров. Основной особенностью технологии является отсутствие сварных соединений в каркасе, относительно небольшое количество элементов, изготовленных в заводских условиях, из которых можно смонтировать конструкцию каркаса объектов, различных по высоте и назначению. Расход основных материалов для изготовления каркасной конструкции является минимальным по сравнению с применяемыми в настоящее время сериями. Основу системы каркасно-панельных зданий с натяжением арматуры в построечных условиях составляют конструктивные ячейки, образуемые колоннами и панелями перекрытий, которые в своем основании имеют квадратную или прямоугольную форму. Оригинальность данной технологии заключается в том, что конструкция каркаса может принимать разнообразные подсистемы, как по технологическим характеристикам, так и по использованию материалов. Она позволяет наиболее полно использовать объем здания, снизить удельный вес расхода материалов, что не может не сказаться, как на повышении комфортности, так и на снижении стоимости 1 кв.м. Могут приниматься разные типы фасадов, перегородок, появляется возможность решения различных планировочных вариантов. Несомненным достоинством этой технологии являются надежность и безопасность конструкции, ее функциональность и вариативность, простота и скорость сборки, снижение расхода строительных материалов, а, в конечном счете, и стоимости жилья.
Тема лекции 7. Основные принципы проектирования сейсмостойких зданий и сооружений различных типов.
Основные требования проектирования и строительства конструкций в сейсмических регионах должно осуществляться таким образом, чтобы все следующие требования были соблюдены с достаточной степенью надежности.
— Требование отсутствия обрушения.
Конструкция должна быть спроектирована и построена, чтобы выдержать расчетное сейсмическое воздействие, без местного и общего обрушения, сохраняя, таким образом, свою конструктивную целостность и остаточную несущую способность после сейсмических событий. Расчетное сейсмическое воздействие выражается в форме: а) номинального сейсмического воздействия, связанного с номинальной вероятностью превышения, PNCR, за 50 лет либо с номинальным периодом повторяемости, TNCR, и b) коэффициента важности I (см. EN 1990:2002, а также (2)Р
и (3)Р данного пункта), чтобы учесть дифференциацию надежности.
Способности к сопротивлению и рассеянию энергии, придаваемые конструкции связаны со степенью использования ее нелинейной реакции. С эксплуатационной точки зрения такой баланс между сопротивлением и рассеянием энергии характеризуется величинами коэффициента поведения q и соответствующей классификацией пластичности, которые приведены в соответствующих Частях стандарта EN 1998.
В той мере, в какой это возможно, конструкции должны иметь простые и правильные формы, как в плане, так и по высоте (см. п. 4.2.3). При необходимости это можно реализовать путем разделения конструкции соединениями на динамически независимые блоки.
Чтобы обеспечить общее рассеивающее и пластическое поведение, необходимо исключить хрупкое разрушение либо преждевременное формирование неустойчивых механизмов. С этой целью, если это требуется в соответствующих Частях стандарта EN 1998, необходимо обращаться к процедуре проектирования по мощности, которая используется для получения иерархии сопротивлений различных элементов конструкции и режимов разрушения, необходимых для обеспечения подходящего пластического механизма и исключения режимов хрупкого разрушения.
Поскольку сейсмические характеристики конструкции в значительной мере зависят от поведения ее критических областей или элементов, детализация конструкции в целом и этих областей либо элементов в частности должна обеспечить сохранение способности передавать необходимые усилия и рассеивать энергию в условиях циклических воздействий. С этой целью при проектировании следует уделить особое внимание детализации соединений между элементами конструкции и областей ожидаемого нелинейного поведения.
Анализ должен быть основан на адекватной модели конструкции, которая при необходимости должна учитывать влияние деформируемости грунта и неструктурных элементов, а также другие аспекты, такие как наличие смежных конструкций.
Тема лекции 8. Методика обследования последствий зданий и сооружений, пострадавших от землетрясения
Вместе с тем следует отметить, что достигнутые темпы жилищного строительства в РК не позволяют еще в должной мере обеспечить потребности населения в жилье. Определенная часть населения проживает в условиях, не отвечающих возросшим требованиям и нормам благоустроенности квартир и создания комфортных условий. Это диктует необходимость бережного отношения - 5 к имеющемуся жилому фонду и проведения реконструкции некоторой части зданий с частичной заменой или усилением несущих конструкций. Наиболее остро проблема усиления конструкций сзпцествующих зданий возникает в сейсмических районах.
В сейсмических районах в настоящее время построено и продолжается в значительных объемах строительство жилых зданий со стенами из кирпича. Наряду с положительными свойствами каменные конструкции имеют недостатки, основным из которых является малая сейсмостойкость зданий со стенами из обычной неармированной кладки.
