Принципы концептуального проектирования сейсмостойких сооружений

Очень важно учитывать сейсмическую опасность в сейсмоопасных районах на ранней стадии концептуального проектирования сейсмостойких зданий. Это связано не только с тем, что конструктивная система будет приемлемой и отвечать основным требованиям, изложенным в Еврокоде 8, а именно, требованию отсутствия обрушения и ограничению ущерба, но и с тем, что бюджет, необходимый для строительства, будет находиться в приемлемых пределах.
Эта статья прольет свет на основные принципы концептуального проектирования сейсмостойкой конструкции.
Структурная однородность по высоте и в плане

Влияние землетрясения на конструкцию здания

Принципы концептуального проектирования сейсмостойких конструкций

Основные принципы концептуального проектирования сейсмостойких конструкций включают в себя:

  • Структурная простота
  • Однородность, избыточность и симметрия
  • Двунаправленное сопротивление и жесткость
  • Сопротивление кручению и жесткость
  • Адекватность диафрагм на уровне каждого этажа
  • Адекватные фундаменты

Структурная простота для сейсмостойкого проектирования

Структурная простота относится к обеспечению очевидного, простого и понятного пути нагрузки для передачи сейсмических сил от различных частей конструкции к ее фундаменту.
Не только путь нагрузки должен быть ясным и простым, но и его компоненты должны обладать достаточной жесткостью, пластичностью и прочностью. Это требование должно быть рассмотрено конструктором, который обычно проектирует путь нагрузки.
Одним из существенных преимуществ прямого пути нагрузки является то, что он будет способствовать уменьшению сомнений и неопределенности в оценке прочности, пластичности и динамического поведения.
Напротив, сложный путь нагрузки может вызвать концентрацию напряжений и затруднить оценку прочности, пластичности и динамических характеристик конструкций. Следует иметь в виду, что можно проектировать приемлемые конструкции со сложным путем нагрузки.

Желательный симметричный план формы для зданий в сейсмоопасных районах

Простой и прямой путь нагрузки конструкции

Нежелательный симметричный план структуры

Компонент траектории сейсмической нагрузки

Структурная равномерность, избыточность и симметрия

Доказано, что если прочность, жесткость и масса конструкции распределены симметрично и равномерно в плане и по высоте, то она будет иметь гораздо лучшие сейсмические характеристики по сравнению с конструкцией, не обладающей такими свойствами.
Что касается равномерности прочности и жесткости по высоте, то это предотвращает создание мягких этажей в конструкции. Следует помнить, что неоднородность не означает плохие сейсмические характеристики, например, если такая конструкция изолирована сейсмически, то она покажет удовлетворительные сейсмические характеристики.

Обеспечение сейсмических соединений

Структурная однородность в плане и на плоскости

Что касается однородности здания в плане, то это положит конец реакции на кручение и, следовательно, улучшит динамические характеристики конструкции. Для сооружений с неправильной формой, например, Т-образной, рекомендуется использовать стыки для создания регулярных форм, как показано на рис. 7 и рис. 8.
Что касается рисунков 5 и 6, они объясняют регулярные формы плана для зданий в сейсмоопасных районах, которые являются предпочтительными, и неправильные формы плана, которых следует избегать в сейсмических районах, если не предусмотрены соответствующие сейсмические соединения, как на рисунке 7 и рисунке 8.

