Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков
Рассматривается основная концепция вибросейсмоизоляции тяжёлых горных машин, зданий и сооружений на основе использования резиновых сейсмоблоков (РСБ). Концепция сейсмической изоляции сооружений является весьма актуальной. В Японии, Новой Зеландии, Франции, Греции, Англии, США и ряде других стран она...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2017
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138783 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Н.И. Лисица, Ю.И. Немчинов, Н.Г. Марьенков, Ю.Г. Козуб, В.В. Немченко, Л.А. Голубь // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2017. — Вип. 133. — С. 3-13. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-138783 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1387832018-06-20T03:10:08Z Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Лисица, Н.И. Немчинов, Ю.И. Марьенков, Н.Г. Козуб, Ю.Г. Немченко, В.В. Голубь, Л.А. Рассматривается основная концепция вибросейсмоизоляции тяжёлых горных машин, зданий и сооружений на основе использования резиновых сейсмоблоков (РСБ). Концепция сейсмической изоляции сооружений является весьма актуальной. В Японии, Новой Зеландии, Франции, Греции, Англии, США и ряде других стран она успешно использована для защиты от землетрясений таких важных сооружений как атомные электростанции, школы, мосты, музеи, административные и жилые здания. Наибольшее распространение получили сейсмоизоляционные системы, включающие резиновые блоки и механические предохранители. В этих же странах опубликованы и основные научные статьи без приведения аналитических расчётов и технологических особенностей изготовления элементов. В Украине концепция развивалась двумя путями: разработка сейсмоизоляционных блоков для защиты от землетрясений жилых зданий; разработка виброизоляционных блоков для защиты от вибраций тяжёлого оборудования (вес до 300 т, использовано в России, Украине) и жилых зданий. Для практического применения систем сейсмоизоляции зданий Институтом геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины и ГП НИИСК были выполнены экспериментальные исследования для обоснования параметров РСБ, запатентованы их конструкции, разработана конструкторская документация и изготовлены экспериментальные образцы трёх типов резинометаллических сейсмозащитных блоков диаметром 400 мм и 500 мм и общей высотой резинового слоя: 2×120 мм, 2×70 мм и 2×50 мм. Изложены результаты статических и динамических испытаний параметрического ряда РСБ для защиты жилых зданий от вибраций. Рассматривается конструкция сваи с виброизолирующими резиновыми опорами. Разработанные и испытанные конструкции РСБ были использованы для виброзащиты от поездов метрополитена и автотранспорта жилых домов в г. Киеве: 10-секционного 10-этажного жилого дома по ул. Киквидзе и двухсекционного 27-этажного дома по Оболонскому проспекту. Вибросейсмоизоляция с помощью РСБ обеспечивает собственную частоту колебаний здания в горизонтальной плоскости менее 1 Гц, что соответствует требованиям ДБН и Еврокода 8 к проектированию систем сейсмоизоляции зданий. Розглядається основна концепція вібросейсмоізоляції важких гірських машин, будівель і споруд на основі використання гумових сейсмоблоків (РСБ). Концепція сейсмічної ізоляції споруд є досить актуальною. В Японії, Нової Зеландії, Франції, Греції, Англії, США і низці інших країн вона успішно використана для захисту від землетрусів таких важливих споруд як атомні електростанції, школи, мости, музеї, адміністративні і житлові будівлі. Найбільшого поширення набули сейсмоізоляційні системи, що включають гумові блоки і механічні запобіжники. У цих же країнах опубліковані і основні наукові статті без приведення аналітичних розрахунків і технологічних особливостей виготовлення елементів. В Україні концепція розвивалася двома шляхами: розробка сейсмоізоляційних блоків для захисту від землетрусів житлових будинків; розробка віброізоляційних блоків для захисту від вібрацій важкого устаткування (вага до 300 т, використано в Росії, Україні) та житлових будівель. Для практичного застосування систем сейсмоізоляції будівель Інститутом геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України та ДП НДІБК були виконані експериментальні дослідження для обґрунтування параметрів РСБ, запатентовані їх конструкції, розроблено конструкторську документацію та виготовлено експериментальні зразки трьох типів гумовосейсмічних захисних блоків діаметром 400 мм і 500 мм і загальною висотою гумового шару: 2×120 мм, 2×70 мм і 2×50 мм. Викладено результати статичних і динамічних випробувань параметричного ряду РСБ для захисту житлових будинків від вібрацій. Розглядається конструкція палі з віброізолюючий гумовими опорами. Розроблені і випробувані конструкції РСБ були використані для віброзахисту від поїздів метрополітену та автотранспорту житлових будинків в м Києві: 10-секційного 10-поверхового житлового будинку по вул. Кіквідзе і двохсекційного 27-поверхового будинку по Оболонському проспекту. Вібросейсмоізоляція за допомогою РСБ забезпечує власну частоту коливань будівлі в горизонтальній площині менше 1 Гц, що відповідає вимогам ДБН та єврокодів 8 до проектування систем сейсмоізоляції будівель. The basic concept of vibroseismic isolation of heavy mining machines, buildings and structures is considered in view of the rubber seismic blocks (RSB) use. The concept of seismic insulation of structures is very relevant. In Japan, New Zealand, France, Greece, England, the USA and in number of other countries, it is successfully used for protecting against earthquakes such important facilities as nuclear power plants, schools, bridges, museums, administrative and residential buildings. The most widespread are seismic isolation systems, including rubber blocks and mechanical protectors. In the countries above, the main scientific articles were published, however, without any analytical calculations and technological specificities of the element manufacture. In Ukraine, the concept was developed in two directions: designing of seismic isolation blocks for protection of residential buildings against earthquakes; and designing of vibration isolation blocks for protection against heavy equipment (with weight up to 300 tons being in use in Russia, Ukraine) and structures vibration. With the view of practical application of the seismic isolation systems in buildings, the N.