Эти знания могут однажды спасти вам жизнь: разбираем, в каком доме безопасно во время землетрясения, и каким должно быть антисейсмическое проектирование.
Насколько велика опасность землетрясения в России
Россиянам повезло: 95% наших земель расположены в зоне умеренной сейсмоактивности. Исключение — регионы Северного Кавказа, юга Сибири и Дальнего Востока. Там интенсивность подземных толчков достигает 8-10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале MSK-64. Строительство запротоколировано регламентирующими документами для каждого уровня землетрясения, включая нагрузки под разные типы грунта, требования к усилению стен из различных стеновых материалов и нормы максимальной высотности зданий.
Санкт-Петербург и Ленинградская область расположены в зоне сейсмических воздействий 6 баллов по MSK-64. Однако нам рано выдыхать с облегчением. Неустойчивые суглинистые грунты способны усилить стихийные разрушения, так что вместо падения мебели в эпицентре начнут рушиться капитальные строения.
- От чего зависит уровень гуманитарной катастрофы во время землетрясения мы писали в статье: Суть землетрясения: нужны ли сейсмостойкие дома в Ленобласти
- Общие принципы сейсмоустойчивого строительства, в том числе про антисейсмические швы, в статье: Требования безопасности и чек-лист сейсмостойкого дома
- Нормативная база
- Самое безопасное место в доме во время землетрясения — как действовать во время подземных толчков.
Разберем, какая из технологий строительства обеспечит максимальную безопасность.
Содержание
- Безопасность монолитного дома при землетрясении
- Как кирпичный дом выдержит землетрясение
- Разрушится ли деревянный дом при землетярсении
- Газоблок в сейсмоактивном регионе
- Резюмируем для тех, кто прочел статью по диагонали
Безопасность монолитного дома при землетрясении
Дома из армированного бетона способны выдержать землетрясение 8-9 баллов. Это самые безопасные здания во время стихийного бедствия. Поскольку дом представляет собой литую конструкцию, при худшем сценарии завалится набок, но не обвалиться как кладка.
Характеристики монолита позволяют увеличить этажность здания, сохраняя высокий уровень безопасности. Так Лахта центр в Санкт-Петербурге, самый северный небоскреб в мире высотой 462 метра, возведен по монолитной технологии. В центре конструкции железобетонное ядро в форме толстостенной трубы, которое обеспечивает жесткость и устойчивость против гравитационных, ветровых, сейсмических и опрокидывающих нагрузок.
Три достоинства железобетона
- Прочность бетона на сжатие при ударе выше статического предела прочности на 10–85 %;
- Предел выносливости на сжатие бетона- 0,5–0,6, а железобетона в зависимости от армирования 0,4–0,6 статического предела прочности (как у стали). Арматура при этом компенсирует при землетрясении нагрузки на растяжение, бетон — на сжатие;
- Равномерное распределение нагрузки и жесткости всех конструкций и масс в монолитном. Можно построить дом с максимально устойчивой конфигурацией, в том числе круглый.
| Тип стены | Этажность | Минимальный класс бетона при расчетной сейсмичности | ||
|---|---|---|---|---|
| 7 баллов | 8 баллов | 9 баллов | ||
| Внутренняя | 1–14 | B12,5 | B15 | B15 |
| Наружная однослойная | 1–5 6–14 | B3,5 B5 | B5 B5 | B7,5 B7,5 |
| Несущие слои многослойных | 1–14 | B12,5 | B12,5 | B15 |
Наиболее распространенные повреждения монолитных домов при подземных толчках в 9 баллов — появлении трещин. И те наблюдаются в домах, возведенных на плавучих грунтах. Либо с зафиксированными нарушениями технологического процесса при бетонировании.
Способы повысить сейсмостойкость монолитного дома
- армирование согласно нормативам для сейсмоопасных регионов;
- монолитные перекрытия повышенной жесткости, связанные с несущими конструкциями;
- перекрытия из монолитного железобетона. Допустимы сборные железобетонные перекрытия с антисейсмическим поясом. Пояс повышает их жесткость и предотвращают выпучивание стен при колебаниях, перпендикулярных их плоскости;
- наиболее надежные внутренние стены — из монолитного бетона;
- разделение антисейсмическими швами в случаях, если у него сложная форма, либо перепады между частями дома более 5 м (например, в доме есть башня). Максимальное расстояние между несущими стенами не должно превышать 7,2 м.
Монолитные дома — это только высотки?
Для частного домостроения существует технология Велокс. Это дом с железобетонным сердечником в несъемной щепоцементной опалубке. Плиты Велокс не только защищают стены от огня, влаги и плесени, но и повышают сейсмоустойчивость здания.
Опалубка на 89% состоящая из минерализованной еловой древесины с гибкими связями между волокнами. Она придает бетону дополнительные упругие свойства и гасит резкие горизонтальные смещения грунта1.
Также технология Велокс уменьшает вес дома за счет снижения толщины бетонного сердечника стены и веса арматуры по сравнению с классическим монолитом. Здание при этом не теряет в надежности. При землетрясении же вес конструкции имеет значение: легкие дома подвергаются наименьшим разрушениям.
Строительство Велокс подразумевает обустройство монолитных перекрытий, лестниц и межкомнатных перегородок. Фундамент также монолитный — армированная плавающая плита. Плавающей ее называют, поскольку при землетрясении (или морозном пучении) вся конструкция дома перемещается в толще грунта, как на подносе. Тогда как ленточный или свайный фундамент разрывают подземные толчки.
По технологии Велокс строят сейсмостойкие дома на Алтае по государственной программе «Обеспечения граждан России комфортным и доступным жильём». А ведь там необходимо закладывать в проект сейсмичность 7-8 баллов.
Подробности:
- Технология строительства Велокс — что это
- Строительство по технологии Велокс: высокое качеств
- Какой нужен фундамент для дома из Велокса: разбираемся
Как кирпичный дом выдержит землетрясение
Сейсмостойкость постройки зависит как от внешних факторов — типа колебаний, так и внутренних — конструкции и материала здания. Из-за сильных вибраций здание дом в движение вслед за грунтом. Фундамент сдвигается резкими горизонтальными рывками, тогда как верхние этажи по инерции остаются на месте. Чем сильнее смещение, тем катастрофичнее последствия.
В этом плане кирпичные здания — наиболее опасны:
- Кирпич — самый тяжелый материал с максимальной инерцией верхних этажей.
- Каждый элемент кладки вибрирует в резонанс с остальными.
- Предел упругости кирпичных конструкций близок к их пределу прочности. Поэтому даже при кратковременной перегрузке в результате сейсмического воздействия кладка разрушается.
Уже при 7-8 баллах она начинает трескаться и обваливаться. Жильцы могут серьезно пострадать и даже погибнуть под завалом.
Поэтому несущих, самонесущих стен и заполнения каркаса используют полнотелый либо пустотелый кирпич маркой не ниже 75 с максимальным сечением отверстий 14-16 мм. Многодырчатый кирпич повышает сопротивление кладки сдвигу и отрыву по швам — раствор частично входит в отверстия, образуя дополнительные связи. Прочность сцепления дырчатого кирпича с раствором выше на четверть выше по сравнению со сплошным.
Керамические блоки допустимы при сейсмичности 7 баллов и марке не ниже М75 . Силикатный кирпич хуже сцепляется с раствором, в сейсмоопасных зонах строить из него не рекомендуется вовсе.
| Тип кладки | Расчет сейсмичности, баллы: 7 ,8 | 9 баллов |
|---|---|---|
| Не усилена железобетонными включениями | 5,4 | 3,5 |
| Усилена армированием | 6,5 | 4,5 |
Особенности антисейсмического проектирования
Уязвимость кирпичного дома повышают широкие оконные проёмы, недостаточная площадь несущих стен и простенков, а также малая толщина внутренних перегородок. Опыт многих землетрясений показал, что кирпичные межкомнатные перегородки получают значительные повреждения. В сейсмоопасной зоне отдавайте предпочтение панелям либо каркасу с обшивкой.
Про плюсы и минусы перегородок разных типов читайте: Перегородки для зонирования — материал внутренних границ
В двухэтажном доме горизонтальная жесткость стен каждого этажа не должна отличаться от смежного этажа более, чем на 20 %, а объемная масса кладки стен второго этажа — не превышать массу кладки первого.
Ну и любые нарушения технологии кладки снизят шансы дома устоять в результате колебаний в 8-9 баллов.
