Настоящий и следующий разделы подготовлены по материалам «Пособия по проектированию многоэтажных жилых и общественных каркасных зданий для строительства в сейсмических районах», разработанного в 1984-1985 гг. ЦНИИСК им. Кучеренко и ТбилЗНИИЭП совместно с ТашЗНИИЭП, АрмНИИСА, ИСМиС АН ГрССР, Казахским Промстрой-НИИпроектом, Казахским отделением ЦНИИпроектстальконегрукция, НИИЖБ, ЦНИИЭП жилища, НИИСА Госстроя КиргССР и ФПИ (Пособие не опубликовано).
Основные конструктивные системы
Каркасы промышленных, жилых и общественных многоэтажных зданий, проектируемых для строительства в сейсмических районах, по способу воспринятия горизонтальных нагрузок могут быть решены: а) по рамной схеме, с жесткими узлами колонн и ригелей, при которой горизонтальные сейсмические нагрузки воспринимаются в основном элементами каркаса; при их проектировании рекомендуется учитывать повышенную деформативность зданий высотой более 12 этажей и с небольшими размерами в плане, а также неравномерность распределения по высоте изгибающих моментов от горизонтальных нагрузок; это затрудняет унификацию элементов каркаса, и с повышением высоты зданий снижает технико-экономические показатели; б) по рамно-связевой схеме, с системами связей и вертикальных диафрагм жесткости, при которой преобладающая часть горизонтальных нагрузок с помощью междуэтажных перекрытий передается на специальные вертикальные элементы жесткости (диафрагмы, связевые блоки, торцевые стены, стены лестничных клеток, лифтовых шахт и т. п.), а некоторая часть горизонтальных нагрузок воспринимается рамами. Применение этой схемы обычно приводит к уменьшению величин и выравниванию изгибающих моментов в элементах рам от горизонтальных нагрузок, благодаря чему облегчается возможность унификации элементов каркаса; диафрагмы, воспринимающие горизонтальную нагрузку, следует устраивать на всю высоту здания регулярно, по возможности часто и симметрично относительно осей здания (отсека); в) по связевой схеме, с шарнирными или податливыми узлами колонн и ригелей, при которой основная часть сейсмических нагрузок воспринимается системами связей, диафрагмами, ядрами жесткости, а каркасы воспринимают только вертикальные постоянные и временные нагрузки; г) по пространственной рамно-связевой схеме, при которой горизонтальные сейсмические нагрузки воспринимаются плоскими рамами с ядрами жесткости, пространственным наружным каркасом с ядром жесткости, пространственным связевым каркасом или пространственным каркасом в виде двух и более систем рам.
Системы активной сейсмозащиты
Обычно выбор схемы каркаса должен производиться на основе сравнения вариантов и их технико-экономического анализа в зависимости от количества и высоты этажей, размеров сетки колонн, величин ветровой и сейсмической нагрузок, а также грунтовых условий.
Рекомендации по областям рационального применения конструктивных схем многоэтажных каркасных зданий с расчетной сейсмичностю 7-8 и 9 баллов приведены в работе [29].
В практике проектирования нередко используются смешанные решения, когда в одном направлении (обычно поперечном) здания выполняются по рамной схеме’, а в другом — по рамно-связевой.
Сейсмика! Что это такое? Как в ней строить? (Академия Байкальского газобетона vol.6)
В случаях, когда основанием здания являются большие толщи рыхлых грунтов, предпочтение следует отдавать схемам каркаса, обладающим сравнительно более высокой жесткостью (каркасы с диафрагмами жесткости, с заполнением, включающимся в работу рам и т. п.).
Общие принципы проектирования
Следует отметить, что все требования и рекомендации по проектированию каркасных зданий определяются главой СНиП II-7-81, пособиями к СНиП и другими рекомендательными документами. Высота (этажность) зданий должна назначаться в соответствии с требованиями «Указаний по размещению объектов строительства и ограничения этажности зданий в сейсмических районах» (СН 429-71), а выбор обьемно-планировочных и конструктивных решений, конструкций и материалов — в соответствии с Техническими правилами.
