Расчетные сейсмические нагрузки

5.1 Расчет конструкций и оснований зданий и сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах, должен выполняться на основные и особые сочетания нагрузок с учетом расчетной сейсмической нагрузки.

 

При расчете зданий и сооружений на особое сочетание нагрузок значения расчетных нагрузок следует умножать на коэффициенты сочетаний, принимаемые по таблице 5.1. Нагрузки, соответствующие сейсмическому воздействию, следует рассматривать как знакопеременные нагрузки.

 

Таблица 5.1 - Коэффициенты сочетаний нагрузок

Вид нагрузок	Значение коэффициента
Постоянные	0,9
Временные длительные	0,8
Кратковременные (на перекрытия и покрытия)	0,5

 

Горизонтальные нагрузки от масс на гибких подвесках, температурные климатические воздействия, ветровые нагрузки, динамические воздействия от оборудования и транспорта, тормозные и боковые усилия от движения кранов при этом не учитываются.

 

При определении расчетной вертикальной сейсмической нагрузки следует учитывать массу моста крана, массу тележки, а также массу груза, равного грузоподъемности крана, с коэффициентом 0,3.

 

Расчетную горизонтальную сейсмическую нагрузку от массы мостов кранов следует учитывать в направлении, перпендикулярном оси подкрановых балок. Снижение крановых нагрузок, предусмотренное СП 20.13330 , при этом не учитывают.

 

5.2 При выполнении расчетов сооружений с учетом сейсмических воздействий следует применять две расчетные ситуации:

 

а) сейсмические нагрузки соответствуют РЗ. Целью расчетов на воздействие РЗ является определение (принятие) проектных решений, позволяющих предотвратить частичную или полную потерю эксплуатационных свойств сооружением. Расчетные модели сооружений следует принимать соответствующими упругой области деформирования. Расчеты зданий и сооружений на особые сочетания нагрузок следует выполнять на нагрузки, определяемые в соответствии с 5.5, 5.9, 5.11. При выполнении расчета в частотной области суммарные инерционные нагрузки (усилия, моменты, напряжения, перемещения), соответствующие сейсмическому воздействию, следует вычислять по формулам (5.8), (5.9);

 

б) сейсмические нагрузки соответствуют КЗ. На действие КЗ рассчитываются законструированные по результатам РЗ сечения и элементы здания, сооружения. Целью расчетов на КЗ является оценка общей устойчивости, неизменяемости, однородности конструкций сооружения, допустимость уровня ускорений, перемещений, скоростей в элементах здания, сооружения, способность конструкций здания к перераспределению внешнего сейсмического воздействия за счет формирования пластических шарниров и иных нелинейных эффектов.

 

5.2.1 Расчеты по перечислению а) 5.2 следует выполнять для всех зданий и сооружений.

 

Расчеты по перечислению б) 5.2 следует применять для зданий и сооружений, перечисленных в позициях 1 и 2 таблицы 4.2.

 

При выполнении расчетов по уровням РЗ и КЗ принимают одну карту сейсмичности района строительства в соответствии с 4.3.

 

5.2.2 Расчеты, соответствующие КЗ, следует выполнять: во временной области с применением инструментальных или синтезированных акселерограмм, по теории предельного равновесия с учетом 5.5 или с использованием иных научно обоснованных методов. При расчете на КЗ следует задавать жесткостные характеристики конструкций здания, соответствующие прогнозируемому или назначаемому уровню деформирования или повреждения его элементов. Учет нелинейного характера зависимости между величиной внешнего воздействия и деформациями (перемещениями) конструкций может выполняться как путем прямого задания диаграммы деформирования, так и с применением различных способов линеаризации. Для расчетов во временной области максимальные амплитуды инструментальных или синтезированных ускорений в уровне основания сооружения следует принимать не менее 1,0; 2,0 или 4,0 м/с  при сейсмичности площадок строительства 7, 8 и 9 баллов соответственно и умножать на коэффициент по таблице 4.2.

 

При выполнении расчетов по теории предельного равновесия суммарные инерционные нагрузки, соответствующие сейсмическому воздействию, следует вычислять по формулам (5.8), (5.9) и умножать на коэффициент по таблице 4.2.

 

В расчетах с учетом нагрузок, соответствующих КЗ, во временной области следует принимать коэффициент =1.

 

5.3 Сейсмические воздействия могут иметь любое направление в пространстве.

 

Для зданий и сооружений с простым конструктивно-планировочным решением допускается принимать расчетные сейсмические воздействия, действующие горизонтально в направлении их продольных и поперечных осей. Сейсмические воздействия в указанных направлениях допускается учитывать раздельно.

