Ограниченная кладка при сейсмостойком строительстве

Несколько землетрясений на Аляске показали внутреннюю плохую устойчивость неармированных зданий из каменной кладки, а также не пластичного железобетонного (RC) каркасного строительства, особенно используется в развивающихся странах, где такое строительство распространено. Это привело к высоким человеческим и экономическим потерям и вызвало необходимость в альтернативных строительных технологиях с улучшенными сейсмическими характеристиками. Одна такая технология ограниченный кладки, который состоит из стен кладки ограниченных горизонтальными и вертикальными связь-колонками RC и связь-лучами которые заключают панели стенной кладки на всех сторонах.

Применение ограниченной кладки не требует предварительных изменений конструкции и поэтому его можно использовать как алтернатива к неармированной кладке (как утверждает ТОО «Темiр Каркас»: армирование кирпичных, бетонных конструкций и стяжки, где применяется сетка кладочная, повышает сейсостойкость стен зданий), так и к конструкции рамки RC. Ограниченная конструкция кладки эволюционировала через неофициальный процесс основанный на своем удовлетворительном представлении в прошлых землетрясениях. Первые сообщения об использовании замкнутой кладки были получены в ходе реконструкции зданий, разрушенных в 1908 году в Мессине и в Италии землетрясением (M 7.2), в результате которого погибло более 70 000 человек. Строительство замкнутой кладки практикуется в Средиземноморье (Италия, Словения и Сербия), Латинской Америке (Мексика, Чили, Перу, Аргентина и другие страны), на Ближнем Востоке (Иран), в Южной Азии (Индонезия) и на Дальнем Востоке (Китай). Важно отметить, что в странах и регионах с чрезвычайно высоким сейсмическим риском существует практика возведения замкнутой кладки. Несколько примеров замкнутого каменного строительства по всему миру, из Аргентины, Чили, Ирана, Перу, Сербии и Словении, представлены во Всемирной жилищной энциклопедии [1].

Замкнутая Кладочная Сеть

В январе 2008 года в Канпуре, Индия, Национальным информационным центром по сейсмостойкому строительству, Индия; проектом Всемирной жилищной энциклопедии EERI и IAEE; и при поддержке Всемирной инициативы по сейсмической безопасности и компании «риск менеджмент Солюшнс Инк» был организован Международный стратегический семинар по пропаганде замкнутой (ограниченной) кладки. Группа международных экспертов из Индии, США, Швейцарии, Перу, Мексики, Китая, Индонезии и Канады создала замкнутую кладочную сеть с двумя основными целями: улучшить практику проектирования и строительства замкнутой кладки там, где она используется в настоящее время, и внедрить ее в районах, где она может снизить сейсмический риск. Веб-сайт [2] был создан, чтобы обеспечить растущее хранилище ресурсов, связанных с ограниченным строительством каменной кладки, в том числе учебных материалов, руководящих принципов и научно-исследовательских работ.

Помимо составления имеющихся ресурсов по ограниченной кладке, группа взяла на себя обязательство разработать глобальные руководства по проектированию и строительству зданий с ограниченной кладкой и современный доклад о потребностях в исследованиях. Сеть предоставляет платформу для обсуждения вопросов, связанных с проектированием и строительством замкнутой кладки в сейсмических районах.

На данном этапе завершена разработка руководства по проектированию малоэтажных замкнутых кирпичных зданий, а в настоящее время разрабатываются руководство по строительству и руководство по проектированию проектируемых зданий. В настоящем документе представлен обзор руководств и их ключевых особенностей.

Рекомендации по проектированию неинженерных замкнутых кирпичных зданий

Первым руководящим принципом, опубликованным сетью замкнутой кладки в августе 2011 года, было руководство по сейсмическому проектированию малоэтажных замкнутых каменных зданий[3]. Руководство было разработано тринадцатью международными экспертами в области сейсмостойкого строительства и замкнутых каменных конструкций. Рекомендации, содержащиеся в руководстве, основаны на проектных кодексах и исследованиях, проведенных в странах и регионах, где хорошо зарекомендовала себя замкнутая кладка, включая Мексику, Перу, Чили, Аргентину, Иран, Индонезию, Китай, Алжир и Словению.

