Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

РОЗРАХУНОК БАГАТОПОВЕРХОВИХ БЕЗРИГЕЛЬНИХ БУДІВЕЛЬ НА СЕЙСМІЧНІ ВПЛИВИ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі і споруди

Мурашко Олексій Володимирович

Одеса-2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Одеській державній академії будівництва і архітектури.

Науковий керівникЗаслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, професор

Дорофєєв Віталій Степанович

Одеська державна академія будівництва та архітектури, ректор, завідувач кафедри залізобетонних та кам'яних конструкцій

Офіційні опоненти:лауреат державної премії України,

доктор технічних наук, професор

Бліхарський Зіновій Ярославович,

Національний університет «Львівська політехніка», директор Інституту будівництва та інженерії довкілля, м. Львів;

кандидат технічних наук,

старший науковий співробітник

Мар'єнков Микола Григорович,

Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій, завідувач лабораторією теорії сейсмостійкості та динамічних випробувань, м.Київ.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток обчислювальної техніки і систем автоматизованого проектування дозволяє істотно знизити тимчасові витрати на розрахунок і проектування об'єктів будівництва. Та все