Сейсмостійкість висотних будівель і споруд

Сейсмостійкість висотних будівель і споруд

УДК 624. 042. 7

ББК 38.5

Ю.И. Н Е М Ч И Н О В

доктор технических наук, профессор

СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Киев: 2015. ‒ 584 с. с илл.

Твердый переплет

 
Немчинов.jpg
         
В монографии рассматриваются проблемы проектирования высотных зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах. Выполнен анализ опыта разработки нормативных требований для проектирования и строительстве сейсмостойких высотных зданий в странах, подверженных влиянию интенсивных сейсмических воздействий (США, Канада, Япония, Чили, Европы, ОАЭ и другие). Рассмотрены основные принципы обеспечения сейсмостойкости высотных зданий различных конструктивных систем по нормам России, Украины, Европейского стандарта EN 1998-1. Представлен разработанный в ГП НИИСК инженерный метод расчёта зданий с учетом нелинейной работы материала, изгиба и сдвига несущих конструкций, податливости основания и влияния аутриггеров на возникающие при землетрясении усилия и перемещения конструкций. Приведены правила проектирования сейсмостойких зданий в соответствии с рекомендациями ЕВРОКОДА 8 и требованиями государственных норм Украины – ДБН В.1.1-12: 2014 «строительство в сейсмических районах Украины».



Содержание


1. ВЫСОТНОЕ ЗДАНИЕ. КРИТЕРИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ………………….

1.1 Определение «высотности» в терминологии CTBUH …………..……….

1.2 Определения понятия «высотности» зданий в нормах стран СНГ ..…...

1.2.1 Нормы Украины ………………………………………...………….

1.2.2 Нормы России ………………………………………………………

1.2.3 Определения высотности в странах Европы и США …………….

1.3 Краткое описание зданий, указанных на Рисунке 1.3 ……………………

1.3.1 Comkast Center (Филадельфия, США) …………………………….

1.3.2 Здание ССTV в Пекине [Central China TV building, Beijing] …….

1.3.3 Здание Al Mas Tower в Дубаи ……………………………………..

1.3.4 Здание Empire State Building в Нью Йорке ………………………..

1.4 Конструктивные системы высотных зданий ……………………………...

1.4.1 Некоторые исторические основы создания конструктивных форм высотных сооружений …………

1.4.2 Конструктивные системы и несущие конструкции зданий ………

1.4.3. Эволюция конструктивных систем многоэтажных/ высотных зданий …………………

1.5 Конструктивные системы высотных зданий для строительства в сейсмических районах ……

1.6 Высотные зданий, построенные в сейсмических районах разных стран мира …………

1.6.1 Башня Майор [Torre Mayor], Мексика (1999 - 2003) ……………

1.6.2. Башня Банка США [U. S. Bank Tower], Лос-Анджелес,Калифорния (1987-1989) …………

1.6.3 Высотное здание Yokohama Landmark Tower, Япония (1990 - 1993)

1.6.4 Высотное здание «Трансамериканская Пирамида»

[Transamerica Pyramid], Сан-Франциско, Калифорния (1969 - 1972) ……

1.6.5 Высотное здание «Тайпей 101» [Taipei 101] (Taipei Financial Center), Тайпей, Тайвань (1999 - 2003) …

2. ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ.

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ ………………………………………….

2.1 Особенности высотных зданий по сравнению со зданиями малой и средней этажности ………

2.2 Порядок проектирования высотных зданий ……………………………….

2.2.1 Процесс предварительного проектирования …………………………

2.2.2 Критические вопросы предварительного проектирования ……….

2.3 Сейсмическая опасность и cейсмические нагрузки ……………………….

2.3.1 Общие нормативные требования ……………………………………

2.3.2 Известные предложения по оценке сейсмической опасности и методам проектирования высотных зданий ……………………………….

2.3.2.1 CTBUH 2008: «Рекомендации для сейсмического проектирования высотных зданий. Совет по высоким зданиям и среде обитания» ………...................

2.3.2.2 PEER TBI 2010: «Руководство по проектированию высотных зданий с заданным уровнем обеспечения сейсмостойкости. Инициатива по высотным зданиям Тихоокеанского научно исследовательского центра по сейсмостойкому строительству» ………

2.3.2.3 2008 LATBSDC: «Альтернативный метод сейсмического расчёта и проектирования высотных зданий, расположенных в регионе Лос Анжелеса». Совет по строительному проектированию высотных зданий Лос Анжелеса [Los Angeles Tall Buildings Structural Design Council] …………….

