Расчет на вертикальные сейсмические воздействия
1. Нормативные требования.
На основе указаний «Строительных норм сейсмостойкого проектирования» и указания «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002) по нормируемым значениям вертикальных сейсмических воздействий на сейсмичность 8, 9 баллов (подробно см. главу 3), назначаются методы расчета конструкций с большими пролетами и конструкций с длинными консолями.
На основе указания «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ 3-2002), при проектной сейсмичности 8 баллов галерейный переход необходимо рассчитывать на влияние вертикальных сейсмических воздействий.
Для исследования вертикальных сейсмических воздействий на галерейный переход принят метод вертикального спектра и метод динамического анализа во времени.
2. Расчет на вертикальные сейсмические воздействия разных этажей конструкции здания.
Максимальный коэффициент влияния вертикальных волн от землетрясений, согласно указаниям «Строительных норм сейсмостойкого проектирования», составляет 65% максимального коэффициента влияния горизонтальных волн от землетрясений.
Анализ вертикального спектра показал, что вертикальные сейсмические воздействия со снижением уровня расположения этажа плавно увеличиваются. Максимальная нагрузка - составляет 2500 кН.
Отношение сейсмических воздействий к постоянным нагрузкам почти плавно увеличивается, нижний этаж составляет 6,1%, на верхнем этаже максимально 9,2%, вертикальный сейсмический эффект в верхней части конструкции больше.
Вертикальные сейсмические воздействия
Отношение сейсмических воздействий к постоянным нагрузкам
3. Упругодинамический анализ.
При выполнении упругодинамического анализа во времени выбраны три сейсмические волны - P-волны (первые), S-волны (вторые) и поверхностные волны. Тип застройки местности III.
При упругодинамическом анализе во времени ускорение вертикальных сейсмических волн составляет 0,65 от величины горизонтальных волн, т.е. 45,5 см/с2.
Основными несущими конструкциями двух башен являются стены-диа- фрагмы, имеющие большую поперечную жесткость, однако высота конструкции башен значительна.
Кроме реакции конструкции галерейного перехода анализировались вертикальные сейсмические реакции конструкций отдельных башен. Кривые изменения ускорения для двух башен приведены на рисунках ниже. Для одной из башен при воздействии Р-волны, S-волны и поверхностных волн (тип застройки III) максимальное ускорение составляет 1,114 м/с2, 1,141 м/с2 и 1,07 м/с2, динамический коэффициент при этом составит 2,44, 2,51 и 2,35 соответственно.
Динамический коэффициент для различных этажей
|
Этаж |
Поверхностные волны |
Р-волны |
S-волны |
|
28 |
1,95 |
2,37 |
2,39 |
|
26 |
1,93 |
2,36 |
2,36 |
|
24 |
1,86 |
2,31 |
2,28 |
|
20 |
1,7 |
2,13 |
2,05 |
|
15 |
1,46 |
1,8 |
1,72 |
|
10 |
1,14 |
1,44 |
1,22 |
|
5 |
1,06 |
1,04 |
1,06 |
|
Опорное крепление |
1 |
1 |
1 |
Реакция ускорения этажей отдельной башни
Реакция ускорения этажей башни при расчете моделей в целом
Анализ показал, что отношение вертикальных сейсмических усилий к постоянным нагрузкам по высоте здания постепенно повышается, на верхних этажах здания ускорения конструкции достигают максимальной величины, почти равняется 11% ускорения силы тяжести. Динамический повышающий коэффициент достигает 2,4. Сравнивая результаты расчета одной башни без галерейного перехода, можно увидеть, что динамический повышающий коэффициент в соответствующих местах конструкции с галерейным переходом меньше, но незначительно.
Воздействие на конструкции при разных типах сейсмических волн различно: Р-волны, S-волны - большое воздействие, поверхностные волны - меньшее воздействие.
Для конструкции галерейного перехода фермы являются главными несущими элементами. Значение ускорения (абсолютная величина) на вершине 22-го этажа вдоль пролета ферм показано на рисунке ниже. Здесь -31,2...О м - левая башня, 31,2... 62,4 м - правая башня, 0... 31,2 м - галерейный переход. Сейсмическое ускорение в середине пролета галерейного перехода самое большое.
Ускорение в середине пролета галерейного перехода
Исследовались внутренние усилия в элементах конструкции от воздействия сейсмических волн. Отношение максимального вертикального сейсмического воздействия к усилиям от постоянной нагрузки (продольная сила и момент) верхних и нижних стоек стальных ферм показано в таблицах ниже. Отношение определено как средняя величина при действии трех сейсмических волн.
Отношение максимального усилия от вертикального сейсмического воздействия к усилиям от постоянных нагрузок крайних стоек ферм
|
Положение внутренних сил |
Крайние стойки |
||||
|
конец нижней стойки |
средний пролет нижней стойки |
конец верхней стойки |
средний пролет верхней стойки |
||
|
Нормальная сила |
0,25 |
0,16 |
0,1 |
0,17 |
|
|
Момент |
0,18 |
0,12 |
0,11 |
0,03 |
|
Отношение максимального усилия от вертикального сейсмического воздействия к усилиям от постоянных нагрузок средних стоек ферм
|
Положение внутренних сил |
Средние стойки |
||||
|
конец нижней стойки |
средний пролет нижней стойки |
конец верхней стойки |
средний пролет верхней стойки |
||
|
Нормальная сила |
0,25 |
0,18 |
0,15 |
0,2 |
|
|
Момент |
0,26 |
0,17 |
0,18 |
0,04 |
|
Среднее отношение внутренних усилий от действия трех сейсмических волн в большинстве элементов ферм, как и в рассмотренных выше, составляет 0,1-0,25 внутренних усилий от постоянной нагрузки.
Максимально напряженными элементами ферм являются сжатые раскосы. Отношение максимального усилия от вертикального сейсмического воздействия к усилиям от постоянной нагрузки для раскосных ферм показаны в таблице ниже.
Отношение максимального усилия от вертикального сейсмического воздействия к усилиям от постоянной нагрузки раскосов ферм
|
Внутренние силы/ Сейсмические волны |
Продольная сила крайних ферм |
Продольная сила средней фермы |
|
Поверхностные волны |
0,22 |
0,22 |
|
S-волны |
0,2 |
0,24 |
|
Р-волны |
0,17 |
0,11 |
|
Средняя величина |
0,2 |
0,19 |