Современный подход к расчету и конструированию каркасных зданий для сейсмических районов ориентирован на широкое применение электронно-вычислительной техники и разработку автоматизированных систем проектирования сейсмостойких зданий [105,106].
Сейсмостойкость многоэтажных каркасных зданий определяется ненаступлением с определенной обеспеченностью при землетрясениях расчетной интенсивности предельных состояний здания в целом и отдельных элементов конструкций [12, 28]. Расчетное предельное состояние здания в целом характеризуется таким состоянием его конструкций, при котором обеспечивается общая устойчивость здания, безопасность находящихся в нем людей, сохранность ценного оборудования. Критерии физических предельных состояний зданий определяют, условия, при которых полностью исчерпывается несущая способность конструкций, здание становится полностью непригодным к эксплуатации или дальнейшая эксплуатация становится невозможной по техническим, социально-экономическим или иным причинам.
Предельные состояния отдельных элементов конструкций (несущих, ненесущих внутренних стен, перегородок и др.) определяются условиями превышения внутренними усилиями, перемещениями или деформациями их допустимых предельных значений.
Сейсмостойкость многоэтажных каркасных зданий, как и зданий с другими конструктивными системами, обеспечивается: выбором благоприятной в сейсмическом отношении площадки строительства; использованием объемно-планировочных решений, конструктивных схем и материалов, соответствующих указаниям п. 1.2 СНиП II-7-81; назначением несущих конструкций, элементов и их соединений в соответствии с результатами расчета зданий при основном и особом сочетании нагрузок, включая сейсмические воздействия; применением специальных конструктивных мероприятий; высоким качеством выполнения строительно-монтажных работ.
Согласно главе СНиП II-7-81, при проектировании зданий для строительства в сейсмических районах следует учитывать интенсивность сейсмического воздействия в баллах (сейсмичность) и его повторяемость. Интенсивность и повторяемость принимаются по картам сейсмического районирования территории СССР (прил.
1 и 2 СНиП), в которых сейсмичность относится к участкам со средними по сейсмическим Свойствам грунтами (II категории согласно табл. 1 норм). Сейсмичность «строительной площадки должна определяться на основе сейсмического микрорайонирования (МСР), а для районов, где карты МСР отсутствуют, допускается ее определять по табл. 1 норм.
Расчетные сейсмические нагрузки и конструктивные мероприятия по обеспечению сейсмостойкости зданий принимаются в зависимости от их расчетной сейсмичности, которая устанавливается по согласованию с утверждающей проект организацией в соответствии с табл. 5 норм.
К основным требованиям по проектированию каркасных зданий для сейсмических районов относятся следующие: применять, как правило, симметричные решения с равномерным распределением масс и жесткостей и устраивать антисейсмические швы в зданиях со сложным очертанием в плане или с разными конструкциями отдельных участков; стремиться к максимальному снижению массы несущих и ограждающих конструкций за счет применения легких эффективных материалов и компоновки конструкций; обеспечивать возможность развития в железобетонных каркасах пластических деформаций, а жесткие узлы каркасов усиливать применением сварных сеток, спиралей или замкнутых хомутов, особое внимание уделять усилению поперечной арматурой зон действия максимальных перерезывающих сил; обращать внимание на сопряжения сборных и сборно-монолитных конструкций, избегать хрупких соединений, неспособных к развитию упругопластических деформаций; при замоноличивании сопряжений обеспечивать с помощью выпусков арматуры, устройством шпонок и другими мероприятиями надежную связь укладываемого на место бетона с бетоном сборных конструкций; стремиться к укрупнению элементов и сокращению числа соединений при разрезке сборных с сборно-монолитных каркасов; обеспечивать при применении стальных каркасов возможность использования пластических резервов работы материала отдельных элементов и узлов, а также путем постановки специальных устройств энергопоглотителей, упругофрикционных соединений на высокопрочных болтах и др.; развитие пластических деформаций допускается, как правило, в элементах, работающих на изгиб и сдвиг, которые должны иметь конструктивные формы, характеризующиеся низким уровнем концентрации напряжений; области (зоны) развития пластических деформаций следует выносить из зон сварных и болтовых соединений.
