Шпоры к гос. экзамену ПГС

Шпоры к гос. экзамену ПГС

1. Расчетные методы сооружений для определния сейсмических нагрузок. Метод сосредоточения масс. определение величин масс по особому сочетанию нагрузок.

Обладая широким частотным спектром, землетрясения вызыва­ют резонансные колебания сооружений 

Аначиз записей движения почвы при землетрясении позволяет установить закономерность между частотой и ускорением маятника приборов-так называемую спектральную кривую. По эгои кривой в зависимости от динамических характеристик сооружения опреде-ляют расчетный коэффициент динамичности р.;, которым оценива­ется общая реакция конструкции на движение основания.

В процессе колебаний сооружение деформируется части его об­щей массы, смещаясь друг относительно друга, приобретают неоди-наковые ускорения. При определении расчетной сейсмической на-грузки это явление учитывается коэффициентом формы колебании.

Предполагается, как обычно в динамике упругих систем, что ко­лебания конструкции при сейсмическом воздействии складываются из взаимно независимых колебаний по собственным частотам р± Каждой частоте (форме) составляющих колебании соответствхет определенная изменяющаяся по гармоническому закону инерцион­ная нагрузка. Некоторая величина ее расходуется в процессе коле­баний на преодоление внутреннего неупругого сопротивления, ха-пактеризуемого затуханием колебаний. Основная же доля bih(t} инерционных сил вызывает упругую реакцию конструкции, макси­мальное значение которой называется сейсмической нагрузкой.

Вычисаение общей сейсмической нагрузки на сооружение, как суммы зависимых от времени слагаемых Sik(t), крайне затрудни­тельно. Поэтому практический расчет строится на самостоятельном рассмотрении максимумов Sik(t) этих слагаемых.

Сейсмическая сила, действующая на часть сооружения с массой mh, условно принятой сосредоточенной в точке k расчетной схемы, соответствующая тону i, определяется выражением

откуда следует, что произведе­ние коэффициентов pfriife ПРИ' ближенно показывает, во сколько раз ускорение рассма­триваемой точки k больше уско­рения основания (/о-

Коэффициент сейсмично­сти /Сс, представляющий собой отношение ускорения основа­ния сооружения к ускорению

силы тяжести (/Cc = !/o/g)> зави" сит  от   района    строительства

и определяет интенсивность предполагаемого сейсмического воздей­ствия на конструкцию.

Таким образом, силы Sik являются статическим эквивалентом динамической нагрузки. Каждой форме Xi собственных колебаний сооружения соответствует определенный вид статической нагрузки Sik и определенное напряженное состояние конструкции (рис. III.6). Из-за различия частот pi максимумы этих нагрузок можно считать несовпадающими между собой по времени.

Весь дальнейший расчет после вычисления сейсмических сил Sik и определения соответствующих усилий является обычным рас­четом конструкции на заданную статическую нагрузку.

Предпосылки, положенные-в-оенову нор^4ахивнош__метода,_2ас-чета, относятся прежде всего к движению основания сооружений— 'колебания грунта представляются как сумма затухающих сдвину­тых по фазе синусоид. Такой зависимостью можно описать весьма сложные процессы, включая импульсивные воздействия. В строгом смысле это представление, однако, недостаточно корректно, так как землетрясение — процесс случайный. Тем не менее, количественные характеристики, полученные путем обработки акселерограмм статис­тическими методами [1], не противоречат выводам, полученным на основе предположенного закона движения [3].

Собственно сооружение представляется упругой системой, осно­вание которой перемещается совместно с грунтом. В действительно­сти при сильных землетрясениях несущим конструкциям приходит­ся работать за пределами упругости. Как показывает опыт, жест­кость сооружений при этом может уменьшаться в несколько раз [9]. В таком случае фактическая работа конструкции (рис. III.7) характеризуется реакцией, меньшей, чем сейсмическая нагрузка, вычисляемая для линейной упругой системы. Таким образом,

эта расчетная предпосылка направлена на повышение надежности проектируе­мых сооружений.

