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 Хk, 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) Uk и перекосы этажей (отношение разности горизонтальных
перемещении верха и низа k-го этажа к его высоте) определяются от действия
сейсмических нагрузок Ski 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 Δk |
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 Np - усилия, напряжения или иные силовые факторы в элементах конструкций от сейсмической нагрузки;
Ni - 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 ρі, определяются по таблице 2.9 в зависимости от соотношения периодов собственных колебаний сооружения по i-ой и (і+1)-ой формам Ті+1/Ті.
Таблица 2.9 - Значения коэффициентов корреляции
Отношение периодов колебаний Тi+1/Ti(Тi> Ті+1) |
Коэффициент корреляции ρі |
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 (Utj, Is) - косинус угла между перемещением Utjj-гο узла при собственных колебаниях по i-ой форме и направлением s-й координатной оси Is (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 Nx, Ny, Nz— 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 Рk - значения горизонтальных инерционных сил на уровне к-то этажа;
еk - 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 Ski;
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 ai(t) = Аiуi(t), где i - номер составляющей вектора колебаний; Аi-максимальное значение амплитуды ускорений; y(t) - нормированная на единицу функция, описывающая колебание грунта во времени.
Примечание: Величина ускорения колебаний Ао 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 Аi 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 Ао 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 Тпр, 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 |
1,1-2,0 |
1,1-2,0 |
|
0,4-1,0 |
|
Приложение 1. r, t, z - соответственно компоненты горизонтальная радиальная (направление площадка -очаг землетрясения), горизонтальная тангенциальная (перпендикулярная к радиальной) и вертикальная. Примечание 2. Набор акселерограмм с указанием их основных параметров (длительность, шаг дискретизации и др.) прилагается на электронном носителе. |
Значения сейсмических нагрузок, перемещений и деформаций конструкций следует определять с учетом особенностей нелинейного деформирования конструкций.
При раздельном использовании в расчетах зданий и сооружений на действие горизонтальных и вертикальных компонент акселелограмм следует принимать наиболее опасные направления сейсмических воздействий.
Прямые динамические расчеты зданий с системами сейсмоизоляции, с адаптивными системами сейсмозащиты (включающимися и выключающимися связями), динамическими гасителями
колебаний, демпфирующими устройствами и другими сейсмозащитными элементами следует выполнять при научном сопровождении и при участии организаций, имеющих лицензию на выполнение
такого вида работ.
2.4.10 При оценке сейсмостойкости и расчетах крепления оборудования, установленного на
перекрытиях здания или сооружения, а также при определении сейсмических нагрузок на стальные
конструкции верхних надстроенных этажей необходимо выполнять расчет поэтажных акселерограмм
и поэтажных спектров ответа.