10073
.pdf
20
Н. Акатова // Электрон. науч.-информ. журнал «Вестник ОГГГГН РАН» - 2005. - № 1 (23).
-С. 1–22.
8.Позняк, Е.В. Об оценке влияния сейсмических ротаций на динамику строительных конструкций / Е.В. Позняк // Справочник. Инженерный журнал с прилож. 2017. № 9 (246). С. 14-23
9.Ньюмарк, Н. Основы сейсмостойкого строительства: пер. с англ. / Н. Ньюмарк, Э. Розенблюэт; под ред. Я. М. Айзенберга. – Москва : Стройиздат, 1980. – 844 с.
10.Павленко О. В. Моделирование акселерограмм землетрясения 13.11.1993 г. (МW=7.0, Н=54 км) на сейсмостанциях «Петропавловск», «Институт вулканологии» и «Никольская» (г. Петропавловкс-Камчатский) /О. В. Павленко // Вестник Краунц. Науки о земле. №14 выпуск № 28 – Москва, 2015.
11.Синицын, А. П. Практические методы расчета сооружений на сейсмические нагрузки / А. П. Синицин. – Москва : Стройиздат, 1967. – 145 с. : ил.
12.СП 14.13330.2014. Свод правил. Строительство в сейсмических районах. СНиП II-7-81* [Электронный ресурс] : утв. М-вом стр-ва России 18.02.14 : дата введ. 01.06.14 : [ред. от 23.11.2015]. – Режим доступа : Технические нормы и правила. Строительство.
Рис.1. Фасад каркасного здания гостиницы.
21
Рис.2. План типового этажа
Рис.3 - Схема расположения эпицентров землетрясений
22
Рис.4 - Деформированная расчетная модель проектируемого здания под действием
сейсмических нагрузок: а) по I ФСК; б) по II ФСК
Лабораторная работа 3
Резонансный анализ конструктивных схем каркасного здания с учетом податливости основания при ветровых и штормовых воздействиях
Цель: выполнить анализ типа конструктивной схемы от штормовых нагрузок на возникающие усилия в элементах здания в соответствии с заданием преподавателя.
Пример. Рассмотрим влияние податливого основания на резонансные эффекты, вызываемые штормовыми и ветровыми порывами. Согласно [11], динамическая природа ветровой нагрузки учитывается введением дополнительного слагаемого, называемого пульсационной составляющей. При этом суммарная ветровая нагрузка принимается квазистатической, что позволяет упростить инженерные расчеты, но не позволяет спрогнозировать возможные резонансные явления, возникающие в изучаемой конструкции. В настоящей статье приводится оценка влияния динамического ветрового давления на напряженно-деформированное состояние несущих конструкций железобетонного каркасного здания с применением различных конструктивных схем.
Динамические напряжения, возникающие в несущих конструкциях от ветровой нагрузки, зависят от двух факторов [6]:
реальной скорости ветра, увеличивающей статическую составляющую напряжения;
соотношения частоты ветровых порывов и собственной частоты здания.
Исходя из вышеприведённых факторов, динамическое напряжение может быть определено по формуле:
23
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д = ст ∙ ∙ , |
(1) |
где = |
p |
– коэффициент увеличения скорости; |
|
||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
p – реальная скорость потока; |
|
||||||||||||
0 – характеристическая скорость потока; |
|
||||||||||||
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
, – динамический коэффициент, учитывающий соотношение |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
2 |
|||||||||
|
√(1− |
|
|
|
)2 |
+ 2 |
|
|
|
|
|
||
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
круговой частоты ветровых порывов и круговой частоты собственных колебаний здания . = 0,1 – коэффициент неупругого сопротивления здания, стеновые заполнения которого существенно влияют на рассеивание энергии.
Динамический коэффициент близок к единице, если собственная частота многократно превышает частоту вынуждающей нагрузки, но в случае совпадения частот резко возрастает и зависит лишь от величины γ.
Объектом исследования является одна из колонн проектируемого каркасного здания аквапарка (рис. 1,а). Принятая несущая основа пятиэтажного блока обслуживания представляет собой монолитный железобетонный каркас из вертикальных колонн размером 500×500 мм и диафрагм жесткости, объединенных поэтажными монолитными перекрытиями толщиной 250 мм (рис. 1,б, далее – первая конструктивная схема). В расчете рассматриваются 2 типа граничных условий: жесткое защемление колонн и податливое основание.
24
Рис. 1. Проектируемое здание аквапарка, (а) – фасад, (б) – план расположения несущих конструкций
С целью определения деформаций, напряжений и частоты собственных колебаний в программно-вычислительном комплексе SCAD Office была создана пространственная конечно-элементная модель (рис.2).
25
Рис.2. Расчетная схема здания: без учета упругого основания (а), с учетом упругого основания (б), W0 – характеристическое значение ветрового давления
Согласно методике представленной в [12-14], была определена круговая частота собственных колебаний для здания:
без учета податливости основания - ω = 18,44 рад/с;
с учетом податливости основания - ω = 7,64 рад/с.
26
Расчет напряжений сжатой зоны бетона в наиболее опасном сечении колонны проводился при характеристическом значении скорости ветра, равном 3 м/с.
По данным гидрометцентра был произведен анализ скоростного и частотного спектров ветровых порывов в Нижнем Новгороде [15], на основании чего были построены синтезированные анемограммы для спокойного (рис. 3,а) и штормового (рис.3,б) ветров. На рисунках 4,5 показаны истории напряжений в сжатой зоне бетона изучаемой колонны, определенные с помощью синтезированных анемограмм (рис.3) по формуле (1).
Для конструктивной схемы здания с жестким защемлением колонн максимальное напряжение, возникающее в сжатой зоне бетона от ветровой нагрузки, составляет 1,83 кН/см2, при штормовых порывах оно увеличивается до 5,19 кН/см2. При учете податливости основания максимальные напряжения, возникающие от ветровой и штормовой нагрузок, соответственно равны 3,08 кН/см2 и 20,94 кН/см2.
27
Рис. 3. Синтезированные анемограммы ветровой (а) и штормовой (б) нагрузок для г.Н.Новгорода
28
Рис. 4. История напряжений в опасном сечении колонны для здания с жестким защемлением. (а) – при спокойном ветре, (б) – при штормовом ветре (первая конструктивная схема)
29
Рис. 5. История напряжений в опасном сечении колонны для здания с податливым основанием (а) – при спокойном ветре, (б) – при штормовом ветре (первая конструктивная схема)
В обоих случаях напряжение в наиболее опасном сечении больше расчетного сопротивления для бетона марки В25, равного 1,45 кН/см2. Таким образом, колонна, способная воспринимать квазистатическую ветровую нагрузку с учетом пульсационной составляющей, не отвечает требованиям прочности при проведении прямого динамического расчета.
Для увеличения несущей способности каркаса здания были введены дополнительные несущие элементы – монолитные железобетонные стены в осях 2/Ж-К, 2-6/Ж, 7-10/Ж и 10/Д-К (рис. 6, далее - вторая конструктивная схема). Расчет также выполнен для схемы с жестким защемлением колонн и схемы с податливым основанием.
По результатам расчета круговая частота собственных колебаний второй конструктивной схемы составила:
для схемы без учета податливости основания - ω = 34,96 рад/с;
для схемы с учетом податливости основания - ω = 10,8 рад/с.