Наиболее уязвимы в кирпичных зданиях швы глухих стен и простенков, где нарушается сцепление раствора с камнем. О причинах и последствиях рассказывали в статье: Проблемы швов кирпичной кладки: шпаргалка
Как повысить сейсмостойкость кирпичного здания:
- Усилить несущие стен, в т.ч. их сопряжения, вертикальными железобетонными сердечниками / вертикальной и горизонтальной арматурой и сетками в зависимости от уровня сейсмоопасности;
- Перекрытия обязаны обеспечивать жесткую горизонтальную диафрагму. Деревянные перекрытия без сейсмопояса в случае землетрясения — считай, что полное их отсутствие;
- Простенки и проемы одинаковой ширины, усиленные железобетонными включениями;
- Кладочные растворы со специальными полимерными добавками, повышающими сцепление с кирпичом;
- Строительство в теплое время года. Зимой качество кладки и эффективность армирования снижаются. Цементному молочку сложнее проникнуть в поры блоков, а на поверхности арматуры быстро образуется микропленка льда, препятствующая контакту с раствором. Чтобы обойти ограничения погодных условий, на зимней стройке кирпичи предварительно прогревают и укрывают утепляющими чехлами либо изготавливают фрагменты стен в отапливаемом помещении;
- Ограничение расстояний между параллельными стенами. Допускается замена части внутренних стен на железобетонные рамы, воспринимающие сейсмические нагрузки. Для внутренних стен также запрещены изломы геометрии и смещение осей.
3. Разрушится ли деревянный дом при землетрясении
Дерево — легкий, эластичный, гибкий материал. Такие дома выдерживают землетрясения 7.5-9 баллов благодаря низкому весу и высокой эластичности древесных волокон. Материл способен гасить волнообразные удары при возмущениях земной коры, а связанные между собой волокна делают конструкцию прочной на разрыв.
Даже в случае разрушения дома жильцы получают гораздо более легкие травмы, чем при обрушении кирпичной кладки.
Ударная прочность древесины при изгибе на 10–75 % выше статической. Клееный брус также соответствует требованиям антисейсмической конструкции, поскольку он собран с помощью гибких связей — клеевых прокладок. Минимальный и максимальный размер столбов — от 15 до 50 см. Максимальное количество этажей в сейсмоопасной зоне — два
Не только сруб, но и каркасные дома обладают неплохой способностью поглощать и разряжать нагрузки от сдвигов земной коры. Показатели достигаются во многом благодаря многочисленным легким ненесущим стенам, которые дополнительно рассеивают энергию во время землетрясения.
Чтобы деревянный дом выдержал землетрясение, необходим качественный проект. Только равное распределение нагрузок на опоры и балки обеспечит ему устойчивость. Только в этом случае при сдвиге фундамента сруб не будет раскачиваться, повинуясь эффекту маятника.
Вообще главная точка уязвимости зданий из бревна и бруса — недостаточное крепление сруба к фундаменту. И если во время землетрясения дом сдвигается с основания, при этом разрывает водопровод, газовые трубы и электрические кабели. Чтобы укрепить связку фундамента со зданием, к подкладному брусу устанавливают анкерные болты.
В панельных домах, распространенных в Российской Федерации, самое уязвимое место — участки соединения панелей2. А также соединения между панелями и крышей, панелями и фундаментом наиболее подвержены разрушениям во время землетрясений.
Как повысить сейсмостойкость деревянного дома
- Надежные соединения перерубов по биссектрисам углов;
- Укрепление стен по периметру стальными соединителями;
- Контроль за состоянием сруба: обязательна антисептическая пропитка;
- В стенах двухэтажных домов соединение бревен при помощи вертикальных арматурных стержней и монтаж рам вокруг отверстий;
- Усиление с помощью механических креплений стен с креплениями в крыше, половых перегородок в рамочных конструкциях;
- Дополнительные деревянные диагональные растяжки, фанерная обшивка для повышения сопротивления сдвигу;
- Легкий кровельный материал: традиционная тяжелая черепица при землетрясении приводит к разрушению деревянных строений.
Недостаток деревянных строений любой конструкции — опасность возгорания. Особенно велик риск, если газовое или печное оборудование разрушается во время чрезвычайного бедствия. Чтобы соблюдать правила безопасности при землетрясении, запаситесь заранее пенными огнетушителями.
4. Газоблок в сейсмоактивном регионе
В пользу газоблоков говорит легкость материала — стена дважды легче кирпичной. Здания из объемных блоков также лучше переносят колебания, чем мелокоблочные. Повреждения возникают, в основном, в стыковых узлах,
В зонах возможных 9-балльных землетрясений разрешенная высота дома из автоклавного газобетона ограничена одним этажом, так что амплитуда колебания во время подземных толчков будет небольшая. Однако материал хрупкий, следовательно, при строительстве следует дома не должны испытывать горизонтальных нагрузок.
