Наиболее надежными фундаментами в сейсмических условиях являются. Фундаменты в условиях сейсмических воздействийОсобенности устройства фундаментов в сейсмических районах. Особенности конструирования крупнопанельных и объемно-блочных зданий

В России существует 12-ти бальная сейсмическая шкала. До семи балов сейсмичность воспринимается обычными зданиями, сооружениями без принятия каких-либо дополнительных мер по усилению несущих конструкций.

Расчетной является сейсмичность в 7, 8, 9 баллов.

При сейсмичности свыше 9 баллов строительство не рекомендуется и только в исключительных случаях возможно при разработке специальных мероприятий.

Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл).

В качестве примера рассмотрим геологический разрез района с сейсмичностью 8 баллов (см. схему).

Схема поперечного разреза территории с сейсмичностью 8 баллов, с выделением отдельных зон (микросейсмирование).

На представленной схеме видно, что в зависимости от рельефа местности, сейсмичность отдельных зон (участков местности) может быть либо понижена, либо повышена. Так, при выходе на поверхность коренных скальных пород, сейсмичность данной площадки для целей строительства может быть уменьшена на балл. Для участков же со значительным уклоном, высоким положение уровня грунтовых вод, сейсмичность этих площадок для целей строительства должна быть увеличена на балл.

При проектировании и строительстве зданий необходимо соблюдать следующие условия:

1. Фундаменты сооружения закладывать на одной отметке (более равномерное распределение сейсмических сил).
2. Здание делить на отсеки (устройство осадочных швов).
3. Фундаменты делать монолитными или омоноличивать (перекрестные ленты, сплошные фундаменты).
4. Свайные фундаменты рассчитывать на горизонтальную нагрузку (см. схему). При этом преимущество имеют сваи – стойки, а головы свай должны быть надежно заделаны в ростверк.

Расчётная схема сваи при определении её несущей способности в сейсмическом районе. Результат статического испытания сваи с моделированием динамического воздействия.

При определении несущей способности свай учитывают динамическую составляющую, которая снижает как трение по боковой поверхности, так и сопротивления сваи под остриём. При определении несущей способности свай предпочтение отдаётся статическим испытаниям, с моделированием динамического воздействия (см. схему).

Снижение несущей способности свай вследствие динамического (сейсмического) воздействия может быть оценено коэффициентом μ:

μ = Р дин. /Р ст. - коэффициент снижения несущей способности.

Разделы

Постоянный адрес этой главы: сайт/learning/basesandfoundations/Open.aspx?id=Chapter13

Уважаемые коллеги, продолжаем рассматривать небольшие примеры использования ФОК Комплекс для расчета фундаментов. Сегодня мы рассмотрим примеры расчета столбчатых фундаментов металлического каркаса. В начале произведем ручной расчет 2-х фундаментов с дальнейшим сравнением с полученными результатами по ФОК Комплекс.

Пример расчета столбчатых фундаментов. Исходные данные

Площадка строительства характеризуется следующими атмосферно-климатическими воздействиями и нагрузками:

• вес снегового покрова (расчетное значение) - 240 кг/м 2 ;
• давление ветра - 38 кг/м 2 ;

Геология

Относительная разность осадок (Δs/L) u = 0,004;

Максимальная S umax или средняя S u осадка = 15 см;

Нагрузки на столбчатые фундаменты получены из ПК ЛИРА.

Для ручного расчета рассмотрим фундаменты Фм3 и Фм4

1. Ручной расчет

Определение размеров подошвы фундамента

Основные размеры подошвы фундаментов определяем исходя из расчета оснований по деформациям. Площадь подошвы предварительно определим из условия:

P ≤ R ,

где P- среднее давление по подошве фундамента, определяем по формуле:

P = (N 0 / A )

N 0 = P · A

A - площадь подошвы фундамента.

N 0 = N +G

G – вес фундамента с грунтом на уступах

G = A · γ · d

где γ - среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 2 т/м 3 ;

d - глубина заложения;

P · A = N + A · γ · d

A · (P - γ · d ) = N

A = N / (P - γ · d )

Для предварительного определения размеров фундаментов, P определяем по таблице В.3 [СП 22.13330.2011]

Р = 250 кПа = 25,48 т/м 2 .

Для фундамента Фм3, N = 35,049 т

A = 35,049 т / (25,48 т/м 2 - 2,00 т/м 3 · 3,300 м) = 35,049 т/18,88 т/м 2 = 1,856 м 2 .

A = b 2

b = 1,5 м

Для фундамента Фм4, N = 57,880 т

A = 57,880 т / (25,48 т/м 2 - 2,00 т/м 3 · 3,300 м) = 57,880 т / 18,88 т/м 2 = 3,065 м 2 .

A = b 2

Принимаем габариты фундамента b = 1,8 м

1. Определение расчетного сопротивления грунта основания

5.6.7 При расчете деформаций основания фундаментов с использованием расчетных схем, указанных в 5.6.6, среднее давление под подошвой фундамента р не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания R , определяемого по формуле

где γ с1 и γ с2 коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице 5.4;

k - коэффициент, принимаемый равным единице, если прочностные характеристики грунта (φ п и с п) определены непосредственными испытаниями, и k= 1,1, если они приняты по таблицам приложения Б;

M γ, М q , M c - коэффициенты, принимаемые по таблице 5.5;

k z - коэффициент, принимаемый равным единице при b< 10 м; k z =z 0 /b + 0,2 при b ≥ 10 м (здесь z 0 = 8 м);

b - ширина подошвы фундамента, м (при бетонной или щебеночной подготовке толщиной h n допускается увеличивать b на 2h n );

γ II - осредненное (см. 5.6.10 ) расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м 3 ;

γ" II - то же, для грунтов, залегающих выше подошвы фундамента, кН/м 3 ;

с II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента (см. 5.6.10), кПа;

d 1 - глубина заложения фундаментов, м, бесподвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле (5.8). При плитных фундаментах за d 1 принимают наименьшую глубину от подошвы плиты до уровня планировки;

d b - глубина подвала, расстояние от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом глубиной свыше 2 м принимают равным 2 м);

здесь h s - толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м;

h cf - толщина конструкции пола подвала, м;

γ cf - расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала, кН/м 3 .

При бетонной или щебеночной подготовке толщиной h n допускается увеличивать d 1 на h n .

Примечания

1 Формулу (5.7) допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А , значение b принимают равным.

2 Расчетные значения удельного веса грунтов и материала пола подвала, входящие в формулу (5.7) допускается принимать равными их нормативным значениям.

3 Расчетное сопротивление грунта при соответствующем обосновании может быть увеличено, если конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием, например фундаменты прерывистые, щелевые, с промежуточной подготовкой и др.

4 Для фундаментных плит с угловыми вырезами расчетное сопротивление грунта основания допускается увеличивать, применяя коэффициент k d по таблице 5.6 .

5 Если d 1 >d (d - глубина заложения фундамента от уровня планировки), в формуле (5.7) принимают d 1 = d и d b = 0.

6 Расчетное сопротивления грунтов основания R , определяемое по формулам (В.1) и (В.2) с учетом значений R 0 таблиц B.1-В.10 приложения B, допускается применять для предварительного назначения размеров фундаментов в соответствии с указаниями разделов 5-6.

Исходные данные:

Основание фундаментом являются - суглинком лессовидным непросадочным полутвёрдой консистенции, желто-бурого цвета, с включением прослоев супеси, ожелезненный. (ИГЭ 2)

γ с 1 = 1,10;

γ с 2 = 1,00;

k = 1,00;

k z = 1,00;

Для фундамента Фм3: b = 1,50 м;

Для фундамента Фм4: b = 1,80 м;

γ II = 1,780 т/м 3 ;

γ" II = 1,691 т/м 3 ;

с II = 1,100 т/м 2 ;

d 1 = 3,30 м;

d b = 0,0 м;

M γ = 0,72;

М q = 3,87;

M c = 6,45;

Для фундамента Фм3:

R = (1,10 ·1,00) / 1,00· = 1,10· (1,922 т/м 2 +21,596 т/м 2 +

0,0 + 7,095 т/м 2) = 33,674 т/м 2 .

Для фундамента Фм4:

R = (1,10 ·1,00) / 1,00 · = 1,10 · (2,307 т/м 2 + 21,596 т/м 2 +

0,0 + 7,095 т/м 2) = 34,098 т/м 2 .

2. Определение осадки

5.6.31 Осадку основания фундамента s , см, с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства (см. 5.6.6) определяют методом послойного суммирования по формуле

где b - безразмерный коэффициент, равный 0,8;

σ zp,i - среднее значение вертикального нормального напряжения (далее - вертикальное напряжение) от внешней нагрузки в i -м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента (см. 5.6.32), кПа;

h i - толщина i -го слоя грунта, см, принимаемая не более 0,4 ширины фундамента;

E i - модуль деформации i -го слоя грунта по ветви первичного нагружения, кПа;

σ z γ ,i - среднее значение вертикального напряжения в i -м слое грунта по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, от собственного веса выбранного при отрывке котлована грунта (см. 5.6.33), кПа;

Е е,i - модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения, кПа;

n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных напряжений по глубине основания принимают в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 5.2.

DL - отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента; WL - уровень подземных вод; В , С - нижняя граница сжимаемой толщи; d и d n - глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки и поверхности природного рельефа; b - ширина фундамента; р - среднее давление под подошвой фундамента; s zg и s zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z σ zp и σ zp,0 - вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z от подошвы фундамента и на уровне подошвы; σ zγ,i - вертикальное напряжение от собственного веса вынутого в котловане грунта в середине i -го слоя на глубине z от подошвы фундамента; Н с - глубина сжимаемой толщи

Рисунок 5.2 - Схема распределения вертикальных напряжений в линейно-деформируемом полупространстве

Примечания:

1 При отсутствии опытных определений модуля деформации Е е,i для сооружений II и III уровней ответственности допускается принимать Е е, i = 5Е i .

2 Средние значения напряжений σ zp,i и σ z γ ,i в i -м слое грунта допускается вычислять как полусумму соответствующих напряжений на верхней z i-1 и нижней z i границах слоя.

5.6.32 Вертикальные напряжения от внешней нагрузки σ zp = σ z - σ zu зависят от размеров, формы и глубины заложения фундамента, распределения давления на грунт по его подошве и свойств грунтов основания. Для прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов значения s zp , кПа, на глубине z от подошвы фундамента по вертикали, проходящей через центр подошвы, определяют по формуле

σ zp = αp , (5.17)

где α - коэффициент, принимаемый по таблице 5.8 в зависимости от относительной глубины ξ, равной 2z /b ;

р - среднее давление под подошвой фундамента, кПа.

5.6.33 Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента σ zγ = σ zγ - σ zu , кПа, на глубине z от подошвы прямоугольных, круглых и ленточных фундаментов определяют по формуле

σ z γ = ασ zγ,0 , (5.18)

где α - то же, что и в 5.6.32;

s zg,0 - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на отметке подошвы фундамента, кПа (при планировке срезкой σ zg,0 = γ"d , при отсутствии планировки и планировке подсыпкой σ zγ,0 = γ"d n , где γ" - удельный вес грунта, кН/м 3 , расположенного выше подошвы; d и dn, м, - см. рисунок 5.2).

При этом в расчете σ z γ используются размеры в плане не фундамента, а котлована.

5.6.34 При расчете осадки фундаментов, возводимых в котлованах глубиной менее 5 м, допускается в формуле (5.16) не учитывать второе слагаемое.

5.6.41 Нижнюю границу сжимаемой толщи основания принимают на глубине z = Н c , где выполняется условие σ zp = 0,5σ zγ . При этом глубина сжимаемой толщи не должна быть меньше Н min , равной b /2 при b ≤ 10 м, (4 + 0,1b ) при 10 ≤ b ≤ 60 м и 10 м при b > 60 м.

Если в пределах глубины Н с , найденной по указанным выше условиям, залегает слой грунта с модулем деформации Е > 100 МПа, сжимаемую толщу допускается принимать до кровли этого грунта.

Если найденная по указанным выше условиям нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации Е ≤ 7 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины z = Н с , то этот слой включают в сжимаемую толщу, а за Н с принимают минимальное из значений, соответствующих подошве слоя или глубине, где выполняется условие σ zp = 0,2 s zγ .

При расчете осадки различных точек плитного фундамента глубину сжимаемой толщи допускается принимать постоянной в пределах всего плана фундамента (при отсутствии в ее составе грунтов с модулем деформации Е > 100 МПа).

Площадь подошвы фундамента Фм3: S = 2,25 м 2 (габариты 1,50 м × 1,50 м).

= 29,208 т

P 0 = N / S = 29,208 т / 2,25 м 2 ≈ 12,98т/м 2 .

η = 1,50 / 1,50 = 1,0

при b = 1,5 м ≤ 10 м

H min > b / 2 = 1,5 м / 2 = 0,75 м

Таблица: Осадка фундамента Фм3

Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > H min = 0,75 м

Осадка фундамента: S = 0,8·0,049 м = 0,0392 м (3,92 см) < 15 см (Приложение Д.)

Площадь подошвы фундамента Фм4: S = 3,24 м 2 (габариты 1,80 м × 1,80 м).

= 47,598 т

P 0 = N / S = 47,598 т / 3,24 м 2 ≈ 14,69т/м 2 .

η = 1,80 / 1,80 = 1,0

при b = 1,8 м ≤ 10 м

H min > b / 2 = 1,8 м / 2 = 0,9 м

Таблица: Осадка фундамента Фм4

Сжимаемая толща основания H = 2,00 м > H min = 0,90 м

Осадка фундамента: S = 0,8· 0,061 м = 0,0488 м (4,88 см) < 15 см (Приложение Д. )

3. Определяем армирование подошвы фундамента

Для фундамента Фм3

p p ср = N 0 / A = (35,049 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,500 м · 1,500 м) / (2,250 м 2) =

= 49,899 т / 2,250 м 2 = 22,177 т/м 2

Q I = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · (1,50 м – 0,40 м) / 2 = 18,296025 т

Q II = 22,177 т/м 2 · 1,50 м · (1,50 м – 0,90 м) / 2 = 9,97965 т

R bt = 76,453 т/м 3 .

18,296025 т < 0,6 · 76,453 т/м 2 · 1,5 м · (3,600 м – 0,040 м)

18,296025 т < 244,955412 т

9,97965 т < 0,6 · 76,453 т/м 2 · 1,5 м · (0,300 м – 0,040 м)

9,97965 т < 17,890 т

М I = 0,125 · 22,177 т/м 2 · (1,50 м – 0,40 м) 2 · 1,50 м = 5,0314 тм

М II = 0,125 · 22,177 т/м 2 · (1,50 м – 0,90 м) 2 · 1,50 м = 1,4969 тм

R s = 37206,93 т/м 2 .

А sI = 5,0314 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2) =

5,0314 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000042 м 2 = 0,42 см 2 .

А sII = 1,4969 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2) =

1,4969 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000172 м 2 = 1,72 см 2 .

Принимаем 8 Ø10 A-III А s = 6,280 см 2 , шаг 200 мм.

Для фундамента Фм4

Поперечная сила у грани колонны и грани подошвы (2.25) :

p p ср = N 0 / A = (57,880 т + 2,00 т/м 3 · 3,300 м · 1,800 м · 1,800 м) / (3,240 м 2) =

= 79,264 т / 3,240 м 2 = 24,464 т/м 2

Q I = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · (1,80 м – 0,40 м) / 2 = 30,82464 т

Q II = 24,464 т/м 2 · 1,80 м · (1,80 м – 0,90 м) / 2 = 19,81584 т

Проверяем выполнение условий (2.26), для бетона класса В15,

R bt = 76,453 т/м 3 .

30,82464 т < 0,6 · 76,453 т/м 2 · 1,8 м · (3,600 м – 0,040 м)

30,82464 т < 293,94649 т

19,81584 т < 0,6 · 76,453 т/м 2 · 1,8 м · (0,300 м – 0,040 м)

19,81584 т < 21,468 т

Условия выполняются, поэтому установка поперечной арматуры не требуется и расчет на поперечную силу не производится.

Определяем изгибающие моменты у грани колонны и у грани подошвы по формуле (2.31)

М I = 0,125 · 24,464 т/м 2 · (1,80 м – 0,40 м) 2 · 1,80 м = 17,050 тм

М II = 0,125 · 24,464 т/м 2 · (1,80 м – 0,90 м) 2 · 1,80 м = 4,458 тм

В качестве рабочих стержней примем арматуру класса A-III с расчетным сопротивлением R s = 37206,93 т/м 2 .

Требуемая площадь сечения арматуры по формуле (2.32)

А sI = 17,054 тм / (0,9 · (3,600 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2) =

17,054 тм / 119211,00372 т/м 2 = 0,000143 м 2 = 1,43 см 2 .

А sII = 4,458 тм / (0,9 · (0,300 м – 0,040 м) · 37206,93 т/м 2) =

4,458 тм / 8706,421 т/м 2 = 0,000512 м 2 = 5,12 см 2 .

Принимаем 9 Ø10 A-III А s = 7,065 см 2 , шаг 200 мм.

Относительная разность осадок (4,88 см – 3,92 см) / 600 см = 0,0016 < 0,004

2. Расчет по программе «ФОК-Комплекс»

Исходные данные для «ФОК-Комплекс»

Результаты

Выводы

Сведем в таблицу полученные варианты расчета столбчатых фундаментов

Как видно, результаты по ручному расчету не сильно отличается от результатов ФОК Комплекс, но при ручном вычислении, мы я не проверял на продавливание, на ширину раскрытия трещин и т.д., а при необходимо посчитать большое количество фундаментов (столбчатых, ленточных, на свайном основании), ручной расчет становится громоздким. Ручной расчет я использую, если нет под рукой программ или необходимо проверить полученные результаты по программе. Использование бесплатных программ возможно, но желательно чтобы они выдавали развернутые результаты, а платные программы должны быть сертифицированными. На данные момент ФОК Комплекс помогает производить расчет фундаментов, сразу введя весь план фундаментов (разных типов), но и выдать чертежи.

Список использованной литературы

1. СП 22.13330.2012 "Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*" M., Стройиздат, 2011
2. М.Б.Берлинов, Б.А.Ягупов "Примеры расчеты оснований и фундаментов" M.,
3. Стройиздат, 1986

Касательно монолитного каркаса. Наличие железобетонных включений увеличивает сейсмостойкость здания со стенами из кирпича (1, п. 7.6.14). Тут вопрос только в соединении. Так, цитирую: "каркасные здания, как правило, имеют ограждающие конструкции в виде самонесущих стен или навесных панелей, система крепления которых в сейсмических районах должна допускать независимое перемещение каркаса. Такое решение во многих случаях позволяет уменьшить сейсмические усилия в элементах ограждения и даже нагрузку на каркас" (1, п. 9.3.7). Потому мы и советуем делать не жесткое соединение. Хотя, нормы по сейсмике, как оказалось (мне пришлось уже не раз их перечитать, чтобы Вам помочь:-)), не запрещают использовать кирпичную кладку, как опалубку: "Железобетонные включения в кладку комплексных конструкций следует устраивать открытыми не менее чем с одной стороны. При проектировании комплексных конструкций как каркасных систем антисейсмические пояса и их узлы сопряжения со стойками должны рассчитываться и конструироваться как элементы каркасов с учетом работы заполнения. В этом случае предусмотренные для бетонирования стоек пазы должны быть открытыми не менее чем с двух сторон" (1, п.3.47).

Примечание. Комплексные конструкции (дальше по тексту - к.к.) - конструкции из каменной кладки (стены, простенки, столбы), усиленные включенными в них железобетонными элементами, работающими совместно с кладкой.К. к. применяются в случаях, когда требуется значительно увеличить несущую способность каменных конструкций (См. Каменные конструкции), не увеличивая размеров их сечения. Особо важное значение имеет применение К. к. для усиления стен зданий, возводимых в сейсмических районах. Преимущество К. к. (по сравнению с каменными конструкциями) — более высокая прочность. Однако они более трудоёмки, чем конструкции из сборного железобетона.

Источник: Поляков С. В., Фалевич Б. Н., Проектирование каменных и крупнопанельных конструкций, М., 1966; Справочник проектировщика, т. 12 — Каменные и армокаменные конструкции, М., 1968.

Как лучше сделать (совсем без каркаса, с жестко связанным каркасом или с каркасом на гибких связях) - мы не можем решить за Вас. Я даю Вам всю информацию, которой мы владеем, в данном случае - мнение практикующих строителей и действующие нормы по строительству в сейсмически опасных районах. Выбор за Вами.

Высота этажей в Вашем доме допустимая (удовлетворяет требованиям СП 31-114-2004, п. 7.6.7 и 7.6.8).

Углы кирпичной кладки не дают большую жесткость и прочность чем рама на их месте. В сопряжениях стен (в том числе и в углах, если стены выполнены полностью из кирпича) в кладку должны укладываться арматурные сетки сечением продольной арматуры общей площадью не менее 1 см 2 , длиной 1,5 м через 700 мм по высоте при расчетной сейсмичности 7-8 баллов и через 500 мм — при 9 баллах (2, п. 3.46). Если над входом в дом будете делать козырек, опирающийся на столбы, то они должны быть из жлезобетона. Так как кирпичные столбы допускаются только при расчетной сейсмичности 7 баллов (2, п. 3.46).

Для армирования каменных конструкций в соответствии с СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций следует применять:

• для сетчатого армирования - арматуру классов А-I и Вр-I;
• для продольной и поперечной арматуры, анкеров и связей - арматуру классов А-I, А-II и Вр-I

Арматурные сетки следует укладывать не реже, чем через пять рядов кирпичной кладки из обыкновенного кирпича, через четыре ряда кладки из утолщенного кирпича и через три ряда кладки из керамических камней.

Диаметр сетчатой арматуры должен быть не менее 3 мм.

Диаметр арматуры в горизонтальных швах кладки должен быть, не более:

• при пересечении арматуры в швах - 6 мм;
• без пересечения арматуры в швах - 8 мм.

Расстояние между стержнями сетки должно быть не более 12 и не менее 3 см.

Швы кладки армокаменных конструкций должны иметь толщину, превышающую диаметр арматуры не менее чем на 4 мм (3, п.2.6; п.6.76).

Перегородки из кирпича или камня следует армировать на всю длину не реже, чем через 700 мм по высоте стержнями общим сечением в шве не менее 0,2 см (2, п.3.12).

Размер окон мы тоже за Вас не выберем:-). Это зависит только от Ваших предпочтений. Единственное, перемычки над окнами и дверьми должны устраиваться, как правило, на всю толщину стены и заделываться в кладку на глубину не менее 350 мм. При ширине проема до 1,5 м заделка перемычек допускается на 250 мм (1, п. 7.6.17).

