В статье автор рассматривает использование древесины в сейсмических районах на основе предыдущего опыта строительства и отнесение древесины к экологичным, энергоэффективным и сейсмостойким материалам, применяемым при строительстве при условии правильного проектирования и возведения.
Ключевые слова: древесина, деревянные конструкции, сейсмических районы, землетрясение.
Древесина обладает рядом преимуществ перед другими материалами при эксплуатации в сейсмических районах, такие как, малый удельный вес, высокая прочность на изгиб, а все недостатки могут быть уменьшены с помощью использования современных технологий.
В странах, где дерево издавна применяется в сейсмических районах, в том числе и особенно в Российской Федерации, известны строительные методы, приемы и целые системы мер, которые повышают сейсмоустойчивость деревянных конструкций и зданий и могут считаться традиционными (народными) антисейсмическими мероприятиями [1].
На протяжении многих десятков лет деревянные дома сибирской рубки были способны выдерживать землетрясения 7, 8 и более баллов, о чем свидетельствует свод сведений о землетрясениях на территориях Удинска, Верхнеудинска, Улан-Удэ. Аналогичная ситуация наблюдалась при обследовании более 800 деревянных зданий после землетрясения 1849 г. в г. Верном (Алма-Ата) и во время Итурупского землетрясения 1958 г. [2].
В местах землетрясения сравнивались здания из различных материалов, таких как кирпич, железобетон, дерево, благодаря исследованиям выяснилось, что сооружения, построенные из древесины, показали меньшие повреждения. В Японии также проводились исследования по работе древесины в сейсмических районах, был разработан деревянный дом высотой в 7 этажей, который выдержал землетрясение магнитудой 7,5 по шкале Рихтера. Дом получил совсем незначительные повреждения.
В 2003 году в Республике Алтай произошло землетрясение силой 8 баллов по шкале Рихтера большинство деревянных домов уцелело, тогда как кирпичные постройки были разрушены.
Секрет работы деревянных конструкций в сейсмических районах знают уже давно, например, пагода «Восточная» является одной из самых древних деревянных конструкций на Земле, построена в конце VIII в. н. э. Высота чуть больше 34 м. Для того чтобы здание смогло выдержать все нагрузки от землетрясений в центре была предусмотрена деревянная колонна 1 м в диаметре, она в свою очередь соединена с более жесткими конструкциями стен. И при землетрясении вместе данная конструкция гасила колебания.
Пагода «Фогунсы Шицзята», высотой чуть больше 67 м, построенная в 1056 году. Для противодействия толчкам в соединениях использованы 60 видов пространственных догунов, они придают гибкость конструкции. На крыше пагоды имеется гаситель колебаний
Самое же интересное заключается в том, что на крыше пагоды имеется небольшая кирпичная площадка, на которой установлена тяжёлая металлическая ступа. Эта конструкция представляет собой самый настоящий, с современной точки зрения, гаситель колебаний. При землетрясении обычно движется нижняя часть сооружения, верхнюю же удерживает сила инерции, находящейся в покое массы сооружения, в данном случае площадка со ступой.
Особенностью проектирования деревянных домов в сейсмических районах являются анкерные соединения, которые соединяют конструкцию дома с фундаментом Соединения выполняются на болтах или нагелях, так как сварные соединения не терпят динамических нагрузок.
Необходимая общая пространственная жесткость в деревянных зданиях достигается за счет грамотной планировки, где продольные и поперечные стены обеспечивают правильную работу всего здания. Так же требуется низкая и легкая кровля.
Но по результатам обследований были выявлены и серьёзные повреждения, которые могут появится после сильных подземных толчков. В бревенчатых домах — это трещины в углах домов, сдвиг зданий относительно фундаменты, перекос сруба, деформация пазов. В сборно-щитовых домах — это выпадения стен из щитов; раскрытия швов между щитами; недостаточно жесткой связи с основанием; отсутствия в уровне перекрытий антисейсмических поясов. Влияние на долговечность деревянных домов так же оказывают процессы гниения, неблагоприятное состояние грунтового основания.