При проектировании несущих конструкций высоких зданий (более 16 этажей) целесообразно применять каркасы рамно-связевой и связевой схем (с диафрагмами, связями или ядрами жесткости), отдавая предпочтение конструктивным схемам, в которых зоны пластичности возникают в первую очередь в горизонтальных элементах каркаса (ригелях, перемычках, обвязочных балках и т. п.). Кроме того, при проектировании высоких зданий, помимо деформаций изгиба и сдвига в колоннах каркаса, следует учитывать осевые деформации, а также податливость оснований и производить расчет на устойчивость против опрокидывания от действия горизонтальных сейсмических нагрузок.
Особого внимания заслуживают здания с одним или несколькими каркасными нижними этажами с несущими стенами, диафрагмами или каркасом с заполнением. Частные случаи серьезных повреждений и разрушений таких зданий при землетрясениях обусловливают необходимость соблюдения дополнительных мероприятий для обеспечения устойчивости зданий и пластической работы конструкций каркасных нижних этажей. Строительство таких зданий, как и любых высоких зданий, на площадках, сложенных грунтами III категории, для которых характерны относительно длиннопериодные колебания грунта, нормами запрещено.
Проектирование железобетонных каркасов
Рис. 2.5.
Армирование узла сетками, расположенными нормально к оси колонны Требования к проектированию железобетонных каркасов многоэтажных зданий, помимо рекомендаций по унификации (разработки унифицированных каркасов межотраслевого назначения), технологичности и простоте устройства стыковых соединений, облегчению несущих и ограждающих конструкций, направлены на создание конструктивных систем, способных в максимальной степени к пластическому и неупругому деформированию, поглощению энергии колебаний при сейсмических воздействиях и снижению инерционных сейсмических нагрузок, генерируемых зданием в процессе колебаний. С этой целью на стадии проектирования целесообразно предусматривать специальные зоны образования пластических деформаций [12, 29, 51, 66,95], продольное армирование колонн принимать не менее 1 % и не более 6%, а ригелей — от 1,5 до 3 %. Особое внимание уделяется поперечному армированию элементов каркасов в виде замкнутых сваркой хомутов (рис. 2.5), объемных спиральных каркасов и т.п., узлов ригелей и колонн (рис. 2.6), устройству соединений элементов сборных и сборно-монолитных каркасов.
Рис. 2.6. Армирование примыкающих к узлу колонн и ригелей Стыки элементов каркаса могут осуществляться путем: сварки выпусков арматуры и замоноличивания стыка бетоном или раствором с передачей усилий через железобетон; заделки выпусков арматуры одного стыкуемого элемента в гнездах, расположенных в другом стыкуемом элементе и заполненных цементом или полимерраствором, с передачей усилий через железобетон; сварки стальных закладных деталей с передачей усилий через металл этих деталей; замоноличивания швов между элементами бетоном или раствором и последующего обжатия стыка натяжением арматуры с передачей усилий через предварительно напряженный железобетон; защемления одного из элементов посредством замоноличивания бетоном стаканного сопряжения с передачей усилий через бетон (например, для стыков колонн с фундаментами).
При соединении плит сборно-монолитных перекрытий между собой и с ригелями допускается применение замоноличивания стыков с петлевыми соединениями арматуры, перепуском ее внахлестку без сварки в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84 или другими экспериментально проверенными способами стыковки арматуры.
Сопряжения элементов сборного и сборно-монолитного железобетонного каркаса следует проектировать, обеспечивая необходимую устойчивость как отдельных элементов, так и каркаса в целом на всех стадиях сборки. С этой целью допускается применять монтажные приспособления, рассчитываемые на воспринятое нагрузок от собственного веса конструкций, ветра и монтажных нагрузок.
Тенденции к максимальному повышению технологичности монтажа строительных конструкций диктуют целесообразность широкого использования зарубежного передового опыта по применению соединений элементов на болтах, в том числе высокопрочных, зажимах и с использованием других приспособлений заводской готовности, а также экономичных закладных изделий (нормальных и наклонных анкеров, холодноштампованных деталей и др.).