2.3.2.4 1998 – Строительный Стандарт Японии [The Building Standard Law Enforcement Order]. Требования для высотных зданий …

2.4 Конструктивные требования, учитываемые при детальном проектировании .

2.4.1 Возрастание веса и гибкости здания с увеличением его высоты ……..

2.4.2 Воздействие ветра и его влияние на горизонтальную жесткость здания ………

2.4.2.1 ISO 6897:1984, принятый в Украине как стандарт ДСТУ ISO 6897:2005: «Руководство по оценке чувствительности жителей стационарных сооружений, особенно прибрежных зданий и сооружений, к низкочастотным (от 0.063 до 1 Гц) горизонтальным перемещениям»

2.4.2.2 ISO 2631-1: 1997, принятый в Украине как стандарт ДСТУ ISO 2631-1:2004: «Оценка влияния общей вибрации на человека. Часть 1. Общие требования» ………………………………

2.4.2.3 ISO 2631-2: 2003, принятый в Украине как стандарт ДСТУ ISO 2631-2:2004: «Оценка влияния общей вибрации на человека. Часть 2. Вибрация в зданиях (от 1 Гц до 80 Гц) ……

2.4.2.4 ISO 10137: 2007: «Эксплуатационная надежность зданий и пешеходных переходов в условиях воздействия вибраций» ……………….…

2.4.3 Увеличение изгибающих моментов при крутильных колебаниях зданий по нормам России, Украины, других стран СНГ, Европы и США …..

2.4.3.1 Нормы России. СНиП II-7-81* – 2002: «Строительство в сейсмических районах» ………

2.4.3.2 Нормы Украины. ДБН В.1.1-12:2006. «Строительство в сейсмических районах Украины» ………

2.4.3.3 Нормы Республики Казахстан. СНиП РК 2.03-30-2006: «Строительство в сейсмических районах»

2.4.3.4 Нормы Республики Узбекистан. КМК 2.01.03-95: «Строительство в сейсмических районах» ……

2.4.3.5 Нормы Республики Армения. СНРА ІІ-6.02-2006: Сейсмостойкое строительство. Нормы  проектирования ………

2.4.3.6 Eurocode 8. EN 1998-1: 2004: «Проектирование сейсмостойких конструкций –Часть 1: Общие правила, сейсмические воздействия и правила для зданий» ……………………………………

2.4.3.7 ASCE/SEI 7-05: «Минимальные проектные нагрузки для зданий и других конструкций» …………

2.5 Референтные значения конструктивных ограничений и рабочих характеристик предельных состояний зданий при сейсмических воздействиях

2.5.1 Анализ положений нормативных документов по установлению допустимых перекосов зданий ……

2.5.2. Референтные значения рабочих характеристик, соответствующих уровням сейсмической  безопасности зданий и сооружений …………………..

2.5.3 Поперечные сейсмические нагрузки на здание выше уровня грунта и горизонтальная жесткость здания

2.5.4 Горизонтальные перемещения в уровне верха этажей [Story Drift] и допускаемые предельные перемещения [Drift Limits] в высотных зданиях …

2.5.4.1 Эффект «P - Дельта» ………………………………………………

2.5.4.2 Проверка опрокидывающего момента ………………………….

2.5.4.3 Нормирование междуэтажных сдвигов (перекосов этажей) ….

2.5.4.4 Междуэтажные перекосы этажей высотных зданий ………….

2.5.4.5 Выбор референтных характеристик оценки сейсмостойкости зданий и сооружений для проектирования ……………………………...

2.6 Альтернативные схемы определения коэффициентов разрушения конструкций при перекосе этажей ……

2.6.1 Определение Индекса разрушаемости конструктивного элемента здания по методике проф. С.В. Полякова на основе экспериментальных исследований ……………………

2.6.2 Определение Индекса разрушаемости конструктивных элементов здания по методу F. Charney and L. Griffis на основе результатов расчета …

3. СИСТЕМА АУТРИГГЕРОВ И РЕШЕТЧАТЫХ ПОЯСОВ В ЗДАНИИ

3.1 Аутриггерная система и её роль в обеспечении пространственной устойчивости высотных зданий ……

3.2 Основы расчета несущих конструкций высотных зданий с аутриггерами ….