Для возведения малоэтажных домов из газобетонных блоков в зоне повышенной сейсмической активности необходимо, чтобы их прочность на сжатие для несущих стен была не ниже B5. То есть согласно п. 6.14.4 СП 14.1330.2011 необходимо приобрести блоки марки D700. К сожалению, блоки с подобными характеристиками выпускают немногие производители газобетона.
Самый распространенный блок D500 B2,5 можно использовать только для самонесущих стен, т.е. для зданий с полным каркасом, но никак не для возведения несущих стен загородного дома.
Надежность дома будет зависеть от качества строительных работ. Если в обычных условиях замена клеевого раствора при кладке на цемент грозит дому теплопотерями и трещинами, при землетрясении это вопрос жизни и смерти. Кладка на клеевой раствор, согласно испытаниями, в 2,8 раза увеличивает сцепление и надежность3.
О возможных причинах появления трещин на швах здания из газобетона писали в статье Виновата кладка! Проблемы строительства дома из газоблока
Как сделать дом из газобетона более сейсмостойким:
- Фундамент-плита;
- Толщина однослойных стен не менее 100 мм;
- Железобетонный каркасный остов, изолированный от газобетонных блоков демпферным материалом;
- Укрепление углов: замоноличивание стыков по вертикальным и горизонтальным швам мелкозернистым бетоном с пониженной усадкой;
- Армирование колонн и ригелей — обжатие вертикальной арматурой с созданием ее напряжения;
- Армирование объемных блоков следует выполнять пространственными каркасами и арматурными
сетками; - Монолитные железобетонные включения в конструкцию здания: сердечники и сейсмопояса. Причем проектные ошибки в расположении сердечников ослабят кладку и если их количество недостаточно, и если избыточно. Слишком частое расположение сердечников разделит стену на отдельные простенки с потенциальным травмоопасным разрушением. Сердечники также требуют дополнительного утепления;
- Железобетонное перекрытие либо перекрытие из сборных железобетонных плит с сейсмопоясом;
- Сейсмопояс как усиливающий элемент по верху фронтонов и парапетов кровли или мансарды.
Резюмируем для тех, кто прочел статью по диагонали
5% территории РФ находится в сейсмоактивной зоне. Проверить можно по карте землетрясений.
К сожалению, редкие и незначительные колебания земной поверхности — не повод расслабляться. Сейчас проводятся новые исследования и пересматриваются нормы сейсмостойкости зданий в сторону их повышения. Ведь при неудачном стечении обстоятельств: в эпицентре землетрясения и на слабых грунтах, даже умеренная магнитуда в Ленинградской области может ощущаться на 8 баллов.
Для каждой сейсмоактивной зоны существуют свои требования к сооружению зданий. Наиболее опасны дома из кирпича и мелких блоков. Самые безопасные — монолитные дома, в том числе легкое загородное строительство по технологии Велокс. Деревянный дом, сложенный в соответствии со всеми нормативами, также выдержит землетрясение 8-9 баллов. Дома из газоблоков более сейсмоустойчивы, чем кирпичные.
В случае обрушения кирпичный дом погребет жильцов под кладкой. Деревянный может сложиться, но не причинит смертельного вреда здоровью. Монолитный малоэтажный дом максимум упадет на бок. Но, скорее всего, вы отделаетесь трещинами на стенах.
Интересно сравнить технологии строительства по другим параметрам?
- Из чего построить дом: сравниваем стены по конструкции
- Сколько стоит построить дом? Раскрываем все секреты сметы
- Сколько стоит построить дом? Сравнение цен и технологий
- Экология дома: сравниваем стройматериалы
- Черная плесень на стенах и гниль. Где больше риск?
- Качественная звукоизоляция: в каком доме тише всего
Примечания
Нормативная база сейсмоустойчивого строительства в РФ
- СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах
- СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия
- Основания зданий и сооружений СП 22.13330.2011
- ГОСТ Р 54257-2010 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования
- Кодекс 190-ФЗ Градостроительный кодекс Российской Федерации
1 исследование технического университета Гранца по заказу австрийской рабочей группы.
2 WHE Report 57, Russian Federation
3 — испытание на вибрационном стенде Центра исследований сейсмостойкости, 2010