В соответствии с результатами последних исследований НИИЖБ, ЦНИИСК им. Кучеренко, ТбилЗНИИЭП на основе обобщения результатов анализа последствий землетрясений разработаны рекомендации по конструированию центральных зон жестких узлов железобетонных каркасов.
Несущую способность центральной зоны жесткого узла соединения ригеля с колонной следует обеспечивать выше несущей способности по граневым сечениям примыкающих к узлу ригелей и колонн. В граневых сечениях ригелей и колонн, примыкающих к центральной зоне узла, суммарная несущая способность колонн по изгибающему моменту при наиболее неблагоприятном сечении продольных сил должна быть не менее суммарной несущей способности ригелей при работе на изгиб.
Центральную зону жестких узлов рам каркаса, воспринимающих сейсмическую нагрузку, рекомендуется рассчитывать на прочность от действия знакопеременных усилий в сечениях по границам центральной’ зоны узла. Величины этих усилий (М, Q, N) в рассчитываемом узле определяются для расчетной комбинации усилий при особом сочетании нагрузок сечения колонны над узлом и соответствующих усилий в остальных элементах, примыкающих к узлу. Разработанная методика более полно отражает физическую картину сложного напряженно-деформированного состояния узлов при сейсмических воздействиях.
Проектирование стальных каркасов
При проектировании стальных каркасов многоэтажных зданий первостепенное значение для обеспечения высокой степени их сейсмостойкости имеет выбор материалов для элементов и соединений несущих конструкций, рациональная компоновка объектов в целом и отдельных элементов конструктивных систем, при которой рационально используются способность стали к развитию пластических деформаций, а также обеспечение технологичности и индустриальности проектных решений. Требования к экономному расходованию стали в строительстве определяют целесообразность создания унифицированных технических решений и методов расчета стальных конструкций на сейсмические воздействия. Как показано в п. 2.1, мнение некоторых инженеров-конструкторов и архитекторов о возможности строить из стали сооружения с любыми конструктивными схемами, в силу «природной живучести» стальных конструкций не обоснованно и опровергается опытом последних землетрясений (например, последним катастрофическим землетрясением в Мехико, 19 сентября 1985 г.).
Для элементов и соединений стальных каркасов, работающих в упругой стадии при землетрясениях расчетной интенсивности, марки стали назначаются по табл. 50 СНиП 11-23-81. Элементы, в которых допускается развитие пластических деформаций, относятся к специальной подгруппе третьей группы в соответствии с п. 4.4.1. СТ СЭВ 3972—83: «конструкции, работающие на сейсмические нагрузки и непосредственно их воспринимающие, в которых развитие пластических деформаций сопровождается образованием пластических шарниров и расчет которых на особое сочетание нагрузок выполняется без учета перераспределения изгибающих моментов».
К таким конструкциям предъявляются следующие требования: рекомендуется, чтобы сталь имела площадку текучести длиной не менее 6Ry/E и отношение нормативных сопротивлений Run/Ryn > 1,3 a Ry ? 380 МПа; при касательных напряжениях ? > 0,5 Rs следует учитывать влияние поперечной силы на предельное значение изгибающего момента; перемещения изгибаемых элементов следует ограничивать исходя из предельных перемещений каркасов зданий в целом или отдельных их этажей.
Марки стали, рекомендуемые для изготовления элементов конструкций, в которых допускается развитие пластических деформаций, приведены в табл. 2.1 [66].
Рис. 2.7. Сварные рамные узлы каркаса Условную гибкость ригелей с гофрированной вертикальной стенкой следует принимать ?w
В рамных стальных каркасах сварные узловые соединения двутавровых ригелей с колоннами замкнутого коробчатого и двутаврового сечений могут проектироваться двух типов: с накладками (рыбками), прикрепляющими полки ригелей к колоннам, и без накладок (рис. 2.7).
Соединения без накладок более предпочтительны, надежны в работе, позволяют создавать зоны развития контролируемых пластических деформаций, но для их выполнения требуется повышенная точность изготовления и монтажа, а также дополнительные операции (фрезеровка торцов ригелей, устройство вырезов в поясах и др.).
