УДК 699.841
В.Т. ШАЛЕННЫЙ, доктор техн. наук, профессор, кафедра технологии, организации и управления строительством, Академия строительства и архитектуры, Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского, г. Симферополь
Ключевые слова: сейсмическая изоляция, кинематические трубобетонные опоры, точность монтажа
Keywords: seismic isolation, kinematic pipe-concrete supports, mounting accuracy
В статье рассматривается проблема обеспечения надежности проектируемых зданий и сооружений в сейсмоопасных районах путем внедрения активных кинематических систем изоляции, впервые предложенных профессором Курзановым А.М. и инженером Семеновым С.Ю. Показана необходимость повышения точности монтажа трубобетонных опор таких систем, изложен запатентованный пример совершенствования конструкции и высокоточной технологии их устройства.
В современном строительстве актуальной остается проблема обеспечения надежности проектируемых зданий и сооружений в сейсмоопасных районах. В соответствии с СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах», для защиты зданий и сооружений в сейсмически опасных зонах должны и на сегодняшний день применяются разнообразные конструктивные системы пассивной и активной их защиты. При этом пассивная сейсмическая защита зданий предусматривает обеспечение надежности работы их каркасов при проектных сейсмических нагрузках за счет расчетного увеличения прочностных и жесткостных свойств его конструктивных элементов и узлов. А это неминуемо влечет за собой увеличение материалоемкости объектов на 15-20% по сравнению с проектами аналогичных зданий, запроектированных и построенных с применением известных и уже проверенных систем строительства с активной сейсмоизоляцией [1]. И наоборот, внедрение системы кинематических трубобетонных опор активной защиты каркаса надземной части, к примеру, на конкретном построенном восьмиэтажном здании гражданского назначения в г. Сочи, обеспечило экономический эффект в 7 млн рублей только за счет экономии бетона [2].
Суть конструкции и технологии применения кинематических опор-изоляторов состоит в том, что «качающиеся» опоры как бы «отсекают» сейсмические волны от надземной части сооружения. Причем эта система не вступает в противоречия, а наоборот, базируется еще и на многовековом позитивном опыте сейсмостойкого строительства. Например, в Древнем Китае при строительстве культовых сооружений применялись специальные капители на деревянных колоннах – доугуны. Это целая самоуравновешивающаяся пространственная система, состоящая из кронштейнов различной длины и в целом представляющая собой шарнир, через который практически не передаются движения колонн на перекрытия [3, с. 300, рис. 1].
Несмотря на представленные аргументы в пользу применения кинематических опор активной сейсмозащиты, все же наибольшее распространение в РФ получили резинометаллические изоляторы LRB китайского или аналогичные итальянского происхождения. Но их гарантированный срок службы (40-60 лет) не соответствует классу капитальности большинства возводимых в настоящее время гражданских объектов, а стоимость в четыре раза превышает стоимость устройства упомянутых кинематических опор Курзанова-Семенова, даже без учета затрат на неизбежную замену альтернативных импортных частей в процессе эксплуатации объекта [1]. Можно предположить, что одной из причин сложившейся ситуации является в том числе и строительно-технологическое несовершенство, хотя и принципиально верного, экспериментально проверенного и экономически обоснованного импортозамещающего отечественного конструктивного решения упомянутых авторов по патенту RU № 2477353, кл. E02D27/34 (2006.01). На чем основывается такое наше предположение и как улучшить конструкцию трубобетонных опор активной сейсмоизоляции? Ответы на эти вопросы и составляют основное содержание данной статьи.
В результате анализа публикаций, проектных материалов по строительству в г. Сочи многоэтажного дома по ул. Красноармейская, 3, а также размещенных на сайте подрядной научно-производственной фирмы «СМУ-5» фото и видеоматериалов нами были отмечены сложность, даже невозможность получения необходимой, достаточно высокой точности монтажа разработанной и уже многократно внедренной конструктивно-технологической системы. Так, проектными рекомендациями по отклонениям от вертикали при монтаже трубобетонных колонн активной сейсмоизоляции устанавливается их предельная допустимая величина в 2 см. Эта величина может быть обеспечена только при надлежащей контролируемой точности установки нижней части разъемных стальных опор, предварительно зафиксированных на арматурном каркасе монолитного фундамента будущего сооружения (рис. 2). Даже если все опоры в пределах захватки будут установлены и временно закреплены после высокоточной геодезической поверки их положения с необходимым составлением акта исполнительной съемки, то в процессе последующего бетонирования фундамента невозможно полностью исключить, пусть и незначительные, смещения. После твердения бетона, даже обнаружив их наличие и величину, полученный брак становится практически неустранимым. А если его не исправлять, то впоследствии смонтированная вышерасположенная конструктивная система не сможет должным образом воспринимать проектные сейсмические нагрузки.
