Основные положения и принципы сейсмостойкого проектирования
- При проектировании в сейсмических районах для каркасной системы с ядром жесткости конструирование усиленного этажа с большой жесткостью должно выполняться крайне внимательно. Применение усиленного этажа может уменьшить общие горизонтальные перемещения здания, но привести к резкому изменению жесткости. В результате этого резко увеличиваются внутренние усилия в несущих элементах каркаса здания и легко образуются ослабленные этажи.
- При проектировании сейсмостойкой каркасной системы с ядром жесткости целесообразно принимать вариант усиленного этажа с ограниченной жесткостью. Такая конструкция устраняет нехватку жесткости до минимально требуемых по нормам проектирования значений. Цель усиленного этажа с ограниченной жесткостью - уменьшить скачок жесткости конструкции и внутренних усилий.
- Горизонтальный консольный элемент усиленного этажа удобно устанавливать между стволом ядра жесткости и колоннами внешнего каркаса. При расположении этих элементов в плане необходимо обратить внимание на то, чтобы они соединялись с углом внутреннего ядра жесткости, и качественно производилась анкеровка арматуры консоли. Для уменьшения перемещений конструкции в усиленном этаже вдоль внешнего каркаса необходимо устанавливать пояса жесткости. Применение горизонтальных консольных элементов и поясов жесткости не ведет к явному повышению монолитности конструкции здания, но поперечная сила и момент, которые воспринимаются горизонтальным консольным элементом, оказывают влияние на жесткость перекрытий усиленного этажа. При сейсмостойком проектировании, если конструкция здания позволяет, по высоте можно установить несколько (два-три) усиленных этажа, стараясь при этом уменьшить жесткость каждого усиленного этажа.
- После проектирования усиленного этажа необходимо обратить внимание на обеспечение прочности колонн внешнего каркаса, устанавливаемых выше и ниже усиленного этажа. Можно принимать железобетонные колонны с замкнутыми хомутами. Горизонтальные консольные элементы и окружающие пояса усиленного этажа с ограниченной жесткостью должны проектироваться в виде каркаса. Например, если в проекте приняты сплошные балки, то должно быть обеспечено сопротивление балок поперечной силе. Для их усиления в конструкции балок добавляют поперечную арматуру. Перекрытия верхнего и нижнего этажей усиленного этажа принимаются увеличенной толщины. При подборе в них арматуры необходимо учитывать влияние изгиба перекрытий и принимать в них двухслойное армирование.
Принципы проектирования
Строительные конструкции усиленного этажа являются элементами единой конструктивной системы, которая вытянута в вертикальном направлении. Под действием силы тяжести и горизонтальной нагрузки внутренние усилия в конструкциях усиленного этажа и близлежащих этажей резко изменяются. Напряженное состояние в них носит локальный характер и учет влияния сейсмических воздействий здесь сложен. Поэтому при проектировании сейсмостойких конструкций необходимо принимать специальные мероприятия. В частности разрешается проектировать данный вид конструкций при сейсмичности до 9 баллов и учитывать следующие способности.
- Рациональное расположение. Необходимо рационально располагать усиленный этаж по высоте для эффективной его работы на горизонтальные нагрузки и с учетом противопожарных требований. Расположение усиленного этажа следует принимать: при установке одного этажа — на высоте 0,6Н(Н- высота здания), при установке двух усиленных этажей - вблизи вершины и на высоте 0,5Н; при установке трех и более этажей - равномерно расположить усиленные этажи по высоте здания.
- Передача усилий, надежная анкеровка. Необходимо обеспечить полную передачу усилий от горизонтальных элементов усиленного этажа на конструкции ствола ядра жесткости, не нарушая безопасную работу ствола. Горизонтальные консольные элементы усиленного этажа должны пересекать ствол и стыковаться в узлах ядра жесткости. Необходимо избегать таврового соединения горизонтальных элементов со стенами ядра жесткости.
- Оптимизация конструкции. Поскольку под действием горизонтальных нагрузок в усиленном этаже в колоннах каркаса возникает большой скачок внутренних усилий и при сейсмических воздействиях усиленный этаж, колонны каркаса близлежащих этажей и ствол ядра жесткости разрушаются в первую очередь, то горизонтальные консольные элементы усиленного этажа необходимо принимать в виде раскосных или решетчатых ферм. При применении сплошных балок необходимо устраивать отверстия в стенке балок. Соединение горизонтальных консольных элементов с прилегающими колоннами каркаса необходимо принимать шарнирное или полужесткое. Так как при длительных воздействиях силы тяжести возникают деформации, оказывающие влияние на горизонтальные консольные элементы, то их целесообразно проектировать в металле.
- Расчет. При анализе конструкций высотных зданий с усиленными этажами необходимо проводить их расчет на сейсмические воздействия включая силы тяжести, которые соответствуют фактическим условиям. При сейсмостойком проектировании необходимо проводить упругий анализ с учетом фактора времени и проверкой результатов по различным расчетным моделям. Необходимо также обратить внимание на температурные и другие не силовые воздействия. При расчете внутренних усилий и перемещений в конструкциях здания, усиленный этаж следует рассчитывать с ущрм. влияния деформаций перекрытий.