Анализ напряженно-деформированного состояния железобетонных монолитных несущих конструкций многоэтажного здания на скальном и дисперсном основании с учетом воздействия сейсмических нагрузок Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

SEISMIC ISOLATION SYSTEM AND SEISMIC DAMPERS

Alipour M, Guzman Curay F.R, Abu Mahadi M.I.

Peoples Friendship University of Russia, Department of Architecture and Construction

Abstract:

This article discusses the most popular options for improving the seismic stability of a building object (structure or building). Based on these methods, we ensure the seismic resistance of the building (s). The article shows a variety of seismic dampers and seismic isolation system, their advantages and disadvantages.

Key words:

seismic load, dampers, seismic isolation, seismic resistance, earthquake, construction, increase, dynamic energy, fluctuations. Date of receipt in edition: 04.05.19 Date of acceptance for printing: 08.05.19

УДК 624.012

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОНОЛИТНЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ НА СКАЛЬНОМ И ДИСПЕРСНОМ ОСНОВАНИИ С УЧЕТОМ ВОЗДЕЙСТВИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Д.В. Морозова, Ю.С. Литвиченко

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Аннотация

Приведены результаты и анализ напряженно-деформированного состояния несущих конструкций многоэтажного жилого здания на скальном основании и на дисперсных грунтах с учётом сейсмических воздействий. Представлены результаты расчетов, выполненных на конечно-элементных моделях здания, разработанных в программном комплексе ЛИРА САПР, в виде изополей изгибающих моментов, эпюр продольных усилий и в табличном виде.

Ключевые слова:

напряжённо-деформированное состояние, монолитные железобетонные несущие конструкции, конечно-элементные модели, скальное основание, дисперсные грунты, сейсмические воздействия, тополя усилий, армирование. История статьи:

Дата поступления в редакцию 11.04.19 Дата принятия к печати 15.04.19

Задача обеспечения надежной несущей способности и устойчивости зданий и сооружений при сейсмических воздействиях остаётся нерешённой по настоящее время [1.. .8]. Поэтому для каждого конкретного сооружения, возводимого в сейсмическом районе, требуются исследования напряжённо-деформированного состояния несущих конструкций.

Приведенный в статье анализ результатов исследования напряженно-деформированного состояния несущих железобетонных конструкций многоэтажного жилого здания является продолжением исследований, изложенных в публикации [11].

На рис. 1 показана конечно-элементная модель 12-этажного здания с каркасно-стеновой несущей системой, безбалочным перекрытием и с антисейсмическими железобетонными поясами в виде обвязочных балок, конструкция которых описана в [11], с учётом рекомендаций, изложенных в [7].

Приняты следующие размеры исследованного здания: в осях — 23,1х22,8 м. Сечение несущих колонн — 400х400 мм; сечения пилонов — 1000х200, 1600х200 и 2100х200. Толщина плит перекрытий 200 мм; фундаментной плиты — 800 мм. Временная (полезная) нагрузка на перекрытия — 1,5 кПа принята, как для жилого помещения, согласно [14]. Расчёт снеговой и ветровой нагрузок произведен для южного региона РФ с сейсмичностью 7 баллов в соответствии с [13,14].

Конечно-элементные модели здания разработаны в программном комплексе ЛИРА САПР с использованием учебного пособия [12]. Железобетонные конструкции здания проектировались в соответствии с [9,10,15]. На рис. 2 представлен план типового этажа исследованного здания.

Рис.1. Конечно-элементная модель многоэтажного здания с антисейсмическими поясами в уровне каждого этажа

В расчётных моделях учитывались скальные грунты основания и дисперсные грунты.

Задание геологических условий площадки строительства выполнено в модуле «Грунт», встроенном в программный комплекс ЛИРА САПР.

В расчётах приняты дисперсные грунты основания в виде среднезерни-стых песков и скальное основание — в виде известняка. Основные характеристики этих оснований приведены в таблице 1.

Рис. 2. План типового этажа многоэтажного здания

03

г

м О

-I

м

Э СО

I

1

и .

* *

к 2 а л с I го I г о

М (Ц

■Ею

5 °

2 т I щ

« 13 § *

= £ Ш I

£ к

5 о са

£ о

с ° ^ о

и 15

<2! , га «I и

а Я 8|

8«

ш А ^ 0

ЕЗ I

Таблица 1.

Основные характеристики грунтов оснований, принятых в расчётах НДС несущих конструкций многоэтажного здания

Вид основания Модуль деформации, кН/м2 Коэффициент Пуассона Удельный вес, кН/м3 Коэффициент пористости, кН/м2 Удельное сцепление

Песок средний 21500 0,3 17,7 0,6 1

Известняк 120000 0,27 27,7 0,07 220

Кроме того, принято: угол внутреннего трения для песка 380; для известняка — 330. Коэффициенты постели: для дисперсного грунта основания

С = 50000 кН/м3; для известняка С = 800000 кН/м3.

На рис. 3 показаны эпюры продольных сил в колоннах здания; на рис. 4 — изополя изгибающих моментов М в фундаментной плите при скальном основании и на дисперсных грунтах.

а) б)

Рис. 3. Эпюры продольных усилий (кН) в колоннах: а) при скальном основании;

б) при дисперсных грунтах

а б

Рис. 4. Изополя напряжений Мх (кНм) в фундаментной плите: а) при скальном основании; б) при дисперсных грунтах

О

г

ы О

-I ы Э

00

Результаты проведенных расчетов представлены в таблице 2 с сопоставлением возникающего напряженно-деформированного состояния в несущих конструктивных элементах многоэтажного здания. При этом учитывались максимальные расхождения величин усилий в различных указанных сечениях.

Таблица 2.

Сравнение усилий и продольного армирования в несущих конструкциях

многоэтажного здания

Параметры сравнения Вариант с дисперсным грунтом основания Вариант со скальным грунтом основания Разница значений указанных вариантов, %%

Максимальный изгибающий момент Мх в типовом перекрытии в осях 2-4/Ж-И, кНм 7,61 7,5 -1,45

Изгибающий момент Мх в типовом перекрытии на опоре в осях 7/В, кНм 7,50 10,56 +40,8

Максимальный изгибающий момент Мх в типовом перекрытии в осях 2-3/В-Е, кНм 7,80 7,643 -2,0

Продольная сила N в колонне цокольного этажа в осях В/3, кН 1274,6 1327,18 +4,13

Продольная сила N в колонне 1-го этажа в осях К/7, кН 572,16 669,7 +17,05

I

X

V .

* *

к 2 а -а

с X

(С X

X о

м I-

п ш

I в

5 т

х щ

< ч

. а

§ *

X I

т 1

I о

СО н

£ О

^ О

^ о

■ 1_

и о

2! "А Я

а 5

о |

го |

Л о

И £ *

с! х

Максимальный изгибающий момент в фундаментной плите в осях 2-3/Б-В, кНм 26,96 16,67 -38,17

Максимальный прогиб в осях 5-7/Б-Г, мм 7,16 6,96 -2,8

Диаметры фоновой арматуры типового перекрытия по расчету, мм 8/8 8/8 -

Диаметры фоновой верхней и нижней арматуры фундаментной плиты по расчету, мм а18 шаг 200, а18 шаг 200 а18 шаг 200, а16 шаг 200 -

*) В таблице указаны наибольшие расхождения усилий в несущих конструкциях в указанных осях.

По результатам проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. Величины изгибающих моментов в пролётной части типового перекрытия в сечении, проходящем по осям (2-4/Ж-И) незначительно отличаются в вариантах скального основания и при дисперсных грунтах.

2. Значительное расхождение имеется в изгибающих моментах в приопорной зоне (до 41%) около колонны 7/В. Большие величины этих усилий возникают при скальном основании.

3. В вертикальных несущих элементах (колоннах) значения продольных сил имеют меньшее расхождение (не более 17%).

4. В фундаментной плите наблюдается увеличение изгибающих моментов при дисперсных грунтах основания (до 38%).

5. На основании результатов проведенных исследований армирование несущих конструктивных элементов многоэтажных зданий будет наиболее рациональным.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Айзенберг Я.М., Кодыш Э.Н., Никитин И.К., Смирнов В.И., Трекин Н.Н. Проектирование многоэтажных зданий с железобетонным каркасом для сейсмических районов: монография. — М.: АСВ, 2011. 322 с.