Нельзя отождествлять колебания грун­та и фундамента [8], [9], [24]. Б. К. Ка-рапетян отмечал при взрывах уменьшение сейсмического ускорения на фундаментах в пределах 10—80%. "Правда, в отдель­ных случаях наблюдалось и обратное яв­ление. По нашим наблюдениям, при сей­смических воздействиях порядка 4—5 баллов низкочастотные колебания грун­та и фундамента совпадают, а высоко­частотные (по отношению к основному тону собственных колебаний здания) на фундаменте оказываются значительно меньшими. Следовательно, можно пола­гать, что учет взаимодействия сооруже­ния с грунтом может снижать степень

Рис. III.7. Сопоставление графиков работы услов­но принятой линейно де­формируемой конструк­ции и фактической нели­нейной

Рис. III.8. График коэффициента А — расчетный   график,   принятый   в   СНяП;   Б — графики,   полученные   М.   Ф. Барштейном   путем   статистической   обработки   акселерограмм   [!);   В — график, построенный [3] по материалам С. В. Медведева {131

сейсмического воздействия, определяемого в настоящее время по сейсмограммам jj) унта.

Существенные упрощения приходится принимать в связи с оп­ределением расчетных значений коэффициента Pi, который зависит от характеристик сейсмического спектра, периода Ti собственных колебаний сооружения, затухания колебаний и изменяется во вре­мени. Для удобства практического пользования нормативный гра­фик рг представлен только как функция 7\ и вычислен при значе­ниях декремента колебаний 0,1 для грунта и ~0,3 для конструкции. Из рис. III.8 видно, что этот график достаточно хорошо подтверж­дается исследованиями, проведенными различными методами. И тем не менее известны примеры землетрясений (рис. III.9), ха­рактеризующиеся спектральными кривыми, которые не полно впи­сываются в «типовой» график. Более «жесткие» спектры на этом рисунке получены на скальных и очень плотных грунтах, менее «жесткие» с максимумом ускоре­ний на больших периодах, харак­терны для особо крупных масси­вов аллювиальных грунтов иуда-ленных очагов. К сожалению, по­добный экспериментальный мате­риал, отражающий геологическую специфику районов, крайне огра­ничен, не обобщен и в нормах по­ка не отражен.

Расчетный график pi (рис. III.8, А) относится к соору­жениям с затуханием колебаний сравнительно большим —к зда­ниям с несущими стенами и дру­гим бетонным и каменным кон­струкциям, в работе которых на горизонтальную нагрузку существенную роль играют деформации сдвига. Металлоконструкции

сооружения малой жесткости (мачты, башни, трубы и др.) облада ют затуханием, существенно меньшим. Это значит, что коэффи циент динамичности для таких конструкций имеет повышенное зна чение (рис. ШЛО). Предвидеть при проектировании конструкци затухание колебаний с точностью, необходимой для пользовани подобным графиком, трудно. Поэтому, чтобы избежать грубых оши бок в практической работе, для расчета сооружений с пониженны? затуханием в СНиП предусмотрен" дополнительный коэффициенл повышающий значения pi, определяемые нормативным графикол рис. Ш.8А

Принятые сейчас значения коэффициента сейсмичности %с, оп ределяющегося уровнем ускорений колебаний грунта оснований, су гдествуют с начала столетия. Уже в 1937 г. В. С. Цшохер и В. А Быховский отмечали их условность [20]. По данным С. В. Me две дева, сейсмические ускорения грунта в 2—4 раза выше соответст вующих значениям /Сс. Но едва и эти наблюдаемые ускореню должны приниматься для расчета сооружений [3]. Во-первых, ана лизируя записи приборов, сейсмологи обычно отмечают максиму мы, а они не могут определять общую инерционную нагрузку нг конструкцию. Во-вторых, как об этом упоминалось, следует разли чать движение грунта и фундамента сооружения. Наконец, экономически нецелесообразно принимать расчетную сейсмическую на грузку такой, чтобы она обеспечивала полную сохранность массо вой застройки при максимально возможном землетрясении — явлении, локальном и крайне редком. И нормы, как известно допускают некоторые повреждения зданий (исключающие жертвь: и большой ущерб). Таким образом, определенное различие межд} наблюдаемыми ускорениями грунта и расчетными закономерно.

Обзор основных предпосылок расчета сейсмической нагрузки по­казывает, что они могут вносить большие или меньшие погрешности в его результаты и задачей исследователей на ближайшее вре­мя является углубленный анализ и должная количественная оцен­ка факторов, определяющих эти погрешности. Что же касается ре­зультатов расчета в общем, то они, как это показано в начале гла­вы, неплохо согласуются с наблюдаемыми последствиями землетря­сений.