Руководство содержит предписывающие проектные рекомендации для одно-и двухэтажных зданий, которые строятся без технического участия квалифицированных технических специалистов. Поскольку руководство предназначено для использования-инженеры, инженерные расчеты не требуются для его применения. В руководстве были рассмотрены различия в уровне сейсмической опасности, строительных материалах и практике, таких как различные системы пола/крыши (светлая деревянная крыша по сравнению с железобетонными плитами).

Руководство состоит из трех глав. В главе 1 дается обзор замкнутой кладки и ее компонентов, а также обсуждаются механизмы сейсмического реагирования для замкнутых кирпичных зданий. В главе 2 представлены общие требования, связанные со строительством замкнутой кладки, включая архитектурно-планировочные соображения и материалы. В основе документа лежит Глава 3, в которой излагаются предписывающие рекомендации по проектированию малоэтажных зданий с ограниченной кладкой, включая рекомендации по планировке и плотности стен, минимальные требования к размерам структурных компонентов, а также размер и детализацию арматуры. В руководстве также кратко излагаются положения о сейсмическом проектировании замкнутых кирпичных зданий, содержащиеся в соответствующих международных кодексах.

Основные Рекомендации

Рекомендации могут быть сгруппированы в три общие области: типы материалов и механические свойства, рекомендации по проектированию стен и деталей, связанных с ограничением RC-элементов (tiebeams и tie-columns).

Типы материалов и механические свойства

Большинство типов стандартных блоков кладки можно использовать для ограниченной конструкции кладки. Исследования и наблюдения после землетрясений показывают, что ограниченные каменные стены, построенные из твердых блоков (например, глиняного кирпича), работают лучше, чем стены с многоперфорированными блоками (например, глиняной плиткой) или полыми бетонными блоками. Таким образом направляющий выступ включает рекомендации отнесенные к количеству прокалываний или отверстий внутри блоки кладки, выраженному как фракция площадь поперечного сечения блока большая.

Минимальный рекомендуемый прочности на сжатие для различных стенных блоков и типов миномета входят в руководство, как минимум прочности на сжатие для бетона и кладки блоков и минимальный предел текучести для арматурного проката в RC удерживающих элементов. Эти преимущества основаны на обзоре минимальных материальных преимуществ, указанных в строительных кодексах и технических руководствах нескольких стран. При наличии технической информации о местных установках руководство рекомендует квалифицированным техническим специалистам использовать эти данные для соответствующей корректировки спецификаций.

Рекомендации По Проектированию Стен

Плотность стен является ключевым показателем сейсмической безопасности малоэтажных замкнутых кирпичных зданий, что подтверждается исследованием, проведенным после землетрясения 2010 года в городе Мауле, Чили [4]. Индекс плотности стен-это отношение общей площади стен в каждом ортогональном направлении к площади плана здания. Требуемый индекс плотности стен конкретного здания определяется по упрощенному методу, основанному на мексиканском строительном кодексе [5]. Это зависит от сейсмической опасности, тип почвы, количество этажей, кладка прочность на сдвиг, вес дома, и силы тяжести несущей способности. Существуют следующие альтернативные подходы для проверки того, находится ли индекс плотности стен здания в рекомендуемых пределах: 1) значение должно быть сравнено с максимальным значением, рекомендованным в руководстве, или 2) требуемый индекс плотности стен может быть вычислен из проектных уравнений. Этот метод может быть использован вместо детального анализа для обычных зданий (без значительных крутильных эффектов), и когда механизм разрушения сдвига преобладает для ограниченных стен кладки. Таким образом, стены с большими проемами или с соотношением высоты/длины 1,5 или выше не считаются замкнутыми кирпичными стенами.

Наличие отверстий значительных размеров может оказать негативное влияние на сейсмостойкость замкнутых кладочных стен, свидетельствуют данные исследований и отчеты прошлых землетрясений. Влияние проемов на сейсмические показатели замкнутых кладочных конструкций зависит от их размеров и расположения. Идеально, ограничивающие элементы (связь-колонки RC) быть обеспечено на сторонах отверстий, но то всегда не возможно. Руководство содержит рекомендации по учету незамкнутых проемов в анализе плотности стен.