Рис. 2.8. Пространственный элемент стального каркаса с неразрезными полками и стенками Сварные соединения без накладок рекомендуется выполнять: с фрезерованными торцами ригелей; с увеличенной высотой ригеля на опоре [66], что способствует развитию ограниченных пластических деформаций; с неразрезной стенкой и/или полками ригелей, проходящих через тело колонны (рис. 2.8); при этом узлы выполняются в виде пространственных соединений, а локализация пластических деформаций в заданных зонах ригелей конструктивно обеспечивается утонением полок с помощью фрез; для снижения концентрации напряжений зона утонения полок должна располагаться на расстоянии более 0,5hp от грани колонн, где hp — высота ригеля; радиус закругления R = (1?0,25)h 2 p/tf, где tf — толщина пояса ригеля; а глубина утонения полок — (0,07?0,1)tf; при проверке прочности ослабленного сечения с учетом развития пластических деформаций коэффициенты сх и cy (см. табл. 66 главы СНиП 11-23-81) следует принимать по фактическому отношению площади пояса к площади стенки ригеля в этом сечении.
В случае создания зоны развития пластических деформаций вне узлового соединения расчет самого соединения .следует выполнять в предположении упругой работы, а расчет выполнять в соответствии с рекомендациями «Пособия». Условную гибкость стенки колонны в зоне узлового соединения следует ограничивать величиной
В рамно-связевых и связевых каркасах колонны рекомендуется проектировать из широкополочных двутавров, крестового, замкнутого, квадратного и трубчатого сечения (первому решению следует отдавать предпочтение при проектировании связевых каркасов). Ригели связевых и рамно-связевых каркасов целесообразно проектировать из Прокатных широкополочных двутавров или сварных .двутавров с гофрированной стенкой. Узловые сопряжения и системы связей должны обеспечивать схему работы каркасов при землетрясениях в соответствии с принятыми на стадии проектирования расчетными динамическими моделями и расчетными схемами.
Источник: stroim-domik.ru
Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах статус
Изобретенные в 1930 году американским ученым Ф. Райном сэндвич-панели появились в России только в 1980-х. Собственно производство было начато только в 1990 году, и в настоящее время в РФ функционирует более 130 производителей отечественных сэндвич-панелей.
По данным журнала «Складской комплекс», по состоянию на 2007 год объем российского рынка сэндвич-панелей составлял 1,1666 млрд долларов США или, в натуральном выражении, 23,3 млн м 3 . После кризиса 2008 года объем рынка сэндвич-панелей в 2011 году составил 17 млн м 2 . Согласно маркетинговым исследованиям специалистов фирмы ООО «Гуннебо Индастриз», доля сэндвич-панелей при строительстве торговых, офисных и складских зданий возрастает ежегодно на 5–10%.
Конструктивно сэндвич-панели выполняются из двух наружных металлических слоев: из оцинкованной стали или алюцинка толщиной 0,5–0,8 мм, между которыми укладывается утеплитель. Наиболее широкое применение в качестве утеплителя получила минераловатная плита на основе базальтового волокна. Толщина панелей изменяется в интервале от 15 до 20 см.
Такие преимущества сэндвич-панелей перед другими стеновыми конструкциями из различных материалов, как быстрые сроки возведении, практически отсутствующая нагрузка на фундаменты, высокие показатели тепло- и звукоизоляции и низкая стоимость, по сравнению с традиционными стенами из кирпича, бетона и дерева, делают сэндвич-панели конкурентоспособными на строительном рынке РФ.
И если при использовании сэндвич-панелей в зданиях, возводимых в обычных условиях, особых проблем в части эксплуатационной надежности как самих конструкций, так и их анкерных креплений к стальным и железобетонным элементам зданий, не возникает, то при применении сэндвич-панелей в сейсмоопасных регионах РФ перед проектировщиками возникает ряд вопросов, от решения которых зависит безопасность сооружений при землетрясениях:
■ необходимость специальных методов крепления сэндвич-панелей в сейсмически опасных зонах;
■ надежность анкерных креплений сэндвич-панелей к металлическому (железобетонному) каркасу здания при действии на панели динамической нагрузки;
■ поведение сэндвич-панелей толщиной 200–250 мм при закрепленном внутреннем металлическом слое и отсутствии надежных связей (кроме сквозных анкерных шпилей) между металлическими слоями панели.