Кроме расчета проектируемые для сейсмических районов здания и сооружения должны отвечать изложенным в СНиП конструк­тивным требованиям, отражающим продолжительный -опыт сейсмо­стойкого строительства. Результаты 8-балльных землетрясений в Петропавловске-Камчатском и Ташкенте свидетельствуют, что су­ществующие нормы проектирования оправдали себя.

Следует отметить, что все известные способы практического рас­чета конструкций на сейсмостойкость неизбежно содержат ряд ус­ловностей; с накоплением опыта и знаний эти способы будут совер­шенствоваться. Тем не менее, если учесть реальные возможности в отношении исходных данных и необходимость широко пользовать­ся такими расчетами, станут ясными несомненные достоинства ме­тодики СНиП: она позволяет производить обстоятельный динамиче­ский анализ сооружений различной сложности, увязана с расчетами конструкций на прочие (несейсмические) нагрузки и допускает дальнейшее свое развитие.

2. Периоды и коэффициенты форм собственных колебаний сооружений. Приближенные методы их определения.

Как мы уже отмечали в первом параграфе этой главы, оценка несущей способности материалов при действии на них сейсмических на­грузок представляет исключительные трудно­сти, связанные как с нестационарностыо самих воздействий, так и с недостатком опытных данных, характеризующих условия проч­ности при различных динамических загружениях. В связи с этим действующие нормы СНиП II-A.I2-69 учитывают специфику влия­ния сейсмических нагрузок на прочность материалов пока прибли­женно путем введения в правую часть условия прочности при рас­чете по первому предельному состоянию коэффициента условий ра­боты mкр.

В четвертом параграфе было показано, что многократное действие динамической нагрузки приводит к более резкому сниже­нию критической силы, чем это имеет место в случае разрушения элемента от потери прочности. В связи с этим при расчете элемен­тов, разрушение которых определяется условиями устойчивости, принимать коэффициент условий работы ткр>-1 не следует.

При оценке сейсмических сил для определения периодов и форм собственных колебаний сооружений необходимо знать величину ди­намического модуля упругости различных материалов. Имеющиеся в настоящее время опытные данные (см. предыдущий параграф) показывают, что в расчетах можно принять динамические модули упругости большинства материалов (стали, бетона, кладок) равны­ми статическим модулям упругости. Для бетонов и кладок в каче­стве последних могут быть приняты начальные модули деформа­ций. Напомним, что начальным модулем деформации называется его величина при о = 0.

3. Методика расчета сейсмических нагрузок на здания и сооружения по СНиП-7-81. Строительство в сейсмических районах.

 Статические расчеты проводятся на действие заданных нагрузок, собственного веса, температуры, сейсмических нагрузок или комбинации этих воздействий с подбором арматуры или проверкой прочности элементов. Возможен расчет железобетонных плит и оболочек с учетом трещинообразования и пластических деформаций в бетоне. Для пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций, выполненных из материалов с заданной диаграммой напряжение-деформация, возможен расчет с учетом как физической, так и геометрической нелинейности. Расчет строительных конструкций проводится с учетом требований строительных норм и правил (СНиП 2.01.07-85* “Нагрузки и воздействия”, СНиП II-7-81* “Строительство в сейсмических районах” и СНиП 2.03.01-84* “Бетонные и железобетонные конструкции”).

Расчет на вынужденные колебания проводится на действие переменных во времени нагрузок, в том числе нагрузок сейсмического типа. Последние задаются либо только функциями ускорения основания, и в этом случае расчет ведется по традиционной методике, либо функциями перемещений, скоростей и ускорений, что дает возможность учитывать скорость распространения сейсмической волны. По результатам расчета определяются перемещения узлов, усилия в элементах конструкции, а также нагрузки на оборудование (спектры ответов).

Расчет на собственные колебания проводится как без учета, так и с учетом начальных усилий от собственного веса, приложенных нагрузок, температуры и сил инерции вращения.

В настоящее время рядом ведущих научно-исследовательских и проектных организаций страны по заданию Госстроя России ведется работа по пересмотру действующей главы СНиП II-7-81 *.

В новые нормы будут включены новые положения.