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under National Academy of Science of Ukraine and the state-owned enterprise NIISK conducted experimental studies the objectives of which were to: substantiate the RSB parameters; patent the blocks design; work out the design documentation; and manufacture experimental samples of three types of the seismic rubber blocks with diameters 400 mm and 500 mm and total height of the rubber layer: 2×120 mm, 2×70 mm and 2×50 mm. The results of static and dynamic tests of the RSB parametric series for protection of residential buildings against vibrations are presented. Studyi of a design of the pile with vibration-proof rubber supports is in the process. The designed and tested structures of the RSBs were used for protection of the following residential buildings in the city of Kiev: the 10-section 10-storey residential building in the Kikvidze street and the two-section 27-storey building in the Obolonsky avenue – against vibrations caused by motor vehicles and underground trains. The vibroseismic insulation with the RSBs creates natural frequency of the building horizontal oscillation less than 1 Hz, which corresponds to the requirements of the State Construction Regulations and Eurocode 8 concerning the design of seismic insulation systems for the buildings. 2017 Article Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Н.И. Лисица, Ю.И. Немчинов, Н.Г. Марьенков, Ю.Г. Козуб, В.В. Немченко, Л.А. Голубь // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2017. — Вип. 133. — С. 3-13. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138783 624.15:699.841 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассматривается основная концепция вибросейсмоизоляции тяжёлых горных машин, зданий и сооружений на основе использования резиновых сейсмоблоков (РСБ). Концепция сейсмической изоляции сооружений является весьма актуальной. В Японии, Новой Зеландии, Франции, Греции, Англии, США и ряде других стран она успешно использована для защиты от землетрясений таких важных сооружений как атомные электростанции, школы, мосты, музеи, административные и жилые здания. Наибольшее распространение получили сейсмоизоляционные системы, включающие резиновые блоки и механические предохранители. В этих же странах опубликованы и основные научные статьи без приведения аналитических расчётов и технологических особенностей изготовления элементов. В Украине концепция развивалась двумя путями: разработка сейсмоизоляционных блоков для защиты от землетрясений жилых зданий; разработка виброизоляционных блоков для защиты от вибраций тяжёлого оборудования (вес до 300 т, использовано в России, Украине) и жилых зданий. Для практического применения систем сейсмоизоляции зданий Институтом геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины и ГП НИИСК были выполнены экспериментальные исследования для обоснования параметров РСБ, запатентованы их конструкции, разработана конструкторская документация и изготовлены экспериментальные образцы трёх типов резинометаллических сейсмозащитных блоков диаметром 400 мм и 500 мм и общей высотой резинового слоя: 2×120 мм, 2×70 мм и 2×50 мм. Изложены результаты статических и динамических испытаний параметрического ряда РСБ для защиты жилых зданий от вибраций. Рассматривается конструкция сваи с виброизолирующими резиновыми опорами. Разработанные и испытанные конструкции РСБ были использованы для виброзащиты от поездов метрополитена и автотранспорта жилых домов в г. Киеве: 10-секционного 10-этажного жилого дома по ул. Киквидзе и двухсекционного 27-этажного дома по Оболонскому проспекту. Вибросейсмоизоляция с помощью РСБ обеспечивает собственную частоту колебаний здания в горизонтальной плоскости менее 1 Гц, что соответствует требованиям ДБН и Еврокода 8 к проектированию систем сейсмоизоляции зданий. |
| format |
Article |
| author |
Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Лисица, Н.И. Немчинов, Ю.И. Марьенков, Н.Г. Козуб, Ю.Г. Немченко, В.В. Голубь, Л.А. |
| spellingShingle |
Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Лисица, Н.И. Немчинов, Ю.И. Марьенков, Н.Г. Козуб, Ю.Г. Немченко, В.В. Голубь, Л.А. Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Булат, А.Ф. Дырда, В.И. Лисица, Н.И. Немчинов, Ю.И. Марьенков, Н.Г. Козуб, Ю.Г. Немченко, В.В. Голубь, Л.А. |
| author_sort |
Булат, А.Ф. |
| title |
Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков |
| title_short |
Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков |
| title_full |
Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков |
| title_fullStr |
Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков |
| title_full_unstemmed |
Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков |
| title_sort |
сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138783 |
| citation_txt |
Сейсмоизоляция зданий и сооружений с помощью эластомерных блоков / А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Н.И. Лисица, Ю.И. Немчинов, Н.Г. Марьенков, Ю.Г. Козуб, В.В. Немченко, Л.А. Голубь // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2017. — Вип. 133. — С. 3-13. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT bulataf sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT dyrdavi sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT lisicani sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT nemčinovûi sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT marʹenkovng sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT kozubûg sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT nemčenkovv sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov AT golubʹla sejsmoizolâciâzdanijisooruženijspomoŝʹûélastomernyhblokov |
| first_indexed |
2025-07-10T06:34:23Z |
| last_indexed |
2025-07-10T06:34:23Z |
| _version_ |
1837240699217510400 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
Статья посвящена 50-летию со дня основания Института геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН
Украины
3
УДК 624.15:699.841
Булат А.Ф., акад. НАНУ, д-р техн. наук, профессор,
Дырда В.И., д-р техн. наук, профессор,
Лисица Н.И., канд. техн. наук, ст. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины),
Немчинов Ю.И., д-р техн. наук, профессор,
Марьенков Н.Г., д-р техн. наук, ст. научн. сотр.,
(ГП НИИСК),
Козуб Ю.Г., канд. техн. наук, доцент
(ЛНУ им. Т. Шевченка),
Немченко В.В., инженер,
Голубь Л.А., инженер
(ООО «Монодит»)
СЕЙСМОИЗОЛЯЦИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ С
ПОМОЩЬЮ ЭЛАСТОМЕРНЫХ БЛОКОВ*
Булат А.Ф., акад. НАНУ, д-р техн. наук, професор,
Дирда В.І., д-р техн. наук, професор,
Лисиця М.І., канд. техн. наук, ст. наук. співр.
