Сеизмологичен анализ на терените и сградите построени върху тях
В началото на века са положени основите на първите проучвания за методите на противоземетръсното строителство. Символ на това начало е земетресението в Сан Франциско на 18.04.1906г.
Описвайки случилото се в „Смъртния скок“, Лазар Добрич казва: “ Едно от най – разпространените човешки заблуждения – това е вярата в стабилността на земята. Във въздуха и водата ние винаги чувстваме една несигурност, която може да се превърне в страх, но на земята – никога“.
Имайки предвид, че земетръсните области на Земята заемат 1/5 от нейната повърхност и грубо пресмятайки, че всяка година на нашата планета стават 100 разрушителни земетресения, над 10 – унищожителни и поне 1 – катастрофално, не е чудно, че всички държави в сеизмичноактивни райони имат специални строителни правилници за проектиране и изпълнение на противоземетръсни сгради.
Земетресението в Сан Франциско е предшествано от завършена точна нивелация и триангулация. В последствие геодезичните измервания, дали възможност да се направи една доста прецизна оценка на терена преди и след труса и да се направят решаващи заключения.
Внезапната проява на земетресението е свързана с разрушението на скалните маси в огнището и привеждането на всички частици в пространствено трептене, което има вълнов характер. За много кратко време трептенията достигат до земната повърхност и сградите и съоръженията построени върху нея се оказват в нетипична за тяхната експлоатационна биография ситуация – интензивни колебания и разтърсвания, смущаващи вибрации, разнопосочни тласъци, които се редуват за части от секундата.
В крайна сметка земната повърхност може да се оприличи на огромна виброплатформа, която се стреми да се „отърси“ от всичко, което стърчи над нея или се намира в неустойчиво равновесие. Последиците от катастрофата в огнището са цял „букет“ от сеизмични вълни, които се разпространяват в различни посоки“.
При големи амплитуди на колебанията връзката между почвените частици се преодолява и се получават пропуквания, а в пресечена местност се образуват свлачища, срутища и каменопади. (Оксанович, 1979)
Сеизмичните вълни се пречупват и отразяват при преминаване от един пласт в друг, затихват, наслагват се, филтрират се, т.е. променят характера си в зависимост от средата, през която преминават.
Сеизмичните вълни са много и разнообразни видове. По-важни техни представители са:
– надлъжните вълни (компресионните) са подобни на звуковите вълни и предизвикват периодично сгъстяване и разреждане на земните частици в направлението на движение на вълната, движат се най-бързо – 5-6 км/сек и се регистрират първи в сеизмологичните станции;
– напречните вълни са подобни на морските вълни – тук частиците трептят напречно на разпространението, те закъсняват с 1-2 км/сек и дават представа за разстоянието до епицентъра;
– повърхностните вълни – наречени вълните на Райли, по името на техния откривател, нямат аналог в природата. Възникват само на повърхността на твърдите еластични тела (каквото е и земното кълбо) след удар (каквото е земетресението) и затихват много бързо с дълбочината.
Колебанията им съдържат и вертикален и хоризонтален компонент. Вълните на Райли са най-опасната и най-разрушителната изява на сеизмичната активност. Скоростта на повърхностните вълни е не повече от 2-3 км/сек, но най-неприятната им особеност е сравнително ниската честота.
Тя е от порядъка на собствените честоти на изкуствените съоръжения, а това значи резонанс – най-острата форма на динамичен конфликт. Това обяснява и голямата им разрушителна сила.
Реакцията на сградите и съоръженията върху земната повърхност в тази ситуация е да следват „отчаяно“ вибрациите на земната основа. Тези, които успяват да повторят точно и логично лудото трептене, обикновено са обречени, а някои „по-лениви“ конструкции, нежелаещи да влязат в ритъм със земния спазъм, изоставайки от него и едва тръгнали наляво, спират, докато следващият удар ги подгони надясно и така люлеейки се в бавен каданс, те оцеляват.
Сеизмичните вълни проникват в сградите и съоръженията през фундаментите им. Получили мощен силов импулс, човешките творения реагират с по-малки или по-големи колебания. Този динамичен процес непрекъснато се захранва енергийно от вибрациите на почвата докато трае самото земетресение.
Най-общо казано, реализират се два типа колебания от различен порядък:
– трептене на сградата като цяло и
– трептене на отделните елементи,
Решаващи за изхода от ситуацията са първият вид колебания. Ориентировъчното време за едно пълно „залюляване“ (периода на колебанията) е около четвърт секунда (1/4 сек.) за сгради от 2 до 4 етажа и до няколко секунди за по-високите сгради.
Очевидно е, че трептенето на която и да е точка от конструкцията е свързано с многократна промяна на големината и посоката на скоростта, т.е. налице са ускорения. Самата конструкция притежава маса, тя не е безтегловна и оттук, като асоциация, се налага Вторият закон на Нютон: „Маса, умножена по ускорението на нейното движение, дава сила, приложена върху същата тази маса“. Или, с други думи, сградата, като маса, индуцира в себе си сили, с които сама се натоварва. Звучи парадоксално, но е факт.
Тъй като разрушенията на сградите и съоръженията зависят главно от ускоренията, за нуждите на строителството в дадена област са от особено значение акселерограмите. Всеки трус има три характерни фази – начална, централна и затихваща. От голямо значение са:
– времетраенето на труса,
– преобладаващият период – честотата на земетресенията,
– спектралната плътност на ускоренията,
Всичко, намиращо се в невидимото поле на земната гравитация има своята сила на тежест. Всяка сграда носи в себе си тежестта на етажите, оборудването, обзавеждането, хората и ред други вертикални товари, които налагат целесъобразност в конструкцията й, генерално обусловена от хилядите тонове насочени надолу към центъра на Земята.