При подготовке новых положений российских норм учитывались рекомендации международных организаций по сейсмостойкому строительству: МАСК, ИСО и Комиссии Европейских статусов. В частности, подробно анализировались европейские нормы по сейсмостойкому строительству - Еврокод 8.

Во-первых, формулируется понятие "сейсмостойкость" здания или сооружения. Это понятие включает в себя цели, которые необходимо достичь в результате проектирования и строительства, и условия, при которых эти цели должны достигаться.

Цели: состояние здания после землетрясения должно допускать его дальнейшую эксплуатацию с некоторыми ограничениями (например, в жилых домах без выселения жильцов, в производственных зданиях - без остановки технологического процесса). При этом, конечно, не исключен последующий ремонт некоторых элементов здания.

Условия: цели достигаются при воздействиях, параметры которых указаны на картах сейсмического районирования и в нормах. Таким образом, при других условиях, когда воздействие отличается от прогнозируемого, цели проектирования в сейсмических районах не достигаются.

Прогноз сейсмической опасности сложен и не всегда достоверен. Известны случаи, когда по уровню воздействия он оказывался заниженным на один-два балла.

Поэтому новая формулировка понятия "сесмостойкость" предполагает корректировку целей проектирования и условий их достижения.

Предполагается одновременное достижение двух целей: не только обеспечение дальнейшей эксплуатации здания (с ограничениями) после землетрясений, указанных на картах сейсмического районирования, но и обеспечение общей устойчивости и необрушения сооружения после возможного землетрясения более высокой интенсивности, при этом в конструкциях могут иметь место значительные остаточные деформации, повреждения и даже разрушения ограждающих и некоторых несущих конструкций.

Первый уровень воздействия принимается соответствующим карте сейсмического районирования, т.е. по действующим нормам. Второй уровень принимается по результатам специального анализа геологической и сейсмологической обстановки в районе строительства. Этот уровень может существенно превышать первый уровень (до 1 балла).

Таким образом, измененная формулировка понятия "сейсмостойкость" предусматривает обеспечение безопасности населения даже в тех случаях, когда прогнозные оценки сейсмологов на картах СР оказываются неточными.

Во-вторых, в проекте норм рассматриваются критерии сейсмостойкости. Это один из основных вопросов теории и практики сейсмостойкого строительства. Критерии необходимы не только при проектировании, но и при оценке сейсмостойкости существующих зданий, разработке рекомендаций по повышению сейсмостойкости зданий, поврежденных землетрясениями, при анализе эффективности систем сейсмозащиты и т.д.

При анализе работы конструкций в упругой стадии деформирования обычно используются "силовые" критерии типа : "наибольшие усилия, возникающие в элементах конструкций при сейсмических воздействиях, должны быть равны или менее несущей способности элемента".

В упругопластической стадии деформирования конструкций, при которой происходит перестройка структуры сооружения и изменение физико-механических характеристик его элементов, силовые критерии уже не могут использоваться. Здесь нужны критерии деформационные.

Использование в качестве критерия сейсмостойкости не силовых, а деформационных параметров - одна из особенностей предлагаемой концепции сейсмостойкого строительства. Практическая реализация этой схемы расчета связана с необходимостью решения сложных вопросов, рассмотрение которых выходит за рамки данной статьи.

В-третьих, важным положением новых норм проектирования в сейсмических районах являются рекомендации о необходимости учета закономерностей процесса перестройки структуры сооружения при сейсмических воздействиях высокой интенсивности.

Анализ последствий землетрясений, а также теоретические и экспериментальные исследования подтверждают целесообразность допущения локальных разрушений в зданиях при расчетных уровнях воздействия. Считается допустимым, если возникают повреждения степени не более 2 по действующей сейсмической шкале. Примерно на такой уровень повреждений ориентированы действующие нормы и соответствующие расчетные коэффициенты в них. Однако СНиП не содержит указаний, в каких именно элементах конструкций допускаются повреждения и какова их предельная степень. Совершенно очевидно, что некоторые элементы здания должны работать почти упруго при любых уровнях воздействия, а значит повреждения в них вообще недопустимы, а другие в некоторых случаях могут быть полностью выключены из работы. Элементы конструкций имеют различную степень ответственности за возможный переход всего здания в предельное состояние, поэтому параметры состояний элементов не могут приниматься одинаковыми. Использование этого положения позволяет отказаться от принципа равнопрочности элементов в здании и осуществлять регулирование, а в ряде случаев, планирование механизма разрушения сооружения.

