12 Общие положения расчета зданий и сооружений на сейсмическое воздействие

ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ

СП 31-114-2004

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 Настоящий Свод правил содержит рекомендации по проектированию жилых и общественных зданий, обеспечивающие их сейсмостойкость.

4.2 При разработке проектной документации следует:

- применять конструктивные схемы, материалы и конструкции, обеспечивающие наименьшие значения сейсмических нагрузок;

- принимать объемно-планировочные и конструктивные решения, обеспечивающие, как правило, симметричность и регулярность распределения в плане и по высоте сооружения его массы, элементов жесткости и нагрузок на перекрытия;

- назначать сечения элементов конструкций и их соединения с учетом результатов расчетов по разделу 6;

- конструировать стыковые соединения, опорные элементы и узлы таким образом, чтобы они обеспечивали надежную передачу усилий и совместную работу несущих конструкций во время

землетрясения;

- создавать возможность развития в определенных элементах допустимых неупругих деформаций;

- предусматривать конструктивные мероприятия, обеспечивающие устойчивость и геометрическую неизменяемость конструкций при развитии в элементах или соединениях между ними неупругих деформаций, а также исключающие возможность их хрупкого разрушения;

- располагать, по возможности, стыки элементов вне зоны максимальных усилий.

4.3 Проекты сооружений с принципиально новыми конструктивными решениями, не прошедшими

экспериментальную проверку, должны разрабатываться по специальным техническим условиям.

4.4 Сооружения, оснащенные системами сейсмоизоляции или другими системами регулирования динамической реакции, проектируют по специальным техническим условиям.

4.5 На площадках, сейсмичность которых превышает 9 баллов, возводить сооружения, как правило, не допускается.

При соответствующем научно-техническом и экономическом обосновании строительство на таких площадках в каждом конкретном случае может быть допущено по специальным техническим условиям.

4.6 Следует избегать строительных площадок с крутизной склонов более 15°, участков с плоскостями геологических сбросов и с сильной нарушенностью структуры пород физико- геологическими процессами, площадок с просадочными грунтами, осыпями, обвалами, плывунами, оползнями, селями, карстом, горными выработками и т.п. неустойчивыми грунтовыми средами.

13 Особенности методов проектирования зданий различных конструктивных решений на сейсмическое воздействие

Сейсмоустойчивость‑ способность построек и конструкций выдерживать землетрясения с минимальными повреждениями.

Сейсмоустойчивость объекта, прежде всего, зависит от его высоты, его веса в целом, конструктивной системы, которая принимает на себя сейсмическое воздействие, сейсмических регионов, где строится объект, включая и микросейсмическую регионализацию, так как в зонах малой сейсмической активности могут существовать геологические разломы, которые могут представлять повышенную геодинамическую опасность отдельных объектов, особенно высотных зданий.

Традиционные методы и средства защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий включают большой комплекс различных мероприятий, направленных на повышение несущей способности строительных конструкций, проектирование которых осуществляется на основании выработанных отечественным и зарубежным опытом строительства норм и правил, гарантирующих сейсмостойкость зданий и сооружений в районах с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов.

Проектирование зданий и сооружений в сейсмически опасных районах начинается с соблюдения общеполагающих принципов сейсмостойкого строительства, в соответствии с которыми все используемые строительные материалы, конструкции и конструктивные схемы должны обеспечивать наименьшее значение сейсмических нагрузок. Рекомендуется при проектировании принимать, как правило, симметричные конструктивные схемы и добиваться равномерного распределения жесткостей конструкций и масс. В зданиях и сооружениях из сборных элементов рекомендуется располагать стыки вне зоны максимальных усилий, необходимо обеспечивать однородность и монолитность конструкций за счет применения укрепленных сборных элементов.