(ІГТМ НАН України),
Немчинов Ю.І., д-р техн. наук, професор,
Мар’єнков М.Г., д-р техн. наук, ст. наук. співр.
(ДП НДІБК),
Козуб Ю.Г., канд. техн. наук, доцент
(ЛНУ ім. Т. Шевченка),
Немченко В.В., інженер,
Голубь Л.О., інженер
(ТОВ «Монодіт»)
СЕЙСМОІЗОЛЯЦІЯ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД ЗА ДОПОМОГОЮ
ЕЛАСТОМЕРНИХ БЛОКІВ
Bulat A.F., Acad. NASU, D. Sc. (Tech.), Professor,
Dyrda V.I., D. Sc. (Tech.), Professor,
Lisitsa N.I., Ph. D. (Tech.), Senior Researcher
(IGTM NAS of Ukraine),
Nemchinov Yu.I., D. Sc. (Tech.), Professor,
Maryenkov N.G., D. Sc. (Tech.), Senior Researcher,
(SE RIBC),
Kozub Yu.G., Ph. D. (Tech.), Associate Professor
(LTSNU),
Nemchenko V.V., M. S. (Tech.),
Golub L.A., M. S. (Tech.)
(«Monodit» LLC)
* © Булат А.Ф., Дырда В.И., Лисица Н.И., Немчинов Ю.И., Марьенков Н.Г., Козуб Ю.Г., Немченко В.В.,
Голубь Л.А., 2017
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
4
SEISMIC INSULATION OF BUILDINGS AND STRUCTURES
WITH THE HELP OF ELASTOMERIC BLOCKS
Аннотация. Рассматривается основная концепция вибросейсмоизоляции тяжёлых горных
машин, зданий и сооружений на основе использования резиновых сейсмоблоков (РСБ). Кон-
цепция сейсмической изоляции сооружений является весьма актуальной. В Японии, Новой Зе-
ландии, Франции, Греции, Англии, США и ряде других стран она успешно использована для
защиты от землетрясений таких важных сооружений как атомные электростанции, школы, мо-
сты, музеи, административные и жилые здания. Наибольшее распространение получили сей-
смоизоляционные системы, включающие резиновые блоки и механические предохранители.
В этих же странах опубликованы и основные научные статьи без приведения аналитических
расчётов и технологических особенностей изготовления элементов. В Украине концепция раз-
вивалась двумя путями: разработка сейсмоизоляционных блоков для защиты от землетрясе-
ний жилых зданий; разработка виброизоляционных блоков для защиты от вибраций тяжёлого
оборудования (вес до 300 т, использовано в России, Украине) и жилых зданий. Для практиче-
ского применения систем сейсмоизоляции зданий Институтом геотехнической механики им.
Н.С. Полякова НАН Украины и ГП НИИСК были выполнены экспериментальные исследова-
ния для обоснования параметров РСБ, запатентованы их конструкции, разработана конструк-
торская документация и изготовлены экспериментальные образцы трёх типов резинометалли-
ческих сейсмозащитных блоков диаметром 400 мм и 500 мм и общей высотой резинового
слоя: 2×120 мм, 2×70 мм и 2×50 мм. Изложены результаты статических и динамических испы-
таний параметрического ряда РСБ для защиты жилых зданий от вибраций. Рассматривается
конструкция сваи с виброизолирующими резиновыми опорами. Разработанные и испытанные
конструкции РСБ были использованы для виброзащиты от поездов метрополитена и авто-
транспорта жилых домов в г. Киеве: 10-секционного 10-этажного жилого дома по ул. Киквидзе
и двухсекционного 27-этажного дома по Оболонскому проспекту. Вибросейсмоизоляция с по-
мощью РСБ обеспечивает собственную частоту колебаний здания в горизонтальной плоскости
менее 1 Гц, что соответствует требованиям ДБН и Еврокода 8 к проектированию систем сей-
смоизоляции зданий.
Ключевые слова: виброизоляция, сейсмоизоляция, резинометаллические блоки, сваи с
резинометаллическими блоками
Введение. Вибросейсмоизоляция – это перспективное направление, кото-
рое развивается в последние годы в разных странах. В Японии, например, по-
строено уже более тысячи сейсмоизолированных зданий и мостов. В последние
годы всё большее число сейсмоизолированных зданий, мостов и других соору-
жений возводятся в различных странах на разных континентах. Наибольшее при-
менение сейсмоизоляция получила в Японии, Китае, США, РФ, Канаде, Арме-
нии, Новой Зеландии и Италии. Широкое распространение при реконструкции и
возведении новых зданий получили системы сейсмоизоляции на основе резино-
металлических сейсмоизолирующих блоков.
Нерешённые задачи
В Украине данное направление развивается пока медленными темпами,
что связано как с отсутствием необходимого финансирования, так и с необходи-
мостью экспериментальной проверки систем сейсмоизоляции на натурных фраг-
ментах зданий.
Согласно ДБН В.1.1-12:2014 [1] и Еврокода 8 при проектировании зданий,
оснащённых сейсмоизоляцией, необходимо, помимо спектрального метода рас-
чёта, выполнять прямой динамический расчёт с использованием инструмен-
тально зарегистрированных записей ускорений грунта при землетрясениях на
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
5
площадке строительства или же сгенерированных акселерограмм на основе ре-
зультатов работ по сейсмомикрорайонированию.
Основное различие между деформированием конструкций неизолирован-
ного здания и сейсмоизолированного здания с применением РСБ заключается в
существенном различии относительных горизонтальных перемещений между-
этажных перекрытий при землетрясении. Вследствие более высокой горизон-
тальной жёсткости этажей верхнего строения здания по сравнению с горизон-
тальной жёсткостью сейсмоизолирующих блоков, относительные горизонталь-
ные перемещения перекрытий этажей, расположенных выше сейсмоопор си-
стемы сейсмоизоляции, существенно ниже по сравнению с перемещениями зда-
ния без сейсмоизоляции.
Значительные допустимые (равные высоте сейсмоизолирующего блока)
горизонтальные перемещения верха РСБ обеспечиваются физическими свой-
ствами резиновых элементов. В настоящее время наибольшее распространение
получили сейсмоизолирующие слоистые резинометаллические блоки, которые
обеспечивают эффективное гашение энергии при землетрясении.
Относительные горизонтальные перемещения перекрытий смежных эта-
жей в сейсмоизолированных зданиях могут снижаться в несколько раз, в сравне-
нии с перемещениями в неизолированных зданиях.
На основе выполненного анализа нормативных документов и исследова-
ний по проблеме сейсмозащиты зданий с помощью устройства систем сейсмо-
изоляции можно сделать следующие выводы и предложения:
1. Для сейсмоопасных районов Украины применение сейсмоизоляции во
вновь проектируемых зданиях различной этажности в сейсмоопасных районах
является перспективным направлением, т.к. позволяет повысить сейсмостой-
кость конструкций и получить экономический эффект от 300 до 700 тысяч грн.
на одно здание высотой от 9 до 16 этажей (данные расчётов лаборатории эконо-
мических исследований НИИСК на 2006 г.).
2. С целью снижения стоимости строительства зданий (в условиях эконо-
мического кризиса в Украине) проектным и исследовательским организациям
необходимо внедрять в больших объё-
мах системы сейсмоизоляции и вибро-
защиты от наземного и подземного
транспорта при строительстве много-
этажных зданий.
3. Для более широкого строи-
тельства зданий с системами сейсмо-
изоляции необходимо использовать
данные проведенных эксперименталь-
ных исследований РСБ запатентован-
ной конструкции [2] (рис. 1). Стои-
мость выпускаемых в Украине РСБ в
5-7 раз меньше зарубежных аналогов
(Китай, Италия, Япония и т.д.).
Рисунок 1 – Общий вид резинометалличе-
ской высокодемпфирующей вибро-сейсмо-
изолирующей опоры со свинцовым сердеч-
ником
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
6
Проектирование системы сейсмоизоляции согласно
ДБН В.1.1-12:2014
Общие положения. Раздел ДБН В.1.1-12:2014 содержит общие положения
по проектированию системы сейсмоизоляции зданий и сооружений различного
назначения. Рассматривается пассивная система сейсмоизоляции зданий и со-
оружений, не требующая дополнительных источников энергии для обеспечения
гашения колебаний.
Область применения. Система сейсмоизоляции применяется в сооруже-
ниях различного назначения как при строительстве новых, так и при реконструк-
ции существующих зданий. Систему сейсмоизоляции следует размещать ниже
основной массы конструкций, как правило, между фундаментом и верхней ча-
стью здания (суперструктурой).
Основные требования к системе сейсмоизоляции.
Системы сейсмоизоляции должны обладать:
• высокой вертикальной жёсткостью;
• низкой сдвиговой жёсткостью для повышения эффективности сейсмоизоля-
ции в горизонтальном направлении;
• возможностью проявления больших горизонтальных перемещений при земле-
трясениях;
• большой диссипацией энергии;
• ограниченными перемещениями в горизонтальном направлении при несей-
смических нагрузках;
• высокой надёжностью и отсутствием возможности отказа;
• высоким уровнем защиты инженерного оборудования и исключать поврежде-
ние несущих элементов.
Основные требования при проектировании систем сейсмоизоляции
1. При проектировании системы сейсмоизоляции необходимо выполнить
следующие требования:
• центр жёсткости системы сейсмоизоляции должен совпадать с центром масс
надземных частей здания;
• схема расположения элементов системы в плане должна соответствовать рас-
положению несущих элементов надземной и подземной части здания;
• места установки сейсмоопор должны располагаться равномерно с учётом кон-
фигурации здания и распределения вертикальных нагрузок;
• упругие элементы сопротивления ветровой нагрузке и ограничители переме-
щений должны быть расположены по периметру здания симметрично и рав-
номерно;
• расстояние между элементами системы сейсмоизоляции под несущими кон-
струкциями здания не должны превышать расчётные.
2. Для обеспечения равномерного распределения горизонтальной и верти-
кальной сейсмической нагрузки, которой подвергаются изоляторы, над и под
ними необходимо запроектировать жёсткую систему из балок. Система верхних
балок должна быть жёстко связана с надземной частью сооружения.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
7
3. Между фундаментами и верхней частью конструкцией здания должно
быть предусмотрено достаточное пространство для обеспечения осмотра, техни-
ческого обслуживания и замены элементов системы сейсмоизоляции.
Расстояния между сейсмическими изоляторами под несущими стенами не
должны превышать 3 м. Рекомендуется размещать вертикальные сейсмоизоля-
торы на одном горизонтальном уровне.
Основные требования при проектировании и расчёте элементов
системы сейсмоизоляции
1. Резиновые и резинометаллические элементы должны быть спроектиро-
ваны и рассчитаны с учётом вертикальной и горизонтальной нагрузки, создавае-
мой сейсмическим воздействием и ветром, с учётом условий окружающей среды,
старения резины, внешней температуры и влияния вредных веществ.
2. При проектировании должна быть выполнена проверка несущей способ-
ности элементов системы сейсмоизоляции.
3. Механические характеристики упруго-вязких элементов системы сей-
смоизоляции (для случая РСБ – жёсткость резиновых блоков на сжатие и сдвиг)
не должны отличаться больше чем на 5-10 %.
4. Безопасное функционирование элементов системы сейсмоизоляции
необходимо оценивать при следующих положениях:
• при максимально возможных вертикальных и горизонтальных усилиях сей-
смического воздействия, включая также эффекты опрокидывания;
• суммарное горизонтальное перемещение верхней части здания необходимо
рассчитывать с учётом эффектов ползучести, температуры и вертикальной де-
формации упругих элементов.
5. Устойчивость резиновых и резинометаллических упруго-вязких элемен-
тов следует проверять при испытании блоков на горизонтальное смещение; его
величина должна соответствовать проектному максимальному перемещению
при сейсмическом воздействии.
Применение сейсмозащиты регламентировано европейскими и националь-
ными нормативными документами:
• EN 1998-1:2004 Eurocode 8;
• ДБН В.1.1-12:2014 «Строительство в сейсмических районах Украины»
предусматривающие проектирование сейсмостойких конструкций с заданным
уровнем обеспечения безопасности, включают в себя раздел «Проектирование
систем сейсмоизоляции».
Сейсмическая защита – повышение сейсмостойкости зданий и сооруже-
ний с использованием специальных конструктивных элементов для способности
противостоять расчётному сейсмическому воздействию без полного разрушения
и с минимальными человеческими жертвами.
Сейсмическая защита позволяет:
• обеспечить сохранность зданий и сооружений при землетрясениях и техноген-
ных воздействиях;
• снизить сметную стоимость строительства;
• уменьшить материалоёмкость зданий и сооружений;
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
8
• снизить трудоёмкость строительства;
• расширить область применения типовых серий путём застройки районов с по-
вышенной сейсмичностью, увеличения высоты здания при использовании тех
же конструкций.
Результаты численных и экспериментальных исследований
Для практического применения систем сейсмоизоляции зданий Институ-
том геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины и ГП НИИСК
были выполнены экспериментальные исследования для обоснования параметров
РСБ, запатентованы их конструкции, разработана конструкторская документа-
ция и изготовлены экспериментальные образцы трёх типов резинометалличе-
ских сейсмозащитных блоков диаметром 400 мм и 500 мм и общей высотой ре-
зинового слоя: 2×120 мм, 2×70 мм и 2×50 мм (рис. 2). Экспериментальные об-
разцы и промышленные РСБ были изготовлены предприятием ООО «Монодит»
из средненаполненной резины.
а – сейсмозащитный блок 1-го типа (высота
резиновых элементов 2×50 мм, диаметр
500 мм)
б – сейсмозащитный блок 2-го типа (высота
резиновых элементов 2×70 мм, диаметр
400 мм)
Рисунок 2 – Общий вид конструкций РСБ на натуральном каучуке, выпускаемых в Украине
Для экспериментального определения фактических жесткостных и демп-
фирующих характеристик РСБ были проведены в ГП НИИСК лабораторные ис-
пытания трёх типов разработанных конструкций при статических и динамиче-
ских нагрузках в соответствии с требованиями Еврокода 8, европейского и меж-
дународного стандартов [3].
Испытания РСБ проводились в два этапа: сначала динамические – опреде-
ление частот колебаний и демпфирующих характеристик опор, а затем статиче-
ские – определение жесткостных характеристик опор на сжатие и сдвиг.
При динамических испытаниях на четырёх одинаковых РСБ устанавли-
вался железобетонный блок массой 5100 кг. Колебания блока в горизонтальной
и вертикальной плоскостях задавались специальным устройством и регистриро-
вались восьмиканальной системой сейсмомониторинга и двухканальным спек-
троанализатором марки 2148 фирмы «Брюль и Къер» (Дания).
На основе инструментальных записей сигналов виброускорений при соб-
ственных колебаниях динамической системы «бетонный блок-РСБ» определены
динамические вертикальная и горизонтальная (сдвиговая) жёсткости и пара-
метры затухания испытанных РСБ.
При статических испытаниях опор на сжатие нагружение осуществлялось
гидравлическими домкратами ступенями по 50-300 кН на специальном стенде
(рис. 3) и на прессе ступенями до максимальной нагрузки 9000 кН, в зависимости
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
9
от типа опоры с выдерж-
кой 5 мин на каждой сту-
пени, после чего снима-
лись показания вертикаль-
ных перемещений.
