Обобщая и анализируя материалы о поведении монолитных зданий при Карпатском землетрясении 1986 г. и опыт проведения после него ремонтно-восстановительных работ, можно сделать ряд существенных выводов.
Прежде всего следует обратить внимание на то, что современные монолитные здания рассчитываются на эксплуатацию в течение 100—150 лет. Каждое из них при эксплуатации в сейсмическом районе в течение этого срока неизбежно подвергнется воздействию одного или нескольких сильных землетрясений. В последнем случае будет иметь место эффект накопления и развития повреждений конструкций.
Исходя из этого, следует решить принципиальный вопрос: какие повреждения можно допустить в монолитных зданиях при землетрясениях расчетной силы? Ответ на этот вопрос должен учитывать два обстоятельства. Во-первых, интенсивное развертывание монолитного домостроения в сейсмических районах, во-вторых, повышенную трудоемкость, а в ряде случаев и стоимость работ по усилению железобетонных конструкций.
Согласно действующим нормам при землетрясении расчетной силы в конструкциях жилых, общественных, производственных и сельскохозяйственных зданий и сооружений допускаются повреждения, затрудняющие нормальную эксплуатацию при обеспечении безопасности людей и сохранности оборудования. Такую формулировку можно трактовать по разному. В принципе она допускает повреждения 3-й и даже локально 4-й степени и, как следствие, — узаконивает такую ситуацию, когда в результате сильного землетрясения в районе массовой застройки монолитными зданиями многие из них получат повреждения, не угрожающие жизни людей в условиях нормальной эксплуатации, но требующие усиления конструкции, причем в ограниченные сроки. Ведь известно, что в ряде случаев интервалы между землетрясениями большой силы в одном каком-либо регионе весьма коротки.
Если взвесить все сказанное, то экономическая целесообразность допущения в большом количестве зданий повреждений, возникающих одновременно и требующих ликвидации в короткие сроки, представляется довольно сомнительной. Неразумна, конечно, и альтернатива в виде полного запрета на какие-либо повреждения конструкций.
Практика строительства, эксплуатации и усиления монолитных зданий в Кишиневе показала, что оптимальное решение поставленного вопроса соответствует равенству расходов на усиление поврежденных конструкций расходам, необходимым для того, чтобы эти повреждения не допустить. Исходя из этого условия, в зданиях массовой застройки при землетрясениях расчетной силы можно допустить повреждения, не требующие устранения, и локальные повреждения, которые могут быть устранены оперативно, без нарушения эксплуатационного режима работы здания. Заметим, что перечень последних по мере совершенствования способов массового усиления железобетонных конструкций будет расширяться.
Выше часто употребляли термин «землетрясение расчетной силы». В этой связи следует обратить внимание на то, что в результате различных причин, одна из которых — деятельность человека,— в последние годы наблюдается повышение расчетной сейсмичности многих районов нашей страны. За последние 20 лет площадь высокосейсмических районов (7 баллов и выше) увеличилась более чем в 1,5 раза. Закономерным стало внесение существенных коррективов в карты сейсморайонирования после сильных землетрясений, т. е. сложилась ситуация, когда интервалы между изменениями в расчетной сейсмологической ситуации короче продолжительности службы зданий и сооружений. Это обстоятельство обязывает еще более осторожно относиться к выбору разрешаемых видов повреждений конструкций при землетрясениях.
Наряду с этим в практике сейсмостойкого монолитного домостроения следует учитывать возможность появления необходимости в усилении большого количества зданий в сжатые сроки, иными словами — нужно готовиться к сильному землетрясению.
До недавнего времени так вопрос не ставился. Однако целый ряд сильных землетрясений за сравнительно короткий срок в районах с интенсивным строительством убедительно показал, что в стране необходима организация службы по ликвидации последствий землетрясений. Для ее организации прежде всего необходимо интенсифицировать разработку научно обоснованных методов массового восстановления и усиления различных строительных конструкций, и в первую очередь железобетонных, как наиболее распространенных и трудно поддающихся усилению.
На базе этих исследований нужно составить соответствующие нормативные документы и инструкции. Отечественная промышленность должна наладить выпуск инструмента, приспособлений и оборудования, необходимых для усиления конструкций апробированными методами. В сейсмических районах страны следует создать сеть специализированных РСУ, которые в обычное время будут выполнять работы по реконструкции зданий и сооружений, а после землетрясений — заниматься восстановлением пострадавших конструкций.
Опыт проведения восстановительных работ в Молдавии после землетрясения 1986 г. наглядно продемонстрировал, что следствием отсутствия должной готовности региона к землетрясению являются:
- большой психологический ущерб, получаемый населением;
- неоправданные материальные, трудовые и финансовые затраты на восстановление поврежденных конструкций;
- ущерб, являющийся следствием выхода из строя на длительные сроки различных предприятий;
- отвлечение на продолжительное время большого количества строительных рабочих и ИТР от возведения плановых объектов и т. п.
Часто при решении судьбы поврежденной конструкции стремятся именно «восстановить» ее первоначальное состояние. А в этом не всегда есть необходимость. Достаточно вспомнить методы усиления балок с помощью преднапряженных горизонтальных и шпренгельных затяжек. Распространяется этот вывод и на стены монолитных зданий. He все трещины и выколы бетона, возникающие в них, являются опасными и нуждающимися в ликвидации (например, путем трудоемкого инъецирования полимеррастворами). В подтверждение приведем результаты испытаний двух стеновых железобетонных панелей. Их размеры и схема загружения показаны ранее, а основные прочностные характеристики и результаты испытаний приведены в табл. 6.2.
Каждая панель испытывалась дважды. В результате первичного испытания до полного исчерпания несущей способности в ней появлялись и раскрывались многочисленные трещины, разрушалась сжатая зона в опорном сечении и развивалась деформация текучести в растянутой арматуре (рис. 6.7).
По окончании первичного испытания панели БВ-1 и снятии горизонтальной нагрузки произошло выпучивание растянутых стержней контурной арматуры и выкол примыкавшего к ним большого массива бетона. При подготовке этой панели к повторным испытаниям деформированные арматурные стержни были вырезаны и заменены такими же новыми. Восстановлению с помощью полимерраствора была подвергнута раздробленная сжатая зона опорного сечения по длине панели около 10 см и заинъектирована трещина, начинавшаяся в этой зоне и пересекавшая все поле панели по слегка наклонной траектории. Все остальные трещины не инъектировались, а выколовшийся большой массив бетона в растянутой зоне панели был удален без какого-либо замоноличивания образовавшейся полости (см. рис. 6.7).
В таком состоянии панель была подвергнута повторному испытанию, которое пришлось прекратить из-за отрыва одного из растянутых контурных стержней от анкерной арматуры нагрузочной зоны панели. Однако при этом нагрузка на панель практически достигла максимального значения, установленного при первичном испытании.
В панели БВ-2 контурная арматура не заменялась; восстановлению подвергалась только сжатая зона опорного сечения. Повторные испытания конструкции были прекращены в связи с разрывом одного из контурных растянутых стержней в зоне сварки с анкерной арматурой.
Представленные на рисунке 6.8 графики дают представление об изменении жесткости панелей при принятых мерах по их усилению после доведения до разрушения.
Описанный эксперимент не претендует на право законченного исследования, определяющего методику усиления поврежденных стен монолитных зданий, однако об одном свидетельствует достаточно четко: для восстановления несущей способности стен не все полученные ими повреждения должны быть ликвидированы.
Направленность работ по усилению стен, их составов и методика выполнения должны базироваться на четком понимании напряженно-деформированного состояния стен до получения ими повреждений, изменений, которые эти повреждения внесли в это состояние, и того, каким оно может и должно быть в период дальнейшей эксплуатации усиленной конструкции в обычных и экстремальных условиях.
Приведенные выше экспериментальные данные довольно наглядно демонстрируют, что при выборе мер по усилению стен монолитных зданий прежде всего следует уделять внимание их контурной арматуре, усиливая ее в необходимых случаях, и сжатым зонам приопорных сечений (с учетом знакопеременности сейсмической нагрузки). Далеко не всегда возникает необходимость в глобальном усилении стен железобетонными «рубашками», широко применявшемся в восстановительных работах в Кишиневе.
В большинстве случаев, как свидетельствует характер повреждений монолитных зданий в Кишиневе, их усиление должно носить комплексно-индивидуальный характер, т. е., с одной стороны, учитывать специфику повреждений, их объем и расположение по зданию, а с другой — базироваться на применении должным образом разработанных, по возможности эффективных приемов. Во многих из этих приемов целесообразно применение полимеррастворов для инъектирования отдельных трещин и замоноличивания рыхлых и выкрошившихся участков стен.
Исследования, выполненные в лаборатории сейсмостойкого строительства КПИ им. С. Лазо, показали, что полимеррастворы могут быть эффективно применены для усиления поврежденных стен монолитных зданий с помощью мелкоячеистых проволочных сеток или арматурных скоб (по типу ПАШ), перекрывающих пучки трещин.
Выбор методов усиления здания, пострадавшего в результате землетрясения, должен осуществляться на основе тщательного изучения карт повреждений, составляемых при его детальном исследовании. Много этих карт следует завершать составленном сводной таблицы повреждений с классификацией по типам, установленным соответствующими нормами. Для каждого типа повреждении принимается наиболее эффективный метод восстановления. Такая процедура позволяет отказаться от разработки проекта усиления зданий и тем самым сделать процесс его восстановления более оперативным.
- Усиление монолитных зданий в Кишиневе после землетрясения 1986 г.
- Отечественный и зарубежный опыт усиления железобетонных конструкций
- Классификация повреждений монолитных зданий при землетрясениях
- Специфика производства работ по усилению монолитных зданий
- Предложения по конструированию стен монолитных зданий
- Нормативные требования и сложившиеся принципы конструирования стен монолитных зданий
- Металлоемкость зданий
- Направление дальнейшего совершенствования методов расчета стен по наклонным сечениям
- Анализ основных расчетных параметров стен
- Усовершенствованный метод расчета стен