В Центре исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК имени В.А. Кучеренко (далее ЦИСС) выполнено экспериментальное исследование по оценке сейсмостойкости конструкций навесных стеновых сэндвич-панелей и их узловых креплений к стальному каркасу с помощью специальных саморезов производства «Gunnebo industries» для крепления сэндвич-панелей в металлический каркас. Для проведения динамических испытаний в ЦИСС были доставлены сэндвич-панели с размерами 200х1200х2200 мм производства ЗАО «Самарский завод «Электрощит» – Стройиндустрия» и самосверлящие самонарезающие винты «Gunnebo» серии GT 12SP и GT16SP (далее саморезы), которые использовались для крепления сэндвич-панелей к стальному каркасу экспериментальной рамы.
Указанный крепеж имеет европейский сертификат ЕОТА и техническое свидетельство ФГУ «ФЦС» № 2878-10.
Рис. 1. Общий вид панели и саморезов.
Толщина стенок профилей каркаса составляла 6 мм. На рис. 1 показан общий вид панели и саморезов. Крепление каждой панели к элементам стального каркаса осуществлялось в 9 точках по длине и высоте панели. На рис.
2 показан общий вид экспериментальной рамы с навешенными на ней панелями.
Рис. 2. Экспериментальная рама с навешанными панелями.
Программа испытаний. Программа экспериментальных исследований по оценке сейсмостойкости конструкций навесных стеновых сэндвич-панелей и их узловых креплений к стальному каркасу с использованием самосверлящих самонарезающих винтов «Gunnebo» включает в себя следующие этапы.
■ Подготовка вибростенда и измерительного оборудования для проведения динамических испытаний.
■ Назначение режимов нагружения фрагмента фасадной системы динамической нагрузкой, соответствующей силовым воздействиям на сооружения при землетрясениях различной интенсивности (от 7 до 9 баллов).
■ Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований фасадной системы с использованием навесных сэндвич-панелей.
Методика испытаний. При проведении динамических испытаний возбуждение колебаний осуществлялось с помощью вибромашины ВИД-12М, установленной на специальную виброплатформу маятникового типа (рис. 3).
Рис. 3. Оборудование для проведения динамических испытаний.
С учетом отмеченного выше, программа динамических испытаний фасадной системы из сэндвич-панелей на виброплатформе включает в себя следующие этапы:
Проводятся испытания системы с изменением частотного спектра от 0 до 10 Гц при фиксированной амплитуде перемещения виброплатформы. Далее изменяется значение амплитуды и осуществляется задание частот в указанном выше спектре. Длительность каждого из указанных этапов динамического нагружения (при фиксированных амплитуде и частоте) системы составляет от 20 до 25 сек.
По результатам первого этапа испытаний устанавливаются уровни воздействий, соответствующие резонансным колебаниям системы, и уровни ускорений виброплатформы, соответствующие 7–9-балльным воздействиям по шкале MSK-64.
Регистрация и измерение сигналов проводились при помощи специализированного измерительно-вычислительного комплекса MIC-036, предназначенного для сбора, преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации, поступающей с датчиков.
Для измерения ускорений, частот колебаний, а также динамических перемещений применяются однокомпонентные датчики – акселерометры АТ 1105–10 м.
Испытания фрагментов фасадной системы проводились вибрационным (резонансным) методом, который позволяет измерить количественно силовую нагрузку, имитирующую сейсмическое воздействие в широком диапазоне частот.
По данным вибрационных испытаний для конкретных уровней нагружения были определены амплитудно-частотные характеристики испытуемого фрагмента, представляющие зависимость амплитуд колебаний сооружения от частоты гармонического воздействия.
По результатам обработки на ЭВМ с использованием специального программного комплекса «WinПОС» были построены графики зависимости изменения ускорений в различных точках модели от времени.
