БАЗА ЗНАНИЙ
Задать вопрос
 

Особенности расчёта промышленных зданий на сейсмические воздействия

Теоретические основы

При сейсмических воздействиях происходят возмущения земной коры, что приводит к колебаниям основания, на котором возведено здание. Это, в свою очередь, вызывает инерционные силы в каркасе здании или сооружения, которые приводят к возникновению дополнительных внутренних усилий в конструкциях. В рамках данной статьи рассмотрена методика расчёта одноэтажного промышленного здания на сейсмические воздействия.

Динамическая схема рамы одноэтажного промышленного здания

Расчёт одноэтажного промышленного здания начинается как правило, с расчёта плоской рамы, состоящей из стоек (колонн) и ригелей (ферм). Направление сейсмического воздействия для каждой конструкции следует выбирать таким образом, чтобы, вызываемые этим воздействием внутренние усилия были бы максимальными.

Для определения самого невыгодного направления воздействия, следует определить формы свободных колебаний сооружения, по направлениям этих колебаний следует приложить сейсмические силы.

Для того, чтобы найти периоды и формы собственных колебаний сооружения, необходимо выяснить его динамическую схему. Динамическая расчётная схема, изображаемая обычно в виде консольной системы, должна представлять распределённые массы по высоте сооружения и жёсткость основных конструкций, определяющих его деформацию в плоскости колебаний. Обычно в динамических расчётных схемах сооружений массу принимают сосредоточенной в отдельных точках, расположение которых может, в частности, определяться уровнями сосредоточенных нагрузок.

Согласно Инструкции по определению расчётной сейсмической нагрузки для зданий и сооружений, динамическая схема рамы одноэтажного промышленного здания представляет собой консоль с жёсткостью равной жёсткости колонн. Массы в динамической схеме здания сосредоточены в месте опирания ригелей, кранов и подкрановых балок.

Промздание_сейсмика_01
Приведение конструктивной схемы одноэтажного промышленного здания к динамической схеме

При решении плоской задачи, свободные колебания такой системы, как правило, направлены по горизонтали, соответственно и направление сейсмического воздействия следует принимать по направлению колебаний масс системы.

Подготовка расчётной модели рамы одноэтажного промышленного здания к расчёту на сейсмические воздействия в ЛИРА САПР

Подготовка исходных данных для расчёта на сейсмическое воздействие в ЛИРА САПР состоит из двух этапов:

  1. Формирование данных динамического загружения;
  2. Учёт масс для динамики;

Перед созданием динамических загружений необходимо убедиться в том, что созданы все необходимые статические загружения, из которых будут формироваться массы для определения форм колебаний.

Формирование данных динамического загружения (Сейсмика СП 14.13330.2014 модуль 56)

Для создания сейсмического загружения необходимо вызвать окно задания характеристик для расчёта на динамические воздействия.

Совет. Перед тем, как открыть таблицу динамических загружений, откройте редактор загружений.
Промздание_сейсмика_02

В открывшемся окне следует выбрать номер строки характеристик, номер загружения, наименование воздействия, количество учитываемых форм колебаний, вид матрицы масс.

Промздание_сейсмика_03
Важно: номер загружения сейсмического воздействия должен быть индивидуальным и занимать отдельную строчку.
Выбор наименования воздействия производится исходя из того, под действие каких нормативных документов попадает площадка для строительства.

Нажатие на кнопку «Параметры» откроет окно редактирования параметров сейсмического воздействия.

Промздание_сейсмика_04

На данном этапе необходимо ввести следующие данные:

  1. Поправочный коэффициент для сейсмических сил. По умолчанию равен 1. Служит для корректировки значения сейсмических воздействий. При необходимости увеличить значение по сравнению с вычисленным по нормам, следует ввести значение больше 1.
  2. Тип сооружения. Содержит следующие строчки (1 – жилые, 2 – транспортные, 3 – гидротехнические, мостовые);
  3. Категория грунта. Служит учёта характеристик сейсмических свойств грунтов по таблице 1 СП 14.13330.2014. Принимается по результатам инженерно-геологических изысканий;
  4. Ускорение грунта. Непосредственно влияет на величину сейсмических сил, которые будут определены в ходе динамического расчёта. Принимается по п. 5.5, СП 14.13330.2014 в зависимости от сейсмичности района строительства;
  5. Коэффициент ответственности сооружения К0. Принимается в зависимости от уровня ответственности здания или сооружения по таблице 3 СП 14.13330.2014;
  6. Коэффициент учёта допускаемых повреждений К1. Принимается в зависимости от конструктивной схемы здания по таблице 4 СП 14.13330.2014;
  7. Коэффициент рассеивания энергии К пси. Принимается в зависимости от характеристики здания или сооружения по таблице 5 СП 14.13330.2014;
  8. Для типа сооружений 1 задать отношение максимального вертикального ускорения грунта к горизонтальному;
  9. Направляющие косинусы равнодействующих сейсмических воздействия. Направление сейсмического воздействия должно быть выбрано по направлению колебания массы в динамической схеме. Как задать направление при помощи косинусов смотреть здесь https://rflira.ru/kb/105/655/

Нажатие на кнопку «график» откроет окно, в котором отображается график коэффициента динамичности β(T) для сейсмического воздействия. График служит для информации, никаких данных в этом окне вводить не нужно.

Дополнительные требования к заданию направления сейсмического воздействия приведены в п 5.3, 5.4, 5.5 СП 14.13330.2014;

Учёт масс для динамики

Для открытия окна учёта масс для динамических нагрузок, следует нажать на кнопку «Учёт статических загружений».

Совет. Как и в прошлом случае, перед открытием окна учёта статических загружений следует открыть окно редактора загружений.
Промздание_сейсмика_05

В открывшемся окне задаются следующие параметры:

  1. Способ формирования матрицы масс;
  2. Номер динамического загружения. Здесь следует указать номер того динамического загружения, для которого собираются массы;
  3. Номер соответствующего статического загуржения – того, из которого будут собираться массы;
  4. Коэффициент преобразования. Для сейсмических воздействий принимается по таблице 2 СП 14.13330.2014;
Дополнительные требования к учёту статических загружений приведены в п 5.1 СП 14.13330.2014;
Промздание_сейсмика_06

После выполнения всех вышеуказанных действий программа сформирует динамическое загружение.

Промздание_сейсмика_07
Расчётная модель одноэтажного промышленного здания. Активно динамическое загружение

Расчёт и анализ результатов

После выполнения статического расчёта следует выполнить анализ результатов, в ходе которого необходимо проверить следующее:

  1. Просмотреть формы колебаний;
  2. Просмотреть периоды колебаний высших форм;
  3. Определить модальные массы, которые набирают высшие формы колебаний;

При просмотре форм колебаний следует проводить анализ по динамическому загружению. Алгоритм действий для показа форм колебаний программой дан здесь https://rflira.ru/kb/101/141/. Необходимо убедиться, что по первой форме колебаний, конструкции сооружения перемещаются в направлении сейсмического воздействия.

Промздание_сейсмика_08
Анализ форм колебаний. Активна первая форма. Включена мозаика относительных перемещений по Х

Если при визуальном осмотре высших форм колебаний выявлено, что перемещения конструкций отличаются от направления сейсмического воздействия, или колеблются небольшие, но наиболее гибкие его части, то необходимо произвести «Конденсацию масс» (см. статью https://rflira.ru/kb/105/650/).

Если результаты визуального анализе форм колебаний удовлетворительны, то следует переходить к просмотру таблиц с периодами колебаний и модальными массами. О том, что это такое и как можно получить информацию об этих результатах рассказано здесь https://rflira.ru/kb/105/651/

Промздание_сейсмика_09
Окно стандартной таблицы периодов колебаний рассматриваемого примера

РСУ при сейсмических воздействиях

При составлении таблицы РСУ сейсмическому загружению должен быть присвоен соответствующий вид (сейсмическое), должен быть включён учёт знакопеременноси нагрузки и выключен учёт нагрузки при расчёте по II предельному состоянию.

Промздание_сейсмика_10
Окно таблицы РСУ с сейсмической нагрузкой. Выделен столбец особого сочетания

Сейсмические загружения учитываются в особых сочетаниях загружений, включающих сейсмику. В таблице РСУ, при выбранных строительных нормах СП 20.13330.2016 в столбце с особыми сочетаниями загружения вида Постоянное, Длительное, Кратковременное, автоматически умножаются на коэффициенты 0.9, 0.8 и 0.5 соответственно. Коэффициенты приняты по таблице 2 СП 14.13330.2014.

На этапе конструирования программа проанализирует все возможные НДС расчётной модели с учётом сейсмики и без неё, по результатам этого анализа будут выявлены наихудшие сочетания нагрузок, на которые соответственно будет выполняться проверка стальных сечений и подбор арматуры в железобетонных конструкциях.