Фундамент для сейсмоустойчивого дома
После знаменитого Спитакского землетрясения в Армении в 1988 году, в СССР впервые всерьез занялись разработкой сейсмостойких жилых домов. Разумеется, речь шла о многоквартирных домах, поскольку строительство частных домов было фактически под запретом. Параллельно проходило районирование страны (выделение зон) по возможным силе и характеру землетрясений.
Большая часть территории СССР ( и России) находится в относительно благополучных с точки зрения сейсмики условиях. Большие участки Европейской части России, Сибири и Дальнего Востока находятся на стабильных массивах земной коры – так называемых платформах. И здесь вероятны только очень незначительные землетрясения, силой до четырех баллов. Большинство людей подобные колебания земной поверхности просто не ощущают. Зоны повышенной сейсмической активности – это молодые горные системы. Наиболее высока такая активность на побережье и островах Тихого океана. По счастью, население этих регионов России достаточно малочисленно, но землетрясение 1995 года на Сахалине, когда полностью был разрушен небольшой город Нефтегорск – пример того, как строительные методики СССР потерпели сокрушительное фиаско при испытании землетрясением, и привели к многочисленным человеческим жертвам.
Еще один регион с повышенной сейсмической опасностью – Кавказские горы. Кавказ – горы молодые, они постепенно растут. Правда, наибольшая активность данной зоны уже позади – об этом говорят потухшие вулканы Эльбрус и Казбек. Однако, наличие горячих источников, грязевых вулканов, достаточно частые небольшие землетрясения говорят о том, что геологические процессы Кавказских гор идут в постоянном режиме.
Кавказские горы занимают значительную часть Краснодарского края, проходя через всю его территорию с северо-востока на юго-запад. Все районы, находящиеся в пределах Кавказского хребта и его многочисленных отрогов, а так же полоса Черноморского побережья относятся к потенциально опасной сейсмической зоне. По прогнозам здесь возможны землетрясения до 8-9 баллов. С севера к Кавказским горам и их предгорьям примыкает обширная равнина, занимающая большую часть края. В основании этой равнины находится жесткая кристаллическая плита, являющаяся частью большой Восточно-Европейской (или Русской) платформы. Сверху плита покрыта большим слоем так называемых осадочных пород – глин, суглинков, песков. Этот материал принесен сюда многочисленными реками за много миллионов лет. На таком основании землетрясения маловероятны, если бы не активная зона Кавказа.
Северные районы края в этой ситуации находятся в благоприятной сейсмической зоне. Здесь землетрясения могут достигать максимальных значений в 5-6 баллов. Однако территория Краснодара и прилегающие районы относятся к зоне потенциальных восьмибалльных землетрясений. Как формируется зона землетрясения в этих районах? Очень примитивно можно описать этот процесс следующим образом. Горы растут на несколько миллиметров в год. Край плиты, на которой находится ряд районов края ( в т.ч. и Краснодар), упирается в активную зону роста. И горы в процессе подъема как бы тащат ее вверх. Возникает напряжение. В определенный момент, когда напряжение становится максимальным, плита «срывается» вниз – так возникает землетрясение. ( Мы примитивно воссоздали данную модель в домашних условиях – ЗДЕСЬ) Обычно ощущается 1-2 толчка, после чего землетрясение затухает. Ощутимые толчки происходят 1-2 раза в десятилетие. Чем более регулярно происходят мелкие, неразрушительные землетрясения, тем меньше вероятность того, что случится землетрясение катастрофическое. Малые землетрясения разряжают напряжения в земной коре, не давая накопиться разрушительному потенциалу. Как часто могут возникать крупные землетрясения на территории края? Ученые прогнозируют – раз в 5000 лет. Однако, такие прогнозы очень расплывчаты, и не хочется, чтобы прогнозируемый период пришелся именно на твою жизнь.
Как же построить здание, чтобы оно могло сопротивляться разрушительным силам Земли? Для многоэтажных зданий такие технологии детально прописаны. А как же быть с частными домами? Какие технологии при их строительстве применять? Да точно такие же, как и для высотных зданий, только применительно уже к более малым размерам.
