Сейсмоусиление

Сейсмоусиление — это повышение сейсмической устойчивости существующих конструкций к усилиям, производимым подземными толчками. Сейсмоусиление зданий и сооружений применяется как для предупреждения разрушений, так и для восстановления объектов после случившихся землетрясений. Технология используется в регионах с высоким уровнем сейсмической активности, таких как Северный Кавказ, Камчатка, Сахалин, Краснодарский край и пр.

Сейсмоусиление с применением углеродных композитных материалов позволяет повысить изначальную сейсмостойкость конструкции на 2-3 балла, что обеспечит зданию возможность перенести землетрясения в 7,8 и 9 баллов. Данный метод повышения сейсмостойкости позволяет возводить любые конструкции в сейсмоопасных регионах, что значительно расширяет архитектурные и проектировочные возможности при создании зданий и сооружений.

Выбирая способ сейсмического усиления конструкции, необходимо руководствоваться общими принципами проектирования объектов в сейсмических районах. Усилия в несущих строительных конструкциях определяются на основании расчетов зданий на действие расчетных сейсмических нагрузок в соответствии с требованиями СНиП П-7-81* и с использованием специализированных компьютерных расчетных программ.

При расчете схемы здания важно обращать внимание на текущее состояние узлов опирания и сопряжения элементов конструкций, на наличие и состояние связей, которые отвечают за пространственную жесткость сооружения и его несущих конструкций.

Недостаточная сейсмостойкость конструкций выявляется с помощью расчетов. Если обнаружена недостаточная несущая способность элементов здания, производится разработка технических решений по их усилению или вводу дополнительных элементов, принимающих часть горизонтальной и динамической нагрузки. Сейсмоусиление с применением железобетона и металла может существенно изменить расчетную схему здания, его внешний и внутренний облик. Углеродные материалы для внешнего армирования способны так же эффективно распределить усилия в элементах конструкции, без изменения объемно-пространственной модели здания и без влияния на эстетический облик здания.

В каменных и кирпичных зданиях в сейсмоусилении нуждаются следующие типы несущих конструкций и элементов узлов:

• простенки и стены, в том числе и междуоконные перемычки;
• места сопряжения продольных и поперечных стен;
• связи между стенами и перекрытиями;
• фронтоны и прочие выступы на стенах;
• места сопряжения антисейсмических поясов и перекрытий.

Сейсмостойкость кирпичных и каменных строений повышается с помощью увеличения несущей способности элементов без изменения расчетной схемы или методом введения дополнительных элементов, которые принимают на себя часть сейсмических усилий. В качестве таких методов выступают:

• металлические или железобетонные обоймы «рубашки», для повышения несущей способности.
• Шпренгели, связи жесткости, для обеспечения пространственной жесткости здания;
• одно или двунаправленное внешнее армированные углеродными композитными материалам, позволяет и повысить несущую способность и обеспечить необходимую горизонтальную жесткость;

Сейсмоусиление надземных конструкций, с применением классических методов, таких как металлоконструкции и железобетонные обоймы, увеличивает вертикальные нагрузки, что приводит к необходимости укрепления фундамента. Углеродные материалы практически невесомы, не утяжеляют существующие конструкции

Фронтоны, входящие в состав зданий с железобетонными сборными или деревянными перекрытиями, усиливаются стальным профнастилом, металлическими или углеродными элементами. Иногда применяются двусторонние железобетонные рубашки. Способ сейсмоусиления фронтонов зависит от способа, используемого для сейсмоусиления стен здания.

Сейсмоусиление стальным профнастилом используется для наружных стен из кирпича или мелких штучных каменных блоков. В данном случае профилированный настил выполняет функции несъемной опалубки и внешнего армирования.

В зависимости от результатов расчета профнастил может крепиться как по всей поверхности стен, так и только по простенкам.

Для сейсмоусиления стен рекомендуется использовать односторонние или двусторонние железобетонные или растворные армированные «рубашки», выполненные по методу торкретирования. Торкретирование по сетке повышает несущую способность и жесткость несущих конструкций до расчетного уровня сейсмостойкости.

Сетки усиления, установленные по обеим сторонам стены, соединяются друг с другом c помощью поперечных связевых стержней, проходящих сквозь просверленные в стенах отверстия.

Простенки и подоконные участки усиливаются также растворными армированными «рубашками», железобетонными или металлическими обоймами. Усиливающие элементы размещаются как на отдельных простенках, так и непрерывно по высоте нескольких этажей.

В качестве материала для металлических обойм используется полосовая, угловая или круглая сталь. Для сейсмоусиления простенков применяются обоймы, сочетающие жесткие уголковые элементы и плоские сварные арматурные сетки. Для увеличения жесткости дисков перекрытий применяются напрягаемые горизонтальные и вертикальные пояса.

Для увеличения сейсмостойкости каркасных зданий используются два метода:

• поэлементное усиление несущих конструкций;
• полное усиление здания.

Метод поэлементного усиления отдельных конструкций заключается в укреплении колонн, ригелей, дисков перекрытий и пр. с помощью рубашке, металлических и железобетонных обойм.

Метод полного усиления зданий предполагает введение дополнительных элементов: диафрагм жесткости, крестовых связей, порталов из железобетона и металла. Также расчетные сейсмические нагрузки уменьшаются с помощью снижения массы здания путем замены некоторых элементов конструкции:

• тяжелого утеплителя на легкий и эффективный;
• железобетонных плит покрытия и подвесного потолка на стальной профнастил;
• демонтаж верхних этажей.

Зоны конструкции, подверженные большим нагрузкам на сжатие, растяжение и изгибающий момент, могут быть усилены углеродными (композитными) материалами. Углеродные материалы (ленты, ламели, сетки и пр.) изготавливаются из углеволокна, состоящего из тонких нитей диаметром от 5 до 15 микрометров, которые образованы атомами углерода.

По сравнению с обычными материалами, используемыми для сейсмоусиления, углеленты обладают экстремально высокой прочностью, сопротивляемостью «усталости», высоким модулем упругости и химической стойкостью. Применение системы внешнего армирования композитными материалами уменьшает сейсмонагрузку в 1,5-4 раза в зависимости от типа конструкции и условий площадки. Сейсмоусиление углелентами повышает сейсмостойкость существующих зданий и сооружений на 2-3 балла.

Принцип сейсмоусиления углеволокном заключается в наклеивании с помощью эпоксидного клея на поверхность несущих конструкций высокопрочных холстов, ламинатов или сеток. Также углеленты крепятся к:

• изгибаемым конструкциям в растянутых зонах;
• приопорным участкам в зоне действия поперечных сил;
• сжатым и внецентренно сжатым элементам.

В отличие от перечисленных выше методов сейсмоусиления внешнее армирование углеволокном имеет несколько преимуществ:

• сокращение временных и трудовых затрат при выполнении работ;
• возможность выполнять сейсмоусиление без остановки функционирования объектов;
• не требует применения специальной техники;
• не дает дополнительной нагрузки на фундамент здания и сохраняет в неизменном виде объемно-планировочные решения.

Повышение сейсмостойкости композитными материалами снижает сейсмическую реакцию во время землетрясений, что предотвращает обрушение строений. Также обеспечивается бесперебойная подача электроэнергии, функционирование водопровода, устройство пожаротушения и других коммуникаций. Система внешнего армирования углеродными материалами повышает срок службы несущих конструкций здания на 50 лет.

Сейсмоусиление композитными материалами дает свободу выбора планировочного и конструктивного решения здания, а также возможность сохранения существующего архитектурного облика.

• Серия 0.00-2.96с «Повышение сейсмостойкости зданий»
• СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах»

• Чигринская Л. С. Сейсмостойкость зданий и сооружений. Учебное пособие. — Ангарск, АГТА, 2009.
• Амосов А. А., Синицын С. Б. Основы теории сейсмостойкости сооружений. — Учебное пособие. Изд-во АСВ, 2001.
• Поляков С В . Сейсмостойкие конструкции зданий — Москва, «Высшая школа», 1983.