Проектирование высотных зданий с переходными этажами
Обобщив результаты проведенных экспериментов и повреждений таких зданий при сейсмических воздействиях, установили, что из-за изменения жесткости по вертикали конструкции высотных зданий с переходными этажами достаточно сложно ведут себя в условиях сейсмической активности. В этой части книги, с учетом информации предыдущих разделов, приведены принципы проектирования высотных зданий с переходными этажами и специальные требования, предъявляемые к ним.
Принципы проектирования
- Прямая передача усилий
При расположении вертикальных конструкций переходного этажа необходимо обеспечить прямую передачу сил через горизонтальные переходные конструкции, при этом следует избегать многоступенчатых сложных переходов.
- Усиление конструкций нижней части здания и ослабление верхней части
При проектировании сейсмостойких зданий необходимо увеличить жесткость нижних конструкций переходного этажа и снижать жесткость верхних конструкций переходного этажа. Отношение поперечной жесткости верхних и нижних конструкций переходного этажа должно удовлетворять следующему неравенству:
где Viδi - поперечная жесткость i-ого этажа переходного этажа; Vi+1 δi+1 - поперечная жесткость i +1 этажа переходного этажа; Vi Vi+1 - общая поперечная сила на несущий остов здания на уровне i-ого и i+1 этажа конструкций; δiδi+1 - горизонтальное перемещение на уровне i-ro и i +1 этажа конструкций при горизонтальных воздействиях.
Когда переходный этаж расположен на 3-м этаже и выше, жесткость этажа должна быть на 60% больше жесткости соседнего этажа.
Когда нижнее объемное пространство (стилобат) имеет один этаж, можно применить отношение жесткостей эквивалентных сдвигов верхних и нижних конструкций переходного этажа у. При проектировании несейсмостойких зданий, у может быть меньше 3. Когда проектируют сейсмостойкие здания у должно быть меньше 2. Отношение жесткостей эквивалентных сдвигов у можно рассчитать по следующим формулам:
где G1, G2- приведенные модули деформаций конструкций этажей ниже и выше переходного этажа; А1, А2- площади приведенного сечения стен-диафрагм ниже и выше переходного этажа, рассчитываемые по формуле; Aw,i - эффективная площадь сечения, рассчитанная по общей площади стен-диафрагм i-го этажа; Ас,i - площадь сечения i-ого этажа; h1 - высота i-ого этажа; hc,i - расчетная высота сечения колонн i-ого этажа.
Когда высоты сечения каждой колонны i-ого этажа неравны, можно раздельно рассчитать площади приведенного сечения каждой колонны.
Когда в нижней части здания имеется большой проем (больше чем на этаж), отношение эквивалентных боковых жесткостей конструкций выше и ниже переходного этажа уе применительно к расчетной модели на рисунке можно вычислить по формуле
Отношение эквивалентных поперечных жесткостей уе должно удовлетворять следующим неравенствам:
где уе - отношение эквивалентных вертикальных жесткостей конструкций выше и ниже переходного этажа; Н1 — высота от переходного этажа до низа здания (расчетная модель 1); Δ1 - горизонтальное перемещение части здания от переходного этажа до низа здания (расчетная модель 1) от единичной горизонтальной силы, Н2 - высота многоэтажного здания выше переходного этажа (расчетная модель 2); обычно эта величина равна или почти равна высоте Н1 расчетной модели 1, но не больше Н1, Δ2 - горизонтальное перемещение верхней части здания выше переходного этажа (расчетная модель 2) от единичной горизонтальной силы.
Расчетная модель эквивалентных вертикальных жесткостей конструкций выше и ниже переходного этажа
Необходимо усиливать и повышать сейсмостойкость конструкций нижней части здания, тем самым не допускать разрушения этих конструкций при сильных сейсмических воздействиях. Одновременно необходимо обеспечить прочность и пластичность стен-диафрагм этажей, расположенных на 1-2 этажа выше переходного этажа при сильных сейсмических воздействиях. Необходимо обеспечить возможность пластических деформаций в балках каркасов и, соответственно, обеспечить требования развития пластических шарниров.
- Оптимизация переходных конструкций
При проектировании необходимо выбирать такие формы конструкций переходных этажей, которые передают небольшой момент и небольшую поперечную силу. Одновременно надо удовлетворять требованиям прочности и жесткости при постоянных нагрузках.
- Всесторонний тщательный расчет
Переходная конструкция является важной составляющей всего сооружения, поэтому необходимо применять расчетную модель с фактическими предельными деформациями и проводить анализ пространственной работы модели здания.
Расчет здания в целом необходимо проводить с использованием минимум двух программ с различными расчетными моделями, использующими различные методики. Необходимо также проводить предварительный расчет сейсмостойкости по упругой расчетной схеме на тестовых моделях.
При проектировании зданий для районов с сейсмичностью 8 баллов переходные элементы должны рассчитываться на дополнительное вертикальное сейсмическое усилие двух направлений, составляющее 10% от величины вертикальной нагрузки.
При проектировании сейсмостойкого здания сейсмическая поперечная сила в уровне переходного этажа должна быть рассчитана с учетом повышающего коэффициента 1,15.