а) – подготовленный к бетонированию фундамент с установленной нижней частью опоры; б) – забетонированный фундамент и подготовленные к установке опоры; в) – проверка вертикальности их установки
Как нам представляется, даже при небольшом наклоне соседних опор в противоположные стороны, для строительной точности производства железобетонных и монтажных работ возможно появление дополнительных усилий и деформаций, способствующих разрушению отдельных конструкций построенного здания. А это влечет за собой возможное прогрессирующее обрушение всего железобетонного каркаса объекта строительства. Вероятнее всего, именно поэтому п. 6.17.4 СП 14.13330.2014 и не допускает возникновения крутящих моментов в конструктивных элементах системы верхних балок, расположенных над сейсмоизоляторами.
Чтобы избежать такого, пусть и маловероятного, негативного развития событий, предлагается следующая достаточно простая и малозатратная доработка технологии устройства кинематических трубобетонных опор активной сейсмозащиты, только что получившая правовую охрану как патент РФ на полезную модель №193791 U1, СПК E02D 27/34, Е04С3/34 (2019.02), развивающая основное изобретение проф. Курзанова А.М. и инженера Семенова С.Ю. В основе усовершенствования – известные конструктивные решения из технологии безвыверочного монтажа стальных колонн на предварительно установленные и забетонированные фрезерованные плиты их нижней базовой части. Об этом изложено в учебнике моих учителей, профессоров П.Т. Резниченко и Г.С. Нижниковского [5, с. 108].
Доработка технологии предусматривает последовательное осуществление нижеследующих операций.
Сначала традиционными способами производят армирование и бетонирование запроектированных железобетонных фундаментов здания таким образом, чтобы их верхняя поверхность сознательно не доводилась до проектных отметок на 2-3 см. Перед бетонированием в местах будущей установки нижних опор сталебетонных кинематических колонн предусматривают проектные выпуски арматуры и анкерных болтов для будущего монтажа, выверки и временного закрепления данных опор (рис. 3). После набора прочности подготовленного таким образом монолитного железобетонного фундамента на устроенные в нем анкеры с резьбой насаживают будущие закладные детали – предварительно изготовленные стальные цилиндрические опоры посредством радиально размещенных проушин с гайками. Именно при помощи последних предполагается регулировка, точная установка и фиксация положения нижних частей всех будущих трубобетонных кинематических колонн.
После выверки по высотным отметкам, а также горизонтальности высокоточными геодезическими приборами и инструментами можно приступать к укладке высокопрочного безусадочного бетона в пространство между фундаментом и нижней опорой через верхнее отверстие в ней. Такой способ традиционно используют и при монтаже технологического оборудования на его предварительно забетонированные фундаменты [6].
Применяя предложенную технологию, как нам представляется, и обеспечивается достижение высокой машиностроительной точности установки кинематических трубобетонных опор в условиях существенно меньшей традиционной строительной точности бетонирования железобетонных фундаментов под каркас многоэтажного сейсмостойкого здания. Это – простой, малозатратный, но более надежный способ развития и широкого распространения отечественной технологии строительства в сейсмоопасных регионах, к которым относится и Республика Крым.
Выражаю благодарность директору сочинской фирмы ООО «СМУ-5» С.Ю. Семенову, предоставившему присутствующие в настоящей статье проектные данные и фотоматериалы этапов устройства его кинематических трубобетонных опор сейсмозащиты, а также магистранту Н.Ю. Воронцову, оказавшему помощь в сборе и обработке информации, конструировании и патентовании усовершенствованной технологии монтажа опор активной защиты зданий от проектных сейсмических нагрузок.
Библиографический список
1. Курзанов А.М., Шабалин Г.А., Семенов С.Ю. О сейсмоизоляции гостинично-туристического комплекса Sea Plaza в г. Сочи // Промышленное и гражданское строительство, №5, 2010, с. 55-57.
2. Иваненко Н.А. Расчет здания с кинематической системой сейсмоизоляции //Евразийский форум по сейсмической безопасности сооружений и городов http://2017http://2017.seismo.ru/tezisyi.html.
3. Кириков Б.А. Избранные страницы истории сейсмостойкого строительства. – М.: Мир, 1993, – 344 с.
4. Талапов В.В. Технология BIM: суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий. – М.: ДМК Пресс, 2015. – 410 с.
5. Нижниковский Г.С., Резниченко П.Т. Технология монтажа металлических конструкций: учебн. для вузов /под ред. Б.В. Прыкина. – Киев – Донецк: Вища школа, 1981, – 236 с.
6. Матвеев В.В., Кузьмич А.А. Установка, выверка и крепление технологического оборудования на фундаментах. – Л.: Стройиздат, 1990. – 127 с.