Фундамент для дома. Мы уже писали о фундаментах для частных домов ЗДЕСЬ. Фактически, все виды фундаментов для дома, выполненные по технологии, достаточно сейсмостойки. Предпочтение же нужно отдать либо плитным, либо буронабивным их типам.
Стены. Материал стен не играет решающей роли в сейсмостойкости здания. Нужно лишь помнить, что стена должна представлять собой достаточно монолитную конструкцию. Т.е. кладку стен нужно обязательно армировать в соответствии с технологическими заданиями. Особое внимание – перемычкам над проемами. Наиболее надежны монолитные перемычки из армированного бетона. Следует помнить, что края перемычек должны заходить в толщу кладки не менее, чем на 15 см. с каждой стороны проема.
Армопояса. По окончании кладки каждого этажа, заливается монолитный армированный пояс – сплошная железобетонная балка по несущим стенам. Размеры этой балки в сечении должны быть не менее 15х15 см. Такой пояс удерживает стены при землетрясении от сваливаний внутрь строения или наружу. Если у вас одно- двухэтажный этажный дом, то для создания сейсмической защиты можно обойтись только армопоясами.
Пространственный монолитный каркас. Если же вы строите частный дом выше двух этажей, рекомендуется возводить при его строительстве монолитный железобетонный каркас. Т.е. до начала работ по кладке, выводится корпус здания из монолитных колонн и перекрытий, а уж затем пустоты заполняются кладочным материалом с обязательным порядным армированием. Ряд архитекторов с целью повышения сейсмостойкости создают т.н. сейсмостойкое ядро здания. Т.е. часть здания в центре отливается сплошным монолитом, а к нему привязываются все основные конструкции. Идея неплохая, но, во-первых, дорогостоящая, а, во-вторых, с нашей точки зрения – избыточная. Хотя некоторые идут еще дальше. И проектируют полностью монолитные дома. Но это уже явный перебор.
Достаточно большую роль в сейсмической устойчивости здания играет и его форма. Вообще говоря, оптимально в этом плане строительство круглых частных домов ( и мы такой один построили, см. здесь). Но по понятным причинам строительство таких домов – эксклюзив. Из более распространенных проектов дома близкие к квадрату в плане обладают большей сейсмической стойкостью. Эркеры, нависающие элементы, балконы – сильно понижают сейсмическую стойкость сооружения и при строительстве требуют специальных решений ( а, соответственно, и затрат).
При землетрясениях колебания земной коры происходят не только вверх-вниз, но и по горизонтали. Так вот горизонтальные колебания поверхности зачастую опаснее вертикальных.
Как решение проблемы гашения горизонтальных сейсмических волн, Юрий Домбровский в своей книге «Факультет ненужных вещей» предложил окружать строение на некотором удалении рвом глубиной до основания фундамента (или глубже) и шириной не менее 1 м. Такой ров гасит горизонтальные колебания, и увеличивает сейсмостойкость здания в разы. Конечно, иметь такой ров в плане – не эстетично. Но полость может быть заполнена легким материалом (например, керамзитом), либо накрыта сверху. Стилизация под замковый ров с водой тоже подойдет.
И еще один ( не дешевый) прием повышения сейсмостойкости. Если у вас в доме запланирован бассейн, то оптимально будет расположить его по центру первого (или цокольного) этажа здания. В этом случае при землетрясении линза воды за счет встречных колебаний будет гасить сейсмические волны.
Итак, при строительстве частного дома следующие мероприятия позволят вам не бояться землетрясений:
-надежный фундамент для дома;
-армированная кладка стен;
-пространственный железобетонный каркас.
Стройте, и не бойтесь землетрясений!
Накануне 2015 г. один из клиентов заказал нам строительство частного дома с сейсмически устойчивым фундаментом. Этот фундамент для дома ему обошелся ровно на один миллион рублей дороже стандартного ленточного. Ну что же, за сейсмическую устойчивость здания нужно платить!
