9844

70

обеспечивается путем повышения несущей способности конструкций за счет увеличения размеров несущих элементов и прочности материалов, а также ряда конструктивных. Увеличение размеров конструкций или прочности материалов приводит к увеличению жесткости и веса сооружений, что, в свою очередь, вызывает возрастание инерционной (сейсмической) нагрузки и требует значительных дополнительных затрат строительных материалов и средств.

В России и многих зарубежных странах сформировалось экспериментальное направление в строительстве по повышению и обеспечению сейсмостойкости зданий и сооружений, названный активным способом сейсмозащиты (нетрадиционный поход). Этот способ предусматривает снижение величины инерционных сейсмических нагрузок на сооружения за счет регулирования их динамических характеристик во время колебательного процесса, и управлять механизмом деформирования сооружений при землетрясениях.

Регулирование динамических параметров осуществляется для того, чтобы избежать резонансного увеличения амплитуд колебаний или, по крайней мере, понизить резонансные эффекты. Это достигается соответствующим выбором динамической жесткости и частот (периодов) собственных колебаний сооружения.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 6

Особенности и причины возникновения крутильных колебаний строительных конструкций при землетрясении

На территории с сейсмичностью 8-9 баллов наиболее безопасной является застройка каркасными и панельными зданиями. Вращательные колебания и сдвиговые деформации представляют существенную опасность для устойчивости зданий. В связи с этим возникла необходимость переоценки устойчивости зданий, которые ранее считались наиболее безопасными

(блочные, панельные и особенно каркасные). Вращательные колебания зданий исследованы недостаточно глубоко. Механизм возникновения этих колебаний мало изучен. Тем не менее, уже сейчас можно сделать вывод, что выделяются несколько типов вращательных деформаций в системе здание-основание. По признаку ориентации оси вращения такие движения можно подразделить на:

качательные (в вертикальной плоскости);

крутильные (в горизонтальной плоскости) вращательные

деформации.

Необходимо различать:

71

вращательные колебания;

вращательные неупругие деформации.

Причины вращательных неупругих деформаций:

Одной из причин вращательных неупругих деформаций могут быть сейсмические крутильных колебания, которым необходимо уделять внимание. В таком варианте можно наблюдать сложные картины повреждений зданий на территории одного города. Участки с большими разрушениями могут чередоваться с участками частичного разрушения зданий и сооружений.

Еще одной причиной неупругих деформаций вращения является наличие неоднородного грунтового основания здания или сооружения. Когда при сильных землетрясениях различные части здания испытывают неоднородную осадку, возможно появление и горизонтальных составляющих деформаций. В таком случае происходит наклон (смещение) части здания в направлении наиболее глубоко залегающего ослабленного слоя грунта. Это способствует вращательным деформациям под влиянием неоднородной деформации грунтового основания и самого здания [28].

Таким образом, рассмотренные выше деформации являются одним из наиболее значимых факторов повреждений сооружений. Они должны учитываться при проектировании мероприятий по снижению сейсмического риска, в первую очередь при усилении существующих зданий.

Расчетная сейсмическая нагрузка (силовая или моментная) по направлению обобщенной координаты с номером i, приложенная к узловой точке i и соответствующая k-й форме собственных колебаний зданий или сооружений, определяется согласно п.п.5.19[1]. При сейсмичности площадки

8 баллов и более, повышенной только в связи с наличием грунтов категорий

III и IV, к значению вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.

В таблицах 3,4 приводятся результаты расчета силовых и моментных составляющих сейсмической нагрузки.

72

Таблица 3. Определение расчетной силовой сейсмической нагрузки

73

Таблица 4. Определение расчетной моментной сейсмической нагрузки

75

Сейсмическое воздействие не является постоянной величиной, реальное его распределение за определенный период времени приводится на рис. 4-7 цв.

вклейки.

- значение первой круговой частоты изгибных форм колебаний с учетом податливости основания уменьшилось практически в 2 раза (1,996) по сравнению с жестким защемлением, а крутильных форм колебания – в 1.2 раза,

что приводит к снижению коэффициента динамичности β и уменьшению как силовых, так и моментных сейсмических нагрузок;

-при совместном определении круговой частоты поступательных и крутильных форм колебаний, суммарная изгибно-крутильная частота системы мало отличается от значений частот поступательных форм колебания. На основании этого, можно сделать вывод, что определение частотных характеристик здания и дальнейшее определение сейсмической нагрузки целесообразно выполнять раздельно;

-упругие свойства грунтового основания приводят к уменьшению значения обобщенных частотных характеристик изгибно-крутильных форм колебания здания;

-сейсмические нагрузки, полученные аналитическим методом, превышают сейсмические нагрузки, полученные прямым динамическим методом на 20-

25%. (силовые) и на 58-80% (моментные). При проектировании зданий простой геометрической формы применимы методики, предложенные в СП

14.13330.2018. Тем не менее, актуальность прямого динамического расчета сохраняется. Следует рассчитывать конструкции по обоим методам и принимать наихудший вариант.

76

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7

Основные принципы проектирования зданий в районах с повышенной сейсмичностью

Новые конструктивные схемы зданий и сооружений в начале процесса проектирования подлежат обязательной экспертной проработке специалистами научно-исследовательских и проектных организаций, специализирующихся в области сейсмостойкого строительства.

При проектировании сейсмостойких зданий и сооружений и при усилении зданий существующей застройки следует:

-принимать объемно-планировочные и конструктивные решения, обеспечивающие симметричность и регулярность распределения в плане и по высоте здания масс, жесткостей и нагрузок на перекрытия;

-применять материалы, конструкции и конструктивные схемы, обеспечивающие наименьшие значения сейсмических нагрузок (легкие материалы, сейсмоизоляцию);

-создавать возможность развития в определенных элементах конструкций допустимых неупругих деформаций;

-выполнять расчеты металлических конструкций зданий и сооружений с учетом нелинейного деформирования конструкций;

-предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие устойчивость и геометрическую неизменяемость конструкций при развитии в элементах и соединениях между ними неупругих деформаций, а также исключающие возможность хрупкого их разрушения;

-располагать тяжелое оборудование на минимально возможном уровне по высоте здания.

Сцелью получения достоверной информации о работе конструкций при землетрясениях и колебаниях прилегающих к зданиям грунтов в проектах характерных основных типов зданий массовой застройки, зданий с принципиально новыми конструктивными решениями, а также особо ответственных сооружений следует предусматривать размещение станций инженерно-сейсмометрической службы (ИСС).

Обязательная установка станций ИСС должна предусматриваться на объектах высотой более 70 м и ответственных зданиях и сооружениях, а также на объектах экспериментального строительства. Паспортизация объектов после завершения строительства, а также существующих объектов должна выполняться в соответствии с действующими нормативными документами по оценке технического состояния и паспортизации промышленных и гражданских зданий (сооружений), эксплуатируемых в сейсмических районах.

78

документами по противопожарным нормам СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений проектирования зданий, но не менее одной между антисейсмическими швами в зданиях высотой более трех этажей.

Устройство основных лестничных клеток в виде конструкций, не связанных с конструкциями здания или сооружения, не допускается.

Лестничные клетки и лифтовые шахты каркасных зданий с заполнением, не участвующим в работе, следует устраивать в виде ядер жесткости, воспринимающих сейсмическую нагрузку, или в виде встроенных конструкций с поэтажной разрезкой, не влияющих на жесткость каркаса, а для зданий высотой до 5 этажей при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов их допускается устраивать в пределах плана здания в виде конструкций, отделенных от каркаса здания.

Лестницы следует выполнять, как правило, из крупных сборных элементов, соединяемых между собой с помощью сварки, либо из монолитного железобетона. Допускается применение металлических или железобетонных косоуров с наборными ступенями при условии соединения с помощью сварки или на болтах косоуров с площадками и ступеней с косоурами.

Междуэтажные лестничные площадки следует заделывать в стены. В каменных зданиях площадки должны заделываться на глубину не менее 250мм.

Устройство консольных ступеней, заделанных в каменную кладку, не допускается.

В городах и поселках городского типа строительство домов со стенами из сырцового кирпича, самана и грунтоблоков запрещается. В сельских населенных пунктах на площадках сейсмичностью до 8 баллов допускается строительство одноэтажных зданий из этих материалов при условии усиления стен деревянным антисептированным каркасом с диагональными связями.

Жесткость стен каркасных деревянных домов должна обеспечиваться раскосами или панелями из конструктивной фанеры. Брусчатые и бревенчатые стены следует собирать на нагелях и болтах.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 8

Колебания и резонансные эффекты в зданиях и сооружениях. Резонансное влияние штормовой нагрузки на поврежденность материала несущих конструкций каркасного здания

Многие объекты, такие как атомные электростанции, линии электропередач, производственные здания химической промышленности, транспортные сооружения, являются технически сложными и ответственными. Авария на таких объектах может привести к негативным