Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства і природокористування

Кафедра іноземних мов та українознавства

Магістерська робота з проблем фахового дослідження

Виконала

Парейчук Т.С.

студентка V курсу ННІБА

групи ПЦБ-53м

Науковий керівник

Гомон С.С.

к. т. н., доцент

Перевірила

Вакуленко О. Л.

к. філол. н., доцент

Рівне 2013

Зміст

Адекватний переклад ………………………………………………. 3

Анотаційний переклад ……………………………………………… 10

Реферативний переклад ……………………………………………. 11

Словник термінів ……………………………………………………. 13

Список використаної літератури ………………………………….. 15

Додатковий матеріал ……………………………………………….. 16

Адекватний переклад

Стаття "Сейсмічна дія та вимоги до проектування висотних бетонних будівель" авторів Джо Маффея та Ноель Юен була опублікована в журналі "Structure Magazine" у квітні 2007 року на сторінках 28-31¹.

Останніми роками у великих містах на західному узбережжі США спостерігається відродження висотного будівництва. На відміну від висотних бумів попередніх років, більшість новозбудованих та запроектованих будинків передбачені як житлові або змішані, а не офісні будівлі. Перевага зазвичай віддається бетонним конструкціям, тому більшість висотних новобудов мають бетонні несучі стіни без додаткових моментних рам у сейсмостійких системах.

Будівля з бетонними несучими стінами має чимало переваг. Це нижча ціна, вища швидкість зведення та більш відкрита і піддатлива архітектура. Економія часу і коштів досягається завдяки тому, що будівлі зі стіновою конструктивною системою протистоять сейсмічним навантаженням і деформаціям без допомоги моментних рам, які використовуються у традиційному висотному будівництві. З усуненням необхідності в моментних рамах з'являється можливість застосування менших будівельних елементів або пласких плит для зведення поверхів, а також зменшення необхідної будівельної висоти поверху.

У будівлі зі стіновою конструктивною системою опір сейсмічним навантаженням забезпечується залізобетонними капітальними стінами, що оточують ліфтову шахту. Сходові клітини, вбиральні та приміщення обслуговуючого призначення також можуть оточуватись такими стінами. Для будівель висотою 300 футів і більше найменша відстань між несучими стінами складає 30 футів з товщиною стіни від 18 до 30 дюймів. Отвори у несучих стінах виконують правильної форми, над ними встановлюють перемички, спроектовані таким чином, щоб розсіювати енергію землетрусів.

Проектування, не передбачене нормами

У зонах з високою сейсмічною активністю положення будівельних норм США не дозволяють проектувати стінову конструктивну систему у будівлях вищих за 240 футів; тим не менш, незважаючи на рекомендації норм, авторитетні фахівці будівельної галузі дозволяють зводити будівлі вищі 240 футів зі стіновою конструктивною системою з виконанням перевірки рівня сейсмічної витривалості. Інженер, що цим займатиметься, повинен відслідковувати будь-які відхилення від нормативних вимог та надавати експерту, що займається перевіркою, дані про те, що будівля витримує навантаження щонайменше еквівалентні до таких, що передбачені нормами.

Задача інженера у цьому випадку полягає в тому, щоб показати, що будівля задовольняє вимогам пункту 104.11 міжнародних будівельних норм:

104.11. Альтернативні матеріали, методи проектування і зведення та обладнання. Вимоги цієї норми не мають наміру заборонити застосування будь-яких матеріалів чи методів проектування, не передбачених діючими нормами. Альтернативні матеріали і методи проектування та зведення отримують схвалення, коли будівництво з їх використанням офіційно визнається таким, що задовольняє вимогам діючих норм, а характеристичні показники таких будівель (якість, витривалість, ефективність, довговічність, вогнетривкість, безпечність) є щонайменше еквівалентними передбаченим вимогами.

У випадку не передбаченого вимогами сейсмічного проектування будівля оцінюється за її міцністю, ефективністю та безпечністю. Альтернативні та не передбачені нормами проекти також допускаються будівельними нормами Американського товариства інженерів-будівельників, норма 7-05, пункт 12.1.1, абзац 3:

Сейсмостійкі системи, перераховані в табл. 12.2-1 можуть застосовуватись, якщо за даними аналітичних випробувань такі системи мають певні динамічні характеристики, опір поперечним навантаженням та здатність розсіювати енергію, що еквівалентні до таких же характеристик конструктивних систем, перерахованих у табл. 12.2-1 при тих же значеннях коефіцієнтів змінності реакцій R, коефіцієнтів надміцності системи Ω₀ та фактору відхилень посилення С_d.

Незважаючи на те, що табл. 12.2-1 норм Американського товариства інженерів-будівельників 7-05 дає перелік типів систем опору сейсмічним навантаженням з бетонними стінами, жодне з правил проектування таких систем не є таким же суворим як вимоги до несучої здатності, що висуваються до висотних будівель зі стіновою конструктивною системою. Отже, будівлі з несучими бетонними стінами, спроектовані на основі очікуваних сейсмічних навантажень з достатньою несучою здатністю та деформативністю, можуть вважатись окремим типом сейсмостійких систем. Це виокремлення вже існує у будівельних нормах поза межами США та обговорюється як потенційна зміна до нових будівельних норм США Американським інститутом бетону та Національною програмою зменшення небезпеки землетрусів.

Проектування за несучою здатністю

Проектування за несучою здатністю як підхід до сейсмічного проектування вимагає від інженера-проектанта:

1. Вибрати бажаний механізм нелінійних бічних деформацій для конструкції, якій відповідають такі конструктивні елементи, які б витримали нелінійні реакції. Цей механізм не повинен призводити до концентрації нелінійних деформацій, як відбувається, наприклад, з поверховим механізмом.

2. Впевнитись у тому, що деталізація кінцевих нелінійних елементів забезпечує адекватну згинальну несучу здатність, тобто дає змогу елементам деформуватись при розтягу без значного зменшення міцності.

3. Запроектувати всі інші елементи конструкції для еластичної або близької до еластичної реакції.

Для будівлі з бетонними несучими стінами, на яку діють бокові зсуви від землетрусу, бажаний механізм складається з гнучких пластикових закладних деталей біля основи несучої стіни та розтягнуто-зігнутих перемичок. Деякі будівлі мають перемички лише в одному напрямку площини поверху, а в іншому напрямку стіни працюють як консолі. Консольну стіну проектують таким чином, щоб її основою був єдиний пластичний шарнір. Кожна площина стіни, що зазвичай являє собою цілу секцію несучого ядра, відіграє свою роль в забезпеченні загальної моментної несучої здатності.

Нелінійні елементи конструкції – перемички та пластичні шарніри основи – спроектовані таким чином, щоб забезпечити пластичну реакцію. Іншим елементам та зусиллям в конструкції – таким як зусилля зрізу в стіні, моменти в стіні поза зоною шарнірів, діафрагми покриттів і перекриттів, фундаменти – надають міцності, достатньої для того, щоб їх реакції були переважно еластичним. У табл. 1 перераховано конструктивні елементи та зусилля в несучих стінах будівель, що викликають нелінійні реакції, і ті, що викликають еластичні реакції, забезпечені несучою здатністю.

Проектування за характеристиками гнучкості

Найважливішим моментом у проектуванні бетонної стінової системи є попередження утворення косих тріщин у стінах. Стіна, спроектована з урахуванням розтягу зі згином, забезпечує опір значним горизонтальним навантаженням і розподіляє деформації по висоті будівлі. Косі тріщини в стіні призводять до зменшення міцності та можуть спричиняти концентрацію деформацій та руйнування на обмеженій висоті. Реакція з вигинанням надає більше гарантій проти руйнування при сильному землетрусі.

Процес сейсмічного проектування для будівель з бетонними несучими стінами базується на принципах, впроваджених у новозеландських та канадських будівельних нормах на початку 1970-х років. Велика кількість багатоповерхівок зі стіновою конструктивною системою у Ванкувері, до впровадження цієї методики, були збудовані за зразком багатоповерхівок Сіетлу та інших районів США.

Табл. 1

Типові нелінійні елементи та елементи, що забезпечують несучу здатність, для будівель зі стіновою конструктивною системою з бетонними плитами перекриття

Конструктивні елементи та зусилля, що викликають нелінійні реакції	Примітки
Перемички (з діагональною арматурою, якщо деформаційні вимоги високі) Пластичні шарніри в основі стіни	Міцність передбачена вимогами норм. Елементи проектуються для забезпечення пластичних реакцій.
Плити перекриттів та покриттів, що вигинаються з площини	Незважаючи на те, що плити вважаються жорстко защемленими, вони можуть розтягуватись через бічні ґрунтові зсуви.
Конструктивні елементи та зусилля, що викликають еластичні реакції, забезпечені несучою здатністю	Примітки
Стінові та ковзаючі зусилля зрізу Моменти в стіні поза передбаченою зоною пластичних шарнірів Діафрагми покриттів і перекриттів, а також стояки Стрічкові фундаменти стін Місцеві зусилля зрізу в плитах перекриттів і покриттів	Міцність визначається за результатами аналізу нелінійних реакцій системи. Елементи розробляють таким чином, щоб їх реакції лишались переважно еластичними.

Проектування за несучою здатністю з використанням нелінійного аналізу історії реакцій

Принцип проектування за несучою здатністю було розроблено дослідниками та практикуючими інженерами у Новій Зеландії у часи, коли можливості комп'ютерного аналізу були обмежені. Нелінійний аналіз історії реакцій можливо було здійснити лише на величезних університетських комп'ютерах, використовуючи спрощені двовимірні моделі конструкцій. Дослідники використовували такий аналіз для отримання детальних вимог щодо забезпечення несучої здатності конструкції, які можна було б застосувати для простішого статичного і лінійного аналізу і проектування.

Ці детальні вимоги, як наприклад, фактори посилення динамічних зусиль зрізу, використовуються й досі, зокрема при проектуванні звичайних конструкцій до 20 поверхів та для попереднього проектування вищих конструкцій. Сьогодні, завдяки нещодавнім розробкам програмного забезпечення для структурного аналізу, проектування за несучою здатністю можна поєднати з нелінійним аналізом історії реакцій специфічних будівель при проектуванні висотних будівель та затвердження допустимих сейсмічних навантажень.

Двоетапний процес проектування

Висотні будинки зі стіновою конструктивною системою можуть проектуватись у два етапи – за несучою здатністю та за оцінкою сейсмічних навантажень під час сильних землетрусів.

Перший етап процесу полягає у проектуванні будівлі згідно з вимогами усіх необхідних норм (за виключенням передбачених винятків, як наприклад, обмеження висоти). Це означає, що розтягувальні елементи будівлі, а саме приопорні зони несучої стіни та перемички, проектуються згідно з існуючими вимогами. Для високих будівель з великими періодами, ці нормативні вимоги зазвичай залежать від базових вимог.

Другий етап – нелінійний аналіз історії реакцій конструкції при максимальних умовних значеннях сейсмічного навантаження. Максимальні значення навантажень задаються у будівельних нормах і вони відповідають 975-річному періоду повторення для Каліфорнії та 2500-річному періоду для інших штатів. Задачею цього аналізу є:

1) підтвердити, що очікувана сейсмічна поведінка конструкції відповідає передбаченому механізму, а нелінійні реакції мають місце лише у передбачених конструктивних елементах;

2) підтвердити, що всі інші потенційні механізми та зусилля лишатимуться переважно еластичними. При оцінці еластичних зусиль, проектування повинно враховувати дисперсію результатів аналізу, а не лише їх середнє значення.

Проектування за експлуатаційними навантаженнями

Оцінка нормативного рівня має на меті забезпечити проектування будівлі за всіма передбаченими нормативними вимогами без оцінки сейсмічних навантажень. Пояснювальна оцінка рівня за нормами МСЕ передбачає реакцію конструкції на тому рівні, за якого вона не зруйнується. Ця оцінка використовує сучасні методи аналізу, а значення конструктивної міцності та деформаційної стійкості приймаються експлуатаційними, а не нормативними. Обмеження руху поверхів можна перевірити за нормативними значеннями, а також за нормами МСЕ.

Оцінка придатності до експлуатації під час землетрусу середної сили також може бути використана як підхід до проектування. Для будівель зі стіновою конструктивною схемою оцінка придатності до експлуатації може включати точну оцінку сили ґрунтових зрушень, за яких перемичка зазнає дії навантажень, що виникають у будівлі після землетрусу. Для цієї оцінки важливим є визначення значимості різних рівнів пошкодження перемичок, що базується на результатах досліджень.

Взаємодія з гравітаційною системою

У прийнятій практиці сейсмічного проектування інженер-проектант визначає певні елементи як частини єдиної системи опору сейсмічним навантаженням. Для бетонних будівель такими елементами є стіни та моментні рами. Гравітаційні рами зазвичай не включаються до побічного аналізу сейсмостійкості, але натомість вони оцінюються за їх здатністю протистояти деформаціям, викликаним сейсмічною дією. У реальності гравітаційні рамні системи також відіграють певну роль в забезпеченні опору будівлі поперечним навантаженням, і це слід враховувати при проектуванні висотних будівель.

Для будівель стінової конструктивної системи з бетонним плитами перекриття конструктивна гравітаційна система складається з плит і опорних колон. Бокові зсуви несучої стіни та колон будівлі викликають моменти та позацентрові зусилля у перекриттях, які працюють як випадкові консолі, що збільшують опір будівлі поперечним навантаженням. Часто бічні зсуви від ґрунтових зрушень викликають у плитах розтяг зі згином. Розтяг плит перекриттів частіше за все є прийнятним, тоді як інших схем руйнування (як місцеві навантаження зрізу, спричинені деформаціями) слід уникати.

Існують ще два аспекти стосовно плит-консолей, які важливо оцінювати. По-перше, це те, що позацентрові навантаження на несучу стіну збільшуються, а по-друге, осьові навантаження від землетрусу передаються на гравітаційні колони. Ці вимоги слід включати до правил проектування несучих стін та колон.

Визначення еквівалентних сейсмічних навантажень

Критерій еквівалентності Міжнародних будівельних норм вимагає, щоб значення реакцій будівлі на сейсмічні навантаження були щонайменше рівними таким, що визначені нормами. При оцінці сейсмічних навантажень інженер повинен враховувати і вимоги норм, і результати досліджень.

Проблематичним моментом є те, що передбачені у будівельних нормах сейсмічні навантаження визначаються лише у загальних поняттях, а отже неможливо більш точно визначити нормативні сейсмічні навантаження. Частково причина цього у тому, що діючі правила проектування для різних сейсмічних систем можуть дуже сильно відрізнятись. Ще одна причина у тому, що припущення, які використовуються для визначення сейсмічних навантажень – ґрунтові зрушення, властивості ґрунту основи та конструкції, нелінійні вимоги, деформативні властивості і т. ін. – всі не є чітко визначеними. Ця невизначеність викликана природною неоднорідністю землетрусів та матеріалів, а також обмеженістю наших знань щодо найкращих методів та припущень, які слід використовувати для прогнозування сейсмічних навантажень.

З причин, наведених вище, передбачення сейсмічних навантажень є складним та невизначеним, а отже рекомендації норм базуються лише на загальних поняттях. Таким чином, якщо при проектуванні керуватись лише вимогами норм, важко буде судити, чи є "еквівалентними нормам" значення зусиль при проектуванні не за нормами. Відповідно, при проектуванні було б доцільно використовувати не лише рекомендації норм, але і сейсмічні навантаження, отримані в результаті досліджень непередбаченого нормами проектування.

Врахування останнього може бути корисним при визначенні еквівалентних навантажень для частин конструкції, що не мають прямого відношення до передбачених виключень та проектуються за альтернативними методами. При цьому важливо пам'ятати, що норми проектування недосконалі. Тому існує можливість того, що навіть у висотній будівлі, запроектованій з урахуванням усіх передбачених будівельними нормами вимог, виникатимуть неадекватні і непередбачувані зусилля і реакції під час землетрусу. (Наприклад, виникнення косих тріщин у несучих стінах разом з концентрацією нелінійних деформацій лише на декількох поверхах). Така реакція не може вважатись еквівалентною, оскільки вона не відповідає вимогам норм. Не можна вважати еквівалентними незадовільні зусилля, навіть якщо вони виникають у будівлі, спроектованій за нормами.

Порівняльна характеристика методів перевірки рівня сейсмічної витривалості та конструктивної перевірки плану

При використанні обох цих методів робота інженера підлягає незалежній та об'єктивній оцінці іншого кваліфікованого інженера. Метод конструктивної перевірки плану включає в себе довготривалий процес отримання дозволу для дослідження більшості будівель, тому метод перевірки рівня сейсмостійкості набув більш широкого застосовування протягом останньої декади, оскільки проектанти розуміють, що задовільна реакція на сейсмічні навантаження може залежати не лише від відповідності будівельним нормам. Різницю між двома методами можна побачити з таблиці 2. Асоціація інженерів-конструкторів Каліфорнії видала практичні рекомендації щодо перевірки сейсмостійкості.

Жоден з розглядуваних методів не звільняє інженера від відповідальності за конструктивне проектування об'єкту. У випадку використання обох методів необхідно забезпечити об'єктивність, неупередженість та незалежність перевірки роботи інженера-проектувальника.

Перевірку сейсмічної витривалості слід починати на ранніх етапах проектування. До неї включаються процеси дослідження базових концепцій проектування, мета і критерії проектування. Основні рішення, прийняті відносно сейсмостійкості, перевіряються впродовж всього процесу проектування, зважаючи на очікуваний рівень сейсмічних навантажень. Коментарії інженера, що перевіряє проект, документуються у журналі коментарів, разом із відповідями інженера-проектанта, посиланнями на споріднені коментарі та рішеннями щодо врахування кожного коментаря.

Замовник сам вирішує, чи застосовувати вищезгаданий метод, вповноважені будівельники можуть запросити використання цього методу, або ж він може бути необхідний для забезпечення вимог норм. Міжнародні будівельні норми 2006 року вимагають використання методу перевірки сейсмостійкості (перевірки проекту) у випадках, коли використовується конструктивний аналіз нелінійної історії реакцій або використовують певні проектувальні рішення, як ізолювання основ або прилади розсіювання енергії. Авторитетні будівельники часто потребують виконання перевірки сейсмостійкості коли пропонується використання альтернативних (тобто, не передбачених нормами) методів проектування.

Конструктивна перевірка плану фокусується на визначенні відповідності вимогам діючих будівельних норм документації щодо конструювання. Конструктивна перевірка плану відрізняється від перевірки сейсмостійкості тим, що перша заключається в перевірці конструювання будівлі за дією навантажень від власної ваги, вітру та інших, разом із сейсмічним впливом. Даний метод є в основному перевіркою кінцевої документації, він зосереджений не на оцінці сейсмічної дії, а на кінцевій оцінці проекту в цілому на відповідність нормативним вимогам.

Вповноважений будівельник може використовувати конструктивну перевірку плану для затвердження чи відхилення проекту будівництва. Натомість, перевірка сейсмостійкості не дає повного права для цього. Задачею того, хто перевіряє сейсмостійкість, є висунення його авторитетної думки щодо цього питання.

Табл. 2

Порівняльна характеристика методів перевірки рівня сейсмічної витривалості та конструктивної перевірки плану

Перевірка сейсмостійкості	Конструктивна перевірка плану
Проводиться інженерною фірмою або ланкою інженерів, незалежних від інженера-проектувальника, з експертною оцінкою сейсмічного проектування.	Проводиться з юрисдикції вповноважених будівельників або консультантом від третьої сторони.
В ідеалі починається на етапі схематичного проектування.	Перевіряє кінцеву документацію щодо конструювання.
Перевірка сейсмічних критеріїв, рівня навантажень, концепцій та методів проектування, початкового та кінцевого проектування.	Перевірка відповідності розпорядчим конструктивним вимогам будівельних норм .
Включає лише сейсмічне проектування.	Включає проектування за навантаженнями від власної ваги, вітру та ін.
Інженер, що проводить перевірку надає професійне рішення вищим органам	Перевіряючий має право приймати або відхиляти проект.
Рекомендується для використання, коли сейсмічні критерії, методи проектування чи навантаження не є попередньо визначеними або можуть бути складними. Необхідна для певних типів сейсмічних систем або методів сейсмічного аналізу.	Виконується у більшості випадків для перевірки деталей проектування в усіх типових проектах.
Оплачується власником.	Оплачується лише дозвіл на проведення аналізу.