Испытания опор на
сдвиг проводились на спе-
циальном стенде, обору-
дованном гидравличе-
скими домкратами для со-
здания вертикальных и
сдвиговых нагрузок. Из-
мерения сдвиговых пере-
мещений верха сейсмо-
опоры выполнялись при
вертикальных нагрузках 300; 500; 600; 1000 кН. Для возможности горизонталь-
ных перемещений сейсмоопоры на сдвиг при фиксированных вертикальных
нагрузках между верхней пластиной опоры и нагрузочной плитой были установ-
лены две фторопластовые пластины. При обработке данных учитывались изме-
нения коэффициента трения между пластинами в зависимости от вертикального
давления на опору.
С целью определения влияния свинцового сердечника на жесткостные и
демпфирующие характеристики РСБ (испытывались резиновые элементы диа-
метром 500 мм) были проведены циклические испытания на сжатие и на сдвиг
двух опор без свинцовых сердечников и двух – со свинцовыми сердечниками.
Сердечники были изготовлены в виде сплошных цилиндров высотой 100 мм и
диаметром 70 мм (14 % от диаметра резинового элемента опоры).
На рис. 4 приведены зависимости «горизонтальная нагрузка – перемеще-
ние» для РСБ (резиновые элементы диаметром 500 мм) со свинцовым сердечни-
ком (кривая 1) и без сердечника (кривая 2) при вертикальной нагрузке на опору
1000 кН. Анализ графиков показывает, что наличие свинцового сердечника су-
щественно влияет на жест-
костные и диссипативные
характеристики РСБ при
сдвиге.
Испытания опор на
сжатие выполнены для
трёх типов опор – диаметр
400 мм, высота: 2×70 мм и
2×120 мм; диаметр
500 мм, высота 2×50 мм.
В соответствии с
требованиями стандарта
ISO и европейского стан-
Рисунок 4 – Зависимости «нагрузка – перемещение» для
РСБ диаметром 500 мм
Рисунок 3 – Испытания РСБ на сжатие на специальном
стенде
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
10
дарта для определения состояния конструкции РСБ при вертикальных макси-
мальных нагрузках, превышающих проектные в 4 раза, один образец РСБ (вари-
ант со средней рифлёной пластиной без кольца и без сердечника) был испытан
циклическими вертикальными нагрузками на прессе по такой специальной про-
грамме: 3 полуцикла «нагрузка-разгрузка» ступенями по 300 кН (выдержка на
каждой ступени 5 минут) до 3000 кН; 2 полуцикла «нагрузка-разгрузка» ступе-
нями по 500 кН (выдержка на каждой ступени 2 минуты) до 5000 кН; 1 полуцикл
«нагрузка-разгрузка» ступенями по 1000 кН (выдержка на каждой ступени 5 ми-
нут) до 9000 кН.
При сжимающих многоцикловых нагрузках от 3000 кН до 9000 кН после
полной разгрузки РСБ в течение 10 минут резиновые элементы полностью при-
нимали первоначальную форму. При этом трещины ни в одном из 12-ти испы-
танных резиновых элементов, изготовленных на натуральном каучуке, не обна-
ружены.
Технические решения и монтаж РСБ
Сейсмоизолирующие блоки изготавливаются на основе стандартных рези-
новых элементов заданных размеров (в Украине были испытаны РСБ с диамет-
рами резиновых элементов от 400 мм до 500 мм, которые использовались при
устройстве сейсмоизоляции многоэтажных зданий).
По результатам расчёта сейсмоизолированного здания на сейсмические
нагрузки определяются геометрические параметры резиновых элементов, жёст-
кость на сжатие и на сдвиг РСБ. Сейсмоизолирующие блоки устанавливаются
между нижней фундаментной плитой (например, на её рёбрах жёсткости) и верх-
ней монолитной железобетонной распределительной плитой здания (рис. 5).
Возможны варианты установки РСБ в уровне цокольного этажа, а также на ого-
ловках свай. Нижняя опорная пластина с помощью анкеров крепится к рёбрам
жёсткости фундаментной плиты или к оголовку сваи, а верхняя опорная пла-
стина – к верхней распределительной железобетонной плите здания или к моно-
литным стенам цокольного этажа здания.
Заключение
1. Суммарные гори-
зонтальные сейсмические
нагрузки в уровне пере-
крытий крупнопанельных
10-этажных зданий с сей-
смоизоляцией меньше до
2-х раз по сравнению с ти-
повым решением (при от-
сутствии изоляции).
Устойчивость здания про-
тив опрокидывания с учё-
том сейсмических нагру-
Рисунок 5 – Схема размещения РСБ на свае системы виб-
роизоляции секций № 1 и № 2 жилого дома по ул. Кик-
видзе в г. Киеве
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
11
зок обеспечена (удержива-
ющий момент больше
опрокидывающего в 2,2
раза).
2. Процент армиро-
вания несущих стен зда-
ний на нижних этажах с
сейсмоизоляцией умень-
шается в 1,5…2,0 раза по
сравнению с вариантом
отсутствия сейсмоизоля-
ции. Эти данные подтвер-
ждают эффективность
применения сейсмоизоля-
ции для рассмотренных
объектов проектирования
– жилых домов высотой от
9 до 27 этажей.
3. Разработанные и
испытанные конструкции
РСБ были использованы в
2014-2017 годах для сей-
смозащиты и виброза-
щиты (от поездов метро-
политена и автотранс-
порта) жилых домов в г.
Киеве: 10-секционного 10-
этажного жилого дома по ул. Киквидзе и двух 27-этажных жилых домов по Обо-
лонскому проспекту (рис. 6).
