Други > Наука

Противоземетръсно строителство

(1/1)

Toshko:
Скоро в Турция имаше разрушително земетресение с магнитуд 7.8.
Всеки, който проектира жилище ще иска да покрие поне 9-та степен.
От таблицата виждаме, че земетресение от почти 9-та степен означава ускорение около 0.6g при скорост 0.6 м/с - това е скоростта на нарастване и затихване вълната.
Честотата обикновено е между 1 и 10 херца.
Условието 0.6g и 0.6м/с се изпълнява при 2.5 херца, десет 1/4 периода по 0.1 секунди, земната основа осцилира с поне 12 сантиметра общо или +/- 6 см. В зависимост от конкретната форма на вълната, която никога не е синусоида амплитудата може да бъде и по-голяма.

Следователно, конструкция, която издържа 9.0 степен земетресение трябва да може да понесе минимум 0.65g във всяко от трите измерения: височина, дълбочина и ширина, както и усукващо ускорение по вертикала.
Най-лесно е да се изчисли и защити строителната конструкция от вертикални трусове, като се изчисли с голям статичен резерв. Естествено запасът от якост за 0.65g няма да бъде само 1.65, а повече, но това е лесно.
По-трудно е да се проектира конструкция устояват на напречните моменти в двете хоризонтални перпендикулярни равнини. Конструкцията трябва да има елементи пречещи на сградата да падне като къщичка от карти. Силите е лесно да бъдат намерени, това е масата на сградата над определена кота умножена по съответното ускорение и рамото на лоста през който действа ако има такъв. Малко по-трудно е да се проектират елементите, които да противодействат на тези сили. Още по-трудно е те да бъдат интегрирани в конструкцията така че действително да могат да поемат тези натоварвания, съответно свързани с нея с връзки,които да могат да ги пренесат. Много трудно е цялата останала част от конструкцията също да може да устои и пренесе тези сили без да се разруши.
Най-трудно е всичко това да не доведе до усукващ въртелив момент (на диафрагмите/плочите/ една спрямо друга), който да разруши сградата, а също и този момент да бъде изчислен и компенсиран.
Сградите също имат център на тежестта.
Отделно от всичко това, основата пък трябва да не се хлъзга и да не позволява преобръщане, да не се срязва и да не се цепи.

В следващата част ще преразкажа строителните нормативи на разбираем език. - което направих първо за себе си.

Toshko:
И така, ето текста на наредбата № РД-02-20-2/27.01.2012 г. За проектиране на сгради и съоръжения в земетръсни райони:
https://lex.bg/laws/ldoc/2135775752

От прочитане на този текст се стига до изводите, които най-общо съм споделил в първото мнение.

Важно е да се отбележи, че много сгради, които възприемаме за масивни, всъщност са тухлени и разликата е голяма.
Тухлените сгради също задължително имат бетонни колони и то през най-много 4 метра и също задължително имат бетонен пояс и бетонна плоча на всеки етаж, това, което нямат са елементи противодействащи на хоризонтални сили, нямат елементи поглъщащи силата на сеизмичните вълни и в някаква степен разчитат на носимостта и на тухлите.
Когато тухлена сграда падне от земетресение, от нея също стърчат бетон и арматура, но всички се питат, защо плочите са се наредили една върху друга. - защото е тухлена, а не масивна.
Изцяло тухлени без бетон могат да бъдат само едноетажни сгради с височина до 3.50 или до 4.0 метра в различните зони, а на някои места дори са забранени.

За сглобяемите къщи с дървена и метална конструкция.
1. Къщите от трупи, освен че не са особено добре топлоизолирани, тези къщи практически не могат да паднат, защото стените им са просто твърди тела, няма абсолютно никаква теоретична възможност такава къща да се срути. Най-тежкото и същевременно от гледна точка на товара, който носи, почти безкрайно твърдо нещо са тените на къщата от трупи. В кащата от трупи не съществува теоретична възможност нещо в носещата конструкция да прояви поведение на шарнир или панта.
Такава къща на до два етажа е най-сигурната конструкция при земетресение. Подлежи и на рециклиране и поправка при това със същите материали. Не продавам такива къщи.
2. Сгради с метална конструкция. Има много видове сгради с метална конструкция. Първото, което не специалист си представя са плътни масивни колони тип пилоти Н-профил, болтови връзки или здрави заварки и Х или V разпънки във всяка стена, която няма прозорец, дебели планки и въобще малко надземно стоманено укрепление.
На практика обаче много метални конструкции на пазара се изпълняват от стандартни затворени профили, захванати към анкерирани планки и рядко закладни елементи, разбира се със съответните разпънки. - Проблемът на тези конструкции, е че сечението на отделните елементи е малко и дори те да са много, при липса на абсолютна симетрия и достатъчно преоразмеряване един елемент поже да поддаде. Лошото при металните конструкции, е че когато един елемент поддаде, околните се претоварват и също поддават, особено силно това важи за металните покривни конструкции. Разбира се ако проекта е изработен от качествени проектанти няма от какво да се притеснявате. Много важно е и как е изпълнена такава конструкция.
3. Сгради с метална конструкция от тънки поцинковани профили, които са занитени... да, има и такова нещо. Тази конструкция има предимството, че е лека, но недостатъка, че е невъзможно да бъдете сигурни в качеството на изпълнението. Трябва да имате вяра.

