Динамические испытания на сейсмостойкость фасадных конструкций с теплоизолирующим слоем
Спрaвeдливo признaть, чтo прoисшeствиe считaeтся кaтaстрoфичeским пo числу жeртв и oбъeму разрушений, а не по магнитуде землетрясения. Согласно данным Мюнхенского Центра по страхованию, в мире за последние 70 лет в результате землетрясений человеческие жертвы составили 58%, а экономические потери – 50% от общего числа застрахованных лиц и объектов.
Согласно исследованиям РАН, в настоящее время увеличивается опасность сильнейшего землетрясения в Курило-Камчатской зоне. По данным долгосрочного прогноза, самыми опасными областями РФ являются Камчатка, Сахалин, север Курильских островов, Горно-Алтайск, Иркутская область, Республика Бурятия, Забайкальский край, Хакасия, Республика Тыва, Южный федеральный округ. В России возможны катастрофические землетрясения, по интенсивности воздействия близкие к самым сильным когда-либо происходящим на Земле.
Более 25% площади РФ, включающей 27 субъектов с населением около 20 млн человек, расположены в сейсмоактивных зонах, из них 80% сейсмически опасных районов приходятся на крупные густонаселенные города.
За последние годы в РФ был зафиксированы серьезные сейсмические события: землетрясение 1952 года (в результате 30-метрового цунами был уничтожен г. Северо-Курильск); Корякия — 08.03.1991г. (Камчатка); Шикотанское – 04.10.1994г. (имело распространение на все Курильские о-ва); Нефтегорское – 28.05.1995г. (о. Сахалин); Углегорское – 02.08.2000г. (о. Сахалин); Алтайское – 27.09.2003г.; Калининградское — 21.09.2004г.; Корякия – 17.04.2006г. (Камчатка); Невельск дважды – 18.08.2006г. и 02.08.2007г. (о. Сахалин); Байкальское — 28.08.2008г. (пос. Култук); Грозненское — 14.10.2008г.; Сочи четырежды – 19.12.2011г., 30.05.2012г., 23.12.2012г. и 26.12.2012г.; Республика Тыва – 27.12.2011г.; под Охотским морем — 24.05.2013г. (зарегистрировано в Москве!).
Катастрофические землетрясения могут случаться в районах, где воздействие такой интенсивности даже не прогнозировалось. К таким случаям относятся землетрясения в Горно-Алтайске (2003г., 9 баллов), в Калининграде (2004г., 7 баллов), а также за рубежом: в Индии (г. Латур), в Японии (г. Кобе) и другие.
Специалистам в области сейсмостойкого строительства приходится проектировать объекты, имея очень ненадежную информацию о времени землетрясения, интенсивности, спектральном составе и других характеристиках. Задачей проектировщиков является предельное уменьшение возможных рисков при землетрясении, обеспечить безопасность людей и сохранность работы промышленных предприятий, социально важных объектов.
На сегодняшний день существует множество организаций, называющих себя специалистами в области исследования сейсмостойкости зданий и сооружений, однако большинство из них не обладают должной компетентностью и технической возможностью проводить натурные динамические испытания строительных конструкций и изделий.
Центр исследований сейсмостойкости сооружений (ЦИСС) ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» — единственный в Российской федерации обладает уникальными условиями и стендами для испытания динамическими нагрузками, имитирующими сейсмическое воздействие от 7 до 10 баллов. На протяжении более чем 90 лет в ЦНИИСК уделялось значительное внимание исследованиям и разработкам, посвященным снижению сейсмической угрозы и повышению сейсмостойкости сооружений. В институте всегда существовало научное подразделение, которое занималось исследованиями и нормотворчеством в области сейсмостойкого строительства.
ЦНИИСК был образован в 1927 году для создания и совершенствования научно-технической базы строительной отрасли страны. Здесь сформировались основы российской строительной науки. Деятельность института оказала определяющее влияние на формирование и развитие важнейших направлений теории прочности и надежности. На основе метода предельных состояний, теории оболочек, пластичности, сейсмостойкости и оценки влияния различных динамических нагрузок выработаны современные принципы расчета всех видов строительных конструкций. Сегодня ЦНИИСК успешно работает как подразделение Акционерного общества «Научно-исследовательский центр «Строительство».
ЦИСС ЦНИИСК осуществляет функции АО «НИЦ «Строительство» как головного Центра Российской Федерации в области сейсмостойкости сооружений и комплексной сейсмической безопасности территорий, выполняя научные исследования, разработку нормативных документов, а также координацию работ сообщества ученых и инженеров, посвятивших себя этой сложной проблеме.
В ЦИСС постоянно совершенствуется накопленный ранее научный опыт, проводятся новые исследования, преумножается вклад в реальное сейсмостойкое строительство. Специалисты Центра участвуют в выполнении Федеральных целевых программ; ведут разработку, испытания и внедрение инновационных методов сейсмоусиления зданий и сооружений; занимаются проектированием уникальных и сложных объектов.
В последнее время проблема энергосбережения становится все более приоритетной в государственной политике, и внедрение энергосберегающих технологий должно стать одним из основных путей модернизации отечественной экономики. В соответствие с этим, производители строительных материалов и конструкций пересматривают подходы к проектированию, разрабатывают новые конструкции и внедряют новые строительные материалы. В сейсмических районах активно начали применяться различные многослойные конструкции, системы утепленных фасадов. Примером такого конструктивного решения, прошедшего проверку на сейсмостойкость в ЦИСС, являются фасадные теплоизоляционные системы компании «ПЕНОПЛЭКС» (далее системы «ПЕНОПЛЭКС Фасад» и «Фасад PRO»).
Испытания системы ПЕНОПЛЭКС были проведены на специальном динамическом стенде, моделирующем монолитный железобетонный каркас с заполнением из каменной кладки, на который монтировалась система ПЕНОПЛЭКС. Динамическая нагрузка на испытуемую конструкцию генерировалась вибромашиной инерциального действия ВИД-50, позволяющей развивать инерционную силу 1000 кН в диапазоне частот 0,5-20 Гц.
Для регистрации параметров воздействия на испытуемую конструкцию использовались датчики акселерометры совместно с цифровым многоканальным измерительным комплексом. Датчики акселерометры представляют собой преобразователи механических движений в пропорциональный электрический сигнал. Записи ускорений колебаний, зарегистрированные датчиками, являются основной инструментальной информацией для определения параметров воздействия на испытываемые комплекты при сейсмических испытаниях. Условная схема расположения датчиков акселерометров представлена на рисунке.
С помощью регистрирующей аппаратуры были получены и проанализированы записи ускорения колебаний исследуемой конструкции при проведении испытаний. Также была выведена осциллограмма перемещений верхней части конструкции относительно нижней. На рисунке 5 приведены примеры записей ускорения колебаний точек т.1 (а) и т.2 (б), а также осциллограмма перемещений т.2 относительно т.1.
В ходе динамических испытаний были достигнуты параметры воздействия эквивалентные сейсмическому до 9 баллов по шкале MSK-64, после чего не было обнаружено каких-либо повреждений испытуемой конструкции. По результатам испытаний был сделан вывод о возможности применения системы ПЕНОПЛЭКС в сейсмических районах с интенсивностью сейсмического воздействия до 9 баллов по шкале MSK-64.
Андрей Владимирович Жеребцов, Начальник технического отдела ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб»