СТРОИТЕЛЬСТВО В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ УКРАИНЫ

Таблица 2.7 - Значения коэффициента β_i,

Категория грунтов по сейсмическим свойствам

Участок графика β_i, при значении T_i

Значения β_i или формула для вычисления β_i (T_i)

I

При Т_i  0,1c

1+15 Т_i

При 0,1c< Т_i  0,4c

2,5

При Т_i > 0,4c

1,35/Т_i^2/3

II

При Т_i  0,1c

1+15 Т_i

При 0,1c < Т_i  0,6c

2,5

При Т_i > 0,6c

1,8/Т_i^2/3

III

При Т_i  0,1c

1+15 Т_i

При 0,1c < Т_i  1,2c

2,5

При Т_i > 1,2c

3/Т_i

IV

По результатам специальных исследований

Примечание. Значения коэффициентов β_i следует принимать не менее 0,8 и не более 2,5.

2.3.3 При расчете высоких сооружений небольших размеров в плане, таких как башни, мачты, дымовые трубы, отдельно стоящие шахты лифтов и т.п., а также железобетонных каркасных зданий значения коэффициента k₂ следует принимать по таблице 2.4.

Вертикальную сейсмическую нагрузку в случаях, предусмотренных п.2.2.4, следует определять по формулам (2.1), (2.2) и (2.3), при этом, значения относительных ускорений грунта а₀ следует принимать с множителем 0,7. При расчете зданий на стойкость против опрокидывания или сколь­жения, а также при расчете конструкций на прочность и деформативность вертикальные сейсмические нагрузки необходимо определять при значении коэффициента k₁ = 0,5.

При определении усилий в конструкциях, подлежащих расчету с учетом вертикальных сейсмических нагрузок, следует учитывать одновременное действие вертикальных и горизонтальных сейсмических нагрузок.

Направление вертикальной нагрузки (вверх или вниз) следует принимать наиболее невыгодным для напряженного состояния рассматриваемого элемента.

При расчете зданий высотой 70 м и более следует учитывать дополнительный момент от вертикальных нагрузок (статической и сейсмической) вследствие перемещений Х_k, возникающих в результате деформаций сооружения и основания при сейсмических воздействиях, и которые опре­деляются при расчете системы здание-основание. Жесткостные и демпфирующие характеристики необходимо определять согласно 2.4.12.

Перемещения (прогибы) U_k и перекосы этажей (отношение разности горизонтальных

перемещении верха и низа k-го этажа к его высоте) определяются от действия

сейсмических нагрузок S_ki по п.2.3.1.

Допустимые значения перекосов этажей следует принимать по таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Допустимые значения перекосов этажей

Несущие конструкции здания

Допустимое значение перекоса этажей Δ_k

Здания со стальным каркасом

1/150

Здания с железобетонным каркасом без вертикальных диафрагм или ядер жест­кости

1/150

Здания с железобетонным каркасом с вертикальными диафрагмами или ядрами жесткости

1/250

Здания со стенами из монолитного железобетона и из крупных железобетонных панелей и из крупных блоков

1/350

Здания со стенами из каменной или кирпичной кладки, каркасно-каменные здания

1/400

2.3.8 Учет высших форм колебаний производится по формуле:

(2.6)

где N_p - усилия, напряжения или иные силовые факторы в элементах конструкций от сейсмической нагрузки;

N_i - значения соответствующего фактора в рассматриваемом сечении, вызываемые сейсмичес­кими нагрузками по і-ой форме колебаний;

n - число учитываемых форм колебаний.

2.3.9 Если значения периодов i-го и (i+1)-го тонов собственных колебаний здания (сооружения) отличаются менее чем на 10 %, то вместо формулы (2.6) необходимо применять формулу (2.7), позволяющую учитывать взаимную корреляцию обобщенных координат:

(2.7)

где значения коэффициента ρ_і, определяются по таблице 2.9 в зависимости от соотношения пери­одов собственных колебаний сооружения по i-ой и (і+1)-ой формам Т_і+1/Т_і.

Таблица 2.9 - Значения коэффициентов корреляции

Отношение периодов колебаний Т_i+1/T_i (Т_i > Т_і+1)

Коэффициент корреляции ρ_і

1,0

1,0

0,97

0,9

0,95

0,8

0,93

0,7

0,9

0,5

2.3.10 При расчетах по пространственным расчетным схемам необходимо определять сумму учтенных модальных масс, которые для i-й формы собственных колебаний и направления вдоль s-й координатной оси вычисляются по формуле:

, (2.8)

где ;

cos (U_tj , I_s) - косинус угла между перемещением U_tj j-гο узла при собственных колебаниях по i-ой форме и направлением s-й координатной оси I_s (Χ, Υ или Ζ).

Число учитываемых форм собственных колебаний здания при определении сейсмических наг­рузок необходимо принимать из условия, чтобы сумма модальных масс была не менее 85 % полной суммы модальных масс при колебаниях здания в горизонтальном направлении и не менее 75 % этой суммы при колебаниях в вертикальном направлении.

Вычисленные значения усилий, напряжений, перемещений, деформаций определяются по формуле:

, (2.9)

где N_x, N_y, N_z — значения соответствующего параметра при сейсмическом воздействии по оси х, у, z.

Для зданий с равномерным распределением жесткостей и масс по высоте при расчетах на основе консольной схемы (рисунок 2.1,а) число учитываемых форм собственных колебаний следует при­нимать не менее трех, если значение периода первой формы колебаний T₁ ≥ 0,4 с, и учитывать только первую основную форму колебаний, если T₁ < 0,4 с.

Для зданий и сооружений, имеющих неравномерное распределение жесткостей и масс в плане здания и по высоте, сейсмические нагрузки следует определять по пространственной дина­ мической модели (рисунок 2.1, в и приложения В и Г).

При расчете зданий и сооружений длиной или шириной более 30 м, а зданий с несим­метричным планом и до 30 м необходимо учитывать крутильную сейсмическую нагрузку (сейсми­ческий момент).

Значения расчетного сейсмического момента на уровне k-го этажа допускается опреде­лять по формуле:

, (2.10)

где Р_k - значения горизонтальных инерционных сил на уровне к-то этажа;

е_k - фактический эксцентриситет между центром масс и центром жесткостей k-го этажа, но не менее 0,1В, где В - размер здания в направлении, перпендикулярном к действию силы S_ki;

е - дополнительный расчетный эксцентриситет от вращательного движения грунта.

Значение е принимается равным 0,02В; 0,05В; 0,06В при грунтах I, II и III категорий соответ­ственно.

Определение расчетного сейсмического момента может быть выполнено по другой обосно­ванной методике, согласованной со специализированными научными организациями.

2.4 Прямой динамический метод расчета с применением расчетных сейсмических воздействий как функций времени

2.4.1 Прямые динамические расчеты зданий и сооружений следует выполнять с использова­нием расчетных акселерограмм a_i(t) = А_i у_i(t), где i - номер составляющей вектора колебаний; А_i -максимальное значение амплитуды ускорений; y(t) - нормированная на единицу функция, описы­вающая колебание грунта во времени.

Примечание: Величина ускорения колебаний А_о на максимальной горизонтальной составляющей вектора сейсмических движений в точке О, находящейся в сейсмической зоне с интенсивностью I на соответствующей карте общего сейсмического районирования, рассчитывается с помощью формулы:

(2.11)

где d - расстояние от точки О до середины отрезка прямой, проведенной через эту точку так, чтобы длина отрезка D, отсекаемого ограничивающими зону изосейстами, была минимальной. Значение d - положительно, если точка О расположена, относительно середины отрезка в сторону возрастания сейсмической балльности, и отрицательно - в сторону уменьшения; ΔI - приращение сейсмической балльности за счет влияния местных грунтовых условий площадки, полученное при проведении ее сейсмического микрорайонирования.

При проектировании особо важных объектов (перечень объектов утверждается регулирующими органами страны) и объектов повышенной опасности (определяется Законом Украины "Об объектах повышенной опасности" 18.01.2001 г. № 2245-III) в прямых динамических расчетах следует использовать расчетные акселерограммы, построенные для заданной вероятности непре­вышения максимальных сейсмических воздействий, соответствующей карте ОСР. Расчетные аксе­лерограммы строятся на основе инструментальных записей сильных и промежуточных по величине землетрясений, зарегистрированных непосредственно на строительной площадке, либо в условиях, близких к условиям площадки проектируемого здания или сооружения. Величины А_i в этом случае определяются с помощью работ по уточнению сейсмической опасности площадки.

При проектировании нетиповых и ответственных зданий и сооружений в прямых дина­мических расчетах допускается использование синтезированных расчетных акселерограмм, пост­роенных с учетом условий площадки и ее положения, относительно опасных сейсмогенных зон. При отсутствии инструментальных записей для генерации расчетных акселерограмм могут использо­ваться расчетные методы и данные о приращении сейсмической балльности за счет влияния местных грунтовых условий площадки - ΔI, полученные при проведении ее сейсмического микрорайо­нирования.

Примечание: Если сейсмическое микрорайонирование площадки не проводилось, ускорение А_о необходимо определять с учетом возможного изменения сейсмичности площадки за счет влияния мест­ных грунтовых условий согласно 1.1.3 .

2.4.4 При проектировании зданий и сооружений, не привязанных к конкретной площадке, в прямых динамических расчетах рекомендуется использовать пакет трехкомпонентных синтезированных акселерограмм, приведенных в таблице 2.10, которые были построены на основе записей колебаний грунтов, зарегистрированных в разных регионах Украины с помощью цифровых сей- смостанций.

Амплитуды синтезированных акселерограмм в зависимости от сейсмичности площадки (6, 7, 8 и 9 баллов) необходимо умножать во всех случаях при выполнении прямых динамических расчетов зданий и сооружений на масштабный коэффициент К соответственно 0,5; 1,0; 2,0 и 3,3.

2.4.5 Максимальные значения ускорения относятся к горизонтальным составляющим колебаний. При отсутствии инструментальных записей значения вертикальных ускорений основания допускается принимать равными 0,7 от значений горизонтальных ускорений.

2.4.6 При проведении прямых динамических расчетов с использованием набора синтезированных акселерограмм по таблице 2.10 необходимо принимать в качестве расчетных акселеро­граммы, преобладающие периоды которых близки к периодам собственных колебаний здания по первой форме.

Таблица 2.10 - Рекомендуемые трехкомпонентные синтезированные акселерограммы

Шифр акселерограммы

Диапазон преобладающих периодов Т_пр, с

Vb1r Vb1t Vb1z

0,1-0,3

0,1-0,3

0,1-0,3

Vb2r Vb2t Vb2z

0,2-0,4

0,3-0,5

0,3-0,9

Vb3r Vb3t Vb3z

0,4-0,7

0,4-0,7

0,2-0,4

Vb4r Vb4t Vb4z

0,2-0,3

0,6-0,9

0,7-0,9

Vb5r Vb5t Vb5z

0,3-0,7

0,2-0,7

0,6-0,8

Vb6r Vb6t Vb6z

0,9-1,5

0,5-1,4

0,5-0,9

Vb7r Vb7t Vb7z

1,0-1,7

1,0-1,7

1,0-1,7

Vb8r Vb8t Vb8z