3.2.1 Расположение аутриггера в верхней части здания …………………….

3.2.1.1 Вспомогательные формулы для консольной системы …………

3.2.1.2 Основные соотношения для системы с аутриггером вверху  здания……………………

3.2.1.3 Эквивалентная жесткость системы при повороте …………….

3.2.2 Вариант 2: Расположение аутриггера на расстоянии равном 0,25Н от верха здания (х = Х1)…………………

3.2.3 Вариант 3: Расположение аутриггера на расстоянии равном 0,5Н от верха здания (х = Х2)……

3.2.4 Вариант 4: Расположение аутриггера на расстоянии равном 0,75Н от верха здания (х = Х3)………………

3.2.5 Оптимальное расположение одного аутригера по высоте здания ……

3.3 Результаты исследований аутриггерных систем при действии различных

видов поперечных нагрузок и количества аутриггеров по высоте здания ….

3.3.1 Мульти-аутриггерная система. Равномерно распределённая по высоте поперечная нагрузка. ………

3.3.2 Основные зависимости при расположении в здании двух аутриггеров и при равномерной поперечной нагрузке …………………………………….

3.3.3 Оптимальное расположение аутриггеров по высоте здания в мульти-аутриггерной системе при различных схемах действия поперечных нагрузок

3.3.4 Оценка вклада изгибной жёсткости аутриггеров на уменьшение изгибающих моментов в здании при воздействии различных схем поперечных нагрузок ………………………………………………

3.4 Определение периодов собственных колебаний системы высотного здания …………………

3.5 Влияние изгибной жесткости аутриггеров на их оптимальное расположение по высоте здания ………

4. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

4.1 Дискретизация пространственных систем зданий и сооружений …………….

4.2 Динамические расчётные схемы высотных зданий ……………………………

4.3 Уравнение, учитывающее деформации изгиба и сдвига поперечных сечений и податливости основания высотного здания. Решение задачи для поступательных колебаний ………

4.3.1 Дифференциальное уравнение и период собственных колебаний здания

4.3.2 Граничные условия и формы собственных колебаний. Трансцендентное частотное уравнение ………

4.3.3 Анализ частотного уравнения и частные случаи решения …………….

4.4 Параметры поступательных колебаний зданий, определяемые конструктивными особенностями расчётной схемы …………………………..

4.4.1 Оценка сдвиговой и изгибной жесткостей поперечного сечения здания ………………

4.4.2 Характеристики жесткости основания …………………………………..

4.4.3 Сравнение расчётных характеристик и опытных данных ……………...

4.5 Влияние компонентов жесткости изгиба и сдвига поперечного сечения на форму горизонтальных перемещений здания ………………………………..

4.5.1 Соотношение между изгибной и сдвиговой жесткостями ……………

4.5.2 Ориентация координатных осей системы ……………………………..

4.5.3 Влияние компонентов деформаций на перемещения системы ………

4.6 Учёт перемещений и поворотов в основании в расчётной модели высотного здания при изгибе и сдвиге поперечного сечения ……………………………...

4.7 Оценка влияния форм колебаний здания на величину сейсмической нагрузки с учётом податливости основания ……………………………………………….

4.8 Частоты собственных колебаний при ступенчатом изменении по высоте жесткости здания ……………

4.8.1 Уравнение частот для совокупности однородных граничных условий рассматриваемой динамической системы ………………………………………

4.8.2 Построение частотных уравнений для зданий со ступенчатым изменением масс и жесткостей на основе ассоциированных матриц …………

4.8.3 Примеры построения частотных уравнений для системы с двумя участками различной жесткости и массы ……………………………………….

5. КОЛЕБАНИЯ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ

С АУТРИГГЕРАМИ

5.1 Динамическая расчётная схема высотного здания на упругом основании с аутриггерами …………

5.2 Расчёт высотных зданий на упругом основании с аутриггерами ……………...

5.2.1 Основные соотношения для системы высотного здания на податливом основании без аутриггеров …

5.2.2 Основные соотношения для системы высотного здания на податливом основании с одним аутриггером

5.2.3 Основные соотношения для системы высотного здания на податливом основании с двумя аутриггерами

5.2.3.1 Расчётная модель высотного здания с двумя аутриггерами …

5.2.3.2 Основные допущения метода расчёта при статической нагрузке ………………………

5.2.3.3 Метод расчёта …………………………………………………..

