Чтение онлайн

Таким образом, применение ПФП на скользящем слое дает большую свободу объемно-планировочному и конструктивному формообразованию зданий и сооружений, т. е. расширяются возможности строительства и повышается его сейсмобезопасность.

Несоблюдение в проекте норм системного проектирования «здание – фундамент – основание», а также неучет конкретных типов фундаментов, сейсмоизоляции и защитных устройств может привести к недоразумениям, которые ставят новые эффективные научно-технические разработки вне этих норм и не способствуют их внедрению. В этой связи целесообразно перенести в предисловие к нормам (из пояснительной записки) оценку нынешнего, к сожалению, положения: существующие методы расчетов на сейсмические воздействия не в полной мере обеспечивают надежное определение напряженно-деформированного состояния элементов конструкций здания, и некоторые инженерные решения вообще принимаются не по расчету, а по конструктивным соображениям.

Для обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений должна активно работать инженерная мысль!

Прямая и противоположная функции фундаментов. Известно традиционное назначение фундамента как устройства, передающего и распределяющего на основание нагрузки от верхнего строения. Имеется литература по теории, конструктивным разработкам и методам расчета разного типа фундаментов на основаниях с учетом их упругих и неупругих свойств.

Назовем это прямой задачей расчета и проектирования фундамента, нагружаемого расчетной нагрузкой. Большинство зданий построено по этой схеме.

Существует и противоположная задача, в которой динамическое возбуждение (например, сейсмическое воздействие) основания через фундамент воздействует и на верхнее строение. В такой постановке теория фундаментостроения практически не разработана и должным образом не обсуждается. Конечно, это весьма сложная задача, усугубленная неясностями характера сейсмического воздействия (импульсного, волнового, колебательного). Ее стремятся упростить. Например, при нормативном спектральном методе расчета на сейсмостойкость фундамент наделяют абсолютными свойствами (заделки) и не учитывают деформативность основания.

«Фундаментальный парадокс». Возник парадокс: запроектированные по прямой задаче фундаменты под здания в случае сейсмики должны выполнить противоположную функцию, на которую они не рассчитаны. И если в прямой задаче стремятся добиться более плавной, равномерной работы фундамента и здания, то в противоположной задаче, вероятно, имеет место неравномерность передачи воздействий от фундамента на части здания с негативными последствиями (разрушение).

В практике проектирования в соответствии с нормативным положением, к сожалению, не используется указанная противоположная постановка, а ориентируются на создание фундамента по прямой задаче и не учитывают свойства конкретного типа фундамента в расчетах на сейсмичность.

Фундамент, работающий и запроектированный от действия нагрузок сверху вниз, не может быть эффективным при действии нагрузки (сейсмики) совершенно другого вида (снизу вверх). Традиционно расчеты снизу вверх не планируются и не осуществляются.

Теория и возможность таких расчетов, и это факт, в научной литературе даже не обсуждались, а в нормативах замалчиваются.

Таким образом, традиционная практика в сейсмостойком строительстве фактически использует фундаменты, которые не предназначены для эффективной работы верхнего строения. Таковы парадоксальные факты и соответствующие последствия.

Недооценка роли фундамента. Сейсмостойкое строительство страдает от несистемности разработок. Подобная недооценка роли фундамента, к сожалению, имеет место не только в нормах, но и ряде исследований зданий на сейсмичность [11–14]. Например, в ряде работ, доказывающих эффективность сейсмоизоляции, проводится анализ, но без рассмотрения свойств конкретных фундаментов и основания (даже не упоминается о них).

Работа [11] принципиально правильно ориентирует на изучение сейсмических разрушений как на надежную информацию о характере разрушительного воздействия (не колебательного, а ударно-волнового), о чем свидетельствуют срезы колонн и косые трещины в простенках. Но при этом, к сожалению, не рассматривается и не анализируется тип фундамента, который является проводником (передающим устройством) разрушительного сейсмического воздействия. Можно предположить, что сделанные в [11] выводы имеют место при традиционных фундаментах, передающих сдвиговые сейсмические воздействия на верхнее строение.

Напрашивается вывод о том, что если новая конструкция фундамента смягчает или ограничивает такие сдвиговые воздействия, то и характер деформирования (или разрушения) верхнего строения будет другим. Здесь заложена идея сейсмозащиты, которая может быть реализована, например, в виде сплошной фундаментной плиты на скользящем слое [4].

В работе [12] приводятся сведения о разрушениях в Спитаке колонн продольного ряда при целостности поперечных колонн зданий серии 111. Но при этом не упоминается о типах фундамента. Можно высказать догадку о том, что конструкции фундаментов и их расположение повлияли на характер деформирования (разрушения) этих колонн и что при других типах фундаментов результаты были бы иными. Упомянем здесь вновь о возможности внешней сейсмоизоляции, в частности, с применением сплошных фундаментных платформ на скользящем слое [14].

Необходимость активного развития методов конструктивной сейсмобезопасности зданий вместе с фундаментом, в том числе с использованием внешней сейсмоизоляции. В настоящее время активное развитие и применение методов и средств конструктивной сейсмобезопасности является объективной необходимостью, связанной с неудовлетворительным состоянием теории расчета зданий на сейсмоустойчивость и сложностями (неясностями) моделирования сейсмических воздействий.

Действующему нормативному колебательному (спектральному) методу расчета противопоставлена ударно-волновая природа концепции сейсмического воздействия. Нормативные расчеты по спектральному методу, основанному на гармонических колебаниях, содержат ряд коэффициентов, не имеющих физического смысла. Не удается воспроизвести (смоделировать) реальные сейсмические воздействия ни в расчетах, ни в инженерных испытаниях. Поэтому расчеты по нормам являются конструктивными рекомендациями и содержат ограничения, которые должны некоторым образом восполнить этот пробел.

Таким образом, методы (приемы) конструктивной сейсмобезопасности при имеющихся недостатках теории являются как бы самостоятельным направлением развития.

Но этот раздел рекомендаций по конструктивным решениям сделан как-то несистемно, не сформулированы принципы, нет связи с характеристикой сейсмических воздействий, о фундаментах «забыли», очень ограниченно представлена сейсмозащита и т. д.

Вызывает серьезное беспокойство и неудовлетворенность то, что авторы нормативного подхода и его противники как бы не слышат друг друга, а государство остается в стороне от решения столь важной для страны проблемы [11, 12].

В [13] уже указывалось на необходимость системного междисциплинарного подхода к решению проблем строительства: разобщенность работ сейсмиков и строителей, ограниченность нормативного подхода, не учитывающего типы фундаментов, пренебрежение внешней сейсмозащитой и др.

Сейсмоизоляция – один из видов конструктивной сейсмобезопасности. Однако современная традиционная сейсмоизоляция, к сожалению, не обладает высокой эффективностью. Например, резинометаллические опоры – это весьма дорогие устройства, требующие постоянного слежения за их состоянием в процессе эксплуатации, а также замены их примерно через 40 лет. При несинхронной работе хотя бы одной из многочисленных опор возникают негативные ситуации. Для установки таких опор требуется фактически двойной фундамент (например, нижняя опорная плита на основании и верхний ростверк), т. е. увеличивается материалоемкость конструкции. А главное в том, что нарушается целостность конструктивной схемы (верхнее строение + фундамент), все расчленено на части с включением упругих опор. Такова цена сейсмоизоляции.