2. Тамразян А.Г. и др. Снижение рисков в строительстве при чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера.; под общ. ред. Тамразяна А. Г. АСВ, Москва, 2012. — С.291-298.

3. Тамразян А.Г. Оценка риска и надежности несущих конструкций и ключевых элементов — необходимое условие безопасности зданий и сооружений. Вестник НИЦ Строительство. 2009. № 1. С. 160-171.

4. Тамразян А.Г. Научные основы оценки риска и обеспечения безопасности железобетонных конструкций, зданий, сооружений при комбинированных особых воздействиях // Вестник НИЦ «Строительство», №16, 2018 г. 106-114 с.

5. Тонких Т.П. По вопросу использования динамических испытаний для оценки технического состояния и сейсмостойкости зданий и сооружений // Мониторинг. Наука и безопасность. М.: Научно-производственное объединение «Диагностика и анализ риска». №4. 2012. С. 54-57.

6. Расторгуев Б.С., Ванус Д.С. Оценка безопасности зданий и сооружений при особых динамических воздействиях // Бетон и железобетон — взгляд в будущее. Научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону: в семи томах. М.: НИУ МГСУ 2014. С. 133-141.

7. Бедов А.И., Николаенко И.И. Усиление несущих элементов железобетонных каркасных зданий в сейсмоопасных районах // Научное обозрение. 2017. №13. С. 38-43.

8. Кабанцев О.В. О достоверности оценки сейсмостойкости зданий на основе результатов диагностики методом импульсного воздействия малой интенсивности // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. №2// 2013 г. С. 46-50.

9. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Федоров В.С., Терехов И.А. Железобетонные конструкции. В 2-х частях. Изд-во ООО «Бумажник», 2018 г.

10. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Никитин И.К., Соседов К.Е. Практические методы и примеры расчёта железобетонных конструкций из тяжелого бетона по СП 63.13330. Изд-во ООО «Бумажник», 2017 г.

11. Морозова Д.В., Литвиченко Ю.С. Сравнительный анализ напряжённо-деформированного состояния железобетонных монолитных перекрытий с учётом влияния сейсмических нагрузок. — Системные технологии.

— 2018. — №26. — С.218-221.

12. Малахова А.Н. Расчёт железобетонных конструкций многоэтажных зданий: учебное пособие/ А.Н. Малахова; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац.исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд.

— Москва: Изд-во Моск. гос. строит. ун-та, 2017, 208с.

13. СП 14.13330. 2014. Строительство в сейсмических районах.

14. СП 20. 13330. 2016. Нагрузки и воздействия.

15. СП 63.13330. 2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Д.В. Морозова, Ю.С. Литвиченко. анализ напряженно-деформированного состояния железобетонных монолитных несущих конструкций многоэтажного здания на скальном и дисперсном основании с учетом воздействия сейсмических нагрузок. — Системные технологии. — 2019. — № 31. — С. 64—69.

THE ANALYSIS OF STRESSED-STRAIN STATE OF REINFORCED CONCRETE MONOLITHIC SUPPORTING STRUCTURES OF MULTISTOREY BUILDING ON ROCK OR DISPERSE GROUND, TAKING INTO ACCOUNT THE INFLUENCE OF SEISMICS LOAD

Morozova D.V., Litvichenko Y.S.

The National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow

О

z

H Û

Abstract:

The calculation results and analysis of the stress-strain state of bearing structures of a multi-storey building, based on rocky and dispersed soils, taking into account seismic influences, are presented in this article. The results of calculations performed on the finite element models of the building, developed in the LIRA CAD software package, are presented in the form of stress contour plots, axial forces diagrams and tabular form.

Key words:

stress-strain state, monolithic reinforced concrete structures, finite-element models, rocky base, dispersed soils, impacts of seismic, stress contour plots, reinforcement. Date of receipt in edition: 11.04.19 Date of acceptance for printing: 15.04.19

I i

(U

* X к 2

a -a

с I

ro i

i

о m i-W (U

5 °

го m

i «

à *

х ш У

s m I-

(U

ç

(U

s

к s

I

к о

H

и о и

^ о и 15

2Ï

, ГО

< со

a 8

8t

в А ^ 0

Ч i