Лента. Окольцовывать ряды арматур нужно, "окольцовка" эта и получается из вертикальных и горизонтальных прутьев, которые схематических рисунках (выше) названы "поперечной арматурой" с шагом 20 см. Их достаточно, какого-то дополнительного окольцовывания не нужно.

Перекрытие. В уровне перекрытий и покрытий, выполненных из сборных железобетонных элементов, по всем стенам без пропусков и разрывов должны устраиваться антисейсмические пояса из монолитного железобетона с непрерывным армированием. В зданиях с монолитными железобетонными перекрытиями, заделанными по контуру в стены, антисейсмические пояса в уровне этих перекрытий допускается не устраивать.

Плиты перекрытий (покрытий) должны соединяться с антисейсмическими поясами посредством анкеровки выпусков арматуры или сваркой закладных деталей. Антисейсмические пояса верхнего этажа должны быть связаны с кладкой вертикальными выпусками арматуры.

Антисейсмический пояс (с опорным участком перекрытия) должен устраиваться, как правило, на всю ширину стены; в наружных стенах толщиной 500 мм и более ширина пояса может быть меньше на 100 - 150 мм. Высота пояса должна быть не менее толщины плиты перекрытия, класс бетона - не ниже В15.

Продольную арматуру антисейсмического пояса устанавливают по расчету, но не менее четырех стержней диаметром 10 мм при сейсмичности 7 - 8 баллов и не менее четырех стержней диаметром 12 мм - при 9 баллах (1, п. 7.6.11; п. 7.6.12).

Длина участков опирания плит перекрытий и покрытий на несущие конструкции принимается не менее:

• для кирпичных и каменных стен - 120 мм;
• для железобетонных панелей и ригелей - 60 мм (1, п.7.1.9).

Арматура вертикальная в ленте изначально и обсуждалась Ø14 мм, так что можно. Без среднего ряда вертикальной арматуры без расчета армирования обойтись нельзя. Мы не делаем таких расчетов, а советовать того, в чем не уверены не можем.

у Вас вообще сейсмика 8 баллов, но если Вы хотите подстраховаться, то о мерах, которые необходимо предпринять при 9 баллах Вы можете прочесть в таких пунктах СП 31-114-2004:

• диаметр арматуры - п.7.2.8;
• шаг хомутов - п.7.3.3;
• требования к кирпичу и кладке - п.7.6.1 - а) и г); п.7.6.2;
• ширина простенков и проемов - п.7.6.10.

Сейсмическими называются районы, подверженные землетрясением.

Землетрясения - это колебания поверхности Земли. Они могут быть такими слабыми, что лишь детская колыбель слегка бы качнулась. Но бывают и настолько катастрофическими, что разрушают горы и стирают целые города с лица Земли. На самом деле колебания земли могут вызываться самыми различными причинами - от проезда тяжелой транспортной техники до извержения вулкана. Крупные землетрясения происходят при разрыве и перемещении горных пород в местах столкновения гигантских тектонических плит, из которых состоит земная кора.

К строительству зданий и сооружений в сейсмических районах предъявляются особые требования, изложенные в Нормах и правилах строительства в сейсмических районах.

Сейсмичность пункта строительства уточняется по картам сейсмического микрорайонирования. Сейсмическое микрорайонирование территорий строительства и населенных мест производится по материалам, характеризующим физико-механические свойства грунтов, геологические и гидрогеологические условия и рельеф местности.

Наиболее благоприятными в сейсмическом отношении грунтами являются невыветренные скальные и полускальные породы, а также плотные и маловлажные крупнообломочные грунты. Неблагоприятными грунтами являются насыщенные водой гравийные, песчаные и глинистые (макропористые), а также пластичные, текучие глинистые (не макропористые) грунты.

К неблагоприятным в сейсмическом отношении условиям строительной площадки относятся: сильно расчлененный рельеф местности (обрывистые берега, овраги, ущелья и др.); выветренность и сильная нарушенность пород физико-геологическими процессами; близкое расположение линий тектонических разрывов.

При необходимости строительства зданий и сооружений в районах оползней, осыпей, обвалов, плывунов, горных выработок и т. п. должны быть осуществлены мероприятия по обеспечению сейсмостойкости зданий и сооружений согласно, особым, проектам по инженерной подготовке площадки. Во всех случаях не следует допускать расположения строительных площадок в местах, затопляемых, заболоченных, с высоким уровнем грунтовых вод, в зонах насыпных грунтов, оползней, карстов, осыпей, обвалов и селевых потоков.

В СНиПе основные типы грунтов с точки зрения их сейсмоустойчивости делят на три категории. К первой категории относят скальные и полускальные, а также особо плотные крупноблочные породы при глубине уровня грунтовых вод не менее 15 м; ко второй категории - глины и суглинки, пески и супеси при толщине слоя менее 8 м, а также крупнообломочные грунты при толщине слоя 6-10 м; к третьей категории – глины и суглинки, пески и супеси при толщине слоя менее 4 м, а также крупнообломочные грунты при толщине слоя менее 3м.

При строительстве на грунтах первой категории расчетную-сейсмичность района строительства, определенную по картам, можно снизить на 1 балл. Грунты второй категории соответствуют нормативной балльности сейсмики, определяемой по картам. При грунтах третьей категории 6 и 7-балльную сейсмичность нужно повысить на 1 балл, а при 9-балльной нормативной сейсмичности рекомендуется подобрать другую строительную площадку с меньшей сейсмичностью.

При проектировании зданий и сооружений, предназначенных для строительства в сейсмических районах, следует применять конструктивные решения, позволяющие до минимума снижать сейсмические нагрузки. Поэтому рекомендуют применять симметричные конструктивные схемы, легкие ограждающие конструкции и такие несущие относительно обеих осей здания в плане конструкции, которые обеспечивают развитие пластических деформаций в элементах и стыках.

