Конструкции зданий с уменьшающимся объемом по высоте
Конструкция с уменьшающимся объемом (свертка) подразумевает, что верхняя часть здания в плане уменьшается по отношению к нижней. Жесткость в этом месте уменьшается, что влияет на сейсмостойкость здания.
Экспериментальные исследования на сейсмическое воздействие с использованием виброплощадки
- Экспериментальные исследования Чжухайского информационного зданий
Экспериментальными исследованиями подтверждено влияние уменьшения объема конструкции на сейсмостойкость здания. Чжухайское информационное здание - это каркасная конструкция с диафрагмами жесткости высотой 25 этажей с увеличенной 3-этажной стилобаШой частью. Главное здание и три нижних этажа расположены с эксцентриситетом в плане, 13-й этаж - переходный, в верхней части происходит уменьшение объема каркаса.
Во время эксперимента применяли три сейсмических волны: вводились P-волны (первые), S-волны (вторые) и поверхностные L-волны. При 7-балльном большом сейсмическом воздействии, 7-балльном среднем сейсмическом воздействии, 7-балльном слабом сейсмическом воздействии наблюдались следующие явления.
Над переходным этажом и верхней частью сначала появляются трещины, при больших сейсмических воздействиях выше переходного этажа происходили крупные разрушения. Из-за эксцентриситета между главным зданием и нижними этажами в стыковых элементах появлялись большие трещины.
Картина трещин модели (разрез с северной стороны)
- Информация по сейсмическим воздействиям в Кобе (Япония)
Последствия землетрясений в Кобе подтверждают снижение сейсмостойкости здания при уменьшении объемов по высоте.
В качестве примера рассмотрено 5-этажное здание. Площадь нижнего этажа в этом здании больше площади типовых этажей. В здании также уменьшены стены-диафрагмы. В результате этого при сейсмическом воздействии разрушились колонны на 2-м этаже.
Трещины в перекрытиях стилобатной части
С помощью программы SAP200 была рассчитана рассматриваемая конструкцию на сейсмические воздействия. Конструкция каркасная, размер в плане первого этажа 5x8 м, высота этажа 4,5 м; размер в плане верхней части 5x7 м, высота этажа - 3 м.
В конструкции использованы сталежелезобетонные колонны, на 1-м и 2-м этажах размещены торгово-офисные помещения с большими площадями. Верхние этажи - жилые. От сейсмического воздействия в сечениях колонн 3-го этажа появились горизонтальные перемещения, защитный слой бетона выкрошился, в некоторых колоннах выдавились двутавры.
В других подобных зданиях с уменьшающимся объемом по высоте также появлялись крупные разрушения. Из-за различного расположения центров тяжести конструкций по разным осям в рассматриваемых зданиях при сейсмическом воздействии происходило обрушение целых этажей.
Обрушение этажей в здании с уменьшающимся объемом по высоте - схема
Анализ сейсмических бедствий и экспериментальные исследования зданий с помощью виброплиты показали, что конструкции зданий с уменьшающимся объемом по высоте плохо сопротивляется сейсмическим воздействиям. Для тщательного исследования этих примеров и изучения сейсмических воздействий на такие конструкции были, проведены расчеты, эксперименты с виброплитой, а также был сделан анализ сейсмических бедствий.
- Экспериментальные исследования Чжухайского информационного здания с использованием виброплиты
Для экспериментальных исследований Чжухэйского информационного здания предварительно были .проведены расчеты с помощью программы SAP2000 с исходными размерами, аналогичными экспериментальной модели. В ходе расчета определены вертикальное и горизонтальное сейсмические воздействия, проведены необходимые статические расчеты и анализ временной упругости.
Расчетная модель по программе SAP2000 показана на рисунке ниже. Сравнение результатов расчета и экспериментальных данных приведено в таблицах.
Расчетная модель здания по программе SAP2000
Период собственных колебаний по оси x
|
Т1 |
Т2 |
|
|
Экспериментальное значение |
2,33 |
0,71 |
|
Расчетное значение |
2,07 |
0,56 |
Период собственных колебаний по оси y
|
Т1 |
т2 |
|
|
Экспериментальное значение |
1,94 |
0,49 |
|
Расчетное значение |
1,94 |
0,48 |
Собственные колебания приближенно вычислены по упругой стадии работы конструкций. Из приведенных данных видно, что в упругой стадии период собственных колебаний совпадает с экспериментальными данными. Таким образом, для анализа экспериментальных данных можно использовать результаты расчета по упругой стадии.
Анализируя результаты расчета усилий в сечениях колонн верхней части модели, установлено, что в месте перепада объемов происходит мгновенное изменение (скачок) изгибающих моментов и поперечных сил. Продольная сила в сечении колонны 14-го этажа намного больше продольной силы в сечении колонны 15-го этажа. В тоже время, при проектировании армирование этих элементов заложено почти одинаковое. Поэтому при сейсмическом воздействии вначале разрушаются конструкции в месте уменьшения объема. Если при проектировании не обеспечена достаточная пластичность элементов конструкций, то при сейсмическом воздействии происходят крупные разрушения и даже обрушения.
Огибающие эпюры внутренних сил во внешнем каркасе
