АНАЛИЗ СЕЙСМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА 16-ЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМ И СПЕКТРАЛЬНЫМ МЕТОДАМИ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты сейсмического расчета 16-этажного жилого здания, расположенного в г. Ташкенте (сейсмичность 8 баллов), выполненного в программном комплексе ЛИРА САПР 2022. Для анализа использованы два метода: динамический метод на основе синтезированной акселерограммы и спектральный метод согласно КМК 2.01.03-19. Проведено сравнение периодов собственных колебаний и максимальных перемещений здания. Полученные результаты показали, что значения перемещений по динамическому методу меньше, чем по спектральному. Авторы рекомендуют при проектировании учитывать результаты спектрального метода, так как они обеспечивают большую надежность конструкции.

ABSTRACT

The article presents the results of the seismic calculation of a 16-story residential building located in the city of Tashkent (seismicity 8 points), performed in the LIRA SAPR 2022 software complex. Two methods were used for analysis: the dynamic method based on the synthesized accelerogram and the spectral method according to KMK 2.01.03-19. A comparison of the periods of natural vibrations and the maximum displacements of the building was carried out. The obtained results showed that the displacement values for the dynamic method are less than for the spectral method. The authors recommend considering the results of the spectral method when designing, as they ensure greater reliability of the structure.

Ключевые слова: сейсмический расчет, динамический метод, спектральный метод, многоквартирное здание, ЛИРА САПР 2022, Строительство в сейсмических районах, акселерограммы.

Keywords: seismic calculation, dynamic method, spectral method, multi-apartment building, LIRA SAPR 2022, Construction in seismic areas, accelerograms.

Введение. В условиях высокой сейсмической активности Узбекистана, особенно в городе Ташкент, вопросы проектирования и расчета многоэтажных зданий на сейсмические воздействия являются исключительно актуальными.Для оценки работы зданий под воздействием землетрясений применяются различные расчетные методы, среди которых особое место занимают динамический и спектральный методы.

Динамический метод основан на непосредственном интегрировании уравнений движения системы во времени с использованием акселерограмм реальных или синтезированных землетрясений. Метод начал активно развиваться во второй половине XX века, когда появились возможности для численного моделирования на ЭВМ. Основоположниками можно считать работы Нюмана, Ньюмарка и Хауснера, которые заложили основы применения акселерограмм для сейсмического расчета.

Спектральный метод является более упрощенным, так как основан на использовании расчетных спектров отклика. Теоретическую базу метода развили Г. Хауснер (1959), Н. Ньюмарк и Р. Розенблюет. В б. СССР метод получил широкое применение в 1970–80-е годы и был закреплен в нормативных документах. В Узбекистане данный метод регламентируется КМК 2.01.03-19. Преимущество спектрального метода заключается в относительной простоте применения и возможности учета большого числа форм колебаний с использованием модального подхода.

Согласно КМК 2.01.03-19 «Строительство в сейсмических районах», при расчете зданий (сооружений) на сейсмические воздействия:

а) допускается применение динамического метода расчета на реальные или синтезированные сейсмические воздействия, характерные для строительной площадки;

б) в соответствии с пунктом 2.13 можно использовать спектральный метод расчета на сейсмические (условно-статические) нагрузки, определяемые для идеально упругих систем.

При проектировании зданий (сооружений) высотой более 40 м, а также объектов массового строительства высотой до 40 м, имеющих принципиально новые конструктивные решения, рекомендуется применять динамический метод расчета согласно пункту 2.6 а). Выбор конструктивных систем зданий, проектирование и расчет на реальные или синтезированные сейсмические воздействия должны выполняться с участием специализированных научно-исследовательских организаций в области строительства сейсмостойких зданий.

При использовании динамического метода расчета сейсмические воздействия для отдельных районов принимаются по таблице 1. Для приведения ускорения к заданной сейсмичности амплитудные значения акселерограммы умножаются на нормирующий параметр η. Кроме того, расчетные ускорения колебаний грунта должны определяться с учетом категории ответственности проектируемого здания (сооружения) и интервала повторяемости землетрясений. При этом амплитуды ускорений акселерограммы, соответствующие заданной сейсмичности, корректируются с введением коэффициента ответственности К_о и коэффициента повторяемости К_п. [1]

Таблица 1.

Значения нормирующего параметра η

Объект исследования

Объектом исследования является строительство жилого дома с гостиничным комплексом по адресу: г. Ташкент, Янгихаятский район, Чоштепа МСГ, ул. Чоштепа, дом 215 (блок 5). Здание состоит из 16 надземных этажей и 2 подземных этажей. Общая высота здания составляет 51,2 м, высота одного этажа – 3,2 м.

Конструктивное решение подземной и надземной частей здания представляет собой монолитные железобетонные стены и перекрытие, относящийся к пункту 2."а" монолитные железобетонные стены, таблицы 3.1 КМК 2.01.03-2019.

Фундамент — сплошная монолитная железобетонная плита из бетона класса B25.Несущие стены - монолитные железобетонные. Толщина 300 мм; 250 мм; 200 мм; из бетона кл.В30 и В25.

Рисунок 1. Опалубочный план стен и разрез здании

Перекрытия - монолитные железобетонные. Толщина 150 мм из бетона кл. В25.  Ограждающие стены - Газоблока наружные толщиной 200 мм, План здания имеет угловую, нерегулярную форму. Сейсмичность района строительства – 8 баллов.

Рисунок 2. Пространственная расчетная модель здания

Методика расчета

Расчеты выполнены в ПК ЛИРА САПР 2022 с использованием линейного метода анализа. Были применены два подхода:

Динамический метод – расчет с использованием синтезированной акселерограммы, что позволяет получить перемещения и усилия во времени.

Для генерирования синтетических акселерограмм использована программа SeismoArtif компании Seismosoft. Предварительно рассчитываются спектральные ускорения, которые вводятся в эту программу, затем рассчитывается синтетическая акслерограмма.

Рисунок 3. Акселерограмма для вероятности 90% По нормативным картам общего сейсмического районирования  Республики Узбекистан ОСР-2017 исходная сейсмичность строительной площадки составляет I=8 баллов по шкале MSК-64

• Спектральный метод – расчет по нормативному спектру отклика в соответствии с КМК 2.01.03-19. Метод основан на модальном анализе.

Рисунок 4. Спектральные амплитуды ускорений колебаний грунта на площадке строительства Объекта, отвечающие различным периодам повторения сотрясений: Т=475 лет (Р=0.9)

По результатам анализа инженерно-геологических условий и инструментальных сейсмологических измерений, проведенных непосредственно на строительной площадке, установлено, что грунты под площадкой строительства относятся к II категории по сейсмическим свойствам.

Расчетная сейсмичность строительной площадки составляет I=8 баллов по шкале MSК-64.

Результаты расчета. По результатам расчетов были получены следующие значения периодов собственных колебаний и максимальных перемещений:

Таблица 2.

Данные для графиков

Рисунок 1. Сравнение максимальных перемещений здания

Рисунок 2. Сравнение периодов колебаний здания

Обсуждение результатов.

Сравнительный анализ показал, что значения периодов колебаний по обоим методам практически совпадают (1,73–1,84с). Однако перемещения по спектральному методу существенно выше, чем по динамическому. Например, в направлении Y перемещение по спектральному методу составило 271 мм, в то время как по динамическому методу – 132 мм. Это объясняется тем, что спектральный метод учитывает расчетный спектр, который задается с запасом надежности.

Выводы:

1. Оба метода дают близкие значения периодов собственных колебаний здания.

2. Максимальные перемещения по динамическому методу оказались меньше, чем по спектральному.

3. Усилия и армирование, рассчитанные по динамическому методу, будут меньше, что может привести к недооценке требуемой несущей способности.

4. С учетом безопасности рекомендуется принимать армирование по спектральному методу, который дает более консервативные результаты.

Список литературы:

1. КМК 2.01.03-19 «Строительство в сейсмических районах». – Ташкент, 2019.
2. Chopra A.K. Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering. – Prentice Hall, 2017.
3. Newmark N.M., Rosenblueth E. Fundamentals of Earthquake Engineering. – Prentice-Hall, 1971.
4. Housner G.W. Spectrum intensities of strong-motion earthquakes. – Bulletin of the Seismological Society of America, 1959.
5. Лира-САПР: Руководство пользователя. – Москва, 2022.