Анализ последствий землетрясений, опыт эксплуатации зданий с несущими каменными конструкциями, многочисленные экспериментальные исследования статической и динамической прочности каменных конструкций, выполненные в СССР и за рубежом, указывают на необходимость выполнения специальных мероприятий по повышению надежности и сейсмостойкости кирпичных и каменных зданий.
Для усиления недостаточно прочной каменной кладки, а также восстановления несущей способности поврежденных землетрясениями конструкций в нашей стране широко применяется метод усиления стен пневмобетонными обоймами. Однако,использование этого метода в большей степени базируется на основе практики восстановительных работ по ликвидации последствий землетрясений, нежели на необходимом количестве экспериментальных исследований свойств кирпичной (каменной) кладки. При назначении конструкции усиления поврежденной кладки в недостаточной мере учитывается ряд факторов, влияющих на прочность и эффективность рекомендуемой конструкции усиления. Не разработан расчет конструкций усиления зда- 6 НИИ, не оценена возможность совместной работы элементов усиления кладки и экономических показателей усиленной кладки. Решение этих задач актуально, так как открывает новые рациональные возможности применения метода усиления в сейсмостойком строительстве.
При сильных землетрясениях многие здания и сооружения, даже запроектированные в соответствии с требованиями сейсмостойкости, получают более или менее значительные повреждения. Особенно многочисленными и серьезными бывают повреждения кирпичных зданий, запроектированных и построенных без учета требований сейсмостойкости.
В случаях массовых повреждений зданий от землетрясения возникает необходимость в широких и срочных восстановительных работах, 8 причем материалы, конструкции и методы восстановления могут быть различными в зависимости от местных условий. В этом отношении характерными были восстановительные работы после Ташкентского (1966) и Исфаринского (1976) землетрясений.
Тема лекции 9. Инженерный анализ поврежденных зданий и сооружений различных строительных систем
Под сейсмичностью площадки (района) в действующих нормах понимается прогнозируемая интенсивность сейсмического воздействия, выраженная в баллах. Известно, что интенсивность воздействия – величина случайная и существенным образом зависит от повторяемости землетрясений (или от других вероятностных характеристик воздействия). Это обстоятельство учитывается в картах сейсмического районирования тем, что интенсивность сейсмического воздействия принимается различной в зависимости от ее средней повторяемости в данном районе (площадке). Это привело к необходимости введения понятия «расчетной сейсмичности» площадки, значения которой связаны с вероятностными характеристиками воздействия.
Как известно, сейсмическими принято считать районы, где прогнозируются сейсмические воздействия с интенсивностью 7 и более баллов. Почему именно 7 баллов, а не 6 или 5 баллов? Ответ на этот вопрос станет ясен, если проанализировать следующие положения. Любое здание обладает определенным уровнем сейсмостойкости, даже если его конструкции не подвергались усилению в соответствии со специальным расчетом. Этот уровень сейсмического воздействия назовем «начальной сейсмостойкостью» здания. Определить его можно путем нахождения сейсмической нагрузки на здание при заданных его характеристиках: РДМ и несущей способности элементов конструкции. Если известна начальная сейсмостойкость здания и расчетная сейсмичность площадки строительства, то, сравнивая эти две величины, можно сделать вывод о возможности или
невозможности использовании здания на данной площадке. Иногда при оценке достаточности выполненных усилений конструкции используют понятие «дефицит сейсмостойкости», физический смысл которого в данном случае становится совершенно ясным. Напомним, что по действующему СНиП район считается сейсмическим, если в нем прогнозируются воздействия с интенсивностью 7 и более баллов. Это связано с тем, что
предельные состояния зданий массовой застройки, выполненные по традиционным конструктивным схемам и не рассчитанные на сейсмические воздействия, наступали, как правило, при землетрясениях интенсивностью около 6 баллов. Иными словами, предполагалось, что практически все здания имеют начальную сейсмостойкость равную примерно 6 баллам.
В настоящее время в строительстве используются здания и сооружения различных конструктивных систем, начальная сейсмостойкость которых может быть различна. Принимая во внимание это обстоятельство, проект норм предусматривает, что учитывать сейсмические воздействия при проектировании следует в случаях, когда начальная сейс-
мостойкость сооружения ниже расчетной сейсмичности площадки строительства. Это – условие, которое определяет необходимость учета всех требований норм проектирования в сейсмических районах.