При проектировании здании и сооружений, возводимых в сейсмических районах, кроме расчета конструкций на обычные нагрузки (собственный вес, временные и другие нагрузки) проводятся расчеты на воздействие сейсмических сил, которые условно принимают действующими горизонтально. Сила землетрясения устанавливается по, 12-балльной шкале.

При проектировании особо ответственных здании и сооружений значения определенную обычным способом 6 и 7-балльную сейсмостойкость переводят в 8 и 9-балльную, а при 9-балльной нормативной сейсмичности расчетные сейсмические нагрузки умножают на дополнительный коэффициент 1,5.

Здания должны иметь простую форму плана (квадрат, прямоугольник, круг и т. п.). Здание сложной формы должно быть разделено на отсеки простой формы (рис.4.1). В каждом отсеке необходимо соблюдать жесткость и симметричность расположения несущих вертикальных конструкций. Предельные размеры зданий (отсеков) с разными типами несущего остова приведены в табл.4.1

Таблица 4.1
Предельные размеры зданий

Несущие конструкции зданий	Размеры по длине (ширине), м			Высота, м (число этажей)
	7	8	9	7	8	9
1.Металлический или железобетонный каркас или стены железобетонные монолитные	По требованиям для несейсмических районов, но не более 150м.			По требованиям для несейсмических районов
2.Стены крупнопанельные	80	80	60	45(14)	39(12)	39(9)
3.Стены комплексной конструкции (железобетонные включения и железобетонные пояса образуют легкую каркасную систему	80	80	60	23-30 (7-9)	20-23 (6-7)	14-17 (4-5)
4.Тоже, но не образуют четкий каркас	80	80	60	17-20 (5-6)	14-17 (4-5)	11-14 (3-4)
5.Стены из вибрированных кирпичных панелей или блоков	80	80	60	23 (7)	20(6)	14(4)
6.Стены из кирпичной или каменной кладки	80	80	60	14-17 (4-5)	11-14 (3-4)	8-11 (2-3)

Антисейсмические швы

Антисейсмические швы (из парных стен или колонн) должны разделять здание на отсеки по всей его высоте. Ширину шва при высоте здания до 5 м принимают 30 мм. На каждые следующие 5 м высоты здания ширину антисейсмических швов увеличивают на 20 мм.

Рисунок 4.1 Схемы расположения несущих стен в зданиях, возводимых в сейсмических районах: а- неправильное расположение (входящие углы 1-4 подвергаются разрушению); б – правильное расположение стен (образующие замкнутые сейсмостойкие отсеки 5,6,7; 8 – антисейсмический шов); в- рекомендуемое симметричное расположение поперечных стен; г- нерекомендуемое несимметричное расположение поперечных стен; д- нерекомендуемое расположение стен зданий (сейсмические силы будут стремиться разрушить примыкающие стены).

Фундаменты здания

При строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов назначают не менее 1 м, причем грунты III категории требуют искусственного улучшения. Фундаменты зданий и их отдельных отсеков следует закладывать на одной глубине, а в зданиях повышенной этажности нужно предусматривать дополнительное заглубление фундаментов.

При прохождении сейсмических волн фундаменты зданий и сооружений могут испытывать подвижку относительно друг друга, поэтому рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или фундаменты из перекрестных лент (рис.4.2, в) в монолитном или сборном варианте. Для усиления сборных фундаментов обязательно устраиваются перевязка блоков в узлах и укладка дополнительных арматурных сеток. В каркасных зданиях допускается применение отдельных фундаментов, которые должны раскрепляться железобетонными вставками(рис.4.2, б).

Рисунок 4.2 Конструкции фундаментов в сейсмически oпасных paйонax а - из перекрестных лент; б - закрепление отдельно стоящих фундаментов железобетонными вставками; 1 - сварные сетки; 2 – связевые вставки.

Применение свайных фундаментов требует жесткой заделки свай в непрерывные ростверки, располагающиеся в одном уровне, причем следует опирать нижние концы свай на более плотные слои грунтов оснований. Следует отметить, что устойчивость оснований и фундаментов в сейсмически опасных районax гарантирует нормальную эксплуатацию здания только в том случае, если и вся надземная часть здания возведена с учетов сейсмических воздействий.

При свайных фундаментах следует применять забивные сваи, а не набивные. Набивные сваи без оболочек не применяют. Ростверк свайного фундамента должен быть заглублен в грунт. Для многоэтажных каркасных зданий применяют фундаменты виде перекрестных лент или сплошной плиты.

Особенности конструирования каркасных зданий

В каркасных зданиях горизонтальную сейсмическую нагрузку воспринимают каркас с жесткими узлами рам, каркас с заполнением, каркас с вертикальными связями, диафрагмами или стволами жесткости. При расчетной сейсмичности 7... 8 баллов допускают применять наружные каменные стены высотой не более 7 м.

Диафрагмы, связи и ядра жесткости должны быть непрерывными по всей высоте здания и расположены в обоих направлениях равномерно и симметрично относительно центра тяжести здания. При выборе конструктивных схем следует предусмотреть возникновение первых пластических зон в горизонтальных элементах каркаса (ригелях, перемычках и обвязочных балках).

По способу изготовления и возведения железобетонные каркасы зданий могут быть сборными, сборно-монолитными и монолитными. Жесткие узлы железобетонных рам должны быть усилены применением сварных сеток и замкнутых хомутов (рис.4.3)

Участки ригелей колонн, примыкающие к жестким узлам рам на расстоянии, равном не менее высоты их сечения, усиливают дополнительной замкнутой поперечной арматурой (хомутами) с шагом не более 100мм в рамных системах и не более 200мм в связевых системах. При расчетной сейсмичности 8 и 9 балла в шаг хомутов в колоннах рам не должен превышать b/2 где, b – наименьший размер сечения колонны. Диаметр хомутов следует принимать не менее 8мм.