5.2.3.4 Определение моментов сопротивления аутриггеров

и перемещений системы здания ……....................................…………

5.3 Определение периодов собственных колебаний высотных зданий с аутриггерами ………

5.3.1 Общий метод определения периода собственных колебаний мульти-аутриггерной системы высотных зданий ……………………………………..

5.3.2 Определение периода основного тона собственных колебаний высотных зданий с аутриггерами методом Дункерлея ……………………….

5.3.2.1 Частота колебаний при изгибе поперечного сечения ………..

5.3.2.2 Частота колебаний при сдвиге поперечного сечения ………..

5.3.2.3 Частота колебаний при повороте здания в основании ………

5.3.2.4 Частота колебаний при смещении здания в основании ……..

5.3.2.5 Влияние моментов, возникающих в аутриггерах, на изменение частоты собственных колебаний системы ……………

5.3.3 Общая формула для определения периода основного тона колебаний высотного здания с аутриггерами …………………………

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ

В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ ДБН В.1.-1-12: 2014 «СТРОИТЕЛЬСТВО В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ УКРАИНЫ»

6.1 Основные положения ……………………………………………………………

6.2 Сейсмическая опасность и учёт грунтовых условий ………………………….

6.2.1 Карты общего сейсмического районирования территории

Украины ОСР-2004 ……………………………………………………………….

6.2.2 Требования ДБН В.1.2-14-2009 и ДСТУ-Н Б В.1.2-16 в части назначения класса последствий (ответственности) и категорий сложности объектов строительства при определении сейсмических нагрузок по ДБН В.1.1-12: 2014 «Строительство в сейсмических районах Украины» …………

6.2.3 Учёт грунтовых условий при проектировании ………………………..

6.3 Общие принципы обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений

6.3.1 Основные конструктивные требования для проектирования сейсмостойких зданий и сооружений ………………………………………….

6.3.2 Мониторинг и паспортизация объектов строительства ……………….

6.3.3 Основные особенности и изменения нормативного документа ………

6.4 Сочетания нагрузок при расчёте на сейсмические воздействия ……………..

6.5 Методы расчёта и их применение ……………………………………………….

6.6 Спектральный метод определения сейсмических нагрузок ………………………

6.6.1 Расчётные схемы зданий и определение сейсмических нагрузок ……

6.6.2 Оценка внутренних усилий по результатам расчёта …………………...

6.6.3 Определение сейсмических сил на протяжённые в плане здания с учётом влияния бегущей сейсмической волны …………………………………

6.7 Прямой динамический метод расчета с применением акселерограмм

землетрясений …………………………………………………………………….

6.8 Расчеты элементов конструкций ………………………………………………...

6.9 Конструктивные требования при проектировании зданий и сооружений……

6.10 Обеспечение сейсмостойкости зданий в районах сейсмичностью 6 баллов …

6.11. Научно-техническое сопровождение проектирования и строительства экспериментальных объектов ………………………………………………………

6.12. Примеры научно-технического сопровождения проектирования

и строительства зданий в сейсмических районах. ……………………………..

6.12.1 Гостиничный комплекс (Одесса, Французский бульвар, 60/1) ………..

6.12.2 Жилое 23-х этажное здание в г. Ялте по ул. Красноармейской ……….

6.13 Особенности определения сейсмических нагрузок при проектировании высотных зданий …………

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕЙСМОСТОЙКИХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

С УЧЁТОМ РЕКОМЕНДАЦИЙ ЕВРОКОДА 8: «СЕЙСМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ И ПРАВИЛА ДЛЯ ЗДАНИЙ» *)

7.1 Основные сведения о строительных стандартах «Eврокод» ……………………..

7.1.1. Назначения и области применения Еврокодов ………………………….

7.1.2 ЕN 1998. Еврокод 8, его части и область применения …………………..

7.1.3. Требования к Национальным стандартам по соблюдению правил Еврокодов ……………

7.2. Проектирование зданий с ожидаемым уровнем обеспечения сейсмостойкости и учетом рекомендаций АТС-40 и ЕВРОКОДА 8 …………

7.2.1 Основные положения …………………………………………………….