В-четвертых, рассматриваются сейсмические воздействия, которые следует учитывать при проектировании. В частности, факторы непосредственной и дополнительной сейсмической опасности. Предлагается учитывать уровни воздействия, их спектральный состав, эффективную продолжительность колебаний, направление вектора сейсмического воздействия.

В определенных случаях целесообразно учитывать возможность проявления отдельных импульсных движений грунта, а также волновой характер сейсмического поля основания. Некоторые аспекты учета сейсмических воздействий в силу их недостаточной изученности или неопределенности параметров могут носить лишь рекомендательный характер и поэтому не должны включаться в СНиП.

В проекте норм учитывается повторяемость сейсмических воздействий как фактор дополнительной сейсмической опасности. Соответствующие расчетные коэффициенты приняты по материалам научно-исследовательских работ.

При выполнении прямого динамического расчета в качестве воздействия могут использоваться имеющиеся акселерограммы или синтезированные записи движения грунта.

В-пятых, методы расчета на сейсмические воздействия должны допускать возможность оценки критериев сейсмостойкости. Иными словами, в результате расчетов должны быть определены деформационные параметры для всех несущих элементов сооружения и их соединений. Кроме того, должна быть обеспечена возможность сравнения полученных параметров с их предельно допустимыми значениями, соответствующими предельному состоянию сооружения в целом.

Известно, что напряженно-деформированное состояние сооружения при сейсмическом воздействии является весьма сложным и в полной мере не определяется ни одним из известных методов расчета.

В нормах России, как и в кодах зарубежных стран, используются простые инженерные методы расчета, хотя их основные положения и соответствующие параметры базируются на результатах широких теоретических и экспериментальных исследований и на материалах инженерного анализа последствий землетрясений. Это связано с пониманием того, что неопределенность внешних характеристик (воздействия, региональные условия) больше неопределенности внутренних параметров сооружения (разброс и изменение во время землетрясения прочностных и деформативных характеристик, сложность и нестационарность расчетно динамической модели, неустойчивость процесса перехода здания в предельное состояние и др.).

Вместо нерационального усложнения расчетов представляется более правильным использовать своего рода "принцип суперпозиции", полагая что деформированное состояние сооружения при сейсмических воздействиях является результатом нескольких воздействий. Конечно, применение этого принципа для конструкций, деформирующихся в упругопластической стадии, нуждается в дополнительной аргументации, однако для оценочных расчетов он, по нашему мнению, может быть использован.

Практически предлагается выполнять несколько расчетных проверок на различные по характеру и виду воздействия. Например: на горизонтальные сейсмические воздействия по различным направлениям, на вертикальные сейсмические воздействия, на кручение вокруг вертикальной оси сооружений, на дополнительные усилия от вертикальных нагрузок с эксцентриситетом, возникающим в результате деформации здания и основания при сейсмических воздействиях.

4. Общие требования к объемно-планировочному и конструктивному решению зданий, проектируемых в сейсмоопасных районах. Антисейсмические швы

Взаимная связь стен, кроме армирования мест пересечения сетками, обеспечивается железобетонными (иногда армокирпичными или армокаменными) горизонтальными антисейсмическими поясами. Их приме­нение предложено К. С. Завриевым. Эти пояса устраиваются по всем продольным и поперечным (внутренним и наружным) стенам зданий на уровнях всех междуэтажных и чердачных перекрытий и надежно свя­зываются с ними, образуя единую замкнутую систему. Антисейсмиче­ские пояса играют большую роль в повышении сейсмостойкости камен­ных зданий. Их роль в следующем: 1) они улучшают взаимную связь стен; 2) усиливают кладку при работе ее в плоскости стены, препятст­вуя развитию в последней косых трещин; 3) усиливают пояса кладки в районах перемычек, помогая воспринимать возникающие в них усилия при действии на здания горизонтальных сил; 4) будучи связаны с пере­крытием повышают их жесткость и монолитность

Отростки поясов вместе с небольшими участками примыкающей к ним кладки легко вырываются из поперечных стен, после чего при следующем сейсмическом толчке неразвязанная в поперечном направлении продольная стена теряет

устойчивость  и  опрокидывается.

