Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Сейсмостійке будівництво



План:


Введення

Сейсмостійке будівництво - розділ цивільного будівництва, що спеціалізується в галузі вивчення поведінки будівель і споруд під сейсмічним впливом [1] у вигляді струсів земної поверхні, втрати грунтом своєї несучої здатності, хвиль цунамі і розробки методів і технологій будівництва будівель, стійких до сейсмічним впливам.

Сейсмостійке будівництво може розглядати будь-який будівельний об'єкт як фортифікаційна споруда, але призначене для оборони від специфічного противника - землетрусу та / або викликаних землетрусом катастроф (наприклад, цунамі). В обох випадках основний принцип проектування загальний: уповільнити або послабити можливу атаку, влоть до неможливості перемоги для атакуючого.

20-поверховий житловий будинок [1], що впав при руйнівному землетрусі в Чилі, 2010
Taipei 101, другий за висотою в світі хмарочос, обладнаний інерційним демпфером

Головні завдання сейсмостійкого будівництва:

  • Знати і розуміти, що відбувається при взаємодії будівельних об'єктів з тремтячими підставою.
  • Передбачати наслідки можливого сейсмічного впливу.
  • Проектувати, зводити і підтримувати в належному стані сейсмостойскіе об'єкти [2]

Сейсмостойское споруда не обов'язково має бути громіздким і дорогим як, наприклад, Піраміда Кукулькана в місті Чичен-Іца [3].

В даний час найбільш ефективним і економічно доцільним інструментом у сейсмостійкому будівництві є вібраційний контроль cейсміческой навантаження і, зокрема, сейсмічна ізоляція, що дозволяє зводити порівняно легкі і недорогі споруди [4].


1. Сейсмічне навантаження

Сейсмічне навантаження (seismic loading) є одним з основних понять у сейсмостійкому будівництві та теорії сейсмостійкості і означає додаток коливального збудження землетрусу до різних будівлям.

Величина сейсмічної навантаження в більшості випадків залежить від:

Гараж в Нортріджі після землетрусу 1994 року [2]
Штаб-квартира ООН в Порт-о-Пренс, Гаїті після землетрусу 12 січня 2010
  • Інтенсивності, тривалості і частотних характеристик очікуваного землетрусу
  • Геологічних умов майданчика будівництва
  • Динамічних параметрів споруди

Сейсмічне навантаження відбувається на поверхнях контакту споруди з грунтом [5], або з сусіднім спорудою [6], або з породженою землетрусом гравітаційної хвилею цунамі [7]. Воно постійно екзаменує сейсмостійкість споруди та іноді перевищує його можливість вистояти без руйнувань.


2. Сейсмічна захист

Зовнішня антисейсмічні сталева ферма спального корпусу Університету Берклі

Виходячи з того, що міцність стали приблизно в 10 разів вище, ніж у самого якісного бетону і кам'яної або цегляної кладки, поняття сейсмостійкість асоціюється з досить міцною спорудою, з потужним сталевим каркасом або стінами, здатними витримати розрахункове землетрус без повного руйнування і з мінімальними людськими жертвами. Прикладом такої споруди може служити зображений поруч спальний корпус Університету Берклі, посилений зовнішньої антисейсмічного сталевий фермою.

Модель 18-поверхової будівлі на сейсмопротекторе [8]

Однак не слід нав'язувати будівлі майже непосильну задачу - чинити опір нищівному землетрусу. Краще дати цій будівлі можливість як би парити над тремтячою землею. Проголосити таку мету, звичайно, значно простіше, ніж досягти її практично.

На фото праворуч показана модель 18-поверхової будівлі на віброплатформе, на якому проводяться випробування в режимі Нортріджська землетрусу, записаного недалеко від його епіцентру. Блок з чотирьох сейсмопротекторов (вид сейсмічної ізоляції) допоможе будівлі різко підвищити його сейсмостійкість і витримати струс.

Випробування проводилися на потужній віброплатформе (12.2 м на 7.6м) одного з найбільших в Сполучених Штатах спеціалізованих випробувальних полігонів, який належить Університету Каліфорнія Сан-Дієго і входить в національну систему Мережі Імітації сильних землетрусів [9]. За допомогою цієї віброплатформи можна створювати і відтворювати землетрусу будь амплітуди і частотного спектра сидячи за пультом управління.


3. Сейсмічний аналіз

Сейсмічний аналіз або аналіз сейсмостійкості є інтелектуальним інструментом у сейсмостійкому будівництві, який розбиває цю складну тему на ряд підрозділів для кращого розуміння роботи будівель і споруд під сейсмічної навантаженням.

Тривимірна діаграма сейсмостійкості моделі будівлі

Аналіз сейсмостійкості грунтується на принципах динаміки споруд [10] і антисейсмічного проектування. Протягом десятиліть, найпоширенішим методом аналізу сейсмостійкості був метод спектрів реакції [11], який отримав свій розвиток в даний час [12].