4. Сейсмоизоляция на основе РСБ обеспечивает собственную частоту ко-
лебаний здания в горизонтальной плоскости 1 Гц и менее, что соответствует тре-
бованиям ДБН и Еврокода 8 к проектированию систем сейсмоизоляции зданий.
Следует отметить, что разработанные конструкции РСБ могут быть также ис-
пользованы для защиты зданий и сооружений от воздействий наземного (желез-
нодорожного и автомобильного транспорта), подземного (метрополитена), а
также для виброизоляции тяжёлых машин различного технологического назна-
чения для обеспечения безопасной эксплуатации зданий и сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Будівництво у сейсмічних районах України. ДБН В.1.1-12:2014. [Чинний від 2014-10-01] / – К:
Мінрегіон України, 2014. – 110 с.
2. Пат. № 58418 UA МПК (2011.01) F16F 1/36 (2006.01) F16F 3/00. Антисейсмічна опора / В.І. Ди-
рда, Ю.І. Немчинов, М.І. Лисиця, М.Г. Мар’єнков, А.М. Пугач, Л.О. Жарко. – u201011644; заявл.
30.09.2010; опубл. 11.04.2011, Бюл. № 7.
3. Исследование систем вибро- и сейсмоизоляции зданий на основе резинометаллических блоков
/ Ю.И. Немчинов, Н.Г. Марьенков, Л.А. Жарко, А.Ф. Булат, В.И. Дырда, Н.И. Лисица // Будівельні кон-
струкції. Будівництво в сейсмічних районах України. – Київ: ДП НДІБК, 2015. – Вип. 82. – С. 176-194.
Рис. 6 – Общий вид строящихся 27-этажных жилых домов
по Оболонскому проспекту в г. Киеве с системой вибро-
изоляции (расположением на расстоянии 100 м от линии
метрополитена мелкого заложения)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
12
REFERENCES
1. Ministerstvo rehional’noho rozvytku ta budivnytstva Ukrayiny (2014), DBN V.1.1-12:2014. Stroi-
tel’stvo v seysmicheskikh rayonakh Ukrainy [SCN V.1.1-12:2014. Construction in seismic regions of Ukraine],
Ukraine.
1. Dyrda, V.I., Nemchinov, Yu.I., Lysytsia, M.I., Marienkov, M.H., Puhach, A.M. and Zharko, L.O. An-
tiseismіchna opora [Antiseismic bearing support], State Register of Patents of Ukraine, Kiev, UA, Pat.
№ 58418.
2. Nemchinov, Yu.I., Marienkov, M.G., Zharko, L.O., Bulat, A.F., Dyrda, V.I. and Lysytsia, N.I. (2015)
“Research of vibration and seismic isolation systems of buildings on the basis of rubber blocks”, Budіvelnі
konstruktcії. Budіvnitctvo v seismіchnikh raionakh Ukraini, no. 82, pp. 176-194.
Об авторах
Булат Анатолий Фёдорович, Академик Национальной академии наук Украины, доктор техниче-
ских наук, профессор, директор института, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова
Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, office.igtm@nas.gov.ua
Дырда Виталий Илларионович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом ме-
ханики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехнической механики им. Н.С. Поля-
кова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр, Украина, vita.igtm@gmail.com
Лисица Николай Иванович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший
научный сотрудник отдела механики эластомерных конструкций горных машин, Институт геотехни-
ческой механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепр,
Украина, vita.igtm@gmail.com
Немчинов Юрий Иванович, доктор технических наук, профессор, зам. директора по научной ра-
боте, Государственное предприятие «Научно-исследовательский институт строительных конструк-
ций», Киев, Украина, niisk-office@ndibk.gov.ua
Марьенков Николай Григорьевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, заве-
дующий отделом автоматизации исследований и сейсмостойкости зданий и сооружений, Государ-
ственное предприятие «Научно-исследовательский институт строительных конструкций», Киев, Укра-
ина, n.maryenkov@ndibk.gov.ua
Козуб Юрий Гордеевич, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологий произ-
водства и профессионального образования, Луганский национальный университет им. Тараса Шев-
ченко (ЛНУ им. Тараса Шевченко), Луганск, Украина, kosub@rambler.ru
Немченко Виталий Владимирович, инженер, директор ООО «Монодит», Днепр, Украина,
monodit@list.ru
Голубь Леонид Алексеевич, инженер, главный инженер ООО «Монодит», Днепр, Украина,
monodit@list.ru
About the authors
Bulat Anatoly Fedorovich, Academician of the National Academy of Science of Ukraine, Doctor of Tech-
nical Sciences (D. Sc.), Professor, Director of the Institute, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics
under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnipro, Ukraine, office.igtm@nas.gov.ua
Dyrda Vitaly Illarionovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Professor, Head of Department of
Elastomeric Component Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics
under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnipro, Ukraine, vita.igtm@gmail.com
Lisitsa Nikolay Ivanovich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Senior Researcher, Senior Re-
searcher in Department of Elastomeric Component Mechanics in Mining Machines, M.S. Polyakov Institute
of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnipro,
Ukraine, vita.igtm@gmail.com
Nemchinov Yuriy Ivanovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Deputy Director of the institute,
Professor, State Enterprise Research Institute of Building Constructions (SE RIBC), Kiev, Ukraine,
niisk-office@ndibk.gov.ua
Maryenkov Nikolay Grigor’yevich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Senior Researcher, Head of
Department of Research Automation and Seismic Stability of Buildings and Constructions, State Enterprise
Research Institute of Building Constructions (SE RIBC), Kiev, Ukraine, n.maryenkov@ndibk.gov.ua