Расчеты могут осуществляться по следующим трем методам:
Метод «а» - на нагрузки, определяемые по результатам решения дифференциальных уравнений движения в частотной области. Практически, это известный «спектральный метод», но с использованием коэффициента допускаемых повреждений k1. Расчет ведется на реальные (прогнозируемые с заданной вероятностью) воздействия, которые принимаются по картам ОСР-97 в зависимости от средней повторяемости землетрясений. Алгоритм
расчета предусматривает определение реакции упругого аналога сооружения на сейсмические воздействия. Если эта реакция находится в форме силы, то ее считают сейсмической нагрузкой на сооружение, на действие которой конструируются элементы или их сечения. Заметим, однако, что иногда эту нагрузку ошибочно считают нагрузкой от «слабого» землетрясения, интенсивность которого по сравнению с реальным уменьшена в «k1» раз.
Совершенно очевидно, что вероятностные характеристики сейсмической нагрузки, определенной по методу «а», совпадают с вероятностными характеристиками воздействия, на которое выполнялся расчет.
Метод «б» - когда выполняется прямой динамический расчет с учетом решения дифференциальных уравнений движения во временной области с использованием набора инструментальных записей ускорений основания при землетрясениях, наиболее опасных для сооружения, или синтезированных акселерограмм. Этот метод ориентирован на то, что в этой стадии деформирования РДМ изменяется от цикла к циклу. Расчеты по методу «б» являются вспомогательными и применяются главным образом при анализе поведения конструкций сооружения во время землетрясения, что помогает при выборе принципиальных конструктивных решений. К сожалению,алгоритмы расчетов по методу «б» разработаны не для всех конструктивных систем зданий.
Метод «в» - названный в проекте норм «модифицированным спектральным методом»,
имеет два принципиальных отличия от метода «а»:
- он выполняется для состояния сооружения «в конце землетрясения», которое условно названо «ядром» сооружения;
- РДМ сооружения принимается упругой; коэффициент «k1» в расчет не вводится;
уровень допускаемых повреждений регулируется использованием в расчете РДМ, имеющих допускаемые повреждения. При подготовке метода «в» использовался так называемый «метод трех моделей», разработанный в ЦНИИСК им. Кучеренко. Метод «в» рекомендуется использовать при расчетах на МРЗ совместно с расчетом по методу «а». Метод позволяет определять напряженно-деформированное состояние «ядра» соору-
жения, которое после землетрясения должно воспринимать эксплуатационные нагрузки.
Тема лекции 10. Оценка сейсмостойкости инженерных сооружений
В целях решения задач по обеспечению сейсмостойкости и надежности зданий и сооружений и ликвидации последствий землетрясений проекты строительства возложены функции научно-технического центра по сейсмостойкому строительству и инженерной защите на территории строй площадки со следующими основными задачами:
- изучение, обобщение и накопление банков данных по методам проектирования, строительства и эксплуатации зданий, сооружений в районах с экстремальными природно-климатическими условиями;
- научно-техническое обеспечение надежности зданий и сооружений;
- совершенствование методов инженерной защиты и эксплуатационной надежности зданий, сооружений, инженерных коммуникаций;
- подготовка предложений по совершенствованию и разработке нормативно-технической базы по вопросам обеспечения надежности и степени эксплуатационной пригодности зданий и сооружений;
- координация деятельности научно-исследовательских организаций различных форм собственности по вопросам сейсмостойкого строительства и инженерной защиты;
- подготовка экспертных заключений по проектам объектов жилищно-гражданского, промышленного и другого назначения, сооружаемых в районах с повышенной сейсмичностью и другими экстремальными условиями;
- оказание консалтинговых услуг проектным, строительным и эксплуатирующим организациям по вопросам сейсмостойкого строительства.
Проектирование и расчет сейсмостойких конструкций зданий, сооружений
В последние годы во Вьетнаме наблюдается большой рост экономического развития. Развитие экономики приводит не только к положительным результатам, но и к ряду проблем, в том числе и проблеме энергетической нехватки. Для решения этого вопроса во Вьетнаме в настоящее время строится много электрических станций, большинство из них - ГЭС. Увеличение количества, а также высоты плотин вызывает сложные проблемы при проектировании, производстве работ и эксплуатации сооружений. Одним из наиболее важных и опасных факторов является сейсмическое воздействие на гидротехнические сооружения. Почти все построенные и строящиеся плотины во Вьетнаме находятся в сейсмически активных зонах. Плотина Хоа Бинь и будущая плотина Шон Ла находятся в девятибалльных, а Туен Куанг и Яли - в восьмибалльных зонах. Поэтому изучение влияния сейсмических воздействий на гидротехнические сооружения становится актуальным вопросом во Вьетнаме, особенно после тяжелых материальных и человеческих потерь, вызванных цунами и землетрясениями, которые произошли в Юго-восточной Азии в последнее время. В данной диссертации предметом исследования является сейсмическое воздействие на бетонные контрфорсные плотины, которых во Вьетнаме не было до сих пор и их появление ожидается в ближайшее время.
