Расчет здания с гибким нижним этажом на сейсмическую нагрузку в ПВК «SCAD» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 июля, печатный экземпляр отправим 15 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №21 (311) май 2020 г.

Дата публикации: 25.05.2020

Статья просмотрена: 3 раза

Библиографическое описание:

Ноговицин, А. Е. Расчет здания с гибким нижним этажом на сейсмическую нагрузку в ПВК «SCAD» / А. Е. Ноговицин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 21 (311). — С. 570-577. — URL: https://moluch.ru/archive/311/70614/ (дата обращения: 03.07.2020).



Данная работа написана в рамках выполнения выпускной квалификационной работы на тему «Сейсмоизоляция каркасных железобетонных зданий». Здесь мы рассмотрим пример расчета монолитного железобетонного здания в ПВК «SCAD» на действие сейсмической нагрузки с применением в качестве средства сейсмоизоляции гибкого нижнего этажа.

Проектируемое здание жилого дома 10-этажное, в том числе подземный этаж, представляет собой две жилые секции, объединенные на первом этаже общим входным холлом.

В данной работе рассматривается две конструктивной схемы здания:

− нерегулярная, смешанная колонно-стеновая;

− та же, с заменой опор подземного этажа на сетку колонн, выполняющую роль гибкого этажа в качестве средства сейсмоизоляции.

Несущая система здания связевого типа. Все горизонтальные нагрузки воспринимаются ядрами жесткости (лестнично-лифтовыми узлами) и диафрагмами, консольно защемленными в фундамент. Колонны и стены здания воспринимают вертикальные нагрузки и местные изгибающие моменты, возникающие вследствие примыкания к ним перекрытий разных пролетов или с неравномерно распределенной полезной нагрузкой.

Пространственная жесткость и устойчивость здания обеспечивается совместной работой вертикальных несущих конструкций, объединенных жесткими дисками междуэтажных перекрытий. Вертикальные несущие конструкции в здании представлены монолитными железобетонными диафрагмами (стенами) и монолитными железобетонными колоннами

Расчёт несущих конструкций здания необходимо выполнить с помощью вычислительного комплекса SСАD версии 21.1. Комплекс реализует конечно-элементное моделирование статических и динамических расчетных схем, проверка устойчивости.

Для более точной оценки распределения усилий в элементах конструктивной системы при составлении модели в ПВК «SСАD» в первом приближении для элементов назначался модуль упругости бетона с учетом понижающих коэффициентов:

0,6 — для вертикальных конструкций;

0,2 — для горизонтальных.

Расчеты несущих конструкций включают:

− определение усилий в элементах конструктивной системы (колоннах, стенах, плитах перекрытий и фундаментах) в схеме без гибкого нижнего этажа;

− определение усилий в элементах конструктивной системы (колоннах, стенах, плитах перекрытий и фундаментах) в схеме с гибким нижним этажом;

− определение перемещений конструктивной системы в целом и отдельных ее элементов в схеме без гибкого нижнего этажа;

− определение перемещений конструктивной системы в целом и отдельных ее элементов в схеме с гибким нижним этажом;

− оценку несущей способности и деформации основания.

Сбор нагрузок

Таблица 1

Сбор нагрузок

п/п

Продолжит. действия

Наименование нагрузки

qн, кПа

γf

q, кПа

L1

Постоянная

Собственный вес несущих ж/б конструкций (γ=2500 кг/м3)

-

1,1

-

L2

Постоянная

Конструкция чистого пола:

—автостоянка подвального этажа;

—автостоянка первого этажа;

—1–9 этаж;

—эксплуатируемая кровля;

—неэксплуатируемая кровля

3,4

2,0

1,4

6,9

2,0

1,2

4,4

2,6

1,8

8,3

2,4

L3

Длительная

Вес временных перегородок

—подвальный и 1 этаж

—2–9 этажи

0,5

1,0

1,3

0,65

1,3

L4

Кратко-временная

Полезная

—автостоянка;

—помещения 1 этажа (торговые залы)

—жилые помещения;

—лестницы, коридоры

—проезды по эксплуатируемой кровле

3,5 (1,3)

4,0 (1,4)

1,5 (0,53)

3,0 (1,05)

5,0 (1,75)

1,2 (1,3)

4,2

4,8

1,95

3,6

6,0

L5

Постоянная

Конструкция наружной стены

9,9

кН/м.п.

1,1

10,9

кН/м.п.

L6

Постоянная

Конструкция стропильного покрытия (задана по периметру опирания)

0,5

кН/м.п.

1,1

0,55

L7

Кратко-временная

Снег (для III снег. р-на)

1.26

1.43

1.8

L8

Кратко-временная

Ветровое давление (для II ветр. р-на, тип местности В).

0.3

1,4

L9

Особая

Сейсмическое воздействие

Примечания:

  1. —qн — значение нормативной нагрузки; γf — коэффициент надежности по нагрузке;
  2. —q — значение расчетной нагрузки.
  3. —В столбце п/п даны загружения обозначены так же, как в ПВК SCAD.
  4. —Собственный вес несущих ж/б конструкций в ПВК SCAD задается автоматически, после задания материала конструкций.
  5. —Значение нагрузки, указанное в скобках для L4 — пониженное (временная длительная составляющая).

Расчетная модель здания

Все основные несущие конструкции здания запроектированы из монолитного железобетона.

Рис. 1. Общий вид расчетной модели

Рис. 2. Общий вид расчетной модели здания с применением гибкого нижнего этажа

Расчет здания с учетом сейсмического воздействия

Главный вопрос — большие взаимные смещения сейсмоизолированных частей здания, которые приводят к разрушению опор и сбросу с них здания. Оценка этих смещений (при использовании гибкого нижнего этажа) является актуальной задачей и целью данной работы.

Применение гибкого нижнего этажа в качестве средства сейсмоизоляции является предварительным решением для оценки эффективности и подтверждения или опровержения необходимости рассмотрения других вариантов сейсмоизоляции.

Рис. 3. Схема опор подземного этажа без применения гибкого этажа

Рис. 4. Схема опор подземного этажа с применением гибкого этажа.

Расчет выполняется методом итерации подпространств.

Число учитываемых форм собственных колебаний — 3.

(Данная характеристика уточняется с проведением последовательных расчетов. Необходимо добиться суммы модальных масс по горизонтальному направлению не менее 90 %).

Расчетная ситуация — Проектное землетрясение.

К-т, учитывающий назначение сооружения и его ответственность (табл. 4.2 СП14) — по пункту 1 для монументальных зданий 1.2.

К-т, учитывающий допускаемые повреждения (табл. 5.2 СП14) — по пункту 1 — здания и сооружения, в конструкциях которых повреждения или неупругие деформации не допускаются К=1.

К-т, учитывающий способность зданий и сооружений к рассеиванию энергии (табл. 5.3 СП14) — по пункту 3 К=1.

Поправочный к-т принят равным 1.

Категория грунтов — 1.

Сейсмичность 9 баллов (условно).

Расчет здания без гибкого нижнего этажа

Рис. 5. Деформационная схема здания без гибкого нижнего этажа под воздействием сейсмической нагрузки

Таблица 2

Частоты ипериоды колебаний

Загружение

Номер формы

Собственное значение

Частоты

Период

Модальные массы (%)

рад/сек

Гц

сек

X

Y

Z

9

Сейсмика

1

0.07

14.55

2.32

0.43

1.12

63.73

2,59

2

0.05

18.24

2.9

0.34

11.55

0.

0.

3

0.05

19.74

3.14

0.32

52.72

1.44

0.

Сумма модальных масс

65.39

65.17

2.59

Рис. 6. Перемещения плиты над подземным этажом

Таблица 3

Перемещения иускорения узлов верхних сечений опор подземного этажа

DX

DY

DZ

aX

aY

aZ

aSUM

мм

мм

мм

м/сек^2

м/сек^2

м/сек^2

м/сек^2

3647

-3.62

0.02

0.3

-1.41

0.01

0.12

1.42

3648

-3.58

-0.03

0.4

-1.39

-0.01

0.16

1.4

192

-3.54

0.07

0.08

-1.38

0.03

0.03

1.38

193

-3.5

0.13

0.29

-1.36

0.05

0.11

1.37

3667

-3.46

0.2

0.22

-1.35

0.08

0.09

1.35

Таблица 4

Максимальные напряжения вопорах нижнего этажа.

Узлы

Mx

My

Mxy

Узлы

Mx

My

Mxy

кН*м/м

кН*м/м

кН*м/м

кН*м/м

кН*м/м

кН*м/м

2404

3753

-5.81

-72.6

-18.84

31385

28887

18.2

-0.33

-2.73

3748

6.08

-62.56

-26.86

270

2.85

-37.56

-1.15

3752

-1.31

-28.52

-20.22

6181

37.49

-1.84

-2.81

3749

-0.25

-26.59

-29.42

2209

3549

0.14

-46.26

2.7

4938

6117

-5.54

-7.12

0.33

3544

0.29

-46.14

-3.07

6116

-4.74

-3.64

1.01

3548

0.01

-16.43

2.3

6091

22.21

4.64

1.99

3545

0.33

-16.05

-2.77

6092

-10.11

-5.77

0.2

31383

28886

1.72

-4.53

-5.8

31382

5254

4.87

-8.44

-5.26

6182

-6.28

-35.45

3.76

28886

1.72

-4.53

-5.8

28887

18.2

-0.33

-2.73

5253

9.82

14.58

-1.03

270

2.85

-37.56

-1.15

28887

18.2

-0.33

-2.73

Расчет здания сгибким нижним этажом

Сечение колонн гибкого нижнего этажа приняты 300х300 мм

Рис. 7. Деформационная схема здания без гибкого нижнего этажа под воздействием сейсмической нагрузки

Таблица 5

Частоты ипериоды колебаний

Загружение

Номер формы

Собственное значение

Частоты

Период

Модальные массы (%)

рад/сек

Гц

сек

X

Y

Z

9

Сейсмика

1

0.13

7.97

1.27

0.79

0.06

5.33

35,64

2

0.11

9.48

1.51

0.66

1.36

78.14

0.03

3

0.08

11.97

1.91

0.52

90.3

1.24

0.02

Сумма модальных масс

91.72

84,71

35.69

Рис. 8. Перемещения плиты над подземным этажом

Таблица 6

Перемещения иускорения узлов верхних сечений опор подземного этажа

DX

DY

DZ

aX

aY

aZ

aSUM

мм

мм

мм

м/сек^2

м/сек^2

м/сек^2

м/сек^2

3224

-22.91

-4.08

-3.25

-3.28

-0.58

-0.47

3.37

3235

-22.86

-5.68

-4.67

-3.28

-0.81

-0.67

3.44

3234

-22.84

-5.34

-4.74

-3.27

-0.77

-0.68

3.43

3199

-22.82

-2.98

-2.52

-3.27

-0.43

-0.36

3.32

1026

-22.81

-3.71

-3.36

-3.27

-0.53

-0.48

3.35

Примечание: в таблицу включены максимальные перемещения узлов.

Рис. 9. Графическое отображение распределения напряжений в опорах подземного этажа

Таблица 7

Максимальные напряжения вколоннах гибкого нижнего этажа.

Сечение

My

Mz

Сечение

My

Mz

кН*м

кН*м

кН*м

кН*м

30301

1

0

0

30299

1

0

0

3

137.69

14.57

3

137.31

64.32

30299

1

0

0

30300

1

0

0

3

137.31

64.32

3

112.83

54.97

30304

1

0

0

30297

1

0

0

3

133.71

-17.98

3

107.44

40.12

30303

1

0

0

30336

1

0

0

3

126.61

-40.06

3

69.02

39.01

30359

1

0

0

30294

1

0

0

3

125.91

-7.33

3

85.38

38.96

Заключение

  1. По результатам расчета здания на сейсмическое воздействие без применения сейсмоизоляции наблюдаются низкие значения периода колебаний конструкции и относительно небольшие смещения здания в уровне верхних сечений опор подземного этажа. Напряжения, возникающие в конструкциях, достаточно велики.
  2. При введении в расчетную схему гибкого нижнего этажа наблюдается увеличение как периода колебаний конструкции, так и смещений здания.
  3. Из полученных результатов вытекают дальнейшие задачи:
    1. Проверка стоек гибкого нижнего этажа по несущей способности исходя из полученных значений усилий;
    2. Введение демпферных устройств для снятия нагрузки со стоек. (По опыту проектирования, удается достигнуть до 40–60 % снижения напряжений при установке демпферов).

Литература:

  1. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах.
  2. Бирбраер А. Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость.
  3. Леденев В. В., Монастырев П. В., Куликов Г. М., Плотникова С. В. Расчетные модели для проектирования конструкций зданий.
  4. Курбацкий Е. Н. Спектры максимальных реакций (откликов) конструкций на сейсмические и техногенные динамические воздействия.
  5. Медведев С. В., Карапетян Б. К., Быховский В. А. Сейсмические воздействия на здания и сооружения. Руководство по проектированию сейсмостойких зданий и сооружений.
  6. Фиалко С. Ю. О постановке задачи интегрирования уравнений движения при расчете на сейсмику, реализованной в программном комплексе SCAD.
  7. Савович М. К. Динамический расчет каркасных зданий.
Основные термины (генерируются автоматически): гибкий нижний этаж, подземный этаж, конструктивная система, SCAD, качество средства, верхнее сечение опор, сейсмическое воздействие, сейсмическая нагрузка, гибкий этаж, расчет здания.


Похожие статьи

Методы сейсмоизоляции фундаментов сооружений

Фундаменты первыми воспринимают сейсмические толчки и передают их в верхние части здания. Система «грунт-фундамент» воздействует на изменение динамических свойств здания, что соответственно изменяет величину действующих на него сейсмических нагрузок.

