Сейсмостойкость конструкций высотных зданий с усиленными этажами

Влияние усиления этажей на изменение жесткости конструкции

Конструкция здания с усиленными этажами показана на рисунке ниже.

После установки усиленных этажей на 15-м и 27-м этажах период собственных колебаний 1-го и 2-го типа по сравнению с состоянием без усиленных этажей явно уменьшается.

Конструкция здания с усиленными этажами

Период собственных колебаний конструкции

Конструктивное решение	Период собственных колебаний (с)
	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5	т6	Т7	Т8	Т9
Без усиленных этажей	4,451	1,018	0,441	0,264	0,183	0,139	0,112	0,093	0,08
При установленных усиленных этажах на 15 и 27-м этажах	2,984	0,868	0,42	0,24	0,174	0,134	0,111	0,089	0,076

Огибающие эпюры ускорения конструкции, скорости и перемещений, полученные упругодинамическим анализом, показаны на рисунке ниже. Для испытаний создавалась искусственная волна ШаньХэя с ускорением поверхности земли 35 gal. Из рисунка видно, что после установки усиленных этажей огибающая эпюра ускорений и скорости конструкции незначительно уменьшается, а перемещения снижаются значительно. На усиленных этажах кручение конструкции также значительно уменьшается. Два усиленных этажа разделяют конструкцию 38-этажного здания на три части: первая часть - 1...14-Й этажи, вторая - 15...26-й этажи, третья - 27...38-й этажи.

Главной причиной резкого уменьшения кручения конструкции на усиленных этажах является образование коробки из горизонтальных консольных элементов усиленных этажей с верхними перекрытиями, имеющими большую жесткость. Такая конструкция соединяет ядро жесткости с внешним каркасом в целостную конструкцию, в результате кручение конструкции зависит от деформации в направлении оси колонн внешнего каркаса. Общая деформация здания показана на рисунке ниже, на нем можно четко видеть скачок деформации конструкции, который возникает в местах расположения усиленных этажей.

Огибающие эпюры ускорения конструкций, скорости и перемещений, построенные по результатам упругодинамического анализа для зданий с усиленными этажами и без них

а - огибающая диаграмма ускорения; b - диаграмма перемещений; с - огибающая диаграмма скорости; кривая 1 - неусиленная конструкция; кривая 2 - усиленная конструкция

Из-за скачка жесткости обязательно происходит скачокпррдольной силы и изменение передачи силы по конструкции. При сейсмических воздействиях перемещения и разрушение часто сосредотачиваются вблизи усиленных этажей, т.е. образуются ослабленные этажи.

Для исследования влияния резкого изменения жесткости каркаса по высоте здания выполнен эксперимент модели 37-этажного здания с усиленными 15-м и 27-м этажами. Два усиленных этажа разделяют конструкцию здания на три части. Планы этажей модели приведены на рисунке ниже.

Общая деформация здания

а - без усиленных этажей; b - с усиленными

Огибающие эпюры полученных перемещений для экспериментальной модели приведены на рисунке ниже. Эти результаты показывают, что в перемещениях конструкции в уровне 15-го этажа возникает явный скачок, а на стадии разрушения большинство предельных деформаций остова здания сосредоточено в уровне верхних перекрытий усиленных этажей.

Планы этажей экспериментальной модели

Огибающие эпюры перемещений

а - обычные землетрясения; b - основная балльность; с - стадия разрушения