Рекомендации по конструктивным системам и материалам для нового университета в сейсмоопасной зоне с учётом устойчивости, бюджета и образовательной функции:
1. Предварительные шаги (обязательно)
- Геотехническое обследование и карты сейсмики площадки (оценка ПГВ/ликвефакции).
- Привязка к требуемым уровням ответственности: обычные учебные корпуса — проектный землетрясение (например, $10\%$ вероятность за $50$ лет ≈ $475$-лет), критичные помещения (лаборатории, ЦОД, ауд. для эвакуации) — повышенные требования/Immediate Occupancy.
2. Общая концепция конструкции
- Дифференцированный подход: критичные и большие пространства — более дорогие меры (изоляция, демпферы); второстепенные — экономичные, но пластичные системы.
- Предпочтение системам с высокой пластичностью и контролируемой диссипацией энергии: двойные системы (несущие стены + рамная система) или рамно-диафрагменные схемы с демпферами.
3. Рекомендованные конструктивные системы (по типам зданий)
- Низкоэтажные жилые/административные корпуса (1–4 этажa): деревянные панели CLT или сборный железобетон с сейсмопоясами. CLT — быстрее и экологичнее; требует детальных узловых решений против расшатывания.
- Среднеэтажные учебные корпуса (4–8 этажей): железобетонный каркас с хорошо детализированными сейсмопластичными узлами + ядро/стены витации для жёсткости (dual system). Хорошее соотношение цена/устойчивость.
- Большие аудитории и спортивные залы (большой пролёт): стальной каркас или композитные схемы (сталь + плита) с брусьями/раскосами; для критичных сцен/аудиторий — рассмотрите базовую изоляцию или демпферы.
- Лаборатории и ЦОД: проектировать как «критические» — базовая изоляция или высокопроизводные демпферы, жёсткое крепление оборудования, избыточность.
4. Сейсмоизоляция и демпферы
- Базовая изоляция (base isolation) для ключевых зданий: значительно снижает ускорения и повреждения; дороже, но уменьшает эксплуатационные потери. Использовать на аудиториях, лабораториях, ЦОД.
- Энергопоглощающие устройства: вязкоупругие/гидравлические демпферы и демпферы с упрочнением (BRB) — разумная альтернатива/дополнение к изоляции для снижения деформаций.
- Целевое правило: изоляция там, где экономически оправдана (высокая ценность функций).
5. Материалы и детали
- Железобетон: сейсмодопустимая арматура с пластичностью (соблюдать требования к анкерованию, петлям, равномерным поперечным сечением); предусмотреть поперечные связи/стяжки.
- Сталь: конструкционная сталь с пластичными шарнирами, болтовые соединения класса для сейсмики; в крупных пролётах — композитные балки.
- Сборный/преднапряжённый бетон: экономичен и быстрый в сборке; требуется корректное проектирование узлов на пластичность.
- Дерево (CLT): для низкоэтажных зданий — быстро, экологично, но требует специальных анкерных и оболочечных узлов для сейсмики.
- Лёгкие ограждающие конструкции и фасады (алюминевые/композитные панели) — снижают массу и инерционные силы.
6. Нормативы, требования по деформациям и расчёт
- Целевые межэтажные относительные перемещения для пластичных систем: ${\Delta }_{story}\le 0.02$ (2%) для эксплуатации/жёстких требований можно жестче.
- Базовая инерционная сила по схеме: $V=C_{s}W$ (формула для оценки базовой силы; $C_s$ — коэффициент сейсмичности, $W$ — вес). Использовать требования местного кода и PBSD (performance-based) при необходимости.
7. Ненесущие элементы и безопасность
- Жёсткое крепление систем и оборудования, анкеры и сейсмостойкие подвесы инсталляций. Лёгкие несущие фасады и модульные элементы уменьшают риск обрушения.
- План эвакуации, огнестойкость узлов и защитные зоны для аварийного оборудования.
8. Бюджетные рекомендации
- Баланс: RC каркас + жёсткие ядра — оптимален по цене/защите; добавить демпферы для снижения повреждений.
- Применять сборные элементы (преднапряжённый бетон, модульные CLT) для снижения затрат и ускорения сроков.
- Изоляция экономически оправдана для нескольких ключевых зданий, но не для всего кампуса.
9. Образовательная функция (встраиваемые возможности)
- Открытые показы узлов, демонстрационные сечения, лабораторные стенды и экспонирование демпферов/изоляторов в учебных корпусах.
- Инструментирование: установка акселерометров, датчиков деформации и онлайн-доступ к данным для исследований и обучения.
- Модулярность помещений для адаптации учебных пространств после реконструкции.
10. Эксплуатация и устойчивость
- Проектировать с учётом быстрого восстановления (repairability): узлы с заменяемыми демпферами, модульные панели.
- Материалы с низкими затратами обслуживания и локальной доступностью.
Краткое резюме: для кампуса в сейсмоопасной зоне оптимально сочетать RC-раму с жёсткими ядрами (ядро = эвакуация/лифты), стальные или композитные конструкции для больших пролетов, базовую изоляцию/демпферы в критичных зданиях, использование сборных элементов для бюджета и CLT для низкоэтажных зданий; все решения привязать к геотехнике и стратегии функциональной важности, плюс онлайн-инструментирование для образовательной ценности.