Тема 6: Конструктивные и расчетные положения сейсмостойкости зданий и сооружений

План лекции

1. Классификация зданий по назначению

2. Конструктивные схемы сейсмостойких многоэтажных зданий.

3. Классификация зданий по степени повреждений

4. Высотные здания и их сейсмостойкость

5. Методы определения расчетных сейсмических нагрузок

Классификация зданий по назначению: гражданские, административно-общественные, жилые и производственные. Конструктивные и расчетные положения сейсмостойкости зданий и сооружений. Классификация зданий по материалам основных конструктивных схем. Типы зданий, возводимых без антисейсмических мероприятий: А, Б, В. Оценка повреждений зданий и сооружений, возводимых без антисейсмических мероприятий. Характеристика повреждений зданий и сооружений при 6, 7,8 и 9 баллах землетрясений. Виды конструктивных схем зданий и сооружений. Особенности объемно-планировочных и конструктивных решений сейсмостойких зданий. При проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмических районах должны строго соблюдаться принципы сейсмостойкого строительства. Сейсмостойкость зданий зависит от объемно-планировочной схемы, от формы здания в плане. Устройство антисейсмических швов обеспечивает независимую работу каждого отсека здания при землетрясениях. Антисейсмические швы, как правило, совмещаются с температурными или осадочными швами. Классификация зданий по видам конструктивных схем. Здания с жесткой конструктивной схемой, здания с гибкой конструктивной схемой. Здания с несущими продольными и поперечными стенами из различных материалов; крупнопанельные здания, бескаркасные, объемно-блочные; монолитные; каркасные здания.

Конструктивные схемы сейсмостойких многоэтажных зданий.

Виды конструктивных схем (систем) зданий. Виды зданий:

· Гражданские: административно общественные и жилые

· промышленные

Виды конструктивных схем (систем) сейсмостойких зданий и сооружений в основном зависят от особенностей объемно-планировочных и конструктивных решений.

Классификация зданий по назначению: гражданские, административно-общественные, жилые и производственные. Также существуют классификации по различным факторам, например, классификация зданий по материалам основных конструктивных элементов. При проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмических районах должны строго соблюдаться принципы сейсмостойкого строительства. Сейсмостойкость зданий зависит от объемно-планировочной схемы, от формы здания в плане. Устройство антисейсмических швов обеспечивает независимую работу каждого отсека здания при землетрясениях. Антисейсмические швы, как правило, совмещаются с температурными или осадочными швами.

В зависимости от конструктивных схем зданий антисейсмические швы осуществляются путем постановки парных стен, парных рам (колонн), кроме того, выступающие на уровне перекрытий смежных отсеков, не связанных друг с другом. Здания и сооружения разделяются антисейсмическими швами также и в случае, когда смежные участки их имеют перепады высот 5 м и более. Согласно СниП ширину антисейсмических швов назначают в зависимости от высоты зданий: при высоте до 5 м – не менее 3 см, выше 5 м и на каждые 5 м высоты ширину шва увеличивают на 2 см.

Классификация зданий по видам конструктивных схем: здания с жесткой конструктивной схемой, здания с гибкой конструктивной схемой. Здания с несущими продольными и поперечными стенами из различных материалов; крупнопанельные здания, бескаркасные, объемно-блочные; монолитные; каркасные здания.

Все многоэтажные здания можно разделить на: каркасные, панельные, объемно-блочные и комбинированные. Тот или иной тип выбирают из соображений функционального назначения здания, наличия индустриальной базы, экономики, условий строительства (сейсмика, вечная мерзлота)

Каркасные здания

Эти здания применяются при необходимости создания больших помещений, наличии технологических проемов в перекрытиях. Это прежде всего производственные, административные и общественные здания. В каркасных зданиях все нагрузки передаются на каркас, который обеспечивает прочность и устойчивость здания при всех видах воздействий.

Разработка конструктивной части проекта многоэтажного каркасного здания состоит в выборе конструктивной схемы каркаса и его компоновки, расчете здания, отдельных его элементов и узлов сопряжений и конструирования.

Выбор схемы каркаса и его компоновку производят с учетом назначения и объемно-планировочного решения здания, технологических решений, производственной базы и технико-экономического анализа. Он включает в себя выбор способа обеспечения пространственной жесткости здания, сетки колонн, направления ригелей, схемы членения несущей системы на сборные элементы и т.д.

Важнейшим при выборе схемы каркаса многоэтажного здания является вопрос о восприятии горизонтальных нагрузок, т.е. об обеспечении пространственной жесткости. Он может быть решен путем соответствующего конструирования узлов каркаса или установкой специальных вертикальных элементов жесткости. По этому признаку несущие системы каркаса делятся на рамные, рамно-связевые и смешанные.

Рамная система

В рамной системе каркаса несущие функции выполняют колонны и ригели. Ригели жестко связываются с колонными, в результате чего образуется пространственная система, состоящая из плоских рам. Рамы воспринимают все действующие на здание вертикальные и горизонтальные нагрузки и передают их фундаментам.

С увеличением этажности здания изгибающие моменты от ветровой нагрузки в колоннах и ригелях нижних этажей возрастают, что требует увеличения сечения колонн, а следовательно, изменения длин и сечений ригелей. Это затрудняет унификацию конструкций зданий, поэтому рамные системы применяют в зданиях не более 8 этажей, при недопустимости устройства диафрагм в помещениях, при наличии проемов в перекрытиях зданий и т.п.

Виды многоэтажных зданий:

· Гражданские: административно общественные и жилые

· промышленные

Виды конструктивных схем (систем) сейсмостойких зданий и сооружений в основном зависят от особенностей объемно-планировочных и конструктивных решений.

Классификация зданий по назначению: гражданские, административно-общественные, жилые и производственные. Также существуют классификации по различным факторам, например, классификация зданий по материалам основных конструктивных элементов. При проектировании зданий и сооружений для строительства в сейсмических районах должны строго соблюдаться принципы сейсмостойкого строительства. Сейсмостойкость зданий зависит от объемно-планировочной схемы, от формы здания в плане. Устройство антисейсмических швов обеспечивает независимую работу каждого отсека здания при землетрясениях. Антисейсмические швы, как правило, совмещаются с температурными или осадочными швами.

В зависимости от конструктивных схем зданий антисейсмические швы осуществляются путем постановки парных стен, парных рам (колонн), кроме того, выступающие на уровне перекрытий смежных отсеков, не связанных друг с другом. Здания и сооружения разделяются антисейсмическими швами также и в случае, когда смежные участки их имеют перепады высот 5 м и более. Согласно СниП ширину антисейсмических швов назначают в зависимости от высоты зданий: при высоте до 5 м – не менее 3 см, выше 5 м и на каждые 5 м высоты ширину шва увеличивают на 2 см.

Классификация зданий по видам конструктивных схем: здания с жесткой конструктивной схемой, здания с гибкой конструктивной схемой. Здания с несущими продольными и поперечными стенами из различных материалов; крупнопанельные здания, бескаркасные, объемно-блочные; монолитные; каркасные здания.

Высотные здания и их сейсмостойкость /5/

Высотные здания наиболее современны на сегодняшний день. В них применяются новейшие технологии, расчетно-конструктивные и инженерные решения.Основное отличие высотных зданий от многоэтажных заключается в основном во внутренней конструктивной схеме. В высотных зданиях больше диафрагм жесткости, усиленное армирование, а сами стены и колонны рассчитаны на более высокие нагрузки. Основным несущим элементом высотного здания является каркас – мощный железобетонный или металлический ствол, который состоит из колонн, диафранм, объединенных между собой перекрытиями. Выбор материала каркаса зависит от объемно-планировочных решений здания, стоимостных показателей, желания заказчика и др. При проектировании выс отных зданий разрабатываются специальные технические условия индивидуально для каждого проекта.

Строительство высотных зданий обходится на 25-30% дороже объектов малой этажности. Проектирование высотных зданий в РК производится при участии КазНИИССА – Казахстанского научно-исследовательского института сейсмостойкого строительства и архитектуры.

В крупных городах, в т.ч. и в Алматы приступили к массовому строительству зданий повышенной этажности. В высотных зданиях нижние этажи используются под магазины, автостоянки, прачечные, сауны, далее располагаются офисные помещения, а выше – жилые. Строительство высотных этажей обходится очень дорого, например здание в 100 этажей дороже 8-этажного той же вместимость в 7…10 раз. Это объясняется усложнением конструктивных решений, большими площадями, занимаемыми лифтовым оборудованием, дороговизной и сложностью эксплуатации (водоснабжение, канализация, вертикальный транспорт, энергообеспечение и т.п.).

Так, например, для обслуживания 110- этажного здания в Чикаго требуется столько же электроэнергии, сколько для обычного города с населением 47 тысяч человек. Помимо этого, такие здания создают дополнительные неудобства и для жителей города: плохое проветривание улиц, высотобоязнь находящихся в помещении людей, повышенная пожароопасность и т.д.

Методы определения расчетных сейсмических нагрузок

Спектральный метод:

Расчетная сейсмическая нагрузка Sik в выбранном направлении, приложенная к точке к и соответствующая i -й форме собственных колебаний здания, определяется по формуле:

Sik = K1 * K2 * K3 * Soik,

Где:

Soik – сейсмическая нагрузка для i -й формы собственных колебаний здания, определяемая в предположении упругого деформирования конструкции и основания по формуле:

Soik = Qk *A* bi * Ko* Kф *nik,

Где:

K1 – коэффициент, учитывающий ответственность здания, принимаемый по табл.1;

K2 - коэффициент, учитывающий конструктивные решения здания, принимаемый по табл.2;

K3 - коэффициент, учитывающий высоту зданий, определяемый по формуле:

K3 = 1,0 + 0,06*(р – 5), 1 < K < K3max,

Где:

р – количество этажей в здании;

K3max – максимальное значение коэффициента K3, принимаемое для зданий стеновых и каркасно-стеновых конструктивных систем – 1.8; для зданий других конструктивных систем – 2;

Qk – вес здания, отнесенный к точке к, определяемый по табл.3;

A – коэффициент сейсмичности, определяемый по табл. 4;

Ko – коэффициент, учитывающий грунтовые условия площадки строительства, принимаемый по табл.5;

Kф – коэффициент, учитывающий способность здания к рассеиванию энергии колебаний, принимаемый по табл.6;

bi – коэффициент динамичности, соответствующий i -й форме собственных колебаний здания, принимаемый согласно графика;

nik – коэффициент формы колебаний, зависящий от формы деформации здания при его собственных колебаниях по i -й форме и от места расположения нагрузки, определяемый по соответствующей формуле.

Таблица 1

Характеристика сооружения	Значение коэф. K1
1. Сооружения, повреждения которых способны вызвать опасные экологические последствия; здания и сооружения, в которых остаточные деформации и локальные повреждения конструкций (осадки, трещины и др.), не допускается	По соответствующим нормативным документам
2. а) особо ответственные здания б) др. здания	По техническим условиям
3. Здания и сооружения, функционирование которых необходимо при ликвидации последствий землетрясений и для защиты населения (системы энерго- и водоснабжения, пожарные депо, здания больниц с травматическими и хирургическими отделениями и др.)	1.5
4. Здания и сооружения, эксплуатация которых связана с длительным скоплением большого количества людей (вокзалы, стадионы и др.)	1.5
5. Здания дошкольных учреждений, школ, больниц, домов престарелых и др.	1.2
6. Малоответственные здания и сооружения, повреждения которых не представляют угрозы для безопасности людей, не сопровождаются порчей ценного оборудования и др.)	0.5 (по согласованию с заказчиком)
7. Здания и сооружения (жилые, административные, общественные, производственные, сельскохозяйственные)	1.0

Таблица 2

№№	Конструктивные типы зданий	Значение коэффициента K2
1.	Бескаркасные здания: с несущими стенами из монолитного железобетона, крупнопанельные, объемно-блочные, с деревянными рубчатыми стенами: А) перекрестно-стеновых конструктивных систем с наружными и внутренними несущими стенами, расположенных с шагом не более 6 м, и перекрытиями, опирающимися по 4 сторонам на стены; Б) др. стеновых конструктивных систем	0.20     0.25
2.	Каркасные одноэтажные здания всех конструктивных систем	0.25
3.	Каркасные здания: А) рамных конструктивных систем в виде полных пространственных ригельных каркасов, имеющих все жесткие узлы соединений колонн и ригелей; Б) рамно-связевых и связевых конструктивных систем с ригельными каркасами, имеющими все жесткие узлы соединений колонн и ригелей; В) каркасно-стеновых конструктивных систем; Г) других каркасных конструктивных систем	0.25     0.25     0.25 0.30
4.	Здания с гибкими каркасными этажами; здания на свайных фундаментах с высоким ростверком	0.35
5.	Здания с каменно-монолитными стенами; здания со стенами комплексной конструкции	0.30
6.	Здания с несущими стенами из кирпичной (каменной) кладки; крупноблочные здания	0.40
7.	Здания с несущими стенами из местных строительных материалов (саманные, глинобитные, из кирпича-сырца и др.)	По результатам исследований

Таблица 3

№№	Конструктивные типы сооружений	Значение коэф. K3
1.	Сооружения в виде свободно-стоящих башен, дымовых труб, шахт лифтов и мачт с несущими конструкциями: А) железобетонными; Б) стальными; В) из кирпичной (каменной) кладки комплексной конструкции	0.30 0.35 0.40
2.	Сооружения в виде одиночных стоек и башен, служащих опорами резервуаров и емкостей, расположенных в уровне верха сооружений	0.50
3.	Сооружения типа силосных башен и элеваторов: А) при отсутствии первых гибких этажей; Б) при наличии первых гибких этажей	0.25 0.35
4.	Сооружения, не указанные в п.п.1 -3	0.30

Таблица 4

Коэффициенты сейсмичности	Значения коэффициентов Аг и Ав при сейсмичности района строительства (в баллах)
Аг	0.125 0.25 0.5 0.8
Ав	0.08 0.18 0.4 0.7

Аг – значение коэффициента сейсмичности, принимаемое для определения горизонтальных сейсмических нагрузок;

Ав – значение коэффициента сейсмичности, принимаемое для определения вертикальных сейсмических нагрузок.

Таблица 5

Категория грунта площадки строительства	Значения коэффициента Ко при сейсмичности района строительства (в баллах)
I	0. 5 0.7 1.0 1.0
II	1.0 1.0 1.0 1.0
III	1.6 1.4 1.2 -

Дата добавления: 2014-10-22