Этапы загружения опытного образца динамической нагрузкой приведены в таблице. Они выбраны так, чтобы иметь возможность оценить поведение навесных фасадных сэндвич-панелей и анкерного крепежа из винтов «Gunnebo» (тип GTSP, GTRSP) при резонансе. Указанные в таблице амплитудно-частотные характеристики и соответствующие им величины ускорений соответствуют значениям, полученным по данным акселерометров, установленных на виброплатформе.
Источник: pgqs.ru
Особенности расчёта промышленных зданий на сейсмические воздействия
При сейсмических воздействиях происходят возмущения земной коры, что приводит к колебаниям основания, на котором возведено здание. Это, в свою очередь, вызывает инерционные силы в каркасе здании или сооружения, которые приводят к возникновению дополнительных внутренних усилий в конструкциях. В рамках данной статьи рассмотрена методика расчёта одноэтажного промышленного здания на сейсмические воздействия.
Динамическая схема рамы одноэтажного промышленного здания
Расчёт одноэтажного промышленного здания начинается как правило, с расчёта плоской рамы, состоящей из стоек (колонн) и ригелей (ферм). Направление сейсмического воздействия для каждой конструкции следует выбирать таким образом, чтобы, вызываемые этим воздействием внутренние усилия были бы максимальными.
Для определения самого невыгодного направления воздействия, следует определить формы свободных колебаний сооружения, по направлениям этих колебаний следует приложить сейсмические силы.
Для того, чтобы найти периоды и формы собственных колебаний сооружения, необходимо выяснить его динамическую схему. Динамическая расчётная схема, изображаемая обычно в виде консольной системы, должна представлять распределённые массы по высоте сооружения и жёсткость основных конструкций, определяющих его деформацию в плоскости колебаний. Обычно в динамических расчётных схемах сооружений массу принимают сосредоточенной в отдельных точках, расположение которых может, в частности, определяться уровнями сосредоточенных нагрузок.
Согласно Инструкции по определению расчётной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений, динамическая схема рамы одноэтажного промышленного здания представляет собой консоль с жёсткостью равной жёсткости колонн. Массы в динамической схеме здания сосредоточены в месте опирания ригелей, кранов и подкрановых балок.
При решении плоской задачи, свободные колебания такой системы, как правило, направлены по горизонтали, соответственно и направление сейсмического воздействия следует принимать по направлению колебаний масс системы.
Подготовка расчётной модели рамы одноэтажного промышленного здания к расчёту на сейсмические воздействия в ЛИРА САПР
Подготовка исходных данных для расчёта на сейсмическое воздействие в ЛИРА САПР состоит из двух этапов:
- Формирование данных динамического загружения;
- Учёт масс для динамики;
Перед созданием динамических загружений необходимо убедиться в том, что созданы все необходимые статические загружения, из которых будут формироваться массы для определения форм колебаний.
Формирование данных динамического загружения (Сейсмика СП 14.13330.2014 модуль 56)
Для создания сейсмического загружения необходимо вызвать окно задания характеристик для расчёта на динамические воздействия.
В открывшемся окне следует выбрать номер строки характеристик, номер загружения, наименование воздействия, количество учитываемых форм колебаний, вид матрицы масс.
Важно: номер загружения сейсмического воздействия должен быть индивидуальным и занимать отдельную строчку.
Выбор наименования воздействия производится исходя из того, под действие каких нормативных документов попадает площадка для строительства.
Нажатие на кнопку «Параметры» откроет окно редактирования параметров сейсмического воздействия.
На данном этапе необходимо ввести следующие данные:
- Поправочный коэффициент для сейсмических сил. По умолчанию равен 1. Служит для корректировки значения сейсмических воздействий. При необходимости увеличить значение по сравнению с вычисленным по нормам, следует ввести значение больше 1.
