Денисов Орест Григорьевич
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
(С ЭЛЕМЕНТАМИ ГРУНТОВЕДЕНИЯ
И МЕХАНИКИ ГРУНТОВ)
*** 1968 ***
|
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ
В ряде районов СССР можно наблюдать явления сейсмического характера, вызываемые землетрясениями. Силы, возникающие при землетрясениях (сейсмические силы), в той или иной степени разрушают грунты основания, фундамент и иногда все здание. Комплекс мероприятий для создания более устойчивых oi землетрясений зданий и сооружений носит название антисейсмических. Эти мероприятия должны выполняться в соответствии с действующими нормами и инструкциями [80] и базироваться на следующих основных принципах: 1) компоновка зданий и сооружений и расстановка их отдельных конструктивных элементов должны иметь равномерное распределение масс и жесткостей, облегченные собственные веса и низко расположенный центр тяжести элементов; 2) несущие нагрузку конструктивные элементы должны быть равнопрочны и не иметь слабых узлов; 3) у железобетонных и металлических конструктивных элементов необходимо предусматривать образование в узлах пластических шарниров; 4) сборные конструкции должны быть замоноличены; 5) сейсмостойкость зданий должна обеспечиваться рациональным проектированием и качественным выполнением строительных работ. Для оценки силы землетрясения и для правильного назначения антисейсмических мероприятий в зданиях и сооружениях в строительной практике СССР пользуются шкалой землетрясений, по которой можно определить их силу в пределах от 6 до 9 баллов (землетрясения с силой до 5 баллов существенного значения для строительства не имеют и согласно нормам не учитываются). Здания и сооружения под действием глубинных продольных, поперечных и поверхностных волн, развивающихся во время землетрясений, приходят в движение, следуя колебаниям земной коры. В процессе этих колебаний в зданиях и сооружениях развиваются инерционные и импульсивные силы, которые равны произведению массы вовлеченного в движение тела на ускорение этого движения. Если периоды собственных колебаний здания или его отдельных частей близки к периодам сейсмических колебаний, то при условии постоянства этих периодов будет иметь место резонанс с последующим разрушением здания. Наибольшая степень разрушения происходит при неблагоприятных грунтах, насыщенных водой (гравийных, песчаных и глинистых); при недостаточно заглубленных фундаментах, а также при малом сечении несущих стоек. Одним из важнейших условий устойчивости зданий в сейсмических районах является возведение их на прочном фундаменте. В этом случае лучше применять сплошной монолитный фундамент в виде железобетонной плиты или монолитные железобетонные ленточные фундаменты. Как показывает практика, характер разрушений однотипных зданий в одном и том же месте зависит от местных геологических и гидрогеологических условий. Поэтому сама горная порода и характер ее залегания являются весьма важным фактором, который необходимо учитывать при возведении сооружений в сейсмических районах. Малопригодными для строительства считаются участки, подверженные обвалам и оползням, имеющие геологические деформации, занятые болотами, озерами и рыхлыми грунтами, насыщенными водой, крутые косогоры, за исключением участков со скальными породами. По воздействию сейсмических сил на сооружения и назначению необходимых строительных мероприятий сейсмические районы делятся на три группы: районы с балльностью 6 и менее; районы с балльностью 7—8 и районы с балльностью 9. Кроме балльности района, в соответствии с действующими нормами и правилами строительства в сейсмических районах устанавливается категория промышленных и гражданских зданий и сооружений, а также расчетная сейсмичность (табл. 53). Таблица 53 Характеристика зданий и сооружений Расчетная сейсмичность при сейсмичности района в баллах Расчет ведется в предположении статического действия сил инерции. Приложение этих сил принимается в соответствии с распределением нагрузок в наиболее невыгодном положении для рассчитываемого элемента конструкции. При расчете подпорных стенок и стен подвальных помещений учитываются горизонтальные сейсмические силы от веса самой стены и веса земли, лежащей на уступах стены. Коэффициент устойчивости на опрокидывание и скольжение не должен быть менее 1,1. Угол трения боковых плоскостей кладки по грунту принимается равным нулю. Импульсивные силы принимаются направленными так, чтобы они вызывали срез или растяжение анкерных соединений. Величина этих сил определяется по формуле На основе опытных наблюдений за разрушениями зданий сделан следующий вывод: разрушение сооружений, расположенных на одинаковых по своим свойствам грунтах, происходит лишь в том случае, когда скорость колебания грунта превосходит величину скорости, характерную для данного типа сооружений. Поэтому именно скорость колебаний частиц грунта является важнейшей характеристикой разрушительной способности землетрясений. Однако лишь одна величина скорости колебаний сооружений будет недостаточна для суждения о степени ее опасности для сооружения, так как эффект разрушения, очевидно, будет зависеть не только от интенсивности колебаний, но и от свойств самого сооружения. Точный учет всех свойств, влияющих на сопротивляемость (сейсмостойкость) сооружения колебаниям, чрезвычайно затруднителен. При приближенной оценке возможных разрушений надлежит из числа всех факторов, определяющих сейсмичность, выбрать лишь наиболее существенные. Характеристика сейсмостойкости сооружения должна учитывать важнейшие свойства конструкций и материалов сооружений. Этим свойствам соответствуют собственные или свободные колебания сооружения. СТРОИТЕЛЬСТВО НА ИЛОВАТЫХ И ПЛЫВУННЫХ ГРУНТАХ Илами называются глинисто-коллоидные грунты, образовавшиеся в начальной стадии своего формирования в виде структурного осадка в воде при участии гидробиологических процессов, имеющие влажность большую, чем влажность на границе их текучести и коэффициент пористости больше единицы (е1). Органо-минеральные коллоиды как основная часть илистых грунтов очень чувствительны к электролитам, обладают способностью к обратимости набухания и коагуляции, а при постоянном действии электротока в них происходят явления электроосмоса и электрофореза. Коллоидные частицы окружены толстыми водными оболочками осмотически связанной воды, объем которой может превышать объем самих минеральных частиц. Илистые отложения чаще всего имеют губчатую структуру. Илы делятся на современные (менее уплотненные) и древние (более уплотненные). Они могут быть пресноводными и морскими. Последние при расслоении становятся весьма неустойчивыми, подвергаются оползневым явлениям, превращаясь в плывунные грунты. Проф. А. Ф. Лебедев разделил плывуны на две категории: 1) истинные плывуны, у которых проявление плывунных свойств зависит не только от гидрогеологического режима, но и от структурных признаков грунта (наличие ультраколлоидов и т. д.); 2) псевдоплывуны, представляющие собой обыкновенные тонкозернистые пески или другие виды грунтов, у которых появление плывунных свойств зависит от гидрогеологического режима. Говоря о категориях плывунов, нужно помнить, что истинные плывуны — это свойство некоторых тиксотропных грунтов, а псевдоплывуны — это состояние для многих грунтов. Признаками, указывающими на склонность грунта переходить в плывунное состояние, являются высокая пористость (43—45%) и механический состав, в котором две преобладающие фракции резко отличаются по величине диаметра частиц (dt : d220). Иловато-плывунным грунтам присуще тиксотропное преобразование, т. е. разжижение при действии внешней нагрузки на грунт с нарушением структурных связей и превращение их в первоначальное структурообразование после прекращения этого воздействия. Структурные связи в илах начинают разрушаться при незначительных внешних нагрузках, и при определенной величине внешнего давления их разрушение начинает происходить лавинно с резким снижением прочности грунта. После лавинного разрушения связей механические свойства илистых грунтов меняются. Коэффициент сжимаемости резко меняется и находится в криволинейной зависимости от величины внешнего давления. |
