Каменные конструкции наиболее уязвимы во время землетрясения. В этой статье рассматриваются эксплуатационные характеристики и поведение каменных конструкций во время землетрясений.
В прошлом от каменных конструкций зависело много человеческих жертв. В настоящее время ситуация не изменилась. Поскольку основной проблемой являются землетрясения, важно улучшить сейсмическое поведение каменных зданий.
Наиболее распространенными материалами, используемыми для строительства каменных зданий, являются кирпич и пустотелый бетонный блок. Типы материалов, используемых для строительства каменных зданий, следующие:
- Кирпич: Это глина, обожженная до твердой консистенции.
- Пустотелый бетонный блок: Известен как “шлакоблок”.
- Пустотелая глиняная плитка: Бетонный блок с полыми ячейками, но кирпичного цвета.
- Камень: Используется в своей естественной форме, “одетый” или разрезанный на прямоугольные блоки.
- Adobe: Формируется путем заливки раствора в виде стен или из высушенных на солнце кирпичей.
Влияние свойств материалов на поведение каменных конструкций во время землетрясений
Поведение каменных конструкций во время землетрясения зависит от свойств материалов, таких как раствор и кладочные блоки. Свойства этих материалов меняются из-за различий в сырье и методах строительства, что в свою очередь зависит от источника ресурсов.
Обожженные глиняные кирпичи чаще всего используются для кладки зданий. Они имеют естественную пористость и впитывают воду. Чрезмерная пористость вредит хорошему поведению кладки, поскольку кирпичи поглощают воду из прилегающего раствора. Это приводит к плохому сцеплению между кирпичом и раствором, что вызывает трудности при размещении кладочных блоков.
Чтобы избежать этой проблемы, следует использовать кирпичи с низкой пористостью, предварительно вымочив их в воде. Это минимизирует количество воды, отводимой из раствора.
Различные строительные растворы используются в строительстве, например, грязевые, цементно-песчаные или цементно-песчано-известковые. Среди них грязевые, строительные растворы является самым слабым. Грязевой раствор легко крошится при высыхании, вытекает наружу и имеет очень низкую сейсмостойкость.
Цементно-песчаный раствор с известью является наиболее подходящим. Эта растворная смесь обеспечивает отличную обрабатываемость при укладке кирпича, растягивается, не разрушаясь при слабом сотрясении при землетрясении, и хорошо скрепляет кирпичи.
Устойчивость кладки стен к землетрясениям зависит от относительной прочности кирпича и раствора. Кирпич должен быть прочнее раствора. Чрезмерная толщина раствора нежелательна.
Поведение каменных конструкций во время землетрясений
Движение грунта или колебания грунта при землетрясениях приводят к увеличению сил инерции на полу или в месте расположения массы всего здания. Здание останется безопасным, если возникшие силы найдут путь для передачи в землю без каких-либо препятствий, что, в свою очередь, минимизирует ущерб или обрушение.
Среди элементов, которые участвуют в передаче этих сил, т.е. крыша, стены и фундамент, стены наиболее уязвимы для повреждений (горизонтальными силами, возникающими в результате землетрясения).
Мы предположим два варианта направления горизонтальных сил, действующих на каменную стену. Пусть начальным условием является сила, действующая горизонтально в верхней части, которая направлена перпендикулярно ее плоскости, как показано на рисунке 1.
Стена толкается перпендикулярно плоскости стены.
Это направление считается “слабым”, так как стена подвергается опрокидыванию или форме переворачивания.
Вторая возможность заключается в том, что стену толкают в той же плоскости, и результат показан на рис. 2. Это направление считается сильным, так как оно оказывает большее сопротивление при толкании по длине.
Стена тянет в плоскости стены
Не всегда может иметь место только один вариант. Грунт может сотрясаться одновременно как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Следовательно, обе возможности имеют шанс произойти.
Горизонтальные силы инерции, возникающие при движении грунта, являются наиболее разрушительной реакцией нормальных каменных зданий. Передача сил может происходить от крыш к стенам. Передача горизонтальных сил может происходить как в слабом, так и в сильном направлении.
Стена А считается нагруженной в сильном направлении, а стена В (нагруженная в слабом направлении). Стена В подвергается опрокидыванию.
Способ предотвращения повреждения каменных конструкций во время землетрясений
Если не предпринять меры по связыванию стен вместе, как коробку, возникает вероятность опрокидывания стен, которые нагружены в слабом направлении. Таким образом, решением этой проблемы является соединение стен вместе, что обеспечит хорошие сейсмические характеристики.
Эта процедура поможет стенам, нагруженным в более слабом направлении, получить боковое сопротивление, которое обеспечивают стены, нагруженные в более сильном направлении. Поскольку каждый из них представляет собой отдельный элемент конструкции, необходимо приобрести жесткость в целом, чтобы обеспечить устойчивость как единого целого. Для этого стены должны быть соединены с крышей и фундаментом.
Стена B, правильно соединенная со стеной A
Стеновые блоки из каменной кладки ведут себя как тонкие блоки из-за их небольшой толщины по сравнению с их высотой и длиной. Самый простой способ заставить эти стеновые блоки вести себя заметно во время землетрясения – это позволить им действовать вместе как коробке, как уже говорилось, с крышей наверху и фундаментом внизу.
Коробчатое действие каменного здания для предотвращения ущерба от землетрясения
Формирование коробчатого действия, как было сказано выше, требует нескольких строительных аспектов. Это может быть обеспечено при соблюдении следующих особенностей: обеспечение хороших связей между стенами. Это может быть достигнуто путем:
Склонность стены к опрокидыванию при толчке в слабом направлении можно уменьшить, ограничив соотношение длины к толщине и высоты к толщине, как показано на рис.5. Поэтому рекомендуется сохранять небольшие размеры дверных и оконных проемов.
Уязвимость тонких каменных стен
Нормы проектирования определяют предельные значения этих коэффициентов. Слишком высокая или слишком длинная стена по сравнению с ее толщиной особенно уязвима к сотрясениям в слабом направлении.
Читайте далее:- Эксплуатационные характеристики различных типов зданий во время землетрясения.
- Виды кирпича в кладке – свойства и применение.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Виды дефектов кирпича и их выявление на строительной площадке.
- Типы строительства сейсмостойких каменных стен.
- Альтернативные строительные материалы, используемые в строительстве.
- Характеристики мостов на вантовых опорах во время землетрясений.