Сейсмозащитные устройства: актуальные проблемы сейсмобезопасности
Шрифт:
Целесообразно в СНиПе указать на назначение и возможности расчетных методов, чтобы избежать ошибок в их применении даже при благородном стремлении улучшить результаты исходя из традиционных соображений.
Об эффекте применения пространственных фундаментных платформ на скользящем слое [6–8]. Проект норм содержит указания об учете крутильных сейсмических воздействий на здание, абстрагируясь при этом от типа фундамента здания, т. е. не учитывая конкретную связь между источником возмущения (основанием) и зданием. В ряде случаев это приводит к ошибке. Если эти связи упругие или скользящие с низким коэффициентом трения, например, если здание
Действительно, известно (в проекте норм и литературе), что важнейший из общепризнанных принципов сейсмостойкого строительства состоит в том, что «объемно-планировочные и конструктивные решения зданий и сооружений должны удовлетворять условиям симметрии и равномерного распределения жесткостей и масс. Предпочтение следует отдать конструктивным системам с малым шагом несущих элементов, меньшим количеством проемов, их малыми размерами и симметричным расположением. Здания сложной, неправильной формы при землетрясениях подвергаются дополнительным крутильным воздействиям, что резко увеличивает их повреждаемость» [9].
Можно утверждать, что данный принцип справедлив при традиционных фундаментах под здания (сооружения), при которых на фундамент и верхнее строение передаются горизонтальные смещения основания от сейсмических воздействий. Это особенно чувствительно для большепролетных зданий и зданий большой протяженности в плане на отдельных, не связанных между собой фундаментах, плотно соединенных с основанием. Иная ситуация имеет место при сплошных фундаментных платформах (ПФП) на скользящем слое. Здесь, во-первых, работает эффект существенного снижения передачи на фундамент больших горизонтальных сейсмических смещений, а во-вторых, более равномерно распределяются эти воздействия на все здание [1–4]. При этом, например, снижается или вовсе не возникает опасность крутильных деформаций.
Таким образом, применение ПФП на скользящем слое дает большую свободу объемно-планировочному и конструктивному формообразованию зданий и сооружений, т. е. расширяются возможности строительства и повышается его сейсмобезопасность.
Несоблюдение в проекте норм системного проектирования «здание – фундамент – основание», а также неучет конкретных типов фундаментов, сейсмоизоляции и защитных устройств может привести к недоразумениям, которые ставят новые эффективные научно-технические разработки вне этих норм и не способствуют их внедрению. В этой связи целесообразно перенести в предисловие к нормам (из пояснительной записки) оценку нынешнего, к сожалению, положения: существующие методы расчетов на сейсмические воздействия не в полной мере обеспечивают надежное определение напряженно-деформированного состояния элементов конструкций здания, и некоторые инженерные решения вообще принимаются не по расчету, а по конструктивным соображениям.
Для обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений должна активно работать инженерная мысль!
2.2. «Фундаментальный парадокс»
Прямая и противоположная функции фундаментов. Известно
Назовем это прямой задачей расчета и проектирования фундамента, нагружаемого расчетной нагрузкой. Большинство зданий построено по этой схеме.
Существует и противоположная задача, в которой динамическое возбуждение (например, сейсмическое воздействие) основания через фундамент воздействует и на верхнее строение. В такой постановке теория фундаментостроения практически не разработана и должным образом не обсуждается. Конечно, это весьма сложная задача, усугубленная неясностями характера сейсмического воздействия (импульсного, волнового, колебательного). Ее стремятся упростить. Например, при нормативном спектральном методе расчета на сейсмостойкость фундамент наделяют абсолютными свойствами (заделки) и не учитывают деформативность основания.
«Фундаментальный парадокс». Возник парадокс: запроектированные по прямой задаче фундаменты под здания в случае сейсмики должны выполнить противоположную функцию, на которую они не рассчитаны. И если в прямой задаче стремятся добиться более плавной, равномерной работы фундамента и здания, то в противоположной задаче, вероятно, имеет место неравномерность передачи воздействий от фундамента на части здания с негативными последствиями (разрушение).
В практике проектирования в соответствии с нормативным положением, к сожалению, не используется указанная противоположная постановка, а ориентируются на создание фундамента по прямой задаче и не учитывают свойства конкретного типа фундамента в расчетах на сейсмичность.
Фундамент, работающий и запроектированный от действия нагрузок сверху вниз, не может быть эффективным при действии нагрузки (сейсмики) совершенно другого вида (снизу вверх). Традиционно расчеты снизу вверх не планируются и не осуществляются.
Теория и возможность таких расчетов, и это факт, в научной литературе даже не обсуждались, а в нормативах замалчиваются.
Таким образом, традиционная практика в сейсмостойком строительстве фактически использует фундаменты, которые не предназначены для эффективной работы верхнего строения. Таковы парадоксальные факты и соответствующие последствия.
Недооценка роли фундамента. Сейсмостойкое строительство страдает от несистемности разработок. Подобная недооценка роли фундамента, к сожалению, имеет место не только в нормах, но и ряде исследований зданий на сейсмичность [11–14]. Например, в ряде работ, доказывающих эффективность сейсмоизоляции, проводится анализ, но без рассмотрения свойств конкретных фундаментов и основания (даже не упоминается о них).
Работа [11] принципиально правильно ориентирует на изучение сейсмических разрушений как на надежную информацию о характере разрушительного воздействия (не колебательного, а ударно-волнового), о чем свидетельствуют срезы колонн и косые трещины в простенках. Но при этом, к сожалению, не рассматривается и не анализируется тип фундамента, который является проводником (передающим устройством) разрушительного сейсмического воздействия. Можно предположить, что сделанные в [11] выводы имеют место при традиционных фундаментах, передающих сдвиговые сейсмические воздействия на верхнее строение.