4. Дървени къщи по стандартната на пазара технология с тънки носещи талпи. Конструктивно много приличат на металните конструкции, като същевременно са малко по-тежки и малко по-слаби с по-несигурни връзки. Отново множество носещи "колони" типично 10х10 см, разпънки и т.н.
Тук най-големият риск е във връзките и способността на конструкцията да предаде всички генерирани сили към елементите осигуряващи напречна стабилност. дори конструкцията да е способна да предаде силите, могат ли връзките на тези елементи към конструкцията да ги понесат?

Общ незостатък на всички сгради от 2 до 4, това, е че имат един и същи покрив и това е най-тежкия елемент в цялата сграда. Типично тези сгради са на 1 - 1.5 до 2 етажа. Понеже доста от тях се водят преместваеми конструкции или попадат в други облекчени режими изискванията са занижени. Като започнем от връзката с фундамента, минем през критичните елементи на напречната стабилност и стигнем до устойчивостта на вертикалните носещи елементи, всички елементи работят при по-тежък режим заради факта, че основната маса на конструкцията е в най-високата й част. Една едноетажна "сглобяема" къща носи основният си полезен товар направо с фундамента. Всичко, което стените правят е да носят покрива, който обаче в общия случай тежи колкото и на всяка друга сграда. Особено връзките на дървените конструкции работят много лошо на опън. Добре проектираната дървена конструкция би трябвало да няма проблеми с елементите работещи на натиск. Точно при хоризонталните елементи на земетресението обаче се редуват натиск и опън за всеки един елемент.
Понеже никоя къща не е симетрична и никое земетресение не е идеално перпендикулярно на една от страните на която и да е сграда, то винаги има усукващ елемент, който се опитва да накара конструкцията да се усуче около вертикална ос. Проблемът с леките и еластични конструкции като дървените и металните, е че те позволяват на такива колебания да се развият с по-голяма амплитуда и такова усукване действително да се материализира като взаимно движение на етажите един спрямо друг или като движение на покрива спрямо фундамента. Тогава вече много от вертикалните елементи започват да работят частично и на опън, което не е добре за връзките им.

Монолитните железобетонни конструкции имат предимството, че са изработени от композитен материал състоящ се от желязо/стомана и бетон. Най-важните елементи на конструкцията - тези противодействащи на хоризонталните сили и на взаимното движение на етажните плочи една спрямо друга са почти твърдо тяло захванато към конструкцията изцяло по целият си периметър. В случая на дървена или метална конструкция, Х и V разпънките са захванати в точки, които трябва да концентрират и пренесат всички сили. 0.6g означава, че да речем 10 тонният Ви покрив ще развие 16 тона сила в някаква посока, която никога няма да бъде точно в равнината в която елемента, който трябва да й противодейства работи най-добре. Тази сила от 16 тона не съществува, когато сградата е в покой. Елементите на напречната устойчивост ще бъдат натиснати и разпънати със сила 16 тона 25 пъти по време на кратък 10 секунден трус. Тази сила първо ще трябва да бъде пренесена без загуби от диафрагмата намираща се в равнината към която елементите са закрепени, след това от крепежните елементи, от самите елементи и накрая да отидат във фундамента без закладните части или анкерите да се изскубнат или фундамента да се спука.
Монолитната конструкция е композитна, елементите са много по-добре свързани едни с други и могат да използват наистина цялата си здравина винаги и във всяка посока. Смятат се по-лесно. Изпълняват се по-сигурно и точно с по-малко възможности за грешки. Има повече опит в строителството им.