Пояса армируются продольной арматурой и связываются попереч­ными хомутами. В углах и пересечениях поясов рекомендуется уста­навливать косые стержни. Некоторые детали поясов показаны на рис. V-9. Верхние пояса, расположенные на уровне чердачного перекрытия, не зажаты весом вышележащих стен и поэтому без специальных мер по улучшению их связи со стеной могут быть при толчке сдвинуты по плоскости контакта с кладкой. Во избежание этого рекомендуется из пояса вверх и вниз на 25—30 см выпускать арматуру, располагая ее на расстоянии примерно 50 см друг от друга по длине стены. Была сделана попытка применить взамен монолитных сборные железобетонные пояса, однако распространение она пока не получила, что связано как с необ­ходимостью увеличения номенклатуры сборных изделий, так и с затруд­нениями при монтаже поясов, не исключающем при этом использование монолитного бетона для заполнения стыков.

Следует отметить, что при плохом сцеплении в кладке эффектив­ность поясов заметно снижается. Так, например, при землетрясении в Скопле были четко установлены взаимные горизонтальные сдвиги эта­жей, происходящие ло плоскостям поясов. Известные сомнения в этом отношении дали и исследования моделей, выполненные В. А. Быховским [V-l'2a]. При плохом сцеплении в кладке и высокой сейсмичности целе­сообразно усиление стен поясами дополнять включениями не вертикальной арматуры в растводе, а вертикальных железобетонных элементов. Такое мероприятие рекомендуется в Нормах ряда стран.

В том случае когда вертикальные элементы ставятся достаточно часто (на расстоянии 4,0—6,5 м) друг от друга, такое решение приводит к каркасной конструкции.

В настоящее время для перекрытий в зданиях с кирпичными и ка­менными стенами в основном применяются сборные железобетонные настилы — сплошные или многопустотные (с круглыми -пустотами).

5. Методы антисейсмического усиления зданий. Антисейсмические пояса. армирование узлов сопряжения стен. Вертикальные железобетонные включения в стенах.

Блоки марки не ниже 50 для наружных и внутренних стен преду­смотрены сплошными из бетона с объемным весом у= 1200ч- 1600 кГ/м3 (керамзитобетон, шлакобетон и др.)- Толщина блоков наружных стен в зависимости от их материала и расчетных температур — 50 или 60 см. Сантехнические блоки железобетонные.

Кладка стен предусмотрена в двух вариантах: двухрядной (при блоках весом до 3 Т) и четырехрядной (блоках весом до 1,5 Т). Пере­крытия из сборных крупных панелей опираются на наружные и внут­ренние продольные стены. Б поперечном направлении для повышения сейсмостойкости на участках с дверными .проемами устанавливаются сборные железобетонные рамы (рис. V-15, в). Соединение блоков внут-ренных стен между собой и с железобетонными рамами производится сваркой закладных деталей и замоноличиванием бетоном вертикальных пазов между блоками. Кроме этого, поверх каждого ряда блоков в межсекционных поперечных и внутренней продольной стенах устраи­ваются монолитные железобетонные обвязки, из которых выпускаются анкеры, заходящие примерно на 30 см в вертикальные швы выше и ниже расположенных блоков, что и обеспечивает образование шпонок, препятствующих сдвигу блоков одного ряда относительно другого.

Железобетонные пояса (рис. V-15, V-16) с двух сторон окаймляют сантехнические блоки поперечных стен лестничных клеток и одновремен­но связывают их с перекрытиями и продольными наружными стенами. Для связи наружных стен с перекрытиями из блоков перемычек запус­каются анкеры в обвязку; в обвязку заходят также анкеры, приварен­ные с помощью закладных деталей к плитам перекрытий. Между анке­рами, выпущенными из блоков-перемычек и плит перекрытий, пропус­кается продольная арматура диаметром 12 мм, связанная, кроме этого хомутами диаметром 6 мм, расположенными через 20 см друг от друга. После укладки с вибрированием бетона и установки вышерасположен­ных блоков обеспечивается хорошая связь между перекрытиями и стенами.

Детали   подвальных стен, фундамента и карниза, принятые в рассматривае­мом проекте.