В сборно-монолитном каркасе колонны и плиты перекрытий объединяют в единую конструкцию путем натяжения на бетон канатной арматуры. Ее пропускают через отверстия колонн в зазорах между крупноразмерными панелями перекрытия.

Сборные колонны многоэтажных зданий по возможности следует укрупнять на несколько этажей. Стыки колонн необходимо располагать в зонах с минимальным изгибающими моментами.

Рисунок 4.3 Сейсмоконструирование узлов. а, б - армирование узла сборной и монолитной железобетонной рамы: в - конструктивное решение стыковых соединений панелей внутренних стен крупнопанельных зданий; г- анкеровка панелей перекрытий 1 – продольная арматура; 2 - то же, поперечная; 3 - усиленный арматурный выпуск; 4- опорный столик из уголков с отверстием; 5- дополнительная продольная арматура; 6 - поперечная арматура

Особенности конструирования крупнопанельных и объемно-блочных зданий

Для зданий сейсмических районов рекомендуют принимать конструктивную схему с несущими поперечными и продольными стенами. Панели стен и перекрытий соединяют путем сварки выпусков арматуры, анкерных стержней и закладных деталей. Таким образом все элементы зданий объединяют в единую пространственную конструкцию, способную воспринимать сейсмические нагрузки. Несущую способность зданий повышают путем применения вертикальной напрягаемой арматуры.

Фундаменты применяют ленточные из монолитного железобетона. При больших нагрузках и слабых грунтах может оказаться рациональным фундамент в виде сплошной монолитной плиты.

Стеновые панели армируют пространственными каркасами. Пример конструктивного решения внутренней стеновой панели и ее стыков показан на рис.108в. Стены по всей длине и ширине здания должны быть, как правило, непрерывными.

Благодаря большой пространственной жесткости и способности перераспределять усилия, объемно-блочные здания вполне подходят для строительства в сейсмических районах. При строительстве блоки размерами на всю комнату соединяют по высоте только по углам. Однако по всем граням блоков устанавливают вертикальную арматуру. Для повышения жесткости горизонтальных стыков блоков целесообразно устраивать шпоночные связи.

Для снижения сейсмических нагрузок устраивают в зданиях так называемый первый гибкий этаж, т. е. первый этаж многоэтажных зданий выполняют каркасным. Последнее время такое решение подвергается к жесткой критике.

Особенности конструирования каменных зданий

В зданиях с несущими стенами из кирпича или каменной кладки, кроме наружных продольных стен, должно быть не менее одной внутренней продольной стены. При этом соблюдают требования по минимальной ширине простенков и максимальной ширине проемов.

Сейсмостойкость каменных стен зданий повышают арматурными сетками, вертикальными железобетонными элементами (сердечниками), предварительным напряжением кладки. В уровне перекрытий и покрытий зданий устраивают антисейсмические железобетонные пояса по всем продольным и поперечным стенам. Связь поясов с кладкой может быть усилена выпусками арматуры и железобетонными анкерами.

Антисейсмические пояса устраивают на всю ширину стены. Высота поясов должна быть не менее 150 мм. Их возводят из бетона класса не ниже B12, 5 и армируют четырьмя продольными стержнями диаметром 10 и 12 мм при расчетной сейсмичности соответственно 7, 8 и 9 баллов. Кроме того, армируют горизонтальной арматурой все угловые участки наружных стен и сопряжения внутренних стен к наружным. Аналогичное армирование применяют для стен из монолитного бетона.

Проемы большой ширины и узкие простенки окаймляют
железобетонной рамкой (рис.4.4). Перемычки устраивают, как
правило, на всю толщину стены и заделывают в кладку на
глубину не менее 350 мм (при ширине проема до 1,5м – не менее 250 мм).

Рисунок 4.4 Усиление граней оконных (а) и дверных (б) проемов: 1 - железобетонный сердечник; 2 - железобетонная перемычка, объединенная с обвязкой; 3 -железобетонная обвязка

Первые этажи зданий, включающие магазины и другие помещения свободной планировки (с колоннами), выполняют в железобетоне.

Здания с пролетами 18 м и более следует перекрывать металлическими фермами в сочетании с алюминиевыми панелями или профилированным стальным настилом, утепленным пенополистиролом или другими эффективными легкими материалами. Предварительно напряженные железобетонные конструкции, в которых арматура не имеет сцепления с бетоном, применять не разрешается.

Лестницы рекомендуется применять крупносборные с заделкой в кладку не менее чем на 250 мм, с анкерованием или с надежными сварными креплениями. Консольная заделка ступеней не допускается. Дверные и оконные проемы при сейсмичности 8 и 9 баллов должен иметь железобетонное обрамление.

Перегородки следует применять крупнопанельные или каркасной конструкции, причем они должны быть надежно связаны с перекрытиями и стенами или колоннами. Балконы должны выполняться в виде консольных выпусков панелей перекрытий (или надежно с ними соединяться). Вынос балконов допускается при сейсмичности 7 баллов 1,5 м, а при сейсмичности 8-9 баллов 1,25 м. Отделку помещений следует производить с использованием легких листовых материалов (сухой штукатурки, фанеры, древесноволокнистых плит и т. п.).

Покрытия одноэтажных зданий для строительства в сейсмических районах следует принимать сборно-монолитной конструкции. Многопролетные стропильные покрытия, как и многоволновые оболочки для сейсмических районов, целесообразно проектировать неразрезными с целью повышениях их жесткости и устойчивости.

Строительство жилых домов из сырцового кирпича, самана и грунтоблоков допускают лишь в сельских населенных пунктах при условии усиления стен деревянным каркасом с диагональными связями.

Проектирование фундаментов при сейсмических воздействиях следует производить в соответствии с требованиями СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*».