В одноэтажных деревянных зданиях при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов допускаются столбчатые фундаменты в виде деревянных стульев. Они устанавливаются под всеми углами и пересечениями стен и через 2–3 м по длине стен.
Стойки стульев должны выполняться, предпочтительно, из комлевых частей деревьев, все части стульев необходимо антисептировать (например, путем обжига и последующей обмазки битумом). Дополнительно стулья должны быть соединены с обвязкой подкосами на болтах.
Деревянные стены всех видов должны быть конструктивно замкнутыми вверху и внизу по всему их контуру. Для этого в рубленых стенах над большими проемами и под ними следует выполнять проходные цельные венцы (балки); таким же образом соединяют противоположные поперечные коротыши в продольных стенах, устраиваемые для укрепления последних при увеличенных расстояниях между поперечными стенами. В каркасных и щитовых зданиях следует предусматривать обвязки и антисейсмические пояса.
В рубленых бревенчатых стенах для предотвращения смещения при горизонтальных сейсмических воздействиях венцов относительно друг друга и других деформаций в плоскости и из плоскости стен необходимо выполнять комплекс традиционных противосдвиговых мер, применяемых в русской (сибирской) рубке. Нельзя выполнять облицовку рубленных стен кирпичом или камнем.
В каркасных стенах основными направлениями необходимого комплекса антисейсмических мер, помимо обеспечения их прочной и неизменной связи с фундаментом, должны быть: увеличение жесткости стен в своей плоскости, усиление связи элементов каркаса в узлах и всего каркаса с перекрытиями, повышение надежности крепления заполнения стен к каркасу.
Жесткость каркасных стен в своей плоскости следует повышать постановкой раскосов и косой обшивкой. В двухэтажных каркасных зданиях, для обеспечения прочности и неизменности скрепления верхнего и нижнего этажей, помимо раскосов и общей для этажей косой обшивки, следует предусматривать также и специальные крепления.
Расстояние между поперечными стенами принимают равным 6–8 м во избежание стыков брёвен в пролётах, а расстояние между продольными стенами назначают не более 5–6 м. В тех случаях, когда расстояния превышают перечисленные необходимо устраивать дополнительные меры, которые повышают общую пространственную жёсткость, связь между стойками и перекрытиями и др., например, путем устройства коротышей. Конструктивные мероприятия, обеспечивающие сейсмостойкость деревянных зданий, зависят от применяемой конструкции остова.
При проектировании сборно-щитовых домов для сейсмических районов необходимо соблюдать следующие общие требования: обеспечение пространственной жёсткости коробки здания в целом; центрирование нижней обвязки относительно фундамента и надёжная связь с ним и т. п. Сейсмостойкость каркасных зданий может создаваться за счет использования в качестве заполнителя стен легких материалов, постановки раскосов и косой обшивки в плоскости стен, обеспечения прочной и неизменной связи с фундаментом, соединения элементов каркаса между собой и др.
Таким образом можно сказать, что на сегодняшний день деревянные дома хоть и не являются самыми популярными в строительстве, но точно являются экологичными, энергоэффективными, а также из-за своей легкости, прочности наиболее благоприятно ведут себя при сейсмических воздействиях, при правильном проектировании и возведении. Еще с давних времен применялись деревянные конструкции в зонах с повышенной сейсмической активностью.
Литература:
- Указания по антисейсмическим мероприятиям в деревянных конструкциях и зданиях, возводимых, в республике Бурятия-https://docs.cntd.ru/document/1200050951.
- Известия Петербургского университета путей сообщения http://izvestiapgups.org/assets/pdf/03_2005.pdf
- Иванова, Ж. В. Обеспечение надежности и безопасности деревянных зданий, применяемых для строительства в сейсмоактивных районах / Ж. В. Иванова. — Текст : электронный // : [сайт]. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obespechenie-nadezhnosti-i-bezopasnosti-derevyannyh-zdaniy-primenyaemyh-dlya-stroitelstva-v-seysmoaktivnyh-rayonah?ysclid=l5dw622gz3588229892 (дата обращения: 10.07.2022).