Вертикальные стыки ме­ле ду блоками наружных стен заполняются теплым бето­ном марки не ниже 50, а между блоками внутренних стен _ тяжелым бетоном М100. Следует отметить, что в связи с большой усадкой бетона и температурными деформациями стен, а также в связи с их работой при не­больших (но значительно бо­лее частых, чем .с расчетной силой) землетрясениях, сце­пление между бетоном вер­тикальных швов и бетоном блоков со временем может быть нарушено, что снизит сопротивление стен верти­кальному сдвигу. Чтобы по­высить сопротивление сты­ков сдвигу, необходимо по­верхности блоков, образую­щих после монтажа верти­кальные -стыки, делать с уг­лублениями и выступами, как, например, показано на рис. V-1'8, а. Укладку бетона в стыки следует производить с вибрированием. При двух­рядной разрезке соединение соседних блоков сваркой за­кладных деталей следует осуществлять на трех уров­нях {вверху, внизу и посере­дине блока). При четырех­рядной разрезке вместо за­кладных деталей могут быть

использованы верти­кальные стержни по граням блока и арма­турные каркасы, укла­дываемые в горизон­тальные монтажные швы, как показано для наружных стен.

Вертикальные швы между  блоками должны заполняться  бетоном с тщательной предварительной   очисткой   и   смачиванием   поверхности пазов. Закладка вертикальных  стыков кирпичной кладкой или камня­ми   недопустима.

7. Требования к выполнению кирпичной кладки в сейсмических районах. Изделия и материалы. Категории кладки.

Каменная (в том числе кирпичная) кладка в несущих конструк­циях зданий, возводимых на сейсмически активных территориях, применяется уже много тысячелетий. Ни по одному виду строитель­ных конструкций нет столь многочисленных данных о поведении при землетрясениях, как по каменным сооружениям. К сожалению, эти данные еще мало обобщены, что ограничивает возможности реше­ния многочисленных задач при проектировании каменных сооруже­ний для сейсмических районов. Значительно меньше, чем, например, в области сейсмостойкости железобетона, может почерпнуть инже­нер-проектировщик и из экспериментально-теоретических исследо­ваний, объем которых применительно к конструкциям из кирпича и камня незаслуженно мал.

Методы расчета несущей способности каменных конструкций от­личаются большой степенью идеализации их реальных свойств и условий работы под действием сейсмических и других нагрузок. В какой-то степени несовершенство методов расчета компенсиру­ется повышенными коэффициентами запаса прочности, принимае­мыми при проектировании каменных конструкций, а также конструктивными ограничениями, которые предусматриваются нор­мами. Однако и при этих условиях о сейсмостойких каменных кон­струкциях можно говорить только, если обеспечивается надлежа­щее качество их выполнения по проектам, учитывающим их специ­фические особенности. Невыполнение этих условий ведет к разным повреждениям не только при сильных, но даже и при относительно слабых землетрясениях.

Каменные здания, применимые в сейсмических районах, отлича­ются сравнительно малыми периодами собственных колебаний. Для таких сооружений СНиП разрешает при определении сейсмических сил ограничиваться учетом только первого (основного) тона коле­баний. Величина последнего (в сек) при средних грунтовых услови­ях может быть приближенно найдена по эмпирической формуле

где п — число этажей в здании.

Так как согласно табл. 1.2 высота каменных зданий с несущи­ми стенами ограничивается 5 этажами, то у применяемых на прак­тике сооружений период Т\ обычно не превышает 0,3—0,4 сек, что по действующим нормам соответствует максимально возможной ве­личине р = 3 (или близкой к ней величине). По этому признаку ка­менные здания могут быть классифицированы как жесткие. Для зданий такого типа нормами СИиП разрешается не проводить спе­циальных расчетов величин р и т\, а определять их произведение п'О табл. IV. 1.

.уменьшение интенсивности  сейсмических  воздействии  в  связи с повышением плотности грунтов учитывается нашими нормами пу-

тем соответствующего снижения сейсмичности площадки (см. гл. I), Наоборот, при плохих грунтовых условиях сейсмичность площадки увеличивается.

Измерения колебания грунтов при землетрясениях показали, что для плотных грунтов максимальные интенсивности колебаний от­носятся к высоким частотам (близким частотам их собственных ко­лебаний), по мере же снижения плотности грунтов максимальные интенсивности сдвигаются в сторону низких частот.