7.2.2 Методы определения сейсмически сил и рекомендации Еврокода 8 …

7.2.2.1 Линейный статический анализ (метод поперечной силы) ……

7.2.2.2 Модальный анализ спектра реакции ……………………………

7.2.2.3 Нелинейные методы определения заданных перемещений. Нелинейный статический анализ (Pushover Analysis). Методика АТС-40. ………………………………………………………..

7.2.2.4 Проверка рабочих характеристик ……………………………….

7.2.2.5 Нелинейный динамический анализ. Метод прямого интегрирования динамической задачи ………

7.3 Инженерный метод расчета зданий на сейсмические воздействия как нелинейных систем на основе рекомендаций EN 1998 - 1 (Еврокод 8) и

ДБН В.1.1-12:2014 с применением метода спектра несущей способности …...

7.3.1 Преобразование пространственной многомассовой динамической модели здания в эквивалентную одномассовую систему ……………………...

7.3.2 Классификация типов грунтов по сейсмическим свойствам, принятая в ЕВРОКОД 8. …………………

7.3.3 Зоны сейсмичности ………………………………………………………

7.3.4 Сейсмические воздействия ……………………………………………..

7.3.5 Проектные перемещения грунта ……………………………………….

7.3.6 Проектный спектр при использовании рекомендаций Еврокода 8 по упругому анализу зданий и сооружений для конструкций с 5% затуханием .

7.3.7 Определение перемещений зданий на основе метода спектра несущей способности с учетом нелинейной работы конструкций …………………….

7.3.8 Процедура вычисления нелинейной сейсмической реакции для оценки ожидаемого уровня сейсмостойкости здания, рекомендованная

ДБН В.1.1-12:2014 ………………………………………………………………..

7.3.9 Применение метода спектра несущей способности при расчёте зданий на воздействие акселерограмм землетрясения ………………………………….

7.3.10 Учет влияния высших форм колебаний ……………………………….

7.4 Иллюстрация порядка выполнения расчета методом спектра несущей способности на примере анализа нелинейных перемещений железобетонной четырехэтажной рамы

7.4.1 Иллюстративный пример расчёта многоэтажной рамы. Общий случай

7.4.2 Результаты расчёта при воздействии землетрясений различной интенсивности ……………………

8. ОСНОВНЫЕ РУКОВОДЯЩИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕЙСМОСТОЙКИХ ЗДАНИЙ СООТВЕТСТВИИ С РЕКОМЕНДАЦИЯМИ ЕВРОКОДА 8 И ТРЕБОВАНИЯМИ ДБН В1.1-12:2014

8.1. Основные требования и рекомендации по обеспечению сейсмостойкости при проектировании …………

8.1.1 Требование отсутствия коллапса (обвала) ‒ EN 1998-1 (п. 2.1) …………

8.1.1.1 Примечания, относящиеся к требованиям Еврокода 8 ………...

8.1.1.2 Разъяснения и примечания, относящееся к требованию отсутствия коллапса в ДБН В. 1.1-12:2014 и Нормах других стран ..…

8.1.2 Требования к ограничению повреждений ‒ EN 1998 [п. 2.1 (1)P] ……...

8.1.2.1 Примечания, относящиеся к ограничениям повреждений

ЕN 1998 -1 …………………………………………………………………...

8.1.2.2 Разъяснения, относящиеся к требованиям ДБН В. 1.1-12:2014..

и Норм других стран по ограничению повреждений ……………….......

8.1.3 Требования отсутствия повреждений при воздействии …………….…

8.1.3.1 Положения, относящиеся к требованиям ЕN 1998 …………….

8.1.3.2 Разъяснения, относящееся к требованию отсутствия

повреждений в ДБН В. 1.1-12:2014 и Нормах других стран …………..

8.2 Критерии соответствия …………………………………………………………...

8.2.1 Конечное предельное состояние …………………………………………

8.2.1.1 Требования EN 1998 ………………………………………………

8.2.1.2 Требования ДБН В. 1.1-12:2014 и разъяснения, относящиеся

к проверке конечного предельного состояния конструкций зданий ….

8.2.2 Состояние ограничения повреждения …………………………………...

8.2.2.1 Требования EN 1998-1 …………………………………………….

8.2.2.2 Требования и ограничения, установленные ДБН В.1.1-12:2014.