Кozub Yuriy Gordeyevich, Candidate of Technical Sciences (Ph. D.), Associate Professor, Associate Pro-
fessor in Department of Technology of Production and Trade Education, Luhansk Taras Shevchenko National
University (LTSNU), Lugansk, Ukraine, kosub@rambler.ru
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online), Геотехнічна механіка. 2017. № 133
13
Nemchenko Vitaliy Vladimirovich, Master of Science, Director of “Monodit” LLC, Dnipro, Ukraine,
monodit@list.ru
Golub Leonid Alexeevich, Master of Science, Chief Engineer of “Monodit” LLC, Dnipro, Ukraine,
monodit@list.ru
Анотація. Розглядається основна концепція вібросейсмоізоляції важких гірських машин, будівель
і споруд на основі використання гумових сейсмоблоків (РСБ). Концепція сейсмічної ізоляції споруд є
досить актуальною. В Японії, Нової Зеландії, Франції, Греції, Англії, США і низці інших країн вона
успішно використана для захисту від землетрусів таких важливих споруд як атомні електростанції,
школи, мости, музеї, адміністративні і житлові будівлі. Найбільшого поширення набули сейсмоізоля-
ційні системи, що включають гумові блоки і механічні запобіжники. У цих же країнах опубліковані і
основні наукові статті без приведення аналітичних розрахунків і технологічних особливостей вигото-
влення елементів. В Україні концепція розвивалася двома шляхами: розробка сейсмоізоляційних бло-
ків для захисту від землетрусів житлових будинків; розробка віброізоляційних блоків для захисту від
вібрацій важкого устаткування (вага до 300 т, використано в Росії, Україні) та житлових будівель. Для
практичного застосування систем сейсмоізоляції будівель Інститутом геотехнічної механіки ім.
М.С. Полякова НАН України та ДП НДІБК були виконані експериментальні дослідження для обґрун-
тування параметрів РСБ, запатентовані їх конструкції, розроблено конструкторську документацію та
виготовлено експериментальні зразки трьох типів гумовосейсмічних захисних блоків діаметром
400 мм і 500 мм і загальною висотою гумового шару: 2×120 мм, 2×70 мм і 2×50 мм. Викладено резуль-
тати статичних і динамічних випробувань параметричного ряду РСБ для захисту житлових будинків
від вібрацій. Розглядається конструкція палі з віброізолюючий гумовими опорами. Розроблені і випро-
бувані конструкції РСБ були використані для віброзахисту від поїздів метрополітену та автотранспо-
рту житлових будинків в м Києві: 10-секційного 10-поверхового житлового будинку по вул. Кіквідзе і
двохсекційного 27-поверхового будинку по Оболонському проспекту. Вібросейсмоізоляція за допомо-
гою РСБ забезпечує власну частоту коливань будівлі в горизонтальній площині менше 1 Гц, що відпо-
відає вимогам ДБН та єврокодів 8 до проектування систем сейсмоізоляції будівель.
Ключові слова: віброізоляція, сейсмоізоляція, гумометалеві блоки, палі з гумометалевими бло-
ками.
Abstract. The basic concept of vibroseismic isolation of heavy mining machines, buildings and structures
is considered in view of the rubber seismic blocks (RSB) use. The concept of seismic insulation of structures
is very relevant. In Japan, New Zealand, France, Greece, England, the USA and in number of other countries,
it is successfully used for protecting against earthquakes such important facilities as nuclear power plants,
schools, bridges, museums, administrative and residential buildings. The most widespread are seismic isolation
systems, including rubber blocks and mechanical protectors. In the countries above, the main scientific articles
were published, however, without any analytical calculations and technological specificities of the element
manufacture. In Ukraine, the concept was developed in two directions: designing of seismic isolation blocks
for protection of residential buildings against earthquakes; and designing of vibration isolation blocks for pro-
tection against heavy equipment (with weight up to 300 tons being in use in Russia, Ukraine) and structures
vibration. With the view of practical application of the seismic isolation systems in buildings, the N.S. Polya-
kov Institute of Geotechnical Mechanics under National Academy of Science of Ukraine and the state-owned
enterprise NIISK conducted experimental studies the objectives of which were to: substantiate the RSB pa-
rameters; patent the blocks design; work out the design documentation; and manufacture experimental samples
of three types of the seismic rubber blocks with diameters 400 mm and 500 mm and total height of the rubber
layer: 2×120 mm, 2×70 mm and 2×50 mm. The results of static and dynamic tests of the RSB parametric series
for protection of residential buildings against vibrations are presented. Studyi of a design of the pile with
vibration-proof rubber supports is in the process. The designed and tested structures of the RSBs were used
for protection of the following residential buildings in the city of Kiev: the 10-section 10-storey residential
building in the Kikvidze street and the two-section 27-storey building in the Obolonsky avenue – against vi-
brations caused by motor vehicles and underground trains. The vibroseismic insulation with the RSBs creates
natural frequency of the building horizontal oscillation less than 1 Hz, which corresponds to the requirements
of the State Construction Regulations and Eurocode 8 concerning the design of seismic insulation systems for
the buildings.
Keywords: vibration isolation, seismic isolation, rubber-metal blocks, piles with rubber-metal blocks
Статья поступила в редакцию 08.05. 2017
Рекомендовано к печати д-ром техн. наук В.Г. Шевченко
|