Ростов-на-Дону, Ростовская область, Россия
Ростовская область, Россия
Абхазия
Абхазия
ГРНТИ 67.23 Архитектурно-строительное проектирование
ГРНТИ 67.01 Общие вопросы строительства
ОКСО 270000 АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО
ББК 302 Проектирование
ББК 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
ТБК 5411 Теоретические основы строительства
Исследование посвящено актуальной проблеме для Республики Абхазия – учет сейсмических воздействий при расчете несущих конструкций зданий. В качестве объекта исследования выбрано здание морского вокзала в г. Сухум. Пространственная плитно-стержневая модель каркаса здания разработана методом конечных элементов в программном комплексе «ЛИРА-САПР». Выполнен динамический расчет для определения собственных форм и частот колебаний. По результатам динамического расчета выбраны модели учета сейсмических воздействий на каркас здания.
сейсмическое воздействие, динамический расчет, формы собственных колебаний, метод конечных элементов, конечно-элементная модель, параметры собственных колебаний
Территория Республики Абхазия располагается в зоне повышенной сейсмической активности, большинство строительных объектов находятся на открытых территориях морского побережья с постоянной ветровой нагрузкой. Отсутствие мероприятий, обеспечивающих сейсмостойкость жилых зданий и сооружений, является одним из основных факторов, приводящих к гибели людей и причинению огромного культурного и экономического ущерба. В связи с дефицитом нормативно-технической документации на проектирование и строительство в Республике Абхазии расчеты строительных конструкций выполняют по строительным нормам и правилам Российской Федерации.
Цель исследования: моделирование работы конструкций монолитного железобетонного каркаса здания при сейсмическом воздействии, анализ кинематических параметров (перемещений, ускорений и скоростей) конструктивных элементов каркаса здания, оценка динамических реакций.
Объект исследования - здание морского вокзала в г. Сухум (рис.1). Общественное здание, состоящее из портовой части и торгово-развлекательной с предусмотренной парковочной зоной.
Рис. 1. Морской вокзал г. Сухум
Конструктивная схема здания – монолитный железобетонный каркас. Пространственная жесткость и устойчивость зданий обеспечивается совместной работой колонн, стен, монолитных дисков перекрытия и покрытия. Деформационные швы разделяют здание на 3 блока.
В качестве фундамента применяют железобетонную монолитную плиту толщиной 1500 мм. Армирование фундаментной плиты выполняют отдельными стержнями арматурой класса А400 в продольном и поперечном направлении. Бетон для фундаментной плиты принят класса В30. Искусственное основание - буровые железобетонные сваи диаметром 2 м, шагом 9х5,5 м.
Перекрытия монолитные толщиной 350 мм. Шахта лифта из кирпича керамического, лестничный узел из монолитного железобетона. Наружные стены кирпичные. Между поверхностями стен и колонн каркаса предусмотрен зазор не менее 20 мм, кладка имеет гибкие связи с каркасом, не препятствующие горизонтальным смещениям каркаса вдоль стен.
Сейсмичность площадки по карте А в соответствии с СП 14.13330.2014 «Нагрузки и воздействия» составляет 8 баллов (принято по г. Сочи, ближайшему в Российской Федерации). Снеговой район II, ветровой район IV в соответствии с СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» [1].
Для решения поставленных задач выбран численный метод исследования – метод конечных элементов. Разработана конечно-элементная модель по плитно-стержневой схеме в программном комплексе «ЛИРА-САПР» (рис. 2) [2-4].
Рис. 2. Конечно-элементная модель: а) блок А; б) блок Б; в) блок В;
г) таблица жесткостей
Для динамического расчета в расчетную модель здания введены следующие нагрузки и воздействия: собственный вес несущих конструкций и постоянные нагрузки; вес временных перегородок; полезные нагрузки; снеговая нагрузка.
Создана динамическая комбинация коэффициентов перевода нагрузок в массы [5-9]. В результате динамического расчета получены частоты и формы колебаний (рис. 3).
Анализ форм колебаний показал, что первая и вторая формы крутильные, что соответствует сложным конструктивно-планировочным решениям каркаса здания. При моделировании сейсмического воздействия для таких зданий необходимо учитывать наиболее опасные значения сейсмической реакции сооружения или его частей и направления сейсмических воздействий [7].
Рис. 3. Формы колебаний блока Б: а) 1-я форма; б) 2-я форма;
в) 3-я форма
Для учета сейсмического воздействия выбран метод, реализующий требования СП 14.13330.2014 «Строительство в сейсмических районах». Выполнено моделирование сейсмических воздействий вдоль оси Х и оси Y линейно-спектральным методом, реализованным в программном комплексе «ЛИРА-САПР».
Для учета дополнительных инерционных сил, соответствующих вращательному воздействию грунта, рассмотрена расчетная модель сейсмического воздействия с учетом угловых ускорений. Направление опасного сейсмического воздействия, а также направляющие косинусы для каждой формы колебаний задают в диалоговом окне.
Выполнен общий статический расчет конструкций монолитного железобетонного каркаса здания. На рис. 4 приведены деформированные схемы каркаса блока Б.
Рис. 4. Деформированные схемы каркаса блока Б от сейсмических воздействий: а) вдоль оси Х; б) вдоль оси Y; в) с учетом угловых ускорений
Анализ результатов динамического расчета показал, что учет сейсмического воздействия с учетом угловых ускорений вносит существенный вклад в напряженно-деформированное состояние каркаса здания. Выгиб консольных участков плит перекрытий требует увеличения расчетного армирования балок и плит, что снижает экономичность принятых конструктивных решений.
Согласно действующей нормативной документации для зданий и сооружений с простыми конструктивными решениями допускается моделировать сейсмические воздействия, действующие горизонтально в продольном и поперечном направлениях. Анализ причин сейсмических воздействий показал, что к разрушениям приводят мощные импульсы ускорения грунта, создающие на конструкции зданий и сооружений ударные волны сдвига.
Для обеспечения надежности проектных решений рекомендуется рассчитывать все здания по интегральной модели сейсмического воздействия, которая учитывает дополнительные инерционные силы, соответствующие вращательному воздействию основания.
1. Panasyuk L., Kravchenko G., Trufanova E. Researching design solutions for frames of buildings in case of increased seismic intensity in specific zones // International Science Conference SPbWOSCE-2016 "SMART City".- 2017.- С. 02027.
2. Aksenov V.N., Le Quyen V., Trufanova E.V. Evaluation of reinforced concrete cylindrical reservoirs with single-layered walls // Procedia Engineering, -2016.- Т. 150.- С. 1919-1925.
3. Mailyan D.R., Trufanova E.V. Planning of multilayer cylindrical wall reservoirs // Procedia Engineer-ing, - 2016.- Т. 150.- С. 1926-1935.
4. Kravchenko G., Trufanova E., Kostenko D., Tsurikov S. Analysis of blast load on a reinforced concrete column in the time domain // International Science Conference SPbWOSCE-2016 "SMART City".- 2017. - С. 04019.
5. Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Шутенко Е.О., Хашхожев К.Н. Динамический расчет объекта «Спортивно-оздоровительный комплекс» Технопарка РГСУ // Инженерный вестник Дона, - 2015. -№ 4.- режим доступа: ivdon.ru.
6. Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Борисов С.В., Костенко С.С.Динамический расчёт и анализ полусферической оболочки покрытия объекта «Зимний сад» Технопарка Ростовского Государственного Строительного Университета (РГСУ) // Инженерный вестник Дона, - 2016. - № 1. - режим доступа: ivdon.ru.
7. Агаханов Э.К., Кравченко Г.М., Труфанова Е.В. Регулирование параметров собственных колебаний пространственного каркаса здания //Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки, - 2016. - № 3. - С. 8-15.