Существенное влияние на сейсмостойкость зданий оказывает выбор объемно‑планировочных схем, их формы и габаритов. Наиболее предпочтительными формами сооружений в плане являются круг, многоугольник, квадрат и близкие им по формам очертания. Однако такие формы не всегда соответствуют требованиям планировки, поэтому чаще всего применяется прямоугольная форма с параллельно расположенными пролетами, без перепада высот смежных пролетов и без входящих углов. В случае, если возникает необходимость создания сложных форм в плане здания, то его следует разрезать по всей высоте на отдельные замкнутые отсеки простой формы. Конструктивные решения отсеков во время землетрясения должны обеспечивать независимую работу каждого из них. Достигается это устройством антисейсмических швов, которые могут быть совмещены с температурными или осадочными. Антисейсмические швы осуществляются путем установки парных стен, парных колонн или рам, а также путем возведения рамы и стены.

При высоте здания до 5 м ширина такого шва должна быт не менее 3 см. Для зданий большей высоты ширину шва увеличивают на 2 см на каждые 5 м высоты.

В многоэтажных зданиях большую роль на их сейсмостойкость оказывают конструкции междуэтажных перекрытий и покрытий, работающих как диафрагмы жесткости, обеспечивающие распределение сейсмической нагрузки между вертикальными несущими элементами. Сборные железобетонные перекрытия и покрытия зданий должны быть замоноличенными, жесткими в горизонтальной плоскости и соединенными с вертикальными несущими конструкциями.

Боковые грани панелей (плит) перекрытий и покрытий должны иметь шпоночную или рифленую поверхность. Для соединения с антисейсмическим поясом или для связи с элементами каркаса в панелях (плитах) следует предусматривать выпуски арматуры или закладные детали.

Существенное влияние на значения сейсмических нагрузок оказывает масса сооружения. Поэтому при действии сейсмических сил необходимо стремиться к максимально возможному снижению веса конструкций и полученных нагрузок.

Не несущие элементы типа перегородок и заполнений каркаса рекомендуются выполнять легкими, как правило, крупнопанельной или каркасной конструкции и соединять со стенами, колоннами, а при длине более 3 м — и с перекрытиями. В зданиях более пяти этажей не допускается применение перегородок из кирпичной кладки, выполненной вручную. Перегородки из кирпича или камня следует армировать на всю длину не реже, чем через 700 мм по высоте стержнями общим сечением в шве не менее 0,2 кв. см. Допускается выполнять перегородки подвесными с ограничителями перемещений из плоскости панелей.

Каменные здания получают при землетрясениях наибольшие повреждения по сравнению с другими типами зданий современной постройки.

Сейсмостойкость каменных зданий определяется прочностью кирпича и камня, а также зависит от прочности их сцепления с раствором. По действующим нормативным документам рекомендуется несущие кирпичные и каменные стены возводить, как правило, из кирпича или каменных панелей, блоков, изготавливаемых в заводских условиях с применением вибрации, или из кирпичной или каменной кладки на растворах со специальными добавками, повышающими сцепление раствора с кирпичом или камнем.

Для обеспечения сейсмоустойчивости важен выбор места постройки ‑ следует избегать близости к линиям сброса. Также вносятся изменения в фундамент конструкций ‑ создаются «подушки» из бетона или полимерных материалов, благодаря которым здания скользят или «плавают» во время землетрясения и не разламываются по тем линиям, где создается наибольшее напряжение.

Наиболее перспективное направление повышения сейсмоустойчивости – это сейсмоизоляция зданий. Сейсмоизоляция подразумевает отстройку частот колебаний здания от преобладающих частот воздействия. Именно это и обеспечивает снижение механической энергии, получаемой конструкцией от основания.

В мире наблюдаются следующие тенденции: первая ‑ это применение в чистом виде сейсмоизоляции зданий, которая устраивается, как правило, в нижних этажах: резинометаллические опоры самой различной модификации, с низким и высоким демпфированием, с сердечником из свинца и без него, с применением различных материалов. Есть также фрикционные скользящие опоры маятникового типа. И те и другие опоры применяются в мире очень широко.

Второе направление ‑ применение демпфирования (гашения колебаний), которое известно очень давно и постоянно совершенствуется. Для высотного строительства, как правило, используется сочетание: сейсмоизоляцию располагают в нижнем этаже, а по высоте здания устанавливают демпфирование. Сейчас производители предлагают самые различные демпферы: металлические, жидкостные, есть специальные сплавы с памятью, специальные демпфирующие стены, последние устройства хотя и относительно дорогие, но достаточно эффективные.

16. Средства возбуждения и измерения вибраций маломасштабных моделей

Основным требованием к устройству для возбуждения вибраций и маломасштаб- ных моделей является внесение минимальных и обязательно поддающихся оценке различных изменений в инерционные и жесткостные характеристики модели. На основе анализа оборудования для возбуждения вибраций видов [12] установлено, что этому требованию в наибольшей степени соответствуют центробежные вибраторы, так как на жесткостные характеристики модели они вообще не влияют, а их влияние на инерционные характеристики легко поддается учету, поскольку массу вибрато взвешиванием, а будучи помещенным в жесткий корпус, он может быть принят за сосредоточенную массу. Для того чтобы массу, присоединяемую к модели, свести к минимуму, вибратор должен быть изготовлен из легких материалов, по возможности компактно. Чтобы избавиться от механических помех, обычно возникающих от трения в шестернях и турбулентного движения масла в картере, следует применять шестерни, изготовленные из специальных «малошумных» материалов, не требующих смазки, например из фторо]пласта

не требующих

14. Общие сведения мелкомасштабного моделирования динамических явлений

Маломасштабное . моделирование — это один из видов физического

моделирования [39], осуществляемый на моделях малого размера. Маломасштабное моделирование экономично, не требует больших экспериментальных площадей и громоздкого испытательного оборудования, позволяет относительно быстро изготовлять и испытывать модели, благодаря чему может быть не только средством решения общих задач моделирования [39], но и одним из средств вариантного проектирования. При выполнении приведенных ниже рекомендаций маломасштабное моделирование позволяет добиться значительной точности получаемых результатов.

Основными особенностями мелкомасштабного моделирования являются

1. Отказ от условии простого подобия

2. Применение низкомодульных полимерных материалов для изготовления моделей и необходимые в этой связи

3. Использование специальных методов и средств для испытания этих материалов

4. Испольхзование специальных технологий изготовления материалов

5. Применение специальных средств возбуждения вибрации и изменение деформаций

6. Привлечение теории вязкоупругости к анализу законов моделирования

Эти особенности были выявлены при отработке методики маломасштабного

моделирования и объясняются следующими соображениями.

1. В соответствии с существующей практикой для изготовления и испытания наиболее удобны модели, размещаемые на столе, т. е. которые имеют максимальный размер не более 1—2 м.

2. Необходимость применения низкомодульных материалов объясняется рядом

причин. Во-первых, при отказе от простого подобия деформации на модели во столько раз больше, чем на натуре, во ные полимерные материалы — примерно до сколько раз больше отношение перемещений к линейным размерам.

Учитывая, что в Н'изкомодульных полимерных материалах акорости распространения упругих волн существенно (до 20 раз) меньше, чем в бетоне, удается в соответствующее число раз снизить и частоту.

3. Для моделирования динамических явлений в сооружениях с помощью низкомодульных полимерных материалов необходимо определять такие механические характеристики материалов, как модули упругости и сдвига в пределах линейных деформаций, коэффициент внутреннего неупругого сопротивления, а также зависимость этих величин от частоты колебаний, температуры, влажности и других факторов. Поскольку низкомодульные полимерные материалы, выпускаемые промышленностью, предназначены для другой цели и для них важны другие характеристики, соответственно и приборы, серийно выпускаемые для определения этих характеристик, не могут быть использованы для моделирования.

14. Общие сведения о колебаниях, возникающих при движении поездов метрополитена и о способах их уменьшения

Особенности условий эксплуатации пути метрополитена

• Обводненость тоннеля и загрязненность лотковой части тоннельной обделки.

• Высокие тяговые токи, которые вызывают в случае утечек электрокоррозию металлических элементов пути и тоннельной обделки и требуют эффективной электроизоляции рельсов.

• Низкая освещенность тоннеля затрудняет контроль за мелкими деталями и расположенными в тени других частей элементами конструкции пути.

• Короткие (2-3 рабочих часа ) ночные окна в движении поездов :

1. Требуют поэтапной технологии при монтаже и эксплуатации конструкций верхнего строения пути

Существенно повышают стоимость эксплуатации, что в свою очередь,

требует максимальной надежности и долговечности конструкций и высокой

производительности при их монтаже и эксплуатации

– Затрудняют переброску на ремонтируемый участок мото единиц со

средствами механизации и инструментальным набором, что требует

конструкций пути, эксплуатируемых и ремонтируемых вручную и с

минимальным набором инструмента

• Высокие требования к скорости восстановления движения в случае любых

неисправностей требуют легкодоступности всех элементов конструкции и

обеспечения возможности установок типовых поддерживающих и ремонтных

приспособлений (домкратов, струбцин, и т.д.)

• Станционные пути в целях безопасности выполняются с широким водоотводным

лотком 900 мм, который обеспечивает возможность упавшему пассажиру

пропустить над собой состав. Это требует конструкции пути с малогабаритными в

поперечном к оси пути направлении опорами

• Ограничение вертикального прогиба рельса под поездом величиной в 5 мм

лимитирует жесткость подрельсового основания

Требования виброзащиты

Максимально прогнозируемое превышение уровня вибраций, генерируемых метрополитеном мелкого заложения, составляет 15 -25 дБ. В диапазоне часто октавных полос 31.5 и 63 Гц. Именно такое снижение вибрации и требуется от разрабатываемых виброзащитных конструкций.

для снижения вибраций необходимо максимальное выполнение двух условий :

Снижение жесткости пути для создания виброизолирующего эффекта (в случае снижения жесткости в стыке рельс-шпала к этому добавляется эффект уменьшения вибраций, генерируемых взаимодействием колесо – рельс)

Максимальное увеличение массы подрельсового основания для создания виброизолирующего эффекта

Классификация виброзащитных конструкций верхнего строения пути

По расположению упругого элемента

Под рельсом

Под подкладкой

Под шпалой, рамой или лежнем

Под бетонным путевым слоем

Под щебнем

По типу упругого элемента

Листовой

Линейный

Дискретный

По материалу упругого элемента

Металлические (пружины, рессоры)

Полимерные (резиновые и пластмассовые)

Резинометаллические

Пневматические

По линейности

Линейные (жесткость постоянна на всем ходе деформации)

Нелинейные (жесткость зависит от величины деформации)

По способу создания упругих свойств упругого элемента

За счет деформации частей УЭ (витки пружин, стенки эластичных цилиндров)

За счет упругости материала (резиновые блоки, листы, ленты, газовые камеры)

По соотношению демпфирующих и упругих свойств элемента

Упругие

Упругодемпфирующие

По подрессоренной массе подрельсового основания

Легкие – над УЭ расположены небольшие по массе элементы (рельс, подкладка,шпала)

Тяжелые - над УЭ расположены массивные элементы (лежни, рамы, вывешенные плитные основания)

По количеству уровней УЭ размещенных в конструкции

Одноступенчатые

Многоступенчатые

Параметры конструкции оптимальной с точки зрения эксплуатации и виброзащиты

1. Легкая, одноступенчатая, с нелинейным УЭ, расположенным рядом с рельсом с наружной стороны колеи, выполненным в виде полимерной пружины с возможностью добавления в конструкцию демпфера.

2. В целях компенсации потери эффективности, связанной с небольшой массой конструкции, в ней необходимо обеспечить возможность полного использования допустимого, прогиба рельса в 5 мм, что требует жесткости скрепления 4000 Н/мм в вертикальном направлении. В горизонтальном поперечном направлении жесткость скрепления - 25 Кн/мм. В продольном направлении усилие сдвига рельса должно составлять 600 кг, как это регламентируется для типовых скреплений в конструкциях ВСП, не предусматривающих применения противоугонов.