Однак спектри реакції хороші лише для систем з одного ступенем свободи. Використання покрокового інтегрування з тривимірними діаграмами сейсмостійкості [13] виявляються більш ефективним методом для систем з багатьма ступенями свободи і зі значною нелінійністю в умовах перехідного процесу кінематичної розгойдування.


4. Експериментальна перевірка сейсмостійкості

Експериментальна перевірка сейсмостійкості, або дослідження сейсмостійкості, необхідно для розуміння дійсної роботи будівель і споруд під сейсмічної навантаженням. Онa буває, в основному, двох видів: полевaя (натурнaя) і на сейсмоплатформе.

Дві ідентичні моделі будинку [3] при випробуванні на сейсмоплатформе до руйнування
Випробування залізобетонного будівлі на сейсмоплатформе [14]

Найзручніше відчувати модель будівлі на сейсмоплатформе, що відтворює сейсмічні коливання - якщо, звичайно, у вас немає часу дочекатися справжнього землетрусу.

Такі лабораторні випробування проводяться на великих або менших моделях будівель і споруд вже протягом багатьох років, проте вартість їх досить висока. Щоб знизити цю вартість, рекомендується застосовувати Performance Factor Procedure [15], вперше запропоновану для експериментальної перевірки ефективності сейсмічної ізоляції.


4.1. Супутні випробування

Супутні випробування (англ.: Concurrent testings) на сейсмоплатформе зазвичай проводяться, коли необхідно порівняти поведінку різних модифікацій споруди при одному і тому ж сейсмічному навантаженні [16]; див., наприклад, нижче:

  • Base-isolation.gif
  • Concurrent-testing-0-g.gif
  • Two wooden houses-1.jpg
  • Vertical configuration control.gif

5. Віброконтролю

Віброконтролю (vibration control) є системою пристроїв для зменшення сейсмічного навантаження на будівлі та споруди. Всі ці пристрої можна класифікувати як пасивні, активні та гібридні [17]. Нижче коротко описані деякі пристрої та методи віброконтролю.

5.1. Суха кладка стін

Першими будівельниками, звернули особливу увагу на сейсмостійкість капітальних будівель, зокрема, стін будівель, були інки та ін стародавні жителі Перу.

Суха кладка стін у замку Сонця в Мачу-Пікчу, Перу

Особливостями архітектури інків є надзвичайно ретельна і щільна (так, що між блоками не можна просунути й леза ножа) підгонка кам'яних блоків (часто неправильної форми і дуже різних розмірів) один до одного без використання будівельних розчинів [18].

Завдяки цим особливостям кладка інків не мала резонансних частот і точок концентрації напружень, володіючи додаткової міцністю зводу. При землетрусах невеликої та середньої сили така кладка залишалася практично нерухомою, а при сильних - камені "танцювали" на своїх місцях, не втрачаючи взаємного розташування і при закінченні землетрусу вкладалися в колишньому порядку [19].

Ці обставини дозволяють вважати суху кладку стін інками одним з перших в історії пристроїв пасивного віброконтролю будівель.


5.2. Сейсмічний амортизатор

Сейсмічний амортизатор: загальний вигляд [4]
Випробування сейсмічного амортизатора в CSUN [5]

Сейсмічний амортизатор - це різновид сейсмічної ізоляції для захисту будинків і споруд від потенційно руйнівних землетрусів [20].

Нещодавно сейсмічні амортизатори під ім'ям Metallic Roller Bearings були встановлені в житловому 17-поверховому комплексі в м. Токіо, Японія [21].


5.3. Інерційний демпфер

Інерційний демпфер на висотній будівлі Тайбей 101

Зазвичай, інерційний демпфер (Tuned Mass Damper), званий також інерційний гаситель, який є одним з пристроїв для вібраційного контролю, являє собою масивний бетонний блок, встановлений на висотному будівлі або іншому спорудженні, який коливається з резонансною частотою даного об'єкту за допомогою спеціального пружіноподобного механізму під сейсмічної навантаженням.

Для цієї мети, наприклад, інерційний демпфер хмарочоса Тайбей 101 обладнаний двома маятниковими підвісками, на 92-му і вісімдесят восьмому поверхах, важать 660 тонн кожна.


5.4. Гістерезисна демпфер

Рідинний в'язкопружних демпфер в будівлі [6]

Гістерезисна демпфер (Hysteretic damper) призначений для поліпшення роботи будівель і споруд під сейсмічної навантаженням за рахунок дисипації сейсмічної енергії проникаючої в ці будівлі і споруди. Є, в основному, чотири групи гістерезисних демпферів, а саме:

  • Рідинний в'язкопружних демпфер
  • Твердий в'язкопружних демпфер
  • Металевий в'язкотекучий демпфер
  • Демпфер сухого тертя

Кожна група демпферів має свою специфіку, свої переваги і недоліки, які слід враховувати при їх застосуванні.