Руководство также содержит рекомендации по толщине стенок, высоте, соотношению высота/толщина и расстоянию между ними. Оно также дает рекомендации для парапетов и стен.

Перекрытие железобетонных балок и колонн

Железобетонные стяжные колонны и стяжные балки эффективны для повышения устойчивости и целостности кладочных стен при плоских и внеплоскостных землетрясениях. Эти элементы предотвращают хрупкую сейсмическую реакцию кладочных стен и защищают их от полного разрушения даже при сильных землетрясениях. Ограничивая элементы, в частности связывать-колонки, внести вклад в Общая стабильность здания для нагрузок силы тяжести. Для того чтобы обеспечить правильное удерживание связь-колонки и связь-лучи необходимо быть осторожным детализировать и построить. Чтобы помочь в этом, руководство включает в себя несколько рекомендаций для стяжных колонн и стяжных балок, в том числе размеры, места, расстояние, детали арматуры и бетон размещения.

Адекватнее скрепление между стенной кладкой и смежными связь-колонками важно для удовлетворительного представления землетрясения и для задерживать нежелательные трескать и разъединение на интерфейс стен-к-связь-колонки. Склеивание достигается за счет зацепления на стене-tiecolumn интерфейс или с укрепление дюбелями. Зубцы является наиболее распространенным подходом. Руководство включает в себя рекомендуемые детали для зубчатой конструкции.

Рекомендации по проектированию инженерных сейсмоучтойчивых каменных зданий

В ряде стран существуют строительные кодексы, которые включают положения о закрытой (ограниченной) кладке, в том числе в Мексике, Перу, Чили и Европейском Союзе. Есть и другие страны, например Гаити и Индонезия, где замкнутая кладка является распространенным методом строительства, но строительные кодексы не включают положения об этом. Из-за различий в практике строительства, сейсмической опасности и других факторов принятие положений строительного кодекса одной страны для использования в другой стране, где таких положений не существует, может стать серьезной проблемой.

В ходе разработки руководящих принципов сейсмического проектирования неинженерных замкнутых кирпичных зданий группа разработчиков определила, что должен быть отдельный руководящий документ для инженерного проектирования замкнутых кирпичных зданий. В 2013 году была сформирована новая группа международных экспертов, которая в настоящее время разрабатывает этот документ. Цель этих руководящих принципов заключается в предоставлении рекомендаций по проектированию замкнутых кирпичных зданий трехэтажных и более высоких, а также нерегулярных зданий с конфигурациями, которые требуют детального инженерного проектирования вместо предписывающего подхода.

Использованные источники

1. EERI/IAEE. World Housing Encyclopedia, Earthquake Engineering Research Institute and the International Association for Earthquake Engineering: Oakland, CA, 2000 (world-housing.net).

2. EERI. Confined Masonry Network, Earthquake Engineering Research Institute, 2010 (confinedmasonry.org).

3. Meli R, Brzev S, Astroza M, Boen T, Crisafulli F, Dai J, Farsi M, Hart T, Mebarki A, Moghadam AS, Quiun D, Tomazevic M, and Yamin L. Seismic Design Guide for Low-Rise Confined Masonry Buildings. Earthquake Engineering Research Institute and International Association for Earthquake Engineering: Oakland, CA, 2011.

4. Astroza M, Moroni O, Brzev S, and Tanner J. Seismic Performance of Engineered Masonry Buildings in the 2010 Maule Earthquake. Special Issue on the 2010 Chile Earthquake, Earthquake Spectra 2012; 28 (S1): S385-S406.

5. NTC-M. Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería. Mexico City, Mexico, 2004.

6. Riahi Z, Elwood K, Alcocer S. Backbone Model for Confined Masonry Walls for Performance-Based Seismic Design. ASCE Journal of Structural Engineering 2009; 135 (6): 644-654.

7. Alcocer S, Arias JG, and Vazquez A. Response Assessment of Mexican Confined Masonry Structures Through Shaking Table Tests, Proceedings of the 13th World Conference on Earthquake Engineering, Paper No. 2130: Vancouver, Canada, 2004.


THE CONFINED MASONRY NETWORK’S DESIGN AND CONSTRUCTION GUIDELINES
T. M. Hart, S. Brzev
July 21-25, 2014, Anchorage, Alaska