Изучение сейсмостойкости бетонных плотин имеет многолетнюю историю, но еще много вопросов, имеющих большое значение для практики проектирования контрфорсных плотин, не нашли достаточного освещения в технической литературе, хотя исследования этой области важны и представляют одно из актуальных направлений исследования контрфорсных плотин. - 6 -До 80-х годов прошлого века расчет контрфорсных плотин на сейсмические воздействия проводился в соответствии с разделом 5 «Гидротехнические сооружения» главы СНиП И-А. 12-69, пользуясь спектральной (квазидинамической) теорией сейсмостойкости. Зависимости, необходимые для приближенного определения при сейсмических расчетах контрфорсных плотин частот и форм их колебаний, приведены в работах П.А. Гутидзе, Г.Г. Дзозуашвили и Н.С. Моцонелидзе. В работах Б.М. Бахтина и Г.Э. Шаблинского приведены формы и периоды колебаний массивно-контрфорсных плотин по данным модельных исследований. С появлением метода конечных элементов (МКЭ) и мощных свременных ЭВМ открываются большие возможности для динамического расчёта сооружений и, в частности, контрфорсных плотин.
Тема лекции 11. Оценка влияния конфигурации здания на сейсмостойкость
Сейсмическое нагружение (seismic loading) является одним из основных понятий в сейсмостойком строительстве и теории сейсмостойкости и означает приложение колебательного возбуждения землетрясения к различным постройкам.
Величина сейсмической нагрузки в большинстве случаев зависит от:
Гараж в Нортридже после землетрясения 1994 года
Штаб-квартира ООН в Порт-о-Пренс, Гаити после землетрясения 12 января 2010 г.
- Интенсивности, продолжительности и частотных характеристик ожидаемого землетрясения
- Геологических условий площадки строительства
- Динамических параметров сооружения
Сейсмическое нагружение происходит на поверхностях контакта сооружения с грунтом [5], либо с соседним сооружением [6], либо с порождённой землетрясением гравитационной волной цунами [7]. Оно постоянно экзаменует сейсмостойкость сооружения и иногда превышает его возможность выстоять без разрушений.
Сейсмическая защита. Наружная антисейсмическая стальная ферма спального корпусаУниверситета Беркли
Исходя из того, что прочность стали примерно в 10 раз выше, чем у самого качественного бетона икаменной или кирпичной кладки, понятие сейсмостойкость ассоциируется с достаточно прочной постройкой, с мощным стальным каркасом или стенами, способными выстоять расчётное землетрясение без полного разрушения и с минимальными человеческими жертвами. Примером такой постройки может служить изображенный рядом спальный корпус Университета Беркли, усиленный наружной антисейсмической стальной фермой. Однако не следует навязывать зданию почти непосильную задачу — сопротивляться сокрушительному землетрясению. Лучше дать этому зданию возможность как бы парить над трясущейся землей. Провозгласить такую цель, конечно, значительно проще, чем достичь её практически. На фото справа показана модель 18-этажного здания на виброплатформе, на котором проводятся испытания в режиме Нортриджского землетрясения, записанного недалеко от его эпицентра. Блок из четырёхсейсмопротекторов (вид сейсмической изоляции) поможет зданию резко повысить его сейсмостойкость и выдержать сотрясение. Испытания проводились на мощной виброплатформе (12.2 м на 7.6м) одного из крупнейших в Соединенных Штатах специализированных испытательных полигонов, который принадлежит Университету КалифорнияСан-Диего и входит в национальную систему Сети Имитации Сильных Землетрясений [9]. С помощью этой виброплатформы можно создавать и воссоздавать землетрясения любой амплитуды и частотного спектра сидя за пультом управления.
Сейсмический анализ
Сейсмический анализ или анализ сейсмостойкости является интеллектуальным инструментом в сейсмостойком строительстве, который разбивает эту сложную тему на ряд подразделов для лучшего понимания работы зданий и сооружений под сейсмической нагрузкой.
Анализ сейсмостойкости основывается на принципах динамики сооружений и антисейсмического проектирования. В течение десятилетий, самым распространённым методом анализа сейсмостойкостиявлялся метод спектров реакции [11], который получил свое развитие в настоящее время. Однако спектры реакции хороши лишь для систем с одной степенью свободы. Использование пошагового интегрирования с трехмерными диаграммами сейсмостойкости [13] оказываются более эффективным методом для систем со многими степенями свободы и со значительной нелинейностью в условиях переходного процесса кинематической раскачки.