Различные факторы, такие как хрупкие колонны, элементы жесткости, гибкий первый этаж, короткие колонны, формы, размеры, этажность, тип фундамента, расположение соседних зданий, структурные схемы и т.д. влияют на степень повреждений зданий во время землетрясений.
Эти факторы, влияющие на степень повреждений, которые испытывает сооружение во время землетрясения, обсуждаются.
Разрушение зданий в результате землетрясений
Факторы, влияющие на степень повреждения зданий при землетрясениях
К факторам, влияющим на степень повреждения сооружений при землетрясениях, относятся:
Отклонение между проектным и фактическим спектром отклика
Неправильная оценка характеристик ожидаемого землетрясения, используемая при проектировании конструкции, является наиболее распространенным и критическим фактором повреждения зданий. Однако это не единственный фактор, поскольку существуют определенные особенности конструкции, которые могут быть слабым местом в сейсмическом плане.
Спектр проектных реакций
Хрупкие колонны
Сообщается, что большинство конструкций, разрушенных во время землетрясения, разрушаются из-за разрушения колонн. Колонна может разрушиться из-за разрушения бетона в результате циклической нагрузки и недостаточного количества связей, установленных в колонне в критических местах.
Хрупкое разрушение колонны
Асимметричное расположение элемента жесткости в плане
Стержни в конструкциях являются основным элементом жесткости, и их расположение относительно здания влияет на поведение конструкции во время землетрясений и, в конечном итоге, на степень повреждения. Тем не менее, сообщается, что небольшой процент разрушенных зданий был вызван эксцентриситетом сердечника лестницы и лифтов.
Гибкий первый этаж
Гибкий первый этаж – это еще один фактор, способствующий повреждению конструкции во время землетрясения.
Когда жесткость резко снижается на определенном уровне конструкции, то напряжения на конструктивных элементах гибкого этажа увеличиваются и впоследствии разрушаются. Таким образом, наличие мягкого этажа увеличивает степень сейсмического разрушения конструкции.
Гибкий первый этаж делается, когда этот этаж используется в коммерческих целях и необходимо обеспечить широкие пространства.
Гибкий первый этаж многоэтажной конструкции, который может привести к разрушению конструкции во время землетрясения
Проблема мягких этажей во время землетрясения
Короткие колонны
Разрушение коротких колонн в результате землетрясения встречается реже, чем разрушение обычных колонн. Однако короткая колонна может разрушиться при сдвиге взрывным образом и в конечном итоге привести к разрушению конструкции.
Короткая колонна в здании
Форма плана этажа
Показано, что квадратная форма плана этажа демонстрирует наилучшее сейсмическое поведение по сравнению с другими формами, такими как X, I и +. Поэтому степень сейсмического повреждения здания зависит от формы плана перекрытия.
Форма здания в плане
Доказано, что здания с регулярными верхними этажами демонстрируют лучшую сейсмическую реакцию по сравнению со зданиями, верхние этажи которых имеют форму отступа.
Перекрытия, опирающиеся на колонны без балок
Система плоских перекрытий является значительно уязвимой структурной системой и не обладает удовлетворительной устойчивостью к сейсмическим воздействиям. Такая структурная система значительно гибкая и имеет низкую пластичность.
Поэтому EC8 не допускает использование плоских перекрытий, если не используются другие сейсмостойкие конструкции, такие как стены со сдвигом и гибкие рамы.
Система плоского перекрытия
Повреждения сооружений в результате предыдущих землетрясений
Здания, получившие повреждения определенного типа в результате предыдущих землетрясений, будут испытывать тот же режим разрушения, если технология ремонта не была проведена должным образом.
Установлено, что сооружения, отремонтированные давно, подвергаются тем же повреждениям, но это реже встречается в недавно отремонтированных сооружениях. Это объясняется тем, что методы ремонта развились, и, следовательно, их воздействие более глубокое.
Железобетонные здания с рамной конструктивной системой
Каркасная конструктивная система является источником уязвимости зданий. Это связано с тем, что при сейсмическом возбуждении она испытывает значительные межэтажные смещения. Такие большие смещения повреждают межэтажные стены, и их ремонт требует значительных затрат.
Таким образом, основным моментом, делающим каркасную конструкцию уязвимой, является высокая стоимость ремонта поврежденных стен.
Количество этажей
Согласно статистическим данным, уязвимость конструкции к силам землетрясения уменьшается по мере увеличения этажности.
В ходе нескольких землетрясений, например, в Бухаресте в 1997 году и Мехико, было показано, что степень повреждений была более серьезной в многоэтажных зданиях (более трех этажей) по сравнению с малоэтажными зданиями.
Известно, что наличие каменной кладки в здании не только увеличивает прочность конструкции, но и повышает ее жесткость. Эти улучшения более очевидны и эффективны в малоэтажных зданиях по сравнению с высотными сооружениями.
Тип фундамента
Тип используемого фундамента влияет на степень ущерба от землетрясения в двух формах, включая прямой и косвенный эффект.
Что касается прямого влияния формы фундамента, то оно проявляется в ряде характеристик, таких как разрушение грунта фундамента, разрушение элементов фундамента, например, разрушение фундаментной балки, дифференциальное оседание грунта, что является наиболее распространенным эффектом, разжижение грунта, которое происходит редко, но имеет катастрофический эффект, и общий или частичный оползень грунта фундамента.
Косвенное влияние типа фундамента включает внеплоскостные перемещения основания отдельных колонн в случае изолированных фундаментов, не связанных между собой, или когда балки между фундаментами гибкие.
Поэтому изолированный фундамент увеличивает тяжесть ущерба от землетрясения.
Расположение прилегающих зданий в квартале
Расположение соседних зданий в квартале оказывает значительное влияние на сейсмическую реакцию сооружения. Например, здания на углу квартала будут испытывать больший ущерб и более чувствительны к землетрясениям по сравнению со свободно стоящими сооружениями.
Такие факторы, как асимметричное распределение жесткости в плане здания и передача кинетической энергии при ударах, обычно повышают уязвимость угловых зданий.
Уровни перекрытий прилегающих строений
Установлено, что импульсная нагрузка, которую получает сооружение от соседних зданий, оказывает значительное влияние на степень разрушения при землетрясении. Сообщается, что степень повреждений в зданиях с разным уровнем перекрытий значительно выше, чем в зданиях с одинаковым уровнем перекрытий.
Это хорошо видно на примере землетрясения в Мехико, которое произошло в 1985 году, и землетрясения в Салониках в 1978 году.
Плохая структурная компоновка
По большому счету, плохое сотрудничество между инженером-архитектором и инженером-конструктором на стадии концептуального проектирования приводит к плохой структурной компоновке.
Примерами плохой структурной компоновки являются обрезанные колонны, асимметричное расположение элементов жесткости в плане и на высоте, а также неровности формы в плане и на высоте.
Сообщается, что около трети конструкций, разрушенных во время землетрясения в Афинах в 1999 году, были вызваны плохой структурной планировкой.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Мягкая этажность в зданиях и ее уязвимость перед землетрясениями.
- Эксплуатационные характеристики различных типов зданий во время землетрясения.
- Характеристики мостов на вантовых опорах во время землетрясений.
- Взаимодействие грунта со структурой – эффекты, анализ и применение в проектировании.
- Концептуальный сейсмический проект моста с вантовой опорой и его компоненты.
- Принципы концептуального проектирования сейсмостойких сооружений.