Сейсмозащита каркасных железобетонных зданий

Перспективы развития систем сейсмоизоляции современных зданий и сооружений.

Способность здания или сооружения противостоять сейсмическим воздействиям называют.

В случае достаточно протяженных подземных сооружений и воздействия, направленного.

Расчёт сейсмического воздействия на железобетонные здания

Модель здания в кабинете имеет 26 этажей с постоянной высотой этажа 3,15 метра. Динамические воздействия на здания вызваны как ветром, так и землетрясением. Но дизайн сил ветра и землетрясений заметно отличается.

Проблемы проектирования сейсмостойких зданий

Высота этажей зданий с несущими каменными стенами не должна превышать 6, 5 и 4 м при сейсмичности соответственно 7, 8 и 9 баллов.

В качестве ограждающих конструкций каркасных зданий рекомендуется применять легкие навесные панели.

Строительство зданий и сооружений из железобетона в зоне...

К строительству зданий и сооружений в зонах повышенной сейсмической активности предъявляются особые нормы и требования.

Землетрясение — это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений в земной коре.

Разработка элементов автоматизации сейсмического...

Представлена методика проведения сейсмического микрорайонирования (СМР) с использованием географических информационных систем (ГИС). Использование ГИС технологий существенно облегчает и ускоряет создание карт СМР – конечного результата...

Воздействие сейсмических волн на сооружения...

- наличие воды в трубах увеличивает сейсмическое воздействие на них на 10–20 %. - чем плотнее грунт насыпи, тем меньше сейсмическое воздействие на подземные трубы.

1. Рашидов Т. Р. Динамическая теория сейсмостойкости сложных систем подземных сооружений.

Применимость программного комплекса SCAD для расчета...

Расчет устойчивости здания к прогрессирующему обрушению необходимо производить на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающих длительные и постоянные нагрузки, при действии особых нагрузок расчет проводится для сооружений I и II классов...

Сейсмическая уязвимость существующих зданий в Алжире

Для точного изучения сейсмической уязвимости необходимо было провести ряд

Изучалась уязвимость каменных и железобетонных зданий, мосты и подземная инфраструктура города.

По словам гида (AFPS 5), который сравнивает качество методов и оценки уязвимости зданий к...

Похожие статьи

Методы сейсмоизоляции фундаментов сооружений

Фундаменты первыми воспринимают сейсмические толчки и передают их в верхние части здания. Система «грунт-фундамент» воздействует на изменение динамических свойств здания, что соответственно изменяет величину действующих на него сейсмических нагрузок.

Сейсмозащита каркасных железобетонных зданий

Перспективы развития систем сейсмоизоляции современных зданий и сооружений.

Способность здания или сооружения противостоять сейсмическим воздействиям называют.

В случае достаточно протяженных подземных сооружений и воздействия, направленного.

Расчёт сейсмического воздействия на железобетонные здания

Модель здания в кабинете имеет 26 этажей с постоянной высотой этажа 3,15 метра. Динамические воздействия на здания вызваны как ветром, так и землетрясением. Но дизайн сил ветра и землетрясений заметно отличается.

Проблемы проектирования сейсмостойких зданий

Высота этажей зданий с несущими каменными стенами не должна превышать 6, 5 и 4 м при сейсмичности соответственно 7, 8 и 9 баллов.

В качестве ограждающих конструкций каркасных зданий рекомендуется применять легкие навесные панели.

Строительство зданий и сооружений из железобетона в зоне...

К строительству зданий и сооружений в зонах повышенной сейсмической активности предъявляются особые нормы и требования.

Землетрясение — это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений в земной коре.

Разработка элементов автоматизации сейсмического...

Представлена методика проведения сейсмического микрорайонирования (СМР) с использованием географических информационных систем (ГИС). Использование ГИС технологий существенно облегчает и ускоряет создание карт СМР – конечного результата...

Воздействие сейсмических волн на сооружения...

- наличие воды в трубах увеличивает сейсмическое воздействие на них на 10–20 %. - чем плотнее грунт насыпи, тем меньше сейсмическое воздействие на подземные трубы.

1. Рашидов Т. Р. Динамическая теория сейсмостойкости сложных систем подземных сооружений.

Применимость программного комплекса SCAD для расчета...

Расчет устойчивости здания к прогрессирующему обрушению необходимо производить на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающих длительные и постоянные нагрузки, при действии особых нагрузок расчет проводится для сооружений I и II классов...

Сейсмическая уязвимость существующих зданий в Алжире

Для точного изучения сейсмической уязвимости необходимо было провести ряд

Изучалась уязвимость каменных и железобетонных зданий, мосты и подземная инфраструктура города.

По словам гида (AFPS 5), который сравнивает качество методов и оценки уязвимости зданий к...

Задать вопрос