- Тип сооружения. Содержит следующие строчки (1 – жилые, 2 – транспортные, 3 – гидротехнические, мостовые);
- Категория грунта. Служит учёта характеристик сейсмических свойств грунтов по таблице 1 СП 14.13330.2014. Принимается по результатам инженерно-геологических изысканий;
- Ускорение грунта. Непосредственно влияет на величину сейсмических сил, которые будут определены в ходе динамического расчёта. Принимается по п. 5.5, СП 14.13330.2014 в зависимости от сейсмичности района строительства;
- Коэффициент ответственности сооружения К0. Принимается в зависимости от уровня ответственности здания или сооружения по таблице 3 СП 14.13330.2014;
- Коэффициент учёта допускаемых повреждений К1. Принимается в зависимости от конструктивной схемы здания по таблице 4 СП 14.13330.2014;
- Коэффициент рассеивания энергии К пси. Принимается в зависимости от характеристики здания или сооружения по таблице 5 СП 14.13330.2014;
- Для типа сооружений 1 задать отношение максимального вертикального ускорения грунта к горизонтальному;
- Направляющие косинусы равнодействующих сейсмических воздействия. Направление сейсмического воздействия должно быть выбрано по направлению колебания массы в динамической схеме. Как задать направление при помощи косинусов смотреть здесь https://rflira.ru/kb/105/655/
Нажатие на кнопку «график» откроет окно, в котором отображается график коэффициента динамичности β(T) для сейсмического воздействия. График служит для информации, никаких данных в этом окне вводить не нужно.
Дополнительные требования к заданию направления сейсмического воздействия приведены в п 5.3, 5.4, 5.5 СП 14.13330.2014;
Учёт масс для динамики
Для открытия окна учёта масс для динамических нагрузок, следует нажать на кнопку «Учёт статических загружений».
Совет. Как и в прошлом случае, перед открытием окна учёта статических загружений следует открыть окно редактора загружений.
В открывшемся окне задаются следующие параметры:
- Способ формирования матрицы масс;
- Номер динамического загружения. Здесь следует указать номер того динамического загружения, для которого собираются массы;
- Номер соответствующего статического загуржения – того, из которого будут собираться массы;
- Коэффициент преобразования. Для сейсмических воздействий принимается по таблице 2 СП 14.13330.2014;
После выполнения всех вышеуказанных действий программа сформирует динамическое загружение.
Расчёт и анализ результатов
После выполнения статического расчёта следует выполнить анализ результатов, в ходе которого необходимо проверить следующее:
- Просмотреть формы колебаний;
- Просмотреть периоды колебаний высших форм;
- Определить модальные массы, которые набирают высшие формы колебаний;
При просмотре форм колебаний следует проводить анализ по динамическому загружению. Алгоритм действий для показа форм колебаний программой дан здесь https://rflira.ru/kb/101/141/. Необходимо убедиться, что по первой форме колебаний, конструкции сооружения перемещаются в направлении сейсмического воздействия.
Если при визуальном осмотре высших форм колебаний выявлено, что перемещения конструкций отличаются от направления сейсмического воздействия, или колеблются небольшие, но наиболее гибкие его части, то необходимо произвести «Конденсацию масс» (см. статью https://rflira.ru/kb/105/650/).
Если результаты визуального анализе форм колебаний удовлетворительны, то следует переходить к просмотру таблиц с периодами колебаний и модальными массами. О том, что это такое и как можно получить информацию об этих результатах рассказано здесь https://rflira.ru/kb/105/651/
РСУ при сейсмических воздействиях
При составлении таблицы РСУ сейсмическому загружению должен быть присвоен соответствующий вид (сейсмическое), должен быть включён учёт знакопеременноси нагрузки и выключен учёт нагрузки при расчёте по II предельному состоянию.
Сейсмические загружения учитываются в особых сочетаниях загружений, включающих сейсмику. В таблице РСУ, при выбранных строительных нормах СП 20.13330.2016 в столбце с особыми сочетаниями загружения вида Постоянное, Длительное, Кратковременное, автоматически умножаются на коэффициенты 0.9, 0.8 и 0.5 соответственно. Коэффициенты приняты по таблице 2 СП 14.13330.2014.
На этапе конструирования программа проанализирует все возможные НДС расчётной модели с учётом сейсмики и без неё, по результатам этого анализа будут выявлены наихудшие сочетания нагрузок, на которые соответственно будет выполняться проверка стальных сечений и подбор арматуры в железобетонных конструкциях.
Источник: liraserv.com