IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время расчеты зданий и сооружений на сейсмические воздействия стали применяться гораздо чаще, чем ранее. Это связано со значительным повышением этажности зданий и изменением карт сейсморайонирования территории России в сторону увеличения прогнозируемой интенсивности сейсмических воздействий, а так же увеличения количества сейсмоопасных регионов. Расчеты конструкций на сейсмическую нагрузку базируются на динамике сооружений и в современной практике проектирования, выполняются на компьютерах с использованием различных программных комплексов.

Динамические расчеты существенно сложнее статических, они требуют для организации ввода и анализа полученных результатов более глубоких знаний в области строительной механики и, в частности, динамики сооружений. Расчеты на сейсмические воздействия являются частными случаями динамических расчетов [1].

При динамическом расчете сооружения в первую очередь необходимо установить характер перемещений этого сооружения под действием заданной динамической нагрузки. Динамические перемещения системы определяются уравнениями движения. Составление уравнений движения системы представляет собой самый важный этап динамического расчета сооружения. В расчетной практике используются следующие основные методы и принципы составления уравнений движения:

1. Принцип Даламбера. Уравнения динамического равновесия могут быть получены путем дополнения уравнений статического равновесия (1), силой инерции, представляющей собой произведение массы на ускорение[2]:

(1)

где: P - динамическая нагрузка;

R – восстанавливающая, упругая сила.

Итак, уравнение динамического равновесия будет иметь вид:

(2)

где: – масса изучаемой системы, тонн;

– ускорение системы, м/с².

2. Энергетический принцип, основанный на законе сохранения механической энергии, согласно которому сумма потенциальной и кинетической энергий постоянна во времени [2]:

(3)

где: – потенциальная энергия системы;

– кинетическая энергия системы.

Главным параметром землетрясения, учитываемом при расчете, является его интенсивность. Для оценки сейсмической интенсивности многими учеными из различных стран было предложено около 50 шкал измерения. В настоящее время на территории РФ применяется измерительная шкала разработанная Институтом физики Земли совместно с ЦНИИСК. В соответствии с этой шкалой разработана карта районирования территории РФ в зависимости от интенсивности возможных землетрясений [3].

В действующих в настоящее время нормах [4] проектирование зданий сейсмических районах с 7-, 8- и 9-бальной интенсивностью должно осуществляться с учетом требований антисейсмического строительства. При интенсивности 6 баллов и меньше повреждаемость зданий при землетрясениях мала, поэтому для таких условий проектирование должно осуществляться без учета сейсмической опасности. При 10-бальных и более интенсивных землетрясениях обычные меры сейсмической защиты оказываются недостаточными; в таких районах современными нормами строительство не предусмотрено.

Движение точек земной поверхности при землетрясениях имеет не поддающийся математическому описанию характер. Поэтому, точное определение динамических усилий и перемещений не представляется возможным. В соответствии с действующими нормами [4] расчеты зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий производятся либо:

1. на нагрузки, представляющие статический эквивалент динамических нагрузок, возникающих при сейсмических воздействиях;

2. с использованием инструментальных записей ускорений оснований при землетрясениях, а также с помощью интегрированных акселелограмм [4].

Случай «2» следует выполнять при изготовлении особо ответственных сооружений и высоких (более 16 этажей) зданий. Расчеты по случаю «1» следует выполнять для всех зданий и сооружений.

При расчетах обычно применяют упрощенные динамические модели здания, в которых инерционные массы сосредоточивают в характерных точках; например, в уровнях перекрытий, либо в точках удобных для расчета. Ускорение свободного падения учтено коэффициентом сейсмичности, значение которого принимается в соответствии с расчетной сейсмичностью объекта, поэтому в характерных точках собираются постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки с соответствующими коэффициентами сочетаний.

С учетом всех этих особенностей расчетная сейсмическая нагрузка S в выбранном направлении, приложенная в точке k при i -той форме собственных колебаний системы определяется в виде [4]:

где:- коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения сооружения, принимаемый по табл. 3[4];

- вес части здания или сооружения, отнесенный к точке « k », определенный с учетом коэффициентов сочетаний;

- коэффициентом сейсмичности района строительства;

- коэффициент динамичности, соответствующий i – тому тону собственных колебаний;

- коэффициент, учитывающий возможность демпфирования колебаний, принимаемый по табл. 6 [4];

- коэффициент, зависящий от формы деформаций здания при его собственных колебаниях по i – тому тону в k – той точке.

Библиографический список

1. Игнатьев, В. А. Динамика сооружений : учебное пособие / В. А. Игнатьев, С. М. Шашков. – Волгоград : Изд. ВолгПИ, 1988. – 84 с.

2. Поляков, С. В. Сейсмостойкие конструкции зданий (основы теории сейсмостойкости) / С. В. Поляков. – М. : Высшая школа, 1983. – 304 с.

3. Мартемьянов, А. И. Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмических районах / А. И. Мартемьянов. – М. : Стройиздат, 1985. – 255 с.

4. 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах. СНиП II-7-81* (актуализированного СНиП II-7-81* "Строительство в сейсмических районах" (СП 14.13330.2011)) (с Изменением N 1) [Текст]; УТВЕРЖДЕН приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 18 февраля 2014 г. -104 с.

Код для цитирования: Скопировать