Таким образом, при одном и том же землетрясении одинаковые по конструктивным решениям здания, будучи возведенными на раз-'ушчных основаниях, могут оказаться подвергнутыми различным сейсмическим воздействиям.

По данным К. Сюэхиро, при землетрясении 1923 г. в Токио жесткие здания перенесли его лучше в низменной части города, где основанием служили рыхлые аллювиальные отложения, чем в верх­ней, где основания были представлены плотными делювиальными грунтами [33]. Аналогичные факты были отмечены при землетрясе­нии в Северном Мюсаши (Япония) 1931 г. и Краснополянском (вблизи Сочи) землетрясении 1955 г. [9].

Идея смягчения сейсмического воздействия на жесткие кирпич­ные (каменные) здания в связи с податливостью основания была популярна у древних зодчих Средней Азии [3]. Имеются такие при­меры, когда между скальным основанием и фундаментом устраива­лись подушки из рыхлой земли и песка. Такова, например, конструк­ция мавзолея на горе Тахт и Сулейман (близ г. Ош Киргизской

Хотя примеры, говорящие в пользу строительства жестких со­оружений на податливых основаниях и, наоборот, податливых со­оружений на жестких основаниях, не единичны, все же, учитывая всё многообразие проявления землетрясений на поверхности зем­ли, пока трудно говорить о количественных рекомендациях в этом направлении.

Можно, например, указать такие районы, территория которых при одних (эпицентральных) землетрясениях подвергалась корот-копериодным колебаниям, а при других (с удаленными эпицент­рами) превалировали длиннопериодные колебания. В первом слу­чае более чувствительными будут жесткие сооружения, во втором— более гибкие.

Во время Калифорнийского землетрясения 1952 г. на террито­рии, удаленной от эпицентра, больше пострадали высокие (более гибкие) здания, тогда как вблизи — низкие [45].

За исключением некоторых частных случаев, СНиП предусматри­вает расчет зданий на действие только горизонтальных сейсмиче­ских сил. При удаленных эпицентрах величина вертикальных сей­смических воздействий мала и ею можно пренебречь, однако при эпицентральных землетрясениях вертикальные сейсмические силы могут быть достаточно большими. Возникающие при этом ускорения все же значительно меньше ускорения силы тяжести, и поэтому при толчке вниз сейсмические нагрузки, суммируясь с вертикальными нагрузками, действующими на здание до землетрясения, не вызы­вают опасных перенапряжений. Сейсмические силы, направленные вверх, уменьшают сжимающие напряжения, возникающие в сече­ниях до землетрясения, не меняя при этом знака этих напряжений. Такое воз-действие обычно не опасно для прочности металлических, железобетонных и деревянных сооружений. Для каменных же кон­струкций уменьшение продольных сжимающих напряжений а0 в сечениях горизонтальных швов приводит к снижению сопротивления сдвигу по швам Ясдв, что следует из известной формулы Кулона

Ren и / — касательное сцепление и коэффициент трения камня по

шву.

Снижается также сопротивление главным растягивающим на­пряжениям, в чем можно убедиться, используя формулу, рекомен­дуемую СНиП:

где #гл — сопротивление главным растягивающим напряжениям при разрушении по косой штрабе, зависящее от величи­ны сцепления раствора с камнем (кирпичом) в швах кладки.

По этой причине происходит и нежелательное увеличение экс­центрицитетов. Учитывая это, новые нормы требуют выполнять расчет каменных конструкций с учетом одновременного действия горизонтальных и вертикальных сейсмических сил.

. Опыт многочисленных землетрясений показывает, что одним из наиболее уязвимых мест в кладке являются сечения по швам, в которых сцепление часто оказывается недостаточным для обеспе­чения сопротивления сдвигу, разрыву или главным растягивающим напряжениям. Таким образом, величина сцепления — одна из ос­новных характеристик, определяющих сейсмостойкость кладки. По этому признаку СНиП делит все кладки в зависимости от достига­емого в них сцепления на три категории, приведенные в табл. IV.2,

Так как одним из параметров, определяющих сцепление в клад­ке, является марка раствора, то классификация кладок по катего­рии в СНиП производится с указанием минимальной марки раство­ра, при которой в этой кладке может быть достигнуто необходимое сцепление. Ниже, в табл. IV.3 и IV.4, приведены категории по сей­смостойкости для основных видов кладок бетона и бутобетона.