 

При расчете сооружений со сложным конструктивно-планировочным решением следует учитывать наиболее опасные с точки зрения максимальных значений сейсмической реакции сооружения или его частей направления сейсмических воздействий.

 

Примечание - Конструктивно-планировочное решение зданий и сооружений считается простым, если выполняются все нижеперечисленные условия:

 

а) первая и вторая формы собственных колебаний сооружения не являются крутильными относительно вертикальной оси;

 

б) максимальное и среднее значения горизонтальных смещений каждого перекрытия по любой из поступательных форм собственных колебаний сооружения различаются не более чем на 10%;

 

в) значения периодов всех учитываемых форм собственных колебаний должны отличаться друг от друга не менее чем на 10%;

 

г) выполнены требования 4.1;

 

д) выполнены требования таблицы 6.1;

 

е) в перекрытиях отсутствуют большие проемы, ослабляющие диски перекрытий;

 

ж) фундаменты здания, сооружения или их отсеков, возводимые на нескальных грунтах, устроены на одном уровне;

 

и) перекрытия и (или) покрытия выполнены как жесткие горизонтальные диски, расположенные на одном уровне в пределах одного отсека.

 

5.4 Вертикальную сейсмическую нагрузку необходимо учитывать совместно с горизонтальной при расчете:

 

- горизонтальных и наклонных консольных конструкций;

 

- рам, арок, ферм, пространственных покрытий зданий и сооружений пролетом 24 м и более;

 

- сооружений на устойчивость против опрокидывания или против скольжения;

 

- каменных конструкций (по 6.14.4).

 

5.5 При определении расчетных сейсмических нагрузок на здания и сооружения следует принимать РДМ конструкций, согласованные с расчетными статическими моделями конструкций и учитывающие особенности распределения нагрузок, масс и жесткостей зданий и сооружений в плане и по высоте, а также пространственный характер деформирования конструкций при сейсмических воздействиях.

 

Массы (вес) нагрузок и элементов конструкций в РДМ допускается принимать сосредоточенными в узлах расчетных схем. При вычислении массы необходимо учитывать только нагрузки, создающие инерционные силы.

 

Для зданий и сооружений с простым конструктивно-планировочным решением для расчетной ситуации РЗ расчетные сейсмические нагрузки допускается определять с применением консольной РДМ (рисунок 5.1).

 

При расчетной ситуации КЗ необходимо применять пространственные РДМ конструкций и учитывать пространственный характер сейсмических воздействий.

 

 

 

Рисунок 5.1

Расчетные сейсмические нагрузки на здания и сооружения, имеющие сложное конструктивно-планировочное решение, следует определять с применением пространственных РДМ зданий и с учетом пространственного характера сейсмических воздействий.

 

Расчетная сейсмическая нагрузка (силовая или моментная) по направлению обобщенной координаты с номером j, приложенная к узловой точке k РДМ и соответствующая i-й форме собственных колебаний зданий или сооружений, определяется по формуле

 

, (5.1)

 

 

где - коэффициент, учитывающий назначение сооружения и его ответственность, принимаемый по таблице 4.2;

- коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений, принимаемый по таблице 5.2;

 

- значение сейсмической нагрузки для i-й формы собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле

 

, (5.2)

 

 

здесь - масса здания или момент инерции соответствующей массы здания, отнесенные к точке k по обобщенной координате j, определяемые с учетом расчетных нагрузок на конструкции согласно 5.1;

А - значение ускорения в уровне основания, принимаемое равным 1,0; 2,0; 4,0 м/с  для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов соответственно;

 

- коэффициент динамичности, соответствующий i-й форме собственных колебаний зданий или сооружений, принимаемый в соответствии с 5.6;

 

- коэффициент, принимаемый по таблице 5.3;

 

- коэффициент, зависящий от формы деформации здания или сооружения при его собственных колебаниях по i-й форме, от узловой точки приложения рассчитываемой нагрузки и направления сейсмического воздействия, определяемый по 5.7, 5.8.

 

Примечания

 

1 При сейсмичности площадки 8 баллов и более, повышенной только в связи с наличием грунтов категорий III и IV, к значению вводится множитель 0,7, учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях при отсутствии данных СМР.

 

2 Обобщенная координата может быть линейной координатой, и тогда ей соответствует линейная масса, либо угловой, и тогда ей соответствует момент инерции массы. Для пространственной РДМ для каждого узла обычно рассматривается шесть обобщенных координат: три линейные и три угловые. При этом, как правило, считают, что массы, соответствующие линейным обобщенным координатам, одинаковы, а моменты инерции массы относительно угловых обобщенных координат могут быть различными.

 

3 При вычислении силовой сейсмической нагрузки (j=1, 2, 3) приняты следующие размерности: [H]; [кг]; коэффициенты, входящие в формулу (5.2), - безразмерные.

 

4 При вычислении моментной сейсмической нагрузки (j=4, 5, 6) приняты следующие размерности: [H·м]; [кг·м ]; ; остальные коэффициенты, входящие в формулу (5.2), - безразмерные.

 

5 ; ; , где , , - моменты инерции масс в узле k относительно 1, 2 и 3-й осей соответственно.

 

5.6 Значения коэффициента динамичности в зависимости от расчетного периода собственных колебаний здания или сооружения по i-й форме при определении сейсмических нагрузок следует принимать по формулам (5.3) и (5.4) или согласно рисунку 5.2.

 

 

 

Рисунок 5.2

Для грунтов категорий I и II по сейсмическим свойствам (кривая 1) при:

 

0,1 с ;

 

0,1 с 0,4 с =2,5; (5.3)

 

0,4 с .

Для грунтов категорий III и IV по сейсмическим свойствам (кривая 2) при:

 

0,1 с ;

0,1 с 0,8 с =2,5; (5.4)

 

0,8 с .

Во всех случаях значения должны приниматься не менее 0,8.

 

Примечание - При наличии представительной информации (записей землетрясений, подробная характеристика опасных зон ВОЗ и др.) допускается применять обоснованные значения коэффициента динамичности .

 

5.7 Для зданий и сооружений, рассчитываемых по пространственной РДМ, значение при равномерном поступательном сейсмическом воздействии следует определять по формуле

 

, (5.5)

 

 

где - смещения по i-й форме в узловой точке k РДМ по направлению обобщенной координаты с номером j (при j=1, 2, 3 смещения линейные, при j=4, 5, 6 - угловые);

- инерционные характеристики в узловой точке р, равные при j=1, 2, 3 массе здания или сооружения, присоединенной к узловой точке р по направлению оси j, а при j=4, 5, 6 - равные моментам инерции массы относительно угловых обобщенных координат (инерционные характеристики определяют с учетом расчетных нагрузок на конструкцию согласно 5.1);

 

- косинусы углов между направлением сейсмического воздействия и осью с номером . Если обобщенные перемещения вдоль осей 1 и 2 соответствуют горизонтальной плоскости, а перемещение вдоль оси 3 является вертикальным, то эти коэффициенты равны: ; ; , где - угол между направлением сейсмического воздействия и обобщенной координатой =1, - угол между направлением сейсмического воздействия и горизонтальной плоскостью.

 

Таблица 5.2 - Коэффициент , учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений

Тип здания или сооружения	Значения
1 Здания и сооружения, в конструкциях которых повреждения или неупругие деформации не допускаются	1
2 Здания и сооружения, в конструкциях которых могут быть допущены остаточные деформации и повреждения, затрудняющие нормальную эксплуатацию, при обеспечении безопасности людей и сохранности оборудования, возводимые:
- из деревянных конструкций	0,15
- со стальным каркасом без вертикальных диафрагм или связей	0,25
- то же, с диафрагмами или связями	0,22
- со стенами из железобетонных крупнопанельных или монолитных конструкций	0,25
- из железобетонных объемно-блочных и панельно-блочных конструкций	0,3
- с железобетонным каркасом без вертикальных диафрагм или связей	0,35
- то же, с заполнением из кирпичной или каменной кладки	0,4
- то же, с диафрагмами или связями	0,3
- из кирпичной или каменной кладки	0,4
3 Здания и сооружения, в конструкциях которых могут быть допущены значительные остаточные деформации, трещины, повреждения отдельных элементов, их смещения, временно приостанавливающие нормальную эксплуатацию, при наличии мероприятий, обеспечивающих безопасность людей (объекты пониженного уровня ответственности)	0,12
Примечания   1 Отнесение зданий и сооружений к 1-му типу проводится заказчиком по представлению генерального проектировщика.   2 При выполнении расчета деформаций конструкций при сейсмическом воздействии в частотной области коэффициент следует принимать равным 1,0.

 

5.8 Для зданий и сооружений, рассчитываемых по консольной схеме, значение при поступательном горизонтальном (вертикальном) сейсмическом воздействии без учета моментов инерции массы следует определять по формуле

 

, (5.6)

 

 

где и - смещения здания или сооружения при собственных колебаниях по i-й форме в рассматриваемой точке k и во всех точках j, где в соответствии с расчетной схемой его масса принята сосредоточенной;

- масса здания или сооружения, отнесенная к узловой точке j, определяемая с учетом расчетных нагрузок на конструкцию в соответствии с 5.1.

 

Для зданий высотой до пяти этажей включительно с незначительно изменяющимися по высоте массами и жесткостями этажей при менее 0,4 с коэффициент при использовании консольной схемы для поступательного горизонтального (вертикального) сейсмического воздействия без учета моментов инерции массы допускается определять по упрощенной формуле

 

, (5.7)

 

где и - расстояния от точек k и j до верхнего обреза фундаментов.

Таблица 5.3 - Коэффициент, учитывающий способность зданий и сооружений к рассеиванию энергии

Характеристика зданий и сооружений
1 Высокие сооружения небольших размеров в плане (башни, мачты, дымовые трубы, отдельно стоящие шахты лифтов и т.п.)	1,5
2 Каркасные бессвязевые здания, стеновое заполнение которых не оказывает влияния на их деформируемость	1,3
3 Здания и сооружения, не указанные в позициях 1-2	1

 

5.9 Усилия в конструкциях зданий и сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах, а также в их элементах следует определять с учетом высших форм их собственных колебаний. Минимальное число форм собственных колебаний, учитываемых в расчете, рекомендуется назначать так, чтобы сумма эффективных модальных масс, учтенных в расчете, составляла не менее 90% общей массы системы, возбуждаемой по направлению действия сейсмического воздействия для горизонтальных воздействий и не менее 75% - для вертикального воздействия. Должны быть учтены все формы собственных колебаний, эффективная модальная масса которых превышает 5%. При этом для сложных систем с неравномерным распределением жесткостей и масс необходимо учитывать остаточный член от отброшенных форм колебаний.

 

Для зданий и сооружений простой конструктивной формы при применении консольной РДМ усилия в конструкциях допускается определять с учетом не менее трех форм собственных колебаний, если период первой (низшей) формы собственных колебаний значение более 0,4 с, и с учетом только первой формы, если значение равно или менее 0,4 с.

 

5.10 При использовании консольной РДМ взаимодействие сооружения с основанием следует принимать в виде жесткого защемления. В пространственной РДМ следует учитывать динамическое взаимодействие сооружения с основанием. Динамические нагрузки, передаваемые сооружением на основание, следует принимать пропорциональными перемещениям самого сооружения. Коэффициенты пропорциональности (коэффициенты упругой жесткости основания) следует определять на основе упругих параметров грунтов, вычисляемых по данным о скоростях упругих волн в грунте или на основе корреляционных связей этих параметров с физико-механическими свойствами грунтов.

 

Примечание - При учете взаимодействия сооружения и основания возможно как снижение, так и повышение сейсмических нагрузок.

 

5.11 Расчетные значения поперечных и продольного усилий, изгибающих и крутящих моментов, нормальных и касательных напряжений в конструкциях от сейсмической нагрузки при условии статического действия ее на сооружение, а также расчетные значения перемещений следует определять по формуле

 

, (5.8)

 

 

где - значения усилия (момента, напряжения, перемещения), вызываемого сейсмическими нагрузками, соответствующими i-й форме колебаний;

- число учитываемых в расчете форм колебаний. Знаки в формуле (5.8) для вычисляемых факторов следует назначать по знакам значений соответствующих факторов для форм с максимальными модальными массами.

 

Если периоды i-й и (i+1)-й форм собственных колебаний сооружения отличаются менее чем на 10%, то расчетные значения соответствующих факторов необходимо вычислять с учетом их взаимной корреляции. Для этого допускается применять формулу

 

, (5.9)

 

где =2, если 0,9 и =0, если 0,9 ( ).

5.12 Вертикальную сейсмическую нагрузку в случаях, предусмотренных в 5.4 (кроме каменных конструкций), следует определять по формулам (5.1) и (5.2), при этом коэффициент принимают равным единице, а значение вертикальной сейсмической нагрузки умножают на 0,75.

 

Консольные конструкции, масса которых по сравнению с массой здания незначительна (балконы, козырьки, консоли для навесных стен и т.п. и их крепления), следует рассчитывать на вертикальную сейсмическую нагрузку при значении =5.

 

5.13 Конструкции, возвышающиеся над зданием или сооружением и имеющие по сравнению с ним незначительные сечения и массу (парапеты, фронтоны и т.п.), а также крепления памятников, тяжелого оборудования, устанавливаемого на первом этаже, следует рассчитывать с учетом горизонтальной сейсмической нагрузки, вычисленной по формулам (5.1) и (5.2) при =5.

