Здания, возводимые в особых условиях

Лекция 7

7.1. Здания, возводимые в сейсмических районах.

7.2. Здания для строительства в районах Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов.

7.3. Здания, возводимые на просадочных грунтах.

7.4. Строительство в районах с жарким климатом.

7.1. Здания, возводимые в сейсмических районах. Принципы проектирования сейсмостойких зданий и сооружений. Здания и сооружения, предназначенные для возведения в сейсмических районах, отличаются от обычных рядом особенностей в объемно-планировочном и конструктивном решениях.

При проектировании сейсмостойких зданий и сооружений необходимо обеспечивать симметричное расположение относительно их главных осей и равномерное в плане распределение масс и жесткостей. Невыполнение этого условия может привести к несовпадению центра тяжести нагрузок с центром жесткости сооружения (этот центр определяется расположением и жесткостью рам каркаса, стен, покрытия и т. д.), что будет интенсифицировать развитие крутящих моментов в плане здания и приведет к концентрации усилий на отдельных несущих конструкциях (рис. 4).

Рис. 4. Конструктивные мероприятия,

снижающие сейсмические воздействия на здания (планы):

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; 4 – мостовой кран; 5 – козловой кран

Здания в сейсмических районах должны иметь простое очертание в плане (круг, квадрат, прямоугольник). Не рекомендуется делать к ним пристройки и асимметрично располагать лестничные клетки. Простыми должны быть и фасады зданий – без уступов и надстроек.

Конструктивные особенности сейсмостойких зданий. Во время землетрясений фундаменты по сравнению с другими элементами здания подвергаются меньшим повреждениям. Однако надежно выполненные фундаменты – залог повышенной сейсмостойкости других конструкций зданий (рис. 5).

Рис. 5. Детали каркасов многоэтажных сейсмостойких зданий:

а) перекрытие с монолитными продольными ригелями; б) сопряжение поперечных сборных ригелей с колонной; в) сопряжение сборных поперечных и продольных ригелей с колонной; 1 – продольные монолитные ригели; 2 – сборные железобетонные плиты; 3 – поперечные ригели; 4 – продольный сборный ригель; 5 – сварные сетки; 6 – хомуты; 7 – ванная сварка; 8 – бетон (на марку выше бетона стыкуемых элементов)

Хорошей сейсмостойкостью обладают применяемые в Японии фундаменты из железобетонных башмаков круглой формы, установленных на уплотненную песчано-гравийную подушку; последнюю заключают в железобетонную цилиндрическую обойму-оболочку. Подушка является амортизатором, смягчающим сейсмические воздействия на здание.

Сейсмостойкие сооружения можно сооружать на свайных фундаментах – забивных железобетонных сваях-стойках. Ростверк в пределах отсека устраивают непрерывным, в одном уровне и с заглублением в грунт. В целях обеспечения хорошего сцепления стен с фундаментными балками или ленточными фундаментами гидроизоляционный слой следует выполнять из жирного цементного раствора.

По конструктивной схеме стены сейсмостойких каркасных зданий могут быть самонесущими – с опиранием на фундаментные балки и навесными – с опиранием на каркас.

Высота самонесущих стен при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов не должна превышать соответственно 18, 16 и 9 м. В стенах высотой более 12,9 и 6 м при расчетной сейсмичности соответственно 7, 8 и 9 баллов предусматривают конструктивное вертикальное продольное армирование. Площадь всей продольной арматуры должна составлять не менее 0,1 % площади сечения кладки.

Крепления стен к элементам каркаса не должны препятствовать горизонтальным смещениям каркаса вдоль самонесущих стен или на участках между горизонтальными антисейсмическими швами при навесных стенах.

Покрытия сейсмостойких зданий должны быть возможно более жесткими в горизонтальной плоскости. Для их монтажа применяют сборные типовые конструкции, разработанные для несейсмических районов, но при условии выполнения более прочных соединений.

В зданиях при расчетной сейсмичности 8 и 9 баллов предпочтение отдают облегченным несущим и ограждающим конструкциям покрытий (металлические фермы, стальной профилированный настил, асбестоцементные и алюминиевые листы и панели и др.). Необходимую жесткость таким покрытиям придают постановкой дополнительных связей. Применять железобетонные подстропильные конструкции в таких зданиях не рекомендуется.

В зданиях с расчетной сейсмичностью 7 баллов продольную устойчивость обеспечивают постановкой стальных связей между колоннами или продольными рамами с жесткими узлами. Стыкуют колонны в зоне действия наименьших изгибающих моментов.

Междуэтажные перекрытия устраивают из сборных железобетонных элементов с образованием жесткого диска. С этой целью предусматривают следующие меры: стыки ригелей с колоннами выполняют замоноличенными со сваркой арматурных выпусков, плиты тщательно приваривают к сборным ригелям, а швы заполняют бетоном марки не ниже 200; в случае бесконсольного сопряжения сборных ригелей с колоннами помимо сварки закладных элементов в колоннах и ригелях на стыкуемых поверхностях устраивают шпонки. Для зданий с расчетной сейсмичностью 9 баллов в продольных ребрах плит предусматривают пазы для образования бетонных шпонок. Марку бетона зазоров принимают на одну ступень выше марки бетона соединяемых элементов. Например, при марке бетона соединяемых элементов 200 марка бетона для заполнения зазоров должна быть 300.

7.2. Здания для строительства в районах Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов. Такие районы, включающие тундровые, лесотундровые и частично таежные зоны, занимают около 47 % территории Российской Федерации. Обладая крупными запасами многих полезных ископаемых, районы Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов имеют большое народнохозяйственное значение.

К особым условиям, отличающим северные районы от областей средней полосы, следует отнести:

– продолжительный зимний период (от 185 до 305 дней) с низкими отрицательными температурами; густые туманы при температуре ниже – 30–40 °С; короткое лето; большой годовой температурный перепад (в отдельных местах до 100 °С), сильные ветры, достигающие 30–40 м/с;

– вечномерзлое состояние грунтов при различных их теплофизических и строительных свойствах и многообразном характере распространения и залегания грунтов (сплошное, прерывное и островное при различной мощности вечномерзлой толщи); наличие поверхностного слоя, ежегодно протаивающего летом и замерзающего зимой, называемого деятельным;

– высокую относительную влажность воздуха в районах побережья морей и океанов (до 90 %), длительный полярный день и ночь; малую естественную освещенность территории осенью и зимой и недостаток ультрафиолетового облучения в районах, находящихся севернее 66-й параллели;

– сильные и продолжительные метели и поземки в тундровых и лесотундровых зонах, вызывающие в ряде мест заносы высотой до 10–15 м и оголяющие землю на других участках;

– скудную растительность в районах побережья морей и океанов, отсутствие крупноствольной растительности в тундровой зоне и слабое развитие растительности в лесотундровых и северотаежных районах;

– малую освоенность территории, небольшую численность населения, редкое размещение населенных пунктов, отдаленность их от промышленных районов, ограниченность и сезонную периодичность транспортной связи, слабое развитие строительной индустрии.

Необычные климатические, грунтовые и экономические условия районов Крайнего Севера и вечномерзлых грунтов вызывают необходимость разработки для них проектов зданий и сооружений с особыми объемно-планировочными и конструктивными решениями (рис. 6).

Методы строительства на вечномерзлыхгрунтах. Вечномерзлые грунты, обладающие достаточной несущей способностью в мерзлом состоянии, утрачивают ее при оттаивании и в таком виде, как правило, становятся непригодными в качестве оснований. Долговечность зданий и сооружений обеспечивают устройством надежного основания, исключающего появление недопустимых деформаций. В этих целях можно также применять конструкции зданий и сооружений, приспособленные к повышенным неравномерным осадкам.

Рис 6. Примеры планов предприятий и типов зданий,

снижающие заносимость снегом: использование аэродинамических свойств

зданий для уменьшения снежных заносов

На монолитных скальных и подобных им породах, не меняющих механических свойств при изменении температуры с отрицательной на положительную, здания на Крайнем Севере возводят без учета вечно-мерзлого состояния грунтов.

С учетом инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей зданий, характера технологического процесса и экономической целесообразности принимают следующие принципы использования вечномерзлых грунтов в качестве основания:

– принцип I – грунты основания сохраняют в мерзлом состоянии как в процессе строительства, так и на весь период эксплуатации здания (сооружения);

– принцип II – грунты основания находятся в оттаявшем состоянии, причем оттаивание их допускается в процессе эксплуатации здания или до начала возведения.

Для сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии с целью обеспечения их расчетного теплового режима предусматривают холодные подполья или холодные первые этажи зданий, охлаждающие трубы или каналы в основании пола, а также теплоизолирующие слои под ними.

Наиболее простой и надежный способ сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии – устройство холодного подполья, вентилируемого в течение всего года. Пол первого этажа в этом случае обязательно должен быть приподнят над поверхностью грунта.

При строительстве зданий по II принципу грунты основания содержат в оттаивающем или оттаявшем состоянии. В случае необходимости предусматривают мероприятия по уменьшению деформаций основания, приспосабливают конструкции зданий к восприятию повышенных деформаций или совмещают оба мероприятия. Для решения этого вопроса проводят расчет основания по деформациям.

Уменьшить деформации основания можно предварительным искусственным оттаиванием вечномерзлого грунта на заданную глубину до возведения здания (иногда с уплотнением или закреплением его), заменой льдонасыщенного грунта карьерным песчаным или крупнообломочным грунтом или увеличением глубины заложения фундаментов.

Принцип строительства выбирают с учетом конкретных условий застраиваемой площадки, типа здания, материалоемкости, продолжительности его возведения.

В зданиях, проектируемых по I принципу, не рекомендуется устраивать подвалы и цокольные этажи, подземные каналы и галереи. Если же последние нужны по условиям технологии производства, предусматривают надежную гидро- и теплоизоляцию вечномерзлых грунтов основания.

Покрытия зданий должны иметь простой профиль без выступающих и западающих участков, которые вызывают завихрения снеговетровых потоков и отложение снега. Предпочтение отдают зданиям с плоской и криволинейной крышами. Многоскатные здания располагают вдоль направления доминирующих зимних ветров, а при односкатных кровлях уклон ориентируют в наветренную сторону. В большинстве случаев водоотвод с покрытий предусматривают неорганизованный наружный.

Дата добавления: 2014-01-20