Днес прочетох една от многото публикации по темата, какво да правим при земетресение. Бяха се изказали, че тухлените стени увеличавали коравината на сградата... Да, статичната такава и то ако са свързани с конструкцията, което при монолитните конструкции например е забранено. Забранено е бетон да се лее върху тухлена стена. тухлените стени се изпълняват върху подложка от замазка и с фуги от всички страни.
Тухлената стена е един опасен баласт за сградата, която влошава абсолютно всички параметри, енергийни, конструктивни, носимост, устойчивост. Липсата на тухлени стени разтоварва монолитната сграда от много-много тонове баласт, който участва по изключително неизгоден начин в кинематиката на сградата при земетресение. Отделно, че се целят, чупят, падат и са непоправими. как точно тухлена стена помага при земетресение? Като се счупи рязко и така погълне част от енергията на първата полувълна от труса? - с което обаче предизвиква пик в ускорението на цялата конструкция, съответно я стресира още повече.
Всъщност как изобщо очаства ако е изпълнена правилно, тоест върху подложка от замазка и без връзка с конструкцията от три страни? - като се блъска в колоните и тавана и отново се счупи ли?
Тухлената стена има само едно предимство, не се издува, когато я обтича вятър. Нещо, което обаче не правят и всички сухи стени еквивалентни на профил от обикновена стомана (черна) 60х60х3мм през 60 см със съответните напречни елементи. В София се залагат ветрове 100-120 км/ч при смятане на външни стени. - това пък е друг недостатък на сглобяемите къщи, стените им могат да направят фантастични амплитуди при обтичане от силен вятър, при което естествено връзките стареят и се разхлабват...

Какво бих направил аз?
По възможност най-симетрична с централно осева симетрия на конструкцията в два плана, монолитна стомано-бетонова конструкция сметната с носимост и устойчивост като за тухлени стени и ограждащи и преградни с абсолютно всички елементи на напречна устойчивост, против усукване, пояси и т.н. независимо от всичко останало без да разчита на тухли или нещо друго за каквото и да било, едиствено с отчитане на тяхната маса и инерция.
Външни сухи стени върху споменатата метална рамка 60х60х3мм изпълнена в плътните части като ферми и разпънки, рамката заварена към закладни части. Поясите на нивата да бъдат с конструкция, здравина и арматура, които да могат да пренасят такива сили. Пожелателно - поглъщащи свързващи елементи, ако има кой грамотно да ги сметне. Обаче до магнитуд 8 да са в зоната на еластичност. Ответре гипсокартон с вата, посредата вата, отвън вата и мембрана, малко разстояние и или плоскости или ламперия. - последното няма особено значение.

Покрив задължително ламаринен фалцов върху добре изолирана дървена конструкция. Горен етаж напълно затворен със съответната бетонна плоча с пояс и нужните елементи. Алтернативно за по-лесно бетонни скатове на покрива.

Такава сграда се изпълнява съвсем малко по-бавно от сглобяема къща, при условие, че подовете също са сухи, а няма причина да не са. Единственият мокър процес е конструкцията, останалото е сглобяване и монтаж. Сградата е лека, защото няма тухли и керемиди. Няма да протече, защото няма керемиди. Поцинкованата ламарина има срок на годност 50 години, докато няма керемиден покрив, който да не е протекъл след няма и 20 години по различни причини.

п.п. 100 м2 покрив, само дървената конструкция и керемидите без нищо друго, без изолация, мембрана, ламперия и т.н. и без това на което стъпва тежи 8 тона. Сами изчислете колко тежи всичко над нивото на прозорците на първия етаж на сглобяема дървена къща. 100 м2 е покрива на ~70 м2 къща с малка стреха. Ако искате да проверите, намерете трактор с теглителна сила 16 тона, закачете въжето в точката в която е закрепена някоя разпънка и дайте газ на трактора. - шегувам се, не е толкова просто.

Внимание: Изложеното е мое лично мнение на не специалист любител. Не обвързвам никого с мнението си и не твърдя, че е меродавно. Ръководя се от умозримото за средно технически грамотен с известен опит и собствено мнение. Използвайте текста за съставяне на списък с въпроси на които да обръщате внимание и да се консултирате с безпристрастни специалисти. Безпристрастни означава трети лица по отношенията между възложител и строител - консултанти до които се допитвате единствено по определен въпрос и не се надяват да ги наемете за нещо друго.

Toshko:
Съдейки по тези две лекции, правилно съм разбрал противоземетръсната наредба:






Връзките трябва да бъдат по-здрави от елементите, което при дървото е почти невъзможно, дървената греда просто ще се изскупне от планините или ще хлопа в тях. Металните конструкции от тънка ламарина и нитове също не могат да изпълнят това условие.
Връзката с фундамента също е критична. Колкото и да са здрави колоните от дърво или метал, анкерите и планките трябва да бъдат по-здрави. - дали?

Навигация

[0] Списък на темите