8.3 Специальные мероприятия по обеспечению сейсмостойкости ………………..

8.3.1 Специальные мероприятия в cтандарте EN 1998-1 ……………………...

8.3.2 Специальные мероприятия, предусмотренные в ДБН В.1.1-12:2014 ….

8.4 Критерии проектирования сейсмостойких зданий и сооружений ……………

8.4.1 Критерии регулярности сооружений в плане и по высоте. Рекомендации EN 1998-1 …………

8.4.1.1 Критерии регулярности в плане …………………………………

8.4.1.2 Критерии регулярности по высоте ……………………………...

8.4.2 Критерии регулярности сооружений в плане и по высоте зданий в соответствии с требованиями ДБН В.1.1-12:2014 ………………………

8.5 Рекомендации по выполнению расчёта зданий …………………………………

8.5.1 Формирование расчётных моделей здания ……………………………...

8.5.1.1 Моделирование. Рекомендации EN 1998-1……………………...

8.5.1.2 Расчётные модели и нагрузки, принимаемые при расчётах

на сейсмические воздействия по требованиям ДБН В.1.1-12:2014 ……

8.5.2 Влияние случайного эксцентриситета на кручение зданий …………….

8.5.2.1 Учет влияние случайного кручения в EN 1998-1 ………………

8.5.2.2 Учет влияния случайного эксцентриситета на кручение здания в плане в ДБН В. 1.1-12:2014 ………

8.5.3 Методы расчёта …………………………………………………………...

8.5.3.1 Методы расчёта, рекомендованные в EN 1998 -1 ………………

8.5.3.1.1 Метод поперечных сил …………………………………

8.5.3.1.2 Перерезывающие силы в основании здания …………..

8.5.3.1.3 Распределение горизонтальных сейсмических сил …..

8.5.3.1.4 Влияние кручения ……………………………………….

8.5.3.2 Аналогия метода поперечных сил при определении сейсмических нагрузок для зданий жесткой конструктивной системы с учётом рекомендаций ДБН В. 1.1-12:2014 …………….……

8.5.3.3 Расчёт по спектральному методу. Рекомендации EN 1998 -1….

8.5.3.3.1 Общие сведения …………………………………………

8.5.3.3.2 Горизонтальный спектр упругой реакции ………..…...

8.5.3.3 .3 Вертикальный спектр упругой реакции ..…………..

8.5.3.3.4 Проектные перемещения грунта ……………………….

8.5.3.3.5 Сочетание модальных реакций ………………………...

8.5.3.3.6 Влияние кручения ……………………………………….

8.5.4 Спектральный метод расчёта в нормах Украины ДБН В. 1.1-12:2014

8.5.5 Нелинейные методы расчёта зданий. Рекомендации EN 1998-1 …….

8.5.5.1 Общие сведения ………………………………………………….

8.5.5.2 Нелинейный статический анализ предельной прочности [pushover analysis] ………………

8.5.5.3 Нелинейный расчёт с применением акселерограмм землетрясений [Non-linear time-history analysis]

8.5.5.4 Эффекты сочетания компонент сейсмического воздействия ..

8.5.5.4.1 Горизонтальные компоненты сейсмического воздействия …………

8.5.5.4.2 Вертикальная составляющая сейсмического воздействия ………

8.5.6 Вычисление перемещения ………………………………………………

8.5.7 Неконструктивные элементы …………………………………………..

8.5.7.1 Общие сведения ………………………………………………….

8.5.7.2 Верификация ……………………………………………………..

8.5.7.3 Показатели важности …………………………………………..

8.5.7.4 Показатели поведения ………………………………………….

8.5.8 Дополнительные меры для каменного заполнения каркасов …………

8.5.8.1 Общие сведения ………………………………………………….

8.5.8.2 Требования и критерии …………………………………………

8.5.8.3 Нерегулярности вследствие заполнения каменной кладкой …

8.6 Проверки безопасности ………………………………………………………….

8.6.1 Общие сведения ………………………………………………………….

8.6.2 Конечное предельное состояние ………………………………………..

8.6.2.1 Общие сведения ………………………………………………….

8.6.2.2 Условие сопротивления …………………………………………

8.6.2.3 Условия общей и локальной пластичности ……………………

8.6.2.4 Условие равновесия ……………………………………………..

8.6.2.5 Сопротивление горизонтальных диафрагм ……………………

8.6.2.6 Сопротивление фундаментов …………………………………..

8.6.2.7 Требование к сейсмическим швам …………………………….

8.6.3 Ограничение повреждения ………………………………………………..

8.6.3.1 Общие сведения ………………………………………………….

8.6.3.2 Ограничение межэтажного сдвига ……………………………..

8.7 Нелинейные методы расчёта для оценки сейсмостойкости зданий и сооружений в соответствии с требованиями ДБН В. 1.1-12: 2014 ………………………….

8.7.1 Методика нелинейного расчёта …………………………………………

8.7.2 Конструктивные меры защиты зданий от землетрясений.

Примеры последствий ……………………………………………………………



 ПРЕДИСЛОВИЕ
  
 Понятие «высотное здание» относится к историческим категориям. В процессе развития и совершенствования конструктивных систем зданий, промышленности стройматериалов и технологий строительства это определение неизменно менялось и совершенствовалось. В разных странах определения высотности зданий различны. Они связаны со многими факторами, определяющими архитектурно-планировочными решениями, применяемыми конструкциями, технологией возведения зданий и другими понятиями. На современном этапе развития строительства, здания высотой от 73,5 ‒ 75,0 м и выше относят к категории высотных зданий, а выше 150 м ‒ считаются высокими, а свыше 300 м ‒ сверхвысокими «небоскребами».   Конструктивные системы высотных зданий совершенствовались в зависимости от использования материалов для несущих конструкций (от чугунного литья до применения железобетона, металлических и деревянных конструкций, сверхлегких и сверхпрочных материалов, усиленных применением современных технологий).   Проектирование и строительство высотных зданий, по сравнению с проектированием  зданий и сооружений небольшой этажности и проектируемых для обычных условий строительства, имеет свои специфические особенности. Эти особенности связаны с уникальностью проектируемого сооружения, функциональным назначением высотного здания и его размещением в городской застройке. К таким особенностям относятся требования по обеспечению безопасности всего сооружения, обеспечения пригодности (комфортности) для жилья и офисной деятельности, доступности и удобства проживания людей в здании, а также соблюдения экологических принципов защиты окружающей среды и возможностью безопасной эвакуации с верхних этажей здания при аварийных ситуациях.   Важным обстоятельством являются вопросы научно-технического сопровождения проектирования и строительства, которые включают обоснование приемлемых  нагрузок и воздействий, специфику расчета, проведение специальных исследований, включая натурные испытания элементов, проверку на моделях в аэродинамической трубе и на сейсмических платформах, разработку мероприятий по пожарной безопасности, создание и установку демпфирующих устройств, обеспечивающих снижение ветровых и сейсмических воздействий, меры по предотвращению прогрессирующего (лавинообразного/ непропорционального) обрушения, а также конструктивные меры повышения несущей способности здания. Еще одна особенность высотных зданий заключается в том, что имеющийся опыт и действующие во многих странах нормы проектирования по сейсмостойкому строительству основывались на опыте анализа последствий землетрясений для зданий небольшой этажности и, в связи с этим, рекомендации действующих Норм не отражают современное понимание требований применительно к высотным зданиям. Они не применимы для сооружений, общая высота которых составляет более 50 – 75 м.  «Рабочая группа по сейсмическому проектированию» (США) «Совета по высоким зданиям и среде обитания» (CTBUH) в 2008 году опубликовала «Рекомендации для сейсмического проектирования высотных зданий», в которых отражены современные тенденции развития высотного строительства в сейсмических районах и общее понимание необходимости создания новых строительных кодов по сейсмическому проектированию. К аналогичному пониманию приходят специалисты других стран.   В этих работах указывается, что зарубежная практика и общепризнанные нормы США (UBC -1997; IBC- ICC), Канады (NBCC), Европейского Союза (Eurocode 8: EN 1998-1), не располагают достаточным опытом их применения в высотном строительстве. Как правило, для определения сейсмических нагрузок эти нормы основываются на спектральной теории сейсмостойкости и учете небольшого количества форм собственных колебаний для определения сейсмических нагрузок на конструкции зданий. Расчет на акселерограммы землетрясения не всегда является обязательным (как это принято в UBC - 97). Вместе с тем, учет высших форм колебаний для высотных зданий может иметь определяющее значение при оценке их сейсмостойкости.  
 Спектральные характеристики и сейсмические воздействия в Нормах большинства стран, кодах EN, СНиП России и Нормах СНГ вычисляются из предположения упругой работы конструкций, а учет нелинейной работы сооружения осуществляется косвенно путем введения понижающих коэффициентов (коэффициентов редукции) при вычислении сейсмических сил. Аналогичным образом учитывается превышающие нагрузки за счет высоты здания (СН Казахстана  и ДБН Украины).  В монографии представлены результаты исследований, выполненных в ГП НИИСК по вопросам проектирования высотных зданий в сейсмических районах. Проведено обобщение международного опыта проектирования высотных зданий и сооружений. Разработаны расчётные модели и методы расчёта при колебаниях от ветровых и сейсмических воздействий с учетом изгиба и сдвига несущих конструкций, поворота и смещения в основании сооружений. Особое внимание уделено построению метода расчета такой системы с учетом влияния аутриггеров в мульти-аутриггерной системе.   Монография состоит из восьми разделов. В первом разделе рассмотрены критерии определения высотности сооружений, содержащиеся в нормативных определениях разных стран. Во втором разделе рассмотрены особенности процесса проектирования высотных зданий по сравнению со зданиями малой и средней этажности.  Раздел третий посвящен рассмотрению конструктивных систем высотных зданий с применением аутриггерных систем и решетчатых поясов в высотных системах, основанных на предложениях выдающегося архитектора и конструктора Фазлур Хана (США), нормативных кодах США, Японии, опыте применения таких систем в Европе, России, Арабских Эмиратах и других странах.  В разделе 4 разработаны расчётные модели и методы расчёта при колебаниях от ветровых и сейсмических воздействий с учетом изгиба и сдвига несущих конструкций, поворота и смещения в основании сооружений. Рассмотрены частные случаи конструктивных систем и расчётных моделей и проведен анализ влияния отдельных компонентов деформаций на периоды и формы собственных колебаний зданий.  Особенности деформирования и колебаний высотных систем с аутриггерами представлены в пятом разделе, где представлен общий подход к расчёту аутриггерных систем и частные решения задачи, определяемые изгибом, сдвигом поперечного сечения, податливостью основания и жесткостью аутриггеров.   Раздел 6 включает вопросы проектирования зданий и конструкций в соответствии с требованиями ДБН В.1.1-12: (редакция 2014 г.) «Строительство в сейсмических районах Украины». Рассмотрены методы определения сейсмических нагрузок, основные конструктивные требования обеспечения сейсмостойкости, описаны особенности новой редакции ДБН по сравнению с редакцией этого документа 2006 года, приведены иллюстративные расчёты.  Разделы 7 и 8 являются основополагающими, в которых представлены основные рекомендации Еврокода 8 (EN 1998-1) и требования новой редакции ДБН для проектирования сейсмостойких зданий и сооружений. Здесь рассмотрены методы определения сейсмических сил c учётом нелинейной работы конструкций.  Особое внимание уделено нелинейному анализу конструкций принятому в американском Руководстве по проектированию АТС-40 и методу Спектра несущей способности, рекомендованному стандартом Еврокод 8. Метод Спектра несущей способности (СНС) принят в качестве основного для инженерного метода расчёта зданий на сейсмические воздействия как нелинейных систем, разработанного в ГП НИИСК в 2010 году и представленного в монографии «Проектирование зданий с заданным уровнем обеспечения сейсмостойкости» (2012 г.) Этот метод включен для анализа сейсмостойкости  конструкций в ДБН В.1.1-12: 2014, где процедура вычисления нелинейной сейсмической реакции здания является основным инструментом инженерного метода.  В Разделе 8 дан сопоставительный анализ применяемых методов расчета и конструктивных требований обеспечения сейсмостойкости по EN и ДБН с необходимыми пояснениями и примерами для проектирования.  
  Государственный Научно-исследовательский институт строительных конструкций   (ГП НИИСК) Минрегиона Украины, май 2015 г. 


     
вул. Преображенська, 5/2,  
Київ – 37, 03037
(044) 249-37-65                
Ємельяненеко Лідія Василівна
(044) 248-89-09
l.iemelyanenko@ndibk.gov.ua

Співпраця з громадськими організаціями