 

5.14 Самонесущие и ненесущие стены, панели, перегородки, соединения между отдельными конструкциями, а также крепления технологического оборудования следует рассчитывать на горизонтальную сейсмическую нагрузку по формулам (5.1) и (5.2) при значениях , соответствующих рассматриваемой отметке сооружения, но не менее 2. При расчете горизонтальных стыковых соединений в крупнопанельных зданиях силы трения, как правило, не учитывают.

 

5.15 При расчете конструкций на прочность и устойчивость помимо коэффициентов условий работы, принимаемых в соответствии с другими действующими нормативными документами, следует вводить дополнительно коэффициент условий работы , определяемый по таблице 5.4. На коэффициент умножают расчетное сопротивление соответствующего материала конструкции.

 

5.16 При расчете зданий и сооружений длиной или шириной более 30 м по консольной РДМ помимо сейсмической нагрузки, определяемой по 5.5, необходимо учитывать крутящий момент относительно вертикальной оси здания или сооружения, проходящей через его центр жесткости. Значение расчетного эксцентриситета между центрами жесткостей и масс зданий или сооружений в рассматриваемом уровне следует принимать не менее 0,1B, где В - размер здания или сооружения в плане в направлении, перпендикулярном действию силы .

 

Таблица 5.4 - Коэффициент условий работы

Характеристика конструкций	Значение
При расчетах на прочность
1 Стальные, деревянные, железобетонные с жесткой арматурой	1,3
2 Железобетонные со стержневой и проволочной арматурой, кроме проверки на прочность наклонных сечений	1,2
3 Железобетонные при проверке на прочность наклонных сечений	1,0
4 Каменные, армокаменные и бетонные при расчете:
- на внецентренное сжатие	1,0
- на сдвиг и растяжение	0,8
5 Сварные соединения	1,0
6 Болтовые и заклепочные соединения	1,1
При расчетах на устойчивость
7 Стальные элементы гибкостью свыше 100	1,0
8 Стальные элементы гибкостью до 20	1,2
9 Стальные элементы гибкостью от 20 до 100	От 1,2 до 1,0 по интерполяции
Примечание - При расчете стальных и железобетонных конструкций, подлежащих эксплуатации в неотапливаемых помещениях или на открытом воздухе при расчетной температуре ниже минус 40°C, следует принимать =0,9, в случае проверки прочности наклонных сечений =0,8.

 

5.17 При расчете подпорных стен необходимо учитывать сейсмическое давление грунта, значение которого допускается определять с применением квазистатических расчетных схем, принимая ускорение грунта равным произведению . Допускается принимать =0,5 при отсутствии других данных.

 

5.18 Расчет зданий и сооружений с учетом сейсмического воздействия, как правило, выполняют по предельным состояниям первой группы. В случаях, обоснованных технологическими требованиями, допускается выполнять расчет по второй группе предельных состояний.

 

5.19 Необходимость учета сейсмических воздействий при проектировании зданий и сооружений пониженного уровня ответственности, разрушение которых не связано с гибелью людей, порчей ценного оборудования и не вызывает прекращения непрерывных производственных процессов (склады, крановые эстакады, небольшие мастерские и др.), а также временных зданий и сооружений устанавливается заказчиком.

 

5.20 Расчет зданий с сейсмоизолирующими системами необходимо выполнять на сейсмические нагрузки, соответствующие уровням РЗ и КЗ, а также на эксплуатационную пригодность.

 

Расчет системы сейсмоизоляции на сейсмические нагрузки, соответствующие уровню РЗ, следует выполнять по перечислению а) 5.2. Повреждения элементов конструкций сейсмической изоляции не допускаются.

 

Расчет системы сейсмоизоляции на сейсмические нагрузки, отвечающие уровню КЗ, следует выполнять в соответствии с перечислением б) 5.2 и 5.2.2. При выполнении расчета на КЗ необходима проверка по перемещениям. Необходимо применять реальные акселерограммы, характерные для района строительства, а в случае их отсутствия - генерировать искусственные акселерограммы с учетом грунтовых условий площадки строительства.

 

Расчет сейсмоизолирующей системы на эксплуатационную пригодность следует выполнять на воздействия вертикальных статических и ветровой нагрузок.

 

Каждый элемент системы изоляции должен быть спроектирован так, чтобы при максимальных горизонтальных перемещениях воспринимались максимальные и минимальные статические вертикальные нагрузки.

 

---

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 1460; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!