5.5. Демпфірування вертикальної конфігурацією

Будівля Transamerica Pyramid в Сан-Франциско, Каліфорнія

Демпфірування вертикальної конфігурацією (Building elevation control) призначено для поліпшення роботи будівель і споруд під сейсмічної навантаженням за рахунок запобігання резонансних коливань за допомогою дисперсії сейсмічної енергії проникаючої в ці будівлі і споруди. Пірамідальні споруди не перестають привертати увагу архітекторів і інженерів також завдяки їх більшої стійкості при ураганах і землетрусах.

Порівняльні випробування на вібростолі: зліва - звичайна модель будівлі, справа - модель, демпфірованним вертикальної конфігурацією будівлі [7]

Конічний профіль будівлі не є обов'язковим для цього методу вібраційного контролю. Аналогічний ефект може бути досягнутий за допомогою відповідної конфігурації таких характеристик як маси поверхів і їх жорсткості [11].


5.6. Багаточастотний заспокоювач коливань

Висотна будівля [8] з багаточастотних заспокоювачем

Багаточастотний заспокоювач коливань (Multi-Frequency Quieting Building System) або, скорочено, МУК є системою пристроїв для вібраційного контролю, встановленої на висотному будівлі або іншому спорудженні, яка коливається з певними резонансними частотами даного об'єкта під сейсмічної навантаженням.

Кожен МУК включає в себе ряд міжповерхових діафрагм, обрамлених набором виступаючих консолей з різними періодами власних коливань і працюють як інерційні демпфери. Використання МУК дозволяє зробити будівлю як функціональним, так і архітектурно привабливим.


5.7. Піднесений підставу будівлі

Реконструкція п'яти зводу піднесеного підстави [22]

Піднесений підставу будівлі (Elevated building foundation) є інструментом вібраційного контролю у сейсмостійкому будівництві, який може поліпшити роботу будівель і споруд під сейсмічної навантаженням.

Ефект піднесеного підстави будівлі (ПОЗ) заснований на наступному. В результаті багаторазових відбиттів, діффракціі і дисипації сейсмічних хвиль в процесі їх розповсюдження всередині ПОЗ, передача сейсмічної енергії в надбудову (верхню частину будівлі) виявляється сильно ослабленою [12].

Ця мета досягається за рахунок відповідного підбору будівельних матеріалів, конструктивних розмірів, а також конфігурації НСЗ для конкретного майданчика будівництва.


5.8. Свинцево-гумова опора

Вібраційне випробування свинцево-гумової опори [9]

Свинцево-гумова опора (Lead Rubber Bearing) - це сейсмічна ізоляція, призначена для поліпшення роботи будівель і споруд під сейсмічної навантаженням за рахунок інтенсивного демпфування сейсмічної енергії, проникаючої через фундаменти в ці будівлі і споруди. На фото праворуч показано випробування свинцево-гумової опори зробленої з гумового циліндра зі свинцевим сердечником.

Проте механічно податливі системи, якими є сейсмічно ізольовані споруди з порівняно низькою горизонтальної жорсткістю, але зі значною так званої демпфирующей силою, можуть відчувати значні перевантаження, викликані при землетрусі якраз цією силою [13].


5.9. Пружинний демпфер

Пружинний демпфер під триповерховим будинком

Пружинний демпфер (springs-with-damper base isolator) є ізолюючим пристроєм, подібним за задумом свинцево-гумової опори. Два невеликих триповерхових будинки з такими пристроями, розташованими в Санта Моніці (Каліфорнія), були проекзаменовані Нортріджська землетрусом в 1994 році [14] [15].


5.10. Фрикційно-маятникова опора

Фрикційно-маятникова опора: вібро-випробування [10]

Фрикційно-маятникова опора (Friction Pendulum Bearing) - це сейсмічна ізоляція, яка є інструментом вібраційного контролю у сейсмостійкому будівництві, який може поліпшити роботу будівель і споруд під сейсмічної навантаженням.

Основні елементи фрикційно-маятникової опори (ФМО):

  • сферично увігнута поверхня ковзання;
  • сферичний повзунок;
  • обмежувальний циліндр.

Стоп-кадр випробування жорсткого каркаса на ФМО показаний справа.


6. Дослідження сейсмостійкості

Дослідження сейсмостійкості (Earthquake engineering research) включає в себе як польові так і аналітичні і лабораторні експерименти, що мають на меті пояснення відомих фактів або перегляд загальноприйнятих поглядів у світлі знову відкритих фактів і теоретичних розробок в області сейсмостійкого будівництва.

Тим не менш, основним практичним методом отримання нових знань в етoй області до сих пір є обстеження пошкоджених при землетрусах споруд.

Головні світові дослідницькі центри з сейсмостійкості і сейсмостійкого будівництва наведені нижче:

Файл: Earthquake Shelter.jpg
Вбудоване сейсмоубежіщ: відео демонстрація, см. Video

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Будівництво
Розчин (будівництво)
Блок (будівництво)
Будівництво 90 і ВТТ
Інженерні вишукування (будівництво)
Будівництво в Санкт-Петербурзі
Панельне житлове будівництво
Заборона на будівництво мінаретів у Швейцарії
Житлове будівництво в Республіці Білорусь
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru