Сейсмостойкость высотных зданий с переходными этажами

В этой статье рассмотрены исследования сейсмостойких свойств конструкций зданий со стенами-диафрагмами и переходными этажами, зданий с ядрами жесткости и переходными этажами, а также выполнен анализ разрушений от землетрясений континуальных конструкций стен-диафрагм, и приведены данные экспериментальных исследований некоторых переходных конструкций. В этом разделе рассмотрен механизм разрушения переходных конструкций, уточнено понятие сейсмостойкого проектирования и предложены рекомендации по проектированию переходных конструкций.

Анализ факторов, влияющих на сейсмостойкие свойства конструкций

Высотные здания с переходными этажами из-за различий в вертикальных элементах нижней и верхней частей, переменной дискретно-континуальной структуры, изменяющегося напряженно-деформированного состояния по высоте здания весьма уязвимы с позиции сейсмостойкости. Ниже рассмотрены главные факторы, влияющие на сейсмостойкость высотного здания.

Для исследования этих факторов были проанализированы конструкции зданий с переходными этажами со стенами-диафрагмами и с ядрами жесткости. Структура, конструктивные схемы таких зданий приведены на рисунках ниже.

Общая высота здания 121,5 м, нижние этажи и переходный этаж состоят из несущего каркаса и стен-диафрагм с высотой этажа 4,5 м. Верхние этажи выполнены из конструкций в виде стен-диафрагм с высотой этажа 3 м. Реакция (сейсмический отклик) здания на сейсмическое воздействие анализировалось в направлении оси y.

На рисунке показаны конструкции зданий с ядром жесткости в виде вертикального ствола. Внутреннее ядро таких конструкций непрерывно на всю высоту здания, начиная с фундамента. Внешний ствол начинается от переходного этажа, а ниже переходного этажа этот ствол поддерживается колоннами. Чтобы проанализировать влияние жесткости внешнего ствола на общую пространственную жесткость здания, исследовано 10 вариантов конструкций. Высота переходного этажа -6 м, высота этажей ниже переходного - 3 м. План нижней части конструкции переходного этажа приведен на рис. 8.1.2, а. Толщина стены внутреннего ствола - 600 мм. Восемь колонн, поддерживающих внешний ствол, имеют сечение 1600x1600 мм. Отличия в исследованных десяти вариантах заключались в верхних конструкциях переходного этажа. Верхние конструкции переходного этажа разделяются на типы А, В и С. Тип А - внешний ствол - каркас. Внешний ствол типов В и С состоит из стен-диафрагм.

Здания с переходными этажами со стенами-диафрагмами

а - переходный этаж и план его нижней конструктивной части; b - переходный этаж и план его верхней конструктивной части

Конструкции зданий с ядром жесткости

а - план нижней части конструкции переходного этажа; b - план верхней части переходного этажа (тип А);

с - план верхней части переходного этажа (тип В); d - план верхней части переходного этажа (тип С)

При анализе влияния высоты расположения переходного этажа высота всех этажей под переходным увеличивалась и соответственно уменьшалась высота этажей выше переходного этажа. При этом общая высота здания оставалась постоянной.

Проведенные исследования позволили выделить главные факторы, влияющие на сейсмостойкость конструкции высотного здания: высота установки переходного этажа и отношение вертикальной жесткости переходного этажа к жесткости верхних и нижних этажей.

Высота установления переходного этажа

Диаграмма угла сдвига между этажами конструкции

Диаграммы распределения поперечной силы

Зависимость угла сдвига между этажами при расположении переходных этажей на различном уровне

В таблице приведен сравнительный анализ поперечной силы в зависимости от места расположения переходного этажа.

Сравнение изменения поперечной силы при установке переходного этажа на 2-м и 5-м этажа

	Этаж, на котором находится переходный этаж	Поперечная сила внешнего ствола, Q0			Поперечная сила внутреннего ствола, Q0
		верхний этаж	переходный этаж	нижний этаж	верхний этаж	переходный этаж	нижний этаж
Тип А	2	0,34-0,39	0,13-0,17	0,06-0,07	0,60-0,65	0,83-0,87	0,93
	5	0,53-0,58	0,19-0,25	0,03	0,41-0,46	0,74-0,80	0,97
Тип В	2	0,72-0,79	0,15-0,18	0,06	0,2-0,27	0,82-0,84	0,94
	5	0,9-1,0	0,19-0,21	0,02	0-0,17	0,78-0,80	0,98
Тип С	2	0,78-0,86	0,11-0,16	0,07	0,14-0,2	0,84-0,88	0,94
	5	0,96-1,08	0,14-0,18	0,02	-0,2	0,81-0,93	0,98

Проведенные результаты исследований показали, что при расположении переходного этажа выше угол сдвига между этажами в уровне переходного этажа и распределение поперечной силы изменяются более значительно.