Расчет на опрокидывание здания
Когда отношение высоты здания к его размерам в плане велико, а также существует большая податливость основания, то под действием ветровых и сейсмических нагрузок возможно опрокидывание здания. Расчет на опрокидывание здания очень важен, так как напрямую связан с конструктивной безопасностью здания в целом.
«Нормы строительства и проектирования многоэтажных железобетонных конструкций» (JZ 102-79) рекомендуют при расчете на опрокидывание здания придерживаться следующего отношения удерживающего момента MR к опрокидывающему Mov:
«Правила строительства и проектирования многоэтажных железобетонных конструкций» (JGJ 3-91) тот же расчет ведут по условию:
«Строительные нормы сейсмостойкого проектирования» (GB 50011-2001) предписывают при сочетании нагрузок, в которые входят сейсмические воздействия, коэффициенты сочетания принимать равными 1,0. Для многоэтажных зданий с отношением высоты к ширине больше 4 не допускается отрицательное давление под подошвой фундамента, а также области с нулевым давлением. В остальных зданиях область нулевого давления не должна превышать 15% площади фундамента.
Согласно «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002) для зданий с отношением высоты к ширине больше 4 в основании фундаментов не должно быть области нулевых напряжений; для зданий с отношением меньше 4 область нулевых напряжений допускается не более 15% площади фундамента.
Схема фундамента
1 — верхняя часть; 2 - подвал; 3 - расчетная точка сопротивления опрокидывающему моменту; 4 - нижняя грань фундамента
- Опрокидывающий и удерживающий моменты
Пусть площадь воздействия момента опрокидывания является площадью его основания, а сила воздействия - горизонтальном сеисмическои нагрузкой или горизонтальной ветровой нагрузкой:
где Mov - опрокидывающий момент; Н - высота здания; С - глубина подвала; V0 - суммарные значения горизонтальной силы.
Удерживающий момент вычисляется в краевых точках от воздействия суммарных нагрузок:
где МR - удерживающий момент; G - суммарные нагрузки (постоянные нагрузки, ветровые и снеговые нагрузки с пониженным нормативным значением); В - ширина подвала.
- Регулирование удерживающего момента и область нулевых напряжений в основании фундамента
К расчету удерживающего момента
Предполагаем, что линии действия суммарных нагрузок проходят через центр основания здания (рис. 2.1.4). Расстояние между этой линией и равнодействующей эпюрой напряжений основания e0, длина области нулевых напряжений В-х, отношения длины области нулевых напряжений и длины основания (В - х)/В определяются по формулам:
Отсюда получим:
Из формул получено отношение площади области нулевых напряжений и площади основания для безопасного удерживающего момента.
Зоны нулевого напряжения основания и условие опрокидывания конструкций
|
Соотношение моментов (MR/Mov) |
3 |
2,308 |
1,5 |
1,3 |
1 |
|
Процент зон нулевого напряжения (В-Х)/В |
0 (все сечения под напряжением) |
15% |
50% |
65,40% |
100% |
|
Комментарии |
(Н/В > 4 высотные сооружения) JGJ3-2002 заданное значение |
(Н/В < 4 высотные сооружения) JGJ3-2002 заданное значение |
JZ102-79 заданное значение |
JGJ3-91 заданное значение |
Критический баланс точек оснований |
Выводы:
- «Техническая инструкция по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002) и "Строительные нормы сейсмостойкого проектирования" (GB 50011-2001) разработаны для зданий с отношением высоты к ширине больше 4.
- Если основанием фундамента является грунт с достаточной жесткостью, то к отношению MR/Mov предъявляются нестрогие требования. Если грунт основания недостаточно жесткий, то отношение MR/M0V строго регламентируется.
- Отношение MR/M0V строго регламентируется в районах строительства с сейсмичностью более 8 баллов.
- Если подвальная часть здания имеет малую этажную жесткость, то в расмете удерживающего момента следует уменьшать ширину основания.