Основни конструктивни елементи, предназначени „да отклонят“ вертикалните товари от прекия им път малко встрани са всички видове плочи и греди, покривните конструкции и носещите колони, зидове и стени, които осигуряват вертикална връзка.
Обикновено тези конструкции се проектират като се преосигуряват в границите на разумното, така, че да могат да поемат малко повече от възможно най-големите стойности на натоварването в течение на цялата експлоатационна биография на сградата. В този случай, при земетресение, вертикалните компоненти на труса благополучно се поемат.
С хоризонталните компоненти обаче , въпросът е проблематичен. Ако сградата не е замислена като сеизмоустойчива, нейният фронт е оголен в хоризонтално направление. Хоризонталните компоненти на сеизмичните трептения са не само най-опасни, но и преобладаващи. С отдалечаване от епицентъра техният относителен дял става все по-голям.
Всяка сграда или съоръжение има свои собствени периоди на трептене. Но тъй като е нормално сградата да се стреми към състоя ние на покой, тези трептения затихват. Величината на това затихване или – все едно – големината на съпротивлението срещу свободното трептене е една от най-важните сеизмични характеристики на строително-конструктивните системи.
Сеизмоустойчиви сгради са тези, които са построени на база на взети мерки с общ и със специален характер. Засягайки тези мерки, трябва да започнем с основите на сградите (колкото и банално да звучи) трябва да са здрави. В този смисъл от изключителна важност е изборът на строителен терен. Препоръчително е да се избягват места с разчленен релеф – там може да се образува свлачище.
От особено голямо значение е видът на почвата. Характерът на сеизмичните вълни в различните почви е различен. Две сгради – близнаци, построени върху различни почви ще изглеждат по различен начин след земетресение, дори едната при определени условия може да бъде напълно разрушена, а другата почти да не пострада.
Най-благоприятни в сеизмично отношение са неизветрелите скали и полускалните почви и донякъде плътните почви с ниско съдържание на влага. При тях тласъците, макар и резки, имат по-малки амплитуди и ускорения. Неблагоприятни в сеизмично отношение са наситените с вода чакълести, пясъчни или глинести почви и старите насипи, които за съжаление, преобладават в Софийската котловина.
Например причината за големите разрушения след земетресението в Гватемала на 04.02.76 г. се корени в рохкавите вулканични почви.
Освен характера на почвата, друго важно условие е и как сградата „стъпва“ върху тази почва, т.е. фундаментът. Той е не само проводник на сеизмичните трептения към сградата, но и елемент за обратна връзка – предава върху почвата допълнително динамично натоварване вследствие трептенето на сградата. При сухи и плътни почви фундирането е нормално, но при слаби почви се избират специални средства – обща фундаментна плоча или пилоти.
В Япония например, където сеизмичният риск е голям, а почвите слаби, много често зданията имат колкото етажа над земята, толкова и под земята.
Друг вариант за строителство върху слаби почви е те да бъдат укрепени, т.е. да се прибегне до заздравяване на терена. Това се постига чрез механично уплътняване – като химично или термично заздравяване.
При днешните ускорени темпове на урбанизация хората вече строят навсякъде, опитвайки се дори да направят от тинята скала и успяват, макар и на подобаваща за това цена.
От всичко казано до тук се налага изводът: Геоложките условия в много голяма степен диктуват конструктивните решения за сградите и съоръженията.
Ако строим върху скална основа, тя предава на фундамента
главно високите честоти от 5 до 20 херца (или трептения с периоди от 0,5 до 0,2 секунди). Ако искаме да се „разминем“ в този случай с резонанса, трябва да строим сгради със скелетна конструкция.
Ако строим върху слаби почви, трябва да имаме предвид, че те са като филтри за високите честоти и пропускат главно ниските, затова върху тях се строят конструкции с плътни носещи стени.
В противоземетръсното инженерство има десетина препоръчителни „Божи заповеди“ като:
– сградата да бъде проста в план – правоъгълник, квадрат, кръг;
– ако сградата е с друга сложна фигура – Г-, П-, Т-образна, петоъгълна и т.н., да бъде „срязана“ от покрива до фундамента и да бъде съставена от прости тела с достатъчно големи деформационни фуги между тях;
– сградите и съоръженията да не бъдат твърде дълги, тъй като при сеизмично въздействие в надлъжно направление сградата може да се окаже с дължина от порядъка на дължината на сеизмичната вълна,
– вътрешните стени (особено напречните) трябва да минават по цялата широчина на етажа, като прекъснатите стени действат като чук спрямо перпендикулярните на тях стени и в мястото на контакта могат да ги избият. Подобна е ситуацията и при покривни конструкции на две нива;
– колоните и носещите стени трябва да бъдат развити по цялата височина на сградата без да се прекъсват в даден етаж – това е много опасно;
– колоните да се разполагат във вид на ортогонална мрежа – по този начин заедно със съответната греда те формират равнинни рамки и сеизмичните сили „изтичат“ в земната основа по най-краткия път.
– еркерни издавания и конзоли с по-тежко натоварване не се препоръчват и т.н.
В съвременното строителство се наблюдава една световна тенденция с многостранен ефект – олекотяване на сградите и съоръженията, чрез което може да се постигне значително намаление на сеизмичните сили, действащи върху тях. Това се получава най-лесно чрез „смъкване на килограми“ от фасадни и преградни стени, декорации, облицовки, настилки,от конструкцията, която е 50% от общото тегло на сградата и др.
Лекотата и етажността на сградата са в пряка зависимост. Броят на етажите е ограничен с правилници, според това в какви земетръсни области се намират сградите.
Кратък URL: http://www.sobstvenik.com/?p=2208
Създадено от 
sending...
