Основные сведения.

Лекция № 8

Фундаменты в условиях сейсмических воздействий.

Основные сведения.

Землетрясения возникают из-за очень быстрого освобождения огромной энергии в гипоцентре, расположенном на глубине в десятки и сотни километров. От гипоцентра во всех направления распространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмическими волнами (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1. Схема распространения колебаний при землетрясении:

1-направление колебаний продольных волн; 2- то же, поперечных; 3- то же, поверхностных; V- составляющая вертикальных колебаний; H- то же, горизонтальных

Различают: продольные волны, вызывающие сжатие и растяжение горных пород в направлении их распространения; поперечные, вызывающие деформации сдвига, и поверхностные (волны Рэлея), приводящее к наиболее сильным колебаниям поверхностного слоя земли. Максимальные амплитуды колебаний возникают в эпицентре – точке поверхности, непосредственно расположенной над очагом землетрясения.

Распространяясь в земной коре, эти волны претерпевают на границах слоев разной плотности преломление, отражение, по-разному затухают с увеличением расстояния от гипоцентра, поэтому траектория движения точек поверхности земли во время землетрясения имеет очень сложный характер.

Поверхность земли при землетрясении испытывает горизонтальные и вертикальные колебания. Вертикальные колебания существенны для сооружений вблизи зоны эпицентра. По мере удаления от нее они затухают быстрее и основную опасность представляют горизонтальные колебания.

Опасные в сейсмическом отношении районы расположены вдоль южной границы СНГ от Карпат, включая Крым, Кавказ, Среднюю Азию и Забайкалье, до Приморья и Сахалина, распространяются на Якутию, Магаданскую область, Камчатку и Алеутские острова.

На строительство в сейсмических районах приходится около 25% капитальных вложений, причем доля стоимости фундаментов в этих районах относительно выше, чем у аналогичных сооружений в несейсмических районах.

Для оценки мощности сейсмического воздействия и для правильного выбора антисейсмических мероприятий в строительной практике пользуются шкалой землетрясений, определяемой балльностью территории или строительной площадки. Сила землетрясений оценивается по 12-ти балльной шкале. Строительство сооружений разрешается только в районах с интенсивностью сейсмического воздействия не более 9 баллов, и, как исключение, на площадках с сейсмичностью более 9 баллов. При силе землетрясения менее 7 баллов основания можно проектировать без учета сейсмических воздействий.

Карты сейсмического районирования территории бывшего СССР приведены в приложении к СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах». Там же приводятся данные о повторяемости землетрясений, которые необходимо учитывать при проектировании. Сейсмичность определенной площадки строительства зависит как от сейсмичности района, в котором она находится, так и от вида и состояния слагающих ее грунтов (таблица 8.1.).

Таблица 8.1

Сейсмичность строительной площадки

Категории грунта по сейсмическим свойствам	Сейсмичность площадки строительства при сейсмичности района, баллы
I
II
III			>9

К первой категории относят: скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые оттаявшие), невыветрелые и слабовыветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные вечномерзлые грунты при температуре - 2°С и ниже при строительстве и эксплуатации по принципу сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии (принцип I).

Ко второй категории – скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые (кроме отнесенных к I категории); пески гравелистые крупные и средней крупности плотные и средней плотности маловлажные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности маловлажные; глинистые грунты с показателем консистенции I_L 0.5 при коэффициенте пористости е < 0,9 для глин и суглинков и е < 0,7 для супесей; вечномерзлые нескальные грунты при температуре выше -2°С при строительстве и эксплуатации по принципу I.

К третьей категории –пески рыхлые независимо от крупности и влажности; пески гравелистые, крупные и средней крупности, мелкие и пылеватые, не вошедшие во II категорию; глинистые грунты, также не вошедшие во II категорию; вечномерзлые нескальные грунты при строительстве по принципу допущения оттаивания грунтов основания (принцип II).

При определенных условиях (неоднородный состав грунтов, особая ответственность сооружений и др.) сейсмичность площадки может быть повышена в соответствии с указанием СНиПа.

Основные положения расчета и проектирования сейсмостойких фундаментов.

Сейсмостойкостью называется способность конструкции не разрушаться, не терять устойчивость формы и не опрокидываться при действии на эту конструкцию, кроме обычных нагрузок, инерции (сейсмических) сил, возникающих при землетрясении.

Фундаменты в этих условиях играют двоякую роль. Во-первых, они передают на сооружение колебания грунта, т. е. являются источником колебаний строительных конструкций, а возникающие при этом силы инерции и создают так называемую сейсмическую нагрузку. Во-вторых, фундаменты, являясь частью сооружения, должны воспринимать без разрушения сейсмическую нагрузку и пе­редавать ее на основание, обеспечивая общую устойчивость и про­чность системы «сооружение — основание».

В соответствии с этим СНиП 2.02.01 — 83* предусматривает, что проектирование оснований с учетом сейсмических воздействий должно выполняться на основе расчета по несущей способности на особое сочетание нагрузок и воздействий. Предварительные раз­меры фундаментов допускается определять расчетом основания по деформациям на основное сочетание нагрузок, предусмотренным главой «Основания зданий и сооружений» СНиП 2.02.01 — 83* без учета сейсмических воздействий.

Расчет по несущей способности оснований производится для обеспечения прочности скальных и устойчивости нескальных грун­тов, а также для исключения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Выполнение этого расчета обеспечивает сохран­ность строительных конструкций, выход которых из строя угрожает обрушением здания или его частей. В то же время допускаются повреждения элементов конструкций, не угрожающие безопасно­сти людей и сохранности оборудования, поэтому деформации основания могут превышать предельные значения и при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий не рассчиты­ваются.

Глубина заложения фундаментов при грунтах I и II категорий по сейсмическим свойствам принимается такой же, как и для несейс­мических районов. При грунтах III категории рекомендуется при­нимать специальные меры для улучшения основания (водопониже­ние, искусственное упрочнение грунтов). Для зданий повышенной этажности (более 5 этажей) рекомендуется увеличивать глубину заложения фундаментов устройством подвальных этажей. При этом целесообразно располагать подвалы под всеми отсеками сооруже­ния.

Следует иметь в виду, что площадки строительства с крутизной склонов более 15°, близостью плоскостей сбросов, сильной нарушенностью пород физико-геологическими процессами, просадочностью грунтов, осыпями, обвалами, плывунами, оползнями, карс­том, горными выработками, селями являются неблагоприятными в сейсмическом отношении. При необходимости строительства на таких площадках следует принимать дополнительные меры к укре­плению грунтов и усилению конструкций сооружений.

При строительстве в сейсмических районах применяются как фундаменты на естественных основаниях, так и свайные фундамен­ты. Ниже рассматриваются основные положения расчета примени­тельно к фундаментам на естественных основаниях.

Дата добавления: 2015-07-07