Обеспечение сейсмических соединений в строительных конструкциях

Желательный симметричный план формы для здания в сейсмоопасных районах

Центр масс и центр жесткости в конструкции

Нежелательный симметричный план здания в сейсмических районах

Действие диафрагм перекрытия и крыши

Обеспечение сейсмических соединений для уменьшения или устранения крутильных движений в результате землетрясений

Соединение отдельных фундаментов со связевыми балками

Обеспечение сейсмических соединений для уменьшения или устранения крутильных движений при землетрясениях

Что касается однородности здания в плане, то это положит конец реакции на кручение и, следовательно, улучшит динамические характеристики конструкции. Для сооружений с неправильной формой, например, Т-образной, рекомендуется использовать стыки для создания регулярных форм, как показано на рис. 7 и рис. 8.
Что касается рисунков 5 и 6, они объясняют регулярные формы плана для зданий в сейсмоопасных районах, которые являются предпочтительными, и неправильные формы плана, которых следует избегать в сейсмических районах, если не предусмотрены соответствующие сейсмические соединения, как на рисунке 7 и рисунке 8.

Желательный симметричный план формы для здания в сейсмоопасных районах

Нежелательный симметричный план здания в сейсмических районах
Обеспечение сейсмических соединений для уменьшения или устранения крутильных движений в результате землетрясений
Обеспечение сейсмических соединений для уменьшения или устранения крутильных движений при землетрясениях

Однако в результате сейсмических подвижек могут возникнуть определенные проблемы при проектировании стыков, которые необходимо решать. Детализация отделки, облицовки, коммуникаций через стыки и удары в стык являются примерами проблем проектирования, которые могут возникнуть из-за обеспечения стыков.
Считается, что конструкция является избыточной, если в здании имеется более одного пути для передачи сейсмических нагрузок. Таким образом, если прочность или жесткость определенного пути нагрузки ухудшается, нагрузка будет передаваться через другой путь нагрузки. Таким образом, избыточность делает конструкцию более надежной.

Влияние землетрясения на конструкцию здания

Двунаправленная устойчивость и жесткость конструкций при землетрясениях

Обычно сейсмические нагрузки на обе горизонтальные оси конструкций одинаковы, поэтому рекомендуется создание аналогичных систем сопротивления в обоих направлениях. Таким образом, структурные элементы должны быть расположены ортогонально, гарантируя одинаковое сопротивление в обоих основных направлениях.
Сопротивление кручению и жесткость конструкций

Во время землетрясения может возникнуть боковая деформация кручения, которая может привести к неравномерному напряжению различных элементов конструкции. Фактором, который приводит к боковому кручению, является эксцентриситет между центром масс и жесткостью. Поэтому эту проблему необходимо решать на стадии проектирования.
Центр масс и центр жесткости в конструкции, подверженной землетрясениям и испытывающей смещения
Эксцентриситет может быть уменьшен на стадии проектирования, но не может быть полностью устранен из-за ряда факторов, которые находятся вне контроля проектировщика. Например, неравномерное распределение массы и неравномерное ухудшение жесткости элементов конструкции во время землетрясения.
В конечном итоге, с этой проблемой можно справиться, расположив жесткие и устойчивые элементы близко к периферии конструкции.

Структурная простота для сейсмостойкого проектирования

Адекватность диафрагм на каждом уровне этажа

Влияние диафрагм на сейсмическую реакцию конструкции значительно. Они не только передают сейсмическую инерционную нагрузку на вертикальные элементы конструкции, но и предотвращают значительные боковые перемещения таких вертикальных элементов.
Таким образом, для того чтобы перекрытия выполняли свою функцию должным образом, необходимо обеспечить достаточную жесткость в плане. Кроме того, следует обратить внимание на стык между перекрытиями и вертикальными конструктивными элементами.
Эти меры особенно важны при наличии значительной диафрагмы проема или в случае значительно длинных в плане форм перекрытий.

Компонент пути сейсмической нагрузки

Наконец, если пол построен из сборного железобетона, необходимо обеспечить достаточную опору, чтобы избежать потери опоры во время землетрясений.


Действие диафрагм перекрытия и крыши
Адекватные фундаменты для сейсмостойких конструкций

Необходимо спроектировать и построить фундамент и его соединение с надстройкой таким образом, чтобы вся конструкция испытывала равномерное возбуждение во время землетрясений.

Читайте далее:
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Центрсельстрой