Сейсмические воздействия на фундамент обусловлены зем­летрясениями, происходящими в результате тектонических раз­ломов в земной коре. От гипоцентра во всех направлениях рас­пространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмичес­кими волнами (продольными, поперечными и поверхностными). Сейсмические воздействия вызывают колебания зданий и соору­жений, которые приводят к появлению в элементах надземных конструкций сил инерции. На величину последних решающее влияние оказывает интенсивность землетрясения, измеряемая балльностью.

Сейсмические воздействия, как и любые динамического ха­рактера нагрузки на основания, приводят к изменению свойств грунтов: увеличивается сжимаемость, особенно несвязных грун­тов; уменьшается их предельное сопротивление сдвигу, вследствие вызванного вибрацией уменьшения трения между частицами. Импульсные воздействия средней величины могут вызвать допол­нительные осадки и просадки оснований, а импульсы значитель­ной величины – разрушение структуры грунтов, уменьшение их прочности, потерю устойчивости оснований. При определенных условиях может происходить разжижение водонасыщенных пес­чаных оснований, приводящее к полному исчерпыванию их несу­щей способности. Эти изменения строительных свойств грунтов и специфический характер взаимодействия сооружения с основа­нием определяют особенности проектирования фундаментов в условиях сейсмических воздействий.

В России принята 12-балльная шкала оценки силы землетря­сения. Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем).

Сейсмичность площадки в зависимости от категории грунта приведена в табл. 5.1. Сейсмические воздействия при проектировании учитываются при интенсивности сейсмических колебаний 7, 8 и 9 баллов. При интенсивности более 9 баллов строительство возможно только по разрешению вышестоящих органов в соответствии с утвержденными требованиями.

По сейсмическим свойствам грунты разделяются на три категории:

Таблица 5.1

При неоднородном составе грунты площадки строительства относятся к более неблагоприятной категории грунта по сейсмическим свойствам, если в пределах 10-метровой толщи грунта (считая от планировочной отметки) слой, относящийся к этой категории, имеет суммарную толщину более 5 м.

Расчет фундаментных конструкций и их оснований выполняют на основное и особое сочетание нагрузок, причем в последнее обязательно включается сейсмическая нагрузка. Расчетную сейсми­ческую нагрузку получают в результате динамического расчета всего здания на колебания и прикладывают в точках расположения масс элементов конструкций.

При динамическом расчете учитывают массу отдельных элемен­тов здания, сейсмичность района, формы собственных колебаний, особенности колебаний сооружения, тип грунтовых условий, конст­руктивное решение сооружения и характер допускаемых поврежде­ний и дефектов. После получения сейсмических нагрузок на основа­нии принципа Даламбера проводят статический расчет конструкций здания в предположении совместного действия сейсмической и ста­тической нагрузки.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные на­пряжения, возникающие в основании при прохождении сейсмичес­ких волн, определяют по формулам:

; , (5.10)

где k с – коэффициент сейсмичности (при 7 баллах k с = 0,025; при 8 баллах – 0,05 и при 9 баллах – 0,1); γ – удельный вес грунта; С p и С s – соответственно скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн; Т 0 = 0,5 – период скорости сейс­мических колебаний, с.

Сейсмические инерционные нагрузки, действующие на фунда­мент во время землетрясения, определяют по формуле

где G k – вес элемента сооружения, отнесенный к точке к; γ n – ко­эффициент, зависящий от класса сооружения (принимается в преде­лах 1–1,5); – коэффициент динамичности; – коэффициент, учитывающий форму колебаний.

При проектировании и строительстве в сейсмических районах глубину заложения фундаментов в грунтах I и II категорий назнача­ют как для несейсмических районов, но не менее 1 м; грунты III категории требуют предварительного искусственного улучшения.

Фундаменты зданий и их отдельных отсеков рекомендуется за­кладывать на одном уровне во избежание изменения частоты со­бственных колебаний. В зданиях повышенной этажности следует увеличивать глубину заложения с помощью устройства дополни­тельных подземных этажей.

При прохождении сейсмических волн поверхность грунта может испытывать растяжение и сжатие в различных направлениях, что может вызвать подвижку фундаментов относительно друг друга, поэтому для исключения подвижки и устойчивости фундаментов рекомендуется возводить сплошные плитные фундаменты или не­прерывные фундаменты из перекрестных лент (рис. 5.3, а ), устра­иваемых в сборном или монолитном варианте. Для усиления сбор­ных фундаментов по верху подушки укладывают арматурные сетки и устраивают перевязку блоков в углах и пересечениях, а при сейсмичности 9 баллов армируют все сопряжения стен подвалов. Фундаменты каркасных зданий допускается устанавливать на от­дельные фундаменты, которые соединяются друг с другом железо­бетонными вставками (рис. 5.3, б ).

Рис. 5.3. Схемы фундаментов в сейсмических районах

Для предотвращения подвижки здания по обрезу фундамента гид­роизоляцию стен необходимо выполнять в виде цементного слоя. Применение гидроизоляции на битумной основе не разрешается.

При использовании свайных фундаментов необходима жесткая заделка свай в непрерывный ростверк для восприятия горизон­тальных усилий, возникающих при землетрясениях, при этом следу­ет стремиться опирать нижние концы свай на плотные грунты. Влияние сейсмических воздействий на работу свайных фундаментов учитывают с помощью понижающих коэффициентов условий рабо­ты, при расчете несущей способности основания по боковой поверх­ности и под острием сваи.

Самыми неблагоприятными основаниями являются водонасыщенные пески, способные разжижаться в условиях сейсмических воздействий и приводить к провальным осадкам зданий, поэтому их следует использовать в качестве оснований только после предвари­тельного уплотнения вибрированием, песчаными сваями или каким-либо другим способом.

Проектирование и устройство фундаментов с учетом сейсмичес­ких воздействий гарантируют сохранность сооружения при условии, если и надземная часть здания возведена с учетом данных воздейст­вий.