Исследование влияния подземной парковки жилого многоэтажного здания на сейсмостойкость Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

154

Общетехнические задачи и пути их решения

конструкции должна иметь возможность располагаться внутри ребра полимерного изолятора, ввиду чего должна обладать малыми габаритами.

Библиографический список

1. Грозозащита ВЛ 10-35 кВ и выше при помощи мультикамерных разрядников и изоляторов-разрядников / Г. В. Подпоркин, Е. Ю. Енькин, Е. С. Калакутский, В. Е. Пильщиков, А. Д. Сиваев // Электричество. - 2010. - № 10. - С. 11-16.

2. Физика грозового разряда и грозозащита линий электропередачи / М. В. Костенко [и др.]. - Л. : Ленинградский политехнический институт, 1982.

3. Физика грозового разряда и грозозащита линий электропередачи : учеб. пособие / М. В. Костенко, И. М. Богатенков, Ю. А. Михайлов, Ф. X. Халилов. - Л. : ЛПИ им. М. И. Калинина, 1982. - 79 с.

УДК 624.042.7

Л. А. Яковлев, М. Н. Першин

Петербургский государственный университет путей сообщения

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ПАРКОВКИ ЖИЛОГО МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ НА СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ

Устройство и использование подземного пространства под зданиями является актуальной задачей развития мегаполисов и крупных городов.

В данной статье осуществлялась оценка влияния одноэтажного подземного паркинга в многоэтажном здании на сейсмическое воздействие путем сопоставления параметров сейсмической реакции.

Исследование показало, что в зависимости от конструктивного решения надземной и подземной частей здания подземная парковка оказывает различное влияние на сейсмостойкость здания.

сейсмостойкость, инерционные нагрузки, период собственных колебаний, частота.

Введение

Организация автопарковок в подземных этажах жилых и общественных зданий в настоящее время является важной и актуальной задачей современного строительства в связи с интенсивным ростом как частного, так и государственного автопарка. Очевидное основное преимущество таких автопарковок заключается в отсутствии необходимости отчуждения городских территорий, отводимых под стоянки автомашин, улучшении экологии и экономической эффективности. Такие парковки позволяют рационально использовать практически пустующие подвальные помещения либо созда-

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

155

вать необходимые объемы свободного пространства за счет заглубления в основание здания.

Необходимо отметить, что значительная часть территории РФ находится в зоне повышенной сейсмической активности. Отсюда следует, что при проведении проектных и монтажно-строительных работ по устройству подземных автопарковок необходимо выполнить оценку влияния на сейсмостойкость зданий образуемых подземных конструкций.

Указанная оценка влияния осуществляется путем сопоставления параметров сейсмической реакции здания на сейсмическое воздействие для многоэтажного здания в двух вариантах конструкции: 1) типовом 9этажном жилом здании; 2) в том же здании, но с устройством подземной части в виде автопарковки. Надземная часть здания представляет собой три варианта 9-этажных зданий с различной жесткостью несущих элементов и, соответственно, с различными периодами собственных колебаний первого тона. Задача решается в линейной постановке, что представляет собой достаточно серьезное упрощение, поскольку в натуре элементы несущих конструкций и перекрытий при интенсивных сейсмических воздействиях проявляют нелинейные свойства как в отношении характеристик жесткости межэтажных связей, так и диссипативных характеристик. В определенной степени нелинейный характер и повышение уровня диссипации учитывался при выборе параметров затухания. Однако поскольку поставлена задача сопоставления двух вариантов зданий (с подземным этажом и без него), то данное допущение позволяет дать принципиальную качественную оценку влияния подземной части здания на его сейсмостойкость.

Другое упрощение, используемое при исследовании, заключается в выборе модели сейсмического воздействия, которое задается гармонической функцией времени с фиксированными амплитудой и частотой, которая отождествлялась с преобладающей частотой спектра реального сейсмического воздействия. Обоснование такого упрощения заключается в выборе наиболее неблагоприятного значения частоты принятой модели воздействия, а именно: частота либо совпадает, либо достаточно близка к частоте собственных колебаний здания по первой собственной форме. Таким образом, испытуемая модель здания вводится в режим, близкий к резонансу, при этом влияние других частот, всегда присутствующих в спектре реального сейсмического воздействия, будет менее значимым.

1 Математическая постановка задачи. Расчетные модели здания и сейсмического воздействия

Расчетная модель зданий для двух вариантов приведена на рисунке 1.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

156

Общетехнические задачи и пути их решения

Она представляет собой систему N соединенных последовательно сосредоточенных масс M, связанных между собой элементами жесткости, работающими на сдвиги, Ki, j и элементами линейно-вязкого трения Bij. Для здания без подземного этажа N = 9, с учетом подземного этажа N = 10.

Модель сейсмического воздействия принята в виде горизонтальной компоненты ускорения основания, определяемого суммой гармоник с различными амплитудами, частотами и фазами:

N

W(t) =z Wi ■ sin(Pit + ^i), (1)

i=1

< >

Рис. 1. Расчетная модель здания

R___ где Wi,Pi,фг- - соответственно амплитуда, частота и фаза

составляющей гармоники с номером i. Имеется ряд предложений по выбору этих характеристик, позволяющих с определенной степенью приближения моделировать реальное сейсмическое воздействие. Для расчетов, выполненных в рассматриваемом разделе, в качестве сейсмического воздействия используется зависимость (1) при i = 1, фг- = 0, частота варьируется в пределах 2.. .30 с-1.

На первом этапе исследований решалась задача определения собственных частот колебаний рассматриваемой системы. С этой целью использовалась система дифференциальных уравнений, определяющих свободные колебания модели. В матричной форме система уравнений записывается в виде [2]:

\и\{Х} + |B|X + |с| {X} = {0}, (2)

где |M|,|B|,|C| - матрицы соответственно инерции, демпфирования и жесткости; {X}{X}{X} - векторы ускорений, скоростей и смещений относительно основания.

Колебания системы можно представить как суперпозицию отдельных составляющих, соответствующих собственным формам:

{X} = ф; sin ю/. (3)

Подстановка соотношения (3) в матричное уравнение (2) позволяет перейти от системы дифференциальных уравнений к однородной системе алгебраических уравнений для определения значений собственных частот

W{.

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

157

det(

/-1 2 C - ю.

M

) = 0

(4)

где det - определитель матрицы, составленной из комбинации матриц жесткости и матрицы масс.

В данном случае решалась обратная задача по определению коэффициентов матрицы жесткости и матрицы инерции с целью получения собственных периодов колебаний расчетной модели первого тона, соответствующих выбранным типам зданий с известными периодами, равными 0,1; 0,5; 1,0 и 1,5 с. Задача решалась путем варьирования коэффициентов жесткости и определения соответствующих значений, обеспечивающих заданные периоды. Определение собственных периодов выполнено путем вычисления определителя (4) методом Гаусса с исключением главного элемента в каждой последующей строке определителя. В рассматриваемой задаче порядок определителя равен 9 для системы уравнений без учета подземного этажа и 10 с его учетом, причем коэффициент жесткости между подземным («нулевым») и первым этажами варьировался с целью оценки влияния такого изменения на параметры реакции модели.

Определение параметров реакции на сейсмическое воздействие осуществлялось на основании динамической теории сейсмостойкости. Выбор данного метода диктовался необходимостью получения соответствующих характеристик реакции с учетом переходных процессов при приложении сейсмической нагрузки.

2 Результаты исследования

Исследование показало, что наиболее существенное влияние подземная парковка оказывает на здания с Т > 1 с, имеет место рост относительных смещений надземных этажей, при этом абсолютные ускорения практически не изменяются. Полученные зависимости поведения зданий с Т = 1 с, Т = 1,5 с показаны на рисунках 2, 3, 4, 5.

Следует заметить, что при высокочастотном колебании для рассматриваемых моделей было обнаружено появление высших форм колебаний (рис. 2, 4).

Для жестких зданий с периодом колебаний основного тона Т < 0,5 с наличие парковки, выполненной из податливых элементов, например стоек каркаса, может привести к эффекту сейсмоизоляции, т. е. к снижению сейсмической нагрузки.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

158

Общетехнические задачи и пути их решения ю

9

5 7

6

зе

н 5

(П

4

3 2 1

О

О 2 4 6 3 10 12

Ускорение, м/с2

Рис. 2. Абсолютные ускорения (Г = 1,0 с)

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

159

Рис. 4. Абсолютные ускорения (Т = 1,5 с)

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/4

160

Общетехнические задачи и пути их решения

Заключение

Как показали исследования, наличие подземного этажа для гибких зданий заметно влияет на уровень относительных смещений, при этом абсолютные ускорения практически не изменяются [4]. Это обстоятельство свидетельствует о необходимости введения в надземные конструкции дополнительных демпфирующих устройств.

При жесткости конструкций подземного этажа, близкой к жесткости надземных конструкций, в зданиях с периодом колебания Т = 0,1...0,3 с наблюдался рост ускорений и, как следствие, увеличение сейсмической нагрузки на рассматриваемые здания.

Увеличение или уменьшение жесткости подземных этажей влияет также на поведение надземных конструкций здания, а именно: при увеличении жесткости наблюдается рост ускорений и снижение относительных смещений, при уменьшении жесткости парковки (подземного этажа) наблюдается снижение ускорений надземных конструкций и, соответственно, увеличение относительных смещений (подобно эффекту сейсмоизоляции).

Библиографический список

1. Теория колебаний / И. М. Бабаков. - М. : ГИТТЛ, 1958. - 628 с.

2. Прикладные численные методы в физике и технике / Т. Е. Шуп. - М. : Высшая школа, 1990. - С. 118.

3. Relevance of Absolute and Relative Energy Content in Seismic Evaluation of Structures / Erol Kalkan., Sashi K. Kunnath // Advances in Structural Engineering. - 2008. -Vol. 11. - PP. 1-18.

УДК 628.2(088.8)

Ш. Ш. Эргашев

Петербургский государственный университет путей сообщения

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СЕКЦИИ МОНОБЛОЧНОЙ УСТАНОВКИ И ЕЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

В статье приведены оценки эффективности работы каждой секции комбинированной моноблочной установки с рекомендацией в случае необходимости повышения качества очистки сточных вод при повышенных концентрациях нефтепродуктов и взвешенных веществ в исходной воде с установкой тонкослойного отстойника с нисходяще-восходящим течением жидкости.

2011/4

Proceedings of Petersburg Transport University