Источник
Сейсмостойкий фундамент (варианты)
Фундамент включает верхнюю и нижнюю опорные части. Каждая опорная часть выполнена в виде плиты или ряда плит, расположенных с зазором в горизонтальной плоскости. Смежные поверхности плит опорных частей имеют полусферические выемки, расположенные по вершинам равностороннего треугольника. Между смежными полусферическими выемками расположены опорные подвижные элементы в виде шаров, радиус которых меньше радиуса полусферических выемок. Между фундаментными плитами по их периметру установлены гидравлические демпферы в количестве не менее трех, расположенные таким образом, что их продольные оси не пересекаются в одной точке в вертикальной плоскости. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к гражданскому, промышленному и сельскому строительству и может быть использовано при строительстве сооружений и зданий различного назначения, возводимых в районах с высокой сейсмической активностью как на свайных фундаментах, так и фундаментах на естественном основании.
Известен сейсмический фундамент, содержащий верхнюю и нижнюю фундаментные плиты, между которыми расположены верхняя и нижняя опорные части, смежные поверхности которых имеют полусферические выемки,причем выемки нижней опорной части заполнены вязкой жидкостью, опорные подвижные элементы в виде шаров, расположенные между смежными полусферическими выемками и погруженные в вязкую жидкость, причем радиус шаров меньше радиуса полусферических выемок (авт.св. СССР N 607890, кл. Е 02 D 27/34, 1976).
Известен также сейсмостойкий фундамент, содержащий верхнюю и нижнюю фундаментные плиты, между которыми расположены верхняя и нижняя опорные части, смежные поверхности которых имеют по три полусферических выемки, расположенные в один ряд, опорные подвижных элементы в виде шаров, расположенные между смежными полусферическими выемками, причем радиус шаров меньше радиуса полусферических выемок, и демпфирующие элементы, выполненные в виде футеровок из фрикционного материала и закрепленные на смежных горизонтальных поверхностях верхней и нижней опорных частей (авт.св. СССР N 920115,кл. Е 02 D 27/34, 1976). Однако известные фундаменты не позволяют в достаточной степени гасить резонансные колебания фундамента в горизонтальной плоскости, возникающие при сейсмических толчках.
Сущность изобретения заключается в том, что для обеспечения более эффективного гашения резонансных колебаний фундамента в горизонтальной плоскости эа счет преобразований горизонтальных колебаний в вертикальные в заявленном сейсмостойком фундаменте, содержащем верхнюю и нижнюю фундаментные плиты, между которыми расположены верхняя и нижняя опорные части, смежные поверхности которых имеют полусферические выемки, опорные подвижные элементы в виде шара, расположенные между смежными полусферическими выемками, причем радиус шаров меньше радиуса полусферических выемок и демпфирующие элементы, отличием является то, что верхняя и нижняя опорные части выполнены каждая в виде плиты, полусферичекие выемки для шаров расположены по вершинам равностороннего треугольника, а в качестве демпфирующих элементов установлены гидравлические демпферы и расположены между фундаментными плитами по их периметру в количестве не менее трех таким образом, что их продольные оси не пересекаются в одной точке в вертикальной плоскости.
Вариант выполнения заявленного сейсмостойкого фундамента отличается тем, что верхняя и нижняя опорные части выполнены каждая в виде ряда, плит, расположенных с зазором в горизонтальной плоскости, на каждое из которых полусферические выемки для шаров расположены по вершинам равностороннего треугольника, а в качестве демпфирующих элементов установлены гидравлические демпферы и расположены между фундаментными плитами по их периметру в количестве не менее трех таким образом, что их продольные оси не пересекаются в одной точке в вертикальной плоскости.
Изобретение поясняется чертежами: фиг.l вариант выполнения сейсмостойкого фундамента с опорными частями, выполненными в виде одной плиты каждая; фиг.2 paзpез А-А на фиг.1; фиг.3 фундамент под действием сейсмического толчка; фиг.4 вариант выполнения сейсмостойкого фундамента с опорными частями в виде ряда плит каждая; фиг.5 разрез Б-Б на фиг.4.
Сейсмостойкий фундамент содержит верхнюю фундаментную плиту 1 и нижнюю фундаментную плиту 2, расположенные между ними верхнюю опорную часть 3 и нижнюю опорную часть 4, выполненные в виде одной плиты каждая или ряда плит, расположенных с зазором в горизонтальной плоскости, смежные поверхности которых имеют полусферические выемки 5, расположенные по вершинам равностороннего треугольника. Между смежными полусферическими выемками 5 расположены опорные подвижные элементы в виде шаров 6, радиус которых меньше радиуса полусферических выемок 5. Между фундаментными плитами 1 и 2 по их периметру установлены гидравлические демпферы 7 в количестве не менее трех, которые расположены таким образом, что их продольные оси не пересекаются в одной точке в вертикальной плоскости. Демпферы 7 прикреплены к нижней фундаментной плите 2 с помощью упоров 8.
Изобретение работает следующим образом. При сейсмическом воздействии на фундамент нижняя опорная часть вместе нижней фундаментной плитой 2 сдвигается в направлении толчка. Верхняя опорная часть 3 вместе с фундаментной плитой 1 сохраняет инерцию покоя в горизонтальной плоскости за счет прокатывания шаров 6 по поверхности полусферических выемок 5. При этом горизонтальная составляющая сейсмической нагрузки на верхнюю опорную часть 3 фундамента значительно снижается вследствии того, что подвижная система элементов фундамента испытывает трение качения и энергия горизонтальной составляющей сейсмической нагрузки расходуется на подъем здания.
После завершения подвижки нижней опорной части 4 с нижней фундаментной плитой 2 оси полусферических выемок 5 и оси шаров 6 оказываются смещенными относительно оси шара. Скатная составляющая нагрузки от массы здания, возникающая при этом, действует в направлении противоположном направлению действия горизонтальной составляющей сейсмической нагрузки. Под воздействием скатной составляющей массы здания верхняя опорная часть 3 вместе со зданием начинает ускоренное движение по поверхности полусферических выемок в обратном направлении. При совпадении в этот момент направления воздействия нового сейсмического толчка с направлением скатывания происходят резонансные колебания. Для исключения резонансных колебаний установлены гидравлические демпферы 7 с регулируемым сопротивлением. В момент скатывания верхней опорной части 3 фундамента сопротивление демпфера 7 движению в горизонтальной плоскости максимальное, в момент подъема минимальное.
Расположение шаров по вершинам равностороннего треугольника позволяет равномерно распределить вертикальные и горизонтальные нагрузки на каждый шар 6.
Выполнение опорных частей 3 и 4 в виде ряда плит позволяет воспринимать фундаменту любые по величине и направлению нагрузки.
Размещение демпферов 7 в количестве не мене трех на фундаменте создает возможность гасить резонансные колебания в горизонтальной плоскости любого направления. Для гашения крутильных колебаний продольные оси демпферов 7 не должны пересекаться в одной точке в вертикальной плоскости.
1. Сейсмостойкий фундамент, содержащий верхнюю и нижнюю фундаментные пииты, между которыми расположены верхняя и нижняя опорные части, смежные поверхности которых имеют полусферические выемки, опорные подвижные элементы в виде шаров, расположенные между смежными полусферическими выемками, причем радиус шаров меньше радиуса полусферических выемок, и демпфирующие элементы, отличающийся тем, что верхняя и нижняя опорные части выполнены каждая в виде плиты, полусферические выемки с шарами расположены по вершинам равностороннего треугольника, а в качестве демпфирующих элементов установлены гидравлические демпферы и расположены между фундаментными плитами по их периметру в количестве не менее трех так, что их продольные оси не пересекаются в одной точке в вертикальной плоскости.
2. Сейсмостойкий фундамент, содержащий верхнюю и нижнюю фундаментные плиты, между которыми расположены верхняя и нижняя опорные части, смежные поверхности которых имеют полусферические выемки, опорные подвижные элементы в виде шаров, расположенные между смежными полусферическими выемками, причем радиус шаров меньше радиуса полусферических выемок, и демпфирующие элементы, отличающийся тем, что верхняя и нижняя опорные части выполнены каждая в виде ряда плит, расположенных с зазором в горизонтальной плоскости, на каждой из которых полусферические выемки с шарами расположены по вершинам равностороннего треугольникам, а в качестве демпфирующих элементов установлены гидравлические демпферы и расположены между фундаментными плитами по их периметру в количестве не менее трех так, что их продольные оси не пересекаются в одной точке в вертикальной плоскости.
Источник