2.3 Спектральний метод розрахунку
2.3.1 При визначенні розрахункових значень горизонтальних сейсмічних навантажень на будівлі та споруди висотою Н, яка перевищує у два і більше разів її ширину В і довжину L допускається приймати розрахункову схему (рисунок 2.1,а) у вигляді багатомасового пружно-деформованого консольного стрижня, жорстко закріпленого на основі, який несе зосереджені маси вагою Qk, розташовані на рівні перекриттів, і здійснює коливальний рух за одним із напрямків (х або у).
При ширині будівлі В, яка в три і більше разів менша від двох інших її розмірів (Н і L), допускається приймати розрахункову схему (рисунок 2.1,6) у вигляді багатомасового пружно-деформованої перехресної системи із зосередженими у вузлах масами, розташованими на рівні перекриттів.
Як правило, рекомендується використовувати просторові розрахункові динамічні моделі із зосередженими у вузлах масами (рисунок 2.1,в).
а - у вигляді багатомасового консольного стрижня; б - увигляді багатомасової перехресної системи; в - у вигляді просторової динамічної моделі
Рисунок 2.1- Розрахункові схеми будівель і споруд
Розрахункове значення горизонтального сейсмічного навантаження Ski, прикладеного до точки k і яке відповідає і-ій формі власних коливань будівлі або споруди, треба визначати за формулою:
, (2.1)
де k1 - коефіцієнт, що враховує непружні деформації і локальні пошкодження елементів будівлі і приймається за таблицею 2.3;
k2 - коефіцієнт відповідальності споруди, приймається за таблицею 2.4;
k3 - коефіцієнт, що враховує поверховість будівлі більше 5 поверхів, визначається за формулою:
,(2.2)
де n - кількість поверхів в будівлі. Максимальне значення k3 приймається не більше 2,0 (в тому числі для рамних, рамно-в'язевих и в'язевих систем), а для стінових и каркасно-стінових конструктивних систем - не більше 1,8;
Soki - горизонтальне сейсмічне навантаження за і-ою формою власних коливань споруди, що визначається у припущенні пружного деформування конструкцій за формулою:
, (2.3)
де Qk - навантаження, що відповідає масі, прийнятій у якості зосередженої у точці k і визначається з урахуванням коефіцієнтів згідно з 2.1.1.
а0 - відносне прискорення ґрунту, яке приймається рівним 0,05; 0,1; 0,2 і 0,4 відповідно для районів сейсмічністю 6, 7, 8 і 9 балів; при використанні карт А і В, - в залежності від розрахункових значень а0 згідно з таблицею 2.5;
kгр - коефіцієнт, що враховує нелінійне деформування ґрунтів, вводиться, якщо визначення сейсмічності майданчика виконане на основі матеріалів інженерно-геологічних вишукувань відповідно до таблиці 1.1, і приймається за таблицею 2.6;
βі - спектральний коефіцієнт динамічності, що відповідає і-ій формі власних коливань будівлі або споруди; приймається відповідно до 2.3.2;
ηki - коефіцієнт, що залежить від форми власних коливань будівлі або споруди і від місця розташування навантаження (рисунок 2.1); визначається за формулою:
а) для консольної розрахункової схеми:
, (2.4)
де Ui (zk) і Ui (zj) - переміщення будівлі або споруди при власних коливаннях за і-ю формою;
n - число зосереджених навантажень;
б) для перехресної та просторової розрахункових схем:
, (2.5)
де cos (Uki ,U0) - косинуси кутів між напрямками переміщення Uki і вектора сейсмічної дії U0.
Таблиця 2.3 - Коефіцієнт k1, що враховує непружні деформації та локальні пошкодження елементів будівель
|
Ч.ч. |
Конструктивні рішення систем і несучих елементів |
Значення k1 при сейсмічності майданчика, балів |
||
|
|
|
6 |
7-8 |
9 |
|
1 |
Споруди, в яких пошкодження або непружні деформації не допускаються, а також при визначенні додаткових моментів від вертикальних навантажень (див. 2.3.6,, 2.3.7) |
1,0 |
||
|
2 |
Будівлі і споруди, в конструкціях яких можуть бути допущені залишкові деформації та пошкодження, що утруднюють нормальну експлуатацію при забезпеченні безпеки людей і збереженні обладнання, які зводяться: |
0,25 |
|
|
|
|
- зі сталевим каркасом; |
|
0,25 |
0,3 |
|
|
- із залізобетонним каркасом без вертикальних діафрагм або ядер жорсткості; |
|
0,35 |
0,45 |
|
|
- із залізобетонним каркасом з вертикальними діафрагмами або ядрами жорсткості; |
|
0,3 |
0,4 |
|
|
- зі стінами з монолітного залізобетону та з великих залізобетонних панелей; |
|
0,25 |
0,35 |
|
|
- з несучими стінами із крупних блоків і каркасно-кам'яними; |
|
0,35 |
0,4 |
|
|
- з несучими стінами з кам'яної або цегляної кладки; |
|
0,4 |
0,45 |
|
|
- на несучих опорах систем сейсмоізоляції *) |
|
0,6 |
0,7 |
|
3 |
Елементи будівель, що розраховуються на "місцеві" сейсмічні навантаження (заповнення каркасів і перегородки при розрахунках із площини, парапети, козирки тощо) |
0,4 |
0,5 |
0,55 |
|
4 |
Будівлі і споруди, в конструкціях яких можуть бути допущені значні залишкові деформації, тріщини, пошкодження окремих елементів, їх зміщення, що тимчасово призупиняє нормальну експлуатацію при забезпеченні безпеки людей |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
|
*) При розрахунку вище розташованих поверхів значення k1 приймається у відповідності з конструктивними рішеннями цих поверхів. |
Таблиця 2.4 - Коефіцієнт відповідальності споруд k2
|
Ч.ч. |
Характеристика споруд |
Значення k2 |
|
1 |
Особливо відповідальні та унікальні споруди, в тому числі виробничі корпуси, складські будівлі хімічної промисловості з токсичними і отруйними речовинами, вибухонебезпечні корпуси хіміко-фармацевтичної промисловості і споруди нафтохімічної промисловості |
1,5 |
|
2 |
Споруди з одночасним перебуванням великої кількості людей (великі вокзали, аеропорти, театри, цирки, музеї, виставкові і концертні зали з числом місць більше 1000 чоловік, криті ринки та стадіони) Будівлі та споруди, функціонування яких необхідне при землетрусі або при ліквідації його наслідків (системи енерго- і водозабезпечення, системи пожежогасіння, телефонного і телеграфного зв'язків, виробничі корпуси важкої промисловості з безперервним циклом роботи, банки, державні і місцеві адміністративні органи тощо) |
1,4 |
|
3 |
Будівлі і споруди лікарень на 100 ліжок и більше, пологових будинків, акушерських корпусів, станцій швидкої допомоги, шкіл, дитячих садків, вищих навчальних закладів, магістральних залізниць і автомобільних доріг та штучних споруд транспорту |
1,3 |
|
4 |
Будівлі готелів, спальних корпусів закладів відпочинку на 250 місць і більше |
1,2 |
|
5 |
Висотні споруди невеликих у плані розмірів (башти, щогли, димові труби, шахти ліфтів, що стоять окремо, тощо) при відношенні висоти споруди Н до її ширини В, що дорівнює або більше 5, і великопрогонові споруди (L≥30 м) |
1,4 |
|
6 |
Каркасні будівлі, стінове заповнення яких не впливає на їх деформативність, при відношенні висоти стояків h до їх поперечного розміру b в напрямку дії сейсмічного навантаження, що дорівнює або більше 25 |
1,4 |
|
7 |
Те саме, але при hlb, що дорівнює або менше 15 |
1,0 |
|
8 |
Житлові, громадські та виробничі будівлі, що не вказані у пп. 1-7 |
1,0 |
|
9 |
Будівлі та споруди, руйнування яких не пов'язано із загибеллю людей, втратою матеріальних і культурних цінностей і не викликає припинення безперервних технологічних процесів або забруднення навколишнього середовища (склади, кранові та ремонтні естакади, підприємства торгівлі і побутового обслуговування з терміном служби не більше 20 років, невеликі майстерні, тимчасові будівлі та споруди, торговельні павільйони тощо) |
0,5 |
|
Примітка 1. Об'єкти за п. 1 затверджуються регуляторними органами держави. Примітка 2. При проміжних значеннях h/b значення k2 приймається за інтерполяцією. Примітка 3. Коефіцієнт k2 повинен прийматися тільки один раз для будівель, вказаних в пп. 3, 4, 5. Примітка 4. При використанні карти А0 для маловідповідальних будівель і споруд (п. 8) значення коефіцієнта k2 приймається 1,0. |
Таблиця 2.5 - Значення відносних прискорень а0 для даного майданчика (населеного пункту) залежно від сполучень розрахункової сейсмічної інтенсивності на картах А і В
|
Номер сполучення |
Інтенсивність за картами, бали шкали MSK-64 |
Розрахункові значення а0 |
|
|
|
А |
В |
|
|
1 |
6 |
6 |
0,05 |
|
2 |
6 |
7 |
0,08 |
|
3 |
7 |
7 |
0,10 |
|
4 |
7 |
8 |
0,15 |
|
5 |
8 |
8 |
0,20 |
|
6 |
8 |
9 |
0,30 |
|
7 |
9 |
9 |
0,40 |
Таблиця 2.6 - Значення коефіцієнта kгр, який враховує нелінійне деформування ґрунту при інтенсивних сейсмічних коливаннях
|
Категорія ґрунту |
Сейсмічність майданчика будівництва в балах |
|||
|
|
6 |
7 |
8 |
9 |
|
І |
1,0 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
|
II |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
|
III |
1,0 |
0,8 |
0,75 |
0,7 |
|
IV |
За даними спеціальних досліджень |
2.3.2 Значення спектрального коефіцієнта динамічності β,·, що залежать від категорії ґрунту за сейсмічними властивостями (таблиця 1.1) і від періоду і-го тону власних коливань споруди, визначаються за графіками (рисунок 2.2) або за таблицею 2.7.
Рисунок 2.2 - Значення спектрального коефіцієнта динамічності βi, в залежності від категорії (І-ІІІ) ґрунту за сейсмічними властивостями
Таблиця 2.7 - Значення коефіцієнта βi
|
Категорія ґрунтів за сейсмічними властивостями |
Ділянка графіка ??i при значенні Тi |
Значення ??i або формула для розрахунку ??i (Тi) |
|
I |
При Тi ?? 0,1c |
1+15 Тi |
|
|
При 0,1c< Тi ?? 0,4c |
2,5 |
|
|
При Тi > 0,4c |
1,35/Тi2/3 |
|
II |
При Тi ?? 0,1c |
1+15 Тi |
|
|
При 0,1c < Тi ?? 0,6c |
2,5 |
|
|
При Тi > 0,6c |
1,8/Тi2/3 |
|
III |
При Тi ?? 0,1c |
1+15 Тi |
|
|
При 0,1c < Тi ?? 1,2c |
2,5 |
|
|
При Тi > 1,2c |
3/Тi |
|
IV |
За результатами спеціальних досліджень |
|
|
Примітка. Значення коефіцієнтів ??i належить приймати не менше 0,8 і не більше 2,5. |
