Рекомендации по проектированию
В общем и целом проектирование конструкции этого объекта удовлетворяет сейсмостойким требованиям. В тоже время, для совершенствования сейсмостойких свойств конструкции, на основе данных эксперимента для соответствующих ослабленных сечений модели конструкции рекомендуются усиления:
- крайние стены-диафрагмы галерейного перехода выдерживают большие нагрузки, и опрокидывающий момент по направлению у конструкции большой. После землетрясения 8 баллов в крайних участках стен-диафрагм 1-4-го этажей разрушается бетон. Таким образом для четырех угловых участков стен- диафрагм рекомендуется принять меры по усилению;
- при больших землетрясениях в 8 баллов нижние части малых столбов южного и северного фасада башни модели сильно разрушились. Для них необходимо усиление;
- из-за малого отношения высоты ферм к пролету и принятого жесткого соединения опорных конструкций рекомендуется усиливать раскосы ферм;
- вокруг шахты лифта на 25-м этаже в перекрытиях возникли трещины. Армирование этой зоны рекомендуется усилить;
- в крайних стенах модели возникает много горизонтальных трещин. Рекомендуется увеличить вертикальное армирование стен.
Здания в Пекине
- Основные положения
Здания в Пекине находится в Чон Гуан Сунн. Площадь застройки 12 500 м2. Общая площадь застройки 117 416 м2. Подземная часть - четыре этажа, наземная - 4-этажный стилобат, сверху которого установлены три высотных здания. Конструктивная схема здания - каркас со стенами-диафрагмами. Проектной организацией является Пекинская строительная академия.
Общая высота здания с галерейным переходом 78 м. Главные конструкции запроектированы в виде железобетонных колонн и стен- диафрагм, высота 1-го этажа 5,5 м, со 2-го по 3-й - 4,5 м, высота 5-го этажа - 7,35 м, остальные - типовые этажи высотой 3,875 м. Две башни с 6-го по 17-й этаж соединены галерейными переходами, конструкции галерейных. Общий вид переходов - стальные.
При таком конструктивном варианте здания с двумя башнями, из-за расположения с эксцентриситетом стен-диафрагм, при сейсмических воздействиях должен возникать большой крутящий момент. Однако благодаря соединению башен достигается монолитность здания и более симметричное перераспределение жесткости конструкции, и при этом происходит распределение критических сил. При сейсмических воздействиях крутящий момент конструкции намного уменьшается, а сейсмостойкость здания повышается.
Проектная сейсмичность 8 баллов, основное ускорение принятое при проектировании 0,20g, застройка относится ко II типу.
- Проектирование стальных конструкций галерейных переходов
Галерейные переходы в здании установлены с 5-го по 16-й этаж. Среди них зона соединения 9-го этажа (41,85 м) и 16-го этажа (68,975 м) выполнена до оси 14 и 18. На западной стороне галерейного перехода установлены стальные фермы, на каждый этаж здания установлен один ряд ферм.
Расположение стальных конструкций
Между галерейными переходами и башнями приняты шарнирные соединения, так можно уменьшить влияние башен друг на друга, в то же время можно регулировать деформации главной башни, а также уменьшать крутящий момент конструкции.
План перекрытий 5-8-го, 10-15-го этажей
План перекрытий 9-го и 16-го этажей
Расположение ферм
В результате проведенного предварительного анализа главные балки стальных конструкций галерейного перехода приняты в виде сварных двутавров, опирающихся на две крайние стены-диафрагмы галерейного перехода толщиной 600 мм. Главные балки- не только испытывают большой момент, но и передают горизонтальные осевые силы, поэтому они проектируются как внецентренно сжатые элементы. Толщина стенки должна удовлетворять условиям местной устойчивости сжатых элементов.
При землетрясениях в результате движения между главными конструкциями здания и галерейным переходом возникает поперечная сила. Из-за относительно слабых свойств опорных зон стальных балок при проектировании конструкций устанавливают опоры. Опоры и стальные балки пересекаются в средней точке стены-диафрагмы и являются устойчивой системой. Главной функцией опор является передача наклонных и горизонтальных усилий, поэтому опоры приняты в виде круглой стальной трубы, обеспечивающей одинаковое напряженное состояние в разных направлениях.
Схема передачи поперечной силы в зоне опоры
Проектирование стальных конструкций галерейного перехода Проектная сейсмичность объекта 8 баллов, пролет галерейного перехода 16 м. Переход необходимо рассчитать на вертикальные сейсмические воздействия. Рассматриваются соответствующие нормы и опыт проектирования аналогичных объектов. Вертикальные сейсмические воздействия принимаются в размере 15% от величины нагрузки силы тяжести.
План рассматриваемого объекта сложный, крутящий момент значительный. Поэтому при проектировании стальных конструкций, в соответствии с пунктом 5.2.3 «Строительных сейсмостойких норм проектирования» рассчитываются сейсмические воздействия по двум направлениям.
Из-за важности галерейного перехода для главных напряженных элементов здание рассчитывается на средние сейсмические воздействия при среднем землетрясении в упругой постановке. Средние сейсмические воздействия приняты в 2,856 раза больше малого землетрясения. При контроле главных элементов коэффициент нагруженности принят 1,0, прочность материалов принята по нормативным значениям.
Напряженно-деформированное состояние узлов опирания галерейного перехода и проектирование опор
Между галерейным переходом и башнями принято шарнирное соединение, средняя часть пролета испытывает большой момент, а опорные части - большие поперечные силы. Главные балки стальных конструкций галерейного перехода при сейсмических воздействиях испытывают большие продольные усилия. Номера главной балки даны на рисунках ниже. Так как проектирование ведется по средним землетрясениям, то рассчитанные внутренние усилия умножаются на коэффициент 2,856.
Нормальные усилия в главных балках стальных конструкций галерейного перехода при сейсмических воздействиях
|
Этаж |
Номер балки |
Нормальная сила (кН) |
|
Верх 16-го этажа |
В550 |
1068 |
|
В612 |
860 |
|
|
В674 |
547 |
|
|
В738 |
586 |
|
|
В828 |
871 |
|
|
Верх 9-го этажа |
В550 |
380 |
|
В612 |
372 |
|
|
В674 |
256 |
|
|
В738 |
214 |
|
|
В828 |
205 |
|
|
Верх 10-го этажа |
В738 |
175 |
|
В828 |
192 |
|
|
Верх 8-го этажа |
В738 |
162 |
|
В828 |
191 |
Номера главных балок стальных конструкций галерейного перехода
Номера главных балок стальных конструкций многофункционального зала
Проектирование узлов производится исходя из расчетных значений продольных и поперечных сил. Причем продольные силы вычисляются от средних сейсмических воздействий, поперечные - от больших сейсмических воздействий. В результате этого, даже если локальные узлы при больших землетрясениях потеряют несущую способность галерейный переход не будет разрушен. Вид опорных узлов показан на рисунке ниже.
Узел соединения между главными балками и стенами-диафрагмами
На стойку опирается крайняя часть стальной балки, которая передает на нее поперечную силу. Стальная балка соединяется через дополнительную вставку высокопрочными болтами со стеной и передает на нее только продольную силу. Эта вставка соединяется с закладнойдетальюи привариваются по всему контуру.
По каждому направлению установлены болты М24 (12 штук), уровень высокопрочных болтов 10,9S, коэффициент передачи усилий 0,5. Болты воспринимают нагрузку от поперечной силы в 202 кН. Результаты расчета при средних землетрясениях приведены в таблице.
Расчет нагруженности болтового соединения балок по осевому направлению при средних землетрясениях
|
Тип стальной балки |
Тип сечения стальной балки |
Количество стальных балок |
Болты |
Проектные продольные силы (кН) |
Нагрузка на болты от поперечной силы (кН) |
Максимальная нагрузка на болты от поперечной силы (кН) |
|
1 |
1000x400x28x30 |
5 (9, 16 этажи) |
12 |
2316 |
202 |
193 |
|
1 (16 этажи) |
12 |
2663 |
202 |
222 |
||
|
10(5-8,10-15 этажи) |
12 |
1620 |
202 |
135 |
||
|
2 |
1000x500x28x30 |
3 |
12 |
1516 |
202 |
126 |
|
3 |
850x400x25x30 |
10 |
12 |
655 |
202 |
55 |
|
4 |
1000x560x28x30 |
1 |
12 |
488 |
202 |
41 |
Значение максимальной поперечной силы главной балки при больших землетрясениях приведены в таблице.
Проектные значения поперечной силы в узле главной балки
|
Этаж |
Номер балки |
Поперечная сила на опорах с северной стороны (кН) |
Поперечная сила на опорах с южной стороны (кН) |
|
Верх 16-го этажа |
В550 |
769 |
973 |
|
В612 |
842 |
962 |
|
|
В674 |
828 |
875 |
|
|
В738 |
1350 |
1391 |
|
|
В828 |
845 |
842 |
|
|
Верх 9-го этажа |
В550 |
953 |
1230 |
|
В612 |
1077 |
1237 |
|
|
В674 |
1037 |
1117 |
|
|
В738 |
1600 |
1681 |
|
|
В828 |
1020 |
1015 |
|
|
Верх 15,14, 13,12, И, 10, 8, 7, 6, 5-го этажей |
В738 |
850 |
900 |
|
В828 |
823 |
820 |
Чтобы уменьшить высоту опорных узлов, снижают высоту балки за счет подрезки возле узлов. В результате высота стенки опорного узла составила 560 мм. Нагрузка на стенку от поперечной силы приведена в таблице.
Нагрузка на стенку опорной балки в местах ее опирания
|
Толщина стенки (мм) |
Высота стенки (мм) |
Напряжения от поперечной силы (Н/мм2) |
Нагрузка от поперечной силы (кН) |
|
28 |
560 |
170 |
2666 |
|
25 |
560 |
170 |
2380 |