Существует несколько архитектурных особенностей, которые оказывают решающее влияние на сейсмостойкость сооружений. Архитектурные особенности здания включают общую форму, размер и геометрию, а также то, как силы землетрясения передаются на землю. Каждая из этих архитектурных особенностей оказывает существенное влияние на характеристики здания во время землетрясений.
Что касается важности конфигурации здания, Генри Дегенколб сказал: “Если у нас изначально плохая конфигурация, все, что может сделать инженер, это наложить пластырь – улучшить, насколько это возможно, в принципе плохое решение. И наоборот, если мы начинаем с хорошей конфигурации и разумной каркасной системы, то даже плохой инженер не сможет сильно навредить конечным характеристикам”.
Поэтому уже на этапе планирования архитекторы и инженеры-конструкторы должны работать вместе, чтобы избежать нежелательных архитектурных особенностей и придумать хорошую конфигурацию здания.
Когда в зданиях присутствуют нестандартные элементы, требуется значительно более высокий уровень инженерных усилий при проектировании конструкции, и, тем не менее, здание может оказаться не таким хорошим, как здание с простыми архитектурными элементами.
Как архитектурные особенности влияют на сейсмостойкость сооружений?
1. Размеры зданий
В высоких зданиях с большим отношением высоты к площади основания (как показано на рис.1.a) горизонтальное движение этажей во время подземных толчков велико, что негативно влияет на устойчивость конструкции и увеличивает склонность к опрокидыванию. Что касается коротких, но очень длинных зданий (как на рис.1.b), то разрушающие воздействия во время землетрясения многочисленны.
Кроме того, в зданиях с большой площадью плана, таких как склады (рис.1.c), горизонтальные сейсмические силы могут быть чрезмерными для колонн и стен. Таким образом, здания вышеупомянутых размеров с высокой вероятностью покажут плохие характеристики во время землетрясений.
Здания, у которых один из габаритных размеров намного больше или намного меньше двух других, плохо работают во время землетрясений
Опрокидывание высокого здания
2. Горизонтальное расположение зданий
В целом, здания с простой геометрией в плане (рис.3.а) хорошо показали себя во время сильных землетрясений. Здания с обратными углами, такие как U, V, H и + формы в плане (как показано на рис. 3.b), получили значительные повреждения.
Часто плохого влияния внутренних углов в плане зданий можно избежать, если сделать здания состоящими из двух частей. Например, L-образный план может быть разбит на два прямоугольных плана с помощью разделительного шва на стыке (рис.3.c).
Иногда простой план не может быть использован как единственная стратегия для улучшения характеристик зданий во время землетрясения, но другие факторы также играют свою роль. Например, конструкции простого плана с неравномерным распределением колонн/стен в плане, как ожидается, получат значительные повреждения во время землетрясений.
Здания с такими характеристиками склонны к скручиванию во время землетрясения. Поэтому для проектирования высокосейсмостойких конструкций необходимо сотрудничество как архитектора, так и инженера-конструктора.
Здания с простой формой плана хорошо работают во время землетрясений
3. Вертикальная планировка зданий
Силы землетрясения, возникающие на разных уровнях этажей здания, должны передаваться по кратчайшему пути вниз по высоте к земле. Любое отклонение или разрыв в пути передачи нагрузки приводит к ухудшению сейсмических характеристик здания. Существует несколько вертикальных архитектурных и конструктивных особенностей, которые снижают сейсмостойкость зданий:
Вертикальные отступы
Здания с вертикальными отступами, например, здания гостиниц, которые на несколько этажей шире остальных, вызывают резкий скачок силы землетрясения на уровне отрыва, как показано на рис.4.
Здания с вертикальным отступом
Слабый или гибкий этаж
Здания с меньшим количеством колонн или стен в определенном этаже или с необычно высоким этажом, как показано на рис.5, склонны к повреждениям или обрушениям, которые начинаются в этом этаже.
Здания с мягкой этажностью
Неравномерная высота колонн вдоль склонов
Здания на неровном грунте имеют неодинаковые по высоте колонны вдоль склона, что приводит к таким последствиям, как скручивание и повреждение более коротких колонн, как видно на рис.6.
Здания на неровной поверхности имеют длинные и короткие колонны, которые могут скручиваться во время землетрясения
Висячие или плавающие колонны
Здания с колоннами, которые висят или плавают на балках на промежуточном этаже и не доходят до фундамента, имеют разрывы в пути передачи нагрузки, как показано на рис. 7. Некоторые здания имеют железобетонные стены для передачи сейсмических нагрузок на фундамент. Здания, в которых эти стены не доходят до земли, а останавливаются на верхнем уровне, могут получить серьезные повреждения во время землетрясений.
Здания с висячими или плавающими колоннами
4. Примыкание зданий
Если два здания расположены слишком близко друг к другу, они могут удариться друг о друга во время сильной тряски. Это столкновение усугубляется по мере увеличения высоты здания. Более того, когда высота зданий не совпадает (рис.8), крыша более низкого здания может ударить по середине высоты колонны более высокого здания; это может быть очень опасно.
Толчки могут возникать между соседними зданиями из-за горизонтальных колебаний двух зданий.
Толчки соседних зданий во время землетрясений
Читайте далее:- Как предотвратить скручивание бетона? [PDF].
- Факторы, влияющие на степень повреждения зданий при землетрясении.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Характеристики мостов на вантовых опорах во время землетрясений.
- Мягкая этажность в зданиях и ее уязвимость перед землетрясениями.
- Эксплуатационные характеристики различных типов зданий во время землетрясения.
- Плавающие колонны в строительных конструкциях – необходимость и применение.