Инженерные мероприятия для повышения уровня надежности

Главным требованием надежности строительного объекта должно быть обеспечение прочности грунтовой среды и фундаментов, что должно характеризоваться малыми осадками построенного сооружения за расчетный период эксплуатации. Такие условия обычно соблюдаются на скальных и полускальных грунтах, а также при использовании малодеформируемых свайных и сплошных плитных фундаментов.

При проектировании зданий, на которые действуют ветровые или сейсмические нагрузки, следует стремиться к симметричному относительно его главных осей и равномерному в плане распределению масс и жесткостей (рис. 4.3). Несоблюдение этого условия приводит к несовпадению центра тяжести нагрузок с центром жесткости (определяемого расположением и жесткостью стен, рам каркаса и т.д.) сооружения.

Рис. 4.3. Рекомендуемая симметричность остова строительного объекта: а - симметричное (благоприятное для сейсмостойкости и сопротивлению ветровым нагрузкам); б - несимметричное (неблагоприятное для сейсмических и ветровых нагрузок)

Асимметричное распределение жесткостей, например поперечных стен, проемов и т.д. (рис. 4.3, б), и несовпадение этого распределения с распределением масс интенсифицирует развитие крутящих моментов в плане здания и вызывает концентрацию усилий в отдельных несущих конструкциях. Возникновение кручения в плане здания (относительно его вертикальной оси) возможно и при соблюдении в проекте условий симметрии. Причиной этому могут быть как возникновение инерционных моментов в коробке здания при вращательных в плане колебаниях основания во время землетрясения или ветровых нагрузок, так и всегда имеющих место в натуре отступлений от проектных условий симметричного расположения масс и жесткостей. Неблагоприятным в этом отношении следует считать асимметричное расположение в плане здания лестничных клеток, которые вызывают появление отверстий в горизонтальных дисках коробки здания (в перекрытиях), а лестничные марши при жестком соединении с площадками являются косыми связями, дополняющими жесткость вертикальных конструкций.

Всегда имеющее место наличие крутящих моментов в плане колеблющегося здания делает очень уязвимыми разного рода пристройки, конструктивно связанные с основной частью сооружения, поэтому устройства таких пристроек не следует допускать. В том случае, когда по архитектурно-планировочным соображениям от пристроек нельзя отказаться, здание необходимо делить деформационными (антисейсмическими) швами на замкнутые в плане отсеки простой формы, не зависящие при колебаниях друг от друга.

Как показывает анализ последствий землетрясений и воздействий ураганов, наиболее благоприятными формами плана здания (или его отсека) являются круг, многоугольник и квадрат или близкие им по форме очертания. Стены и другие конструкции в различных направлениях таких зданий имеют близкую друг другу прочность и жесткость и, таким образом, оказываются равнопрочными при любом направлении горизонтального сейсмического толчка или других воздействий.

Условия обеспечения безопасности можно показать на примере организации противопожарных мероприятий, которые обычно подразделяют на три составляющие: пассивной защиты; активной защиты; организационных мероприятий.

В свою очередь, система пассивной защиты включает:

o решения по генплану;

o требуемая степень огнестойкости здания;

o объемно-планировочные решения;

o противопожарные преграды;

o огнезащита строительных конструкций;

o эвакуационные пути;

o наружное водоснабжение для целей пожаротушения;

o защищенность электрооборудования;

o молниезащита.

В систему активной защиты входит:

o обнаружение и оповещение о пожаре;

o управление эвакуацией;

o противодымная защита;

o внутреннее пожаротушение;

o первичные средства тушения;

o автоматическое пожаротушение.

Система организационных мероприятий состоит из разработки руководящих документов и подготовки работников к выполнению специальных служебных обязанностей:

o инструкция о мерах пожарной безопасности;

o инструкция по эксплуатации системы активной противопожарной защиты;

o обучение персонала.

Существенное значение при обеспечении пожарной безопасности объектов недвижимости играет размещение на городской территории объектов пожарной охраны. Объекты пожарной охраны, к которым относятся пожарные депо, а также производственные, складские, вспомогательные, общественные и другие здания и сооружения, проектируют в соответствии с требованиями НПБ 101-95.

Нормы, правила и стандарты являются официальными документами, принятыми для регулирования инвестиционных процессов в строительстве. Они содержат требования и рекомендации по выбору строительных материалов и методов строительства, а также правила и рекомендации по техническому проектированию. Целью норм является установление минимальных условий для обеспечения сопротивляемости здания пожарам, землетрясениям и другим стихийным бедствиям. Однако ни одна норма не может обеспечить полную "безопасность" зданий. Известно много примеров, когда новые здания, спроектированные в соответствии со строительными нормами, не перенесли удара стихии.

Суть вопроса заключается в том, что нормы устанавливают лишь минимальные требования и не могут предусмотреть все возможные случаи. В действительности качество зданий и сооружений зависит от таланта инженера, архитектора и строителя, которые подходят добросовестно и творчески к нормативным требованиям. Большое значение имеют квалификация и опыт специалистов, работающих с объектами, расположенными на территориях повышенного риска.

Даже если улучшаются строительные нормы и проектируются новые сооружения по более высоким стандартам, инженеры не должны забывать, что наибольший риск для общества несут объекты, построенные много лет тому назад. Во многих городах имеются здания и сооружения, построенные из неармированного кирпича, подгнившего дерева или слабого бетона и проржавевшей арматуры.

Серьезную опасность для старых зданий представляют всевозможные украшения. Многие старые сооружения имеют декоративные фасады, скульптурные украшения и карнизы, которые могут обламываться и падать на землю. Парапеты, навесы и вывески таят ту же опасность. Падающие обломки могут блокировать входы, затруднять спасательные работы и, конечно, падать прямо на головы людей.

Течение нашей повседневной жизни очень сильно зависит от существования общественных систем жизнеобеспечения, которые включают линии транспорта, водоснабжение, канализацию, газоснабжение, электричество и средства связи. Их нарушения в результате чрезвычайных ситуаций (ураганы, наводнения, землетрясения и т.п.) показали всю важность обеспечения их бесперебойной работы.

Очень важно уметь блокировать пожары. Из-за порванных магистралей не бывает воды для борьбы с огнем. Например, из 99 300 погибших при Токийском землетрясении 1923 г. гибель многих была вызвана быстрым распространением пожаров, державших город в огне в течение многих дней.

К общественным объектам жизнеобеспечения относятся:

- шоссе, железные дороги, мосты и другие транспортные коммуникации;

- линии электропередачи и трансформаторные подстанции;

- газопроводы и компрессорные станции для природного газа;

- кабели, столбы, подстанции телефонной сети и другие средства связи;

- водопроводы, водные резервуары, насосные станции и каналы водоснабжения;

- канализационные трубы и приемные устройства для сточных вод.

Некоторые сооружения, повреждение которых в случае стихийных бедствий создает особую опасность, называют ответственными сооружениями. Примерами служат плотины, химические и нефтеперерабатывающие заводы, распределительные станции сжиженного природного газа и электростанции, в особенности атомные. Эти сооружения сами по себе необычайно сложны, и в случае их повреждения вероятность серьезного ущерба очень велика. Проектирование таких сооружений, обеспечивающее их способность противостоять сильному сотрясению грунта, является исключительно трудной задачей для инженеров.

Процесс проектирования начинается с тщательных исследований, направленных на выявление очагов всех возможных природных и техногенных воздействий. По данным этих исследований определяются все параметры внешних воздействий, способных повредить объект или нарушить его эксплуатационные возможности. Далее, в соответствии с принятыми значениями критических нагрузок и опасных воздействий выполняют количественный анализ поведения проектируемых объектов и их фундаментов, в том числе оценивается прочность несущих и ограждающих конструкций, технологического оборудования, трубопроводов, лифтового хозяйства и других элементов, способных представлять опасность при эксплуатации объекта. При этом определяют условия необходимой зашиты населения.

Строительные объекты, расположенные на склонах холмов в зоне тектонического разлома, при землетрясении могут быть полностью разрушены, особенно если из-за дождей грунт насыщен водой. Профилактические меры в таких случаях исключительно дороги, и при этом нет гарантии, что они смогут уберечь склон холма от оползания. На плоских низменных участках, в особенности поблизости от водоемов, возникает опасность разжижения и просадки фунта; при этом повреждения опять-таки могут варьировать от небольших трещин до полного разрушения здания или сооружения. При всех этих опасностях, подстерегающих домовладения, относительно надежной конструкцией для индивидуальной застройки остается деревянный каркасно-щитовой дом. Такие дома могут быть сильно деформированы и перекошены, но не обрушиваются, и серьезные травмы их обитатели получают редко. Чаще всего жителям деревянных каркасно-щитовых домов угрожают падающие предметы, опрокидывающаяся мебель и сдвигающиеся холодильники.

Для обычного города основной вид тяжелых разрушений - обрушение старых зданий со слабой, плохо армированной или неармированной кладкой из некачественного кирпича или камня. В этом случае обрушиваются стены и крыши, заваливаются внутренние пространства и внешние проходы грудами битого кирпича и обломков. Единственное, чем здесь можно помочь, - это укрепить или перестроить такие дома заранее.

Эти усилия особенно ценны - их результаты наглядно свидетельствуют о том, что хорошо построенные дома переносят природные воздействия лишь с небольшими повреждениями. При этом каждому владельцу строительного объекта следует знать, какой вид опасности угрожает его собственности.

Не следует забывать и о других видах опасности, включая карстовые явления, оползни и разжижение грунта. В строительных нормах существуют карты с обозначением районов, подверженных этим угрозам.

На сейсмоопасных территориях возникают проблемы в районах, отличающихся слабыми грунтами, на оползневых участках или участках возможного разжижения, в зонах возможного затопления или прорывах плотин. Если в таких зонах разрешить нерегулируемое строительство, вероятность убытков и жертв, например, при землетрясениях возрастет, создавая дополнительное бремя для уцелевшего населения.

Работу по районированию начинают с исследования возможных природных опасностей. По материалам исследований делают карты, на которых указывают расположение сейсмоактивных разломов и эпицентров прошлых землетрясений. Далее выявляют оползневые зоны, участки возможного разжижения и проседания грунтов, зоны затопления в случае обрушения плотин, а также низменные участки берегов, подверженные действию цунами.

Пользуясь этой информацией, планирующие организации должны решать, какие ограничения следует наложить на строительство в опасных зонах. Крайняя мера - запретить всякое строительство в определенной зоне, которая тем не менее может быть пригодной для организации отдыха - здесь можно разбить парки, палаточные городки, зоны отдыха, сопряженные с минимальной опасностью или вовсе безопасные. В некоторых ситуациях строительство не запрещается, но на него накладывают определенные ограничения. В частности, в таких зонах исключается строительство больниц, школ и других важных зданий, предъявляются жесткие требования к типу их конструкций и накладываются ограничения на этажность. Кроме того, к зданиям, разрешенным к строительству в опасных зонах, могут предъявляться и дополнительные инженерные требования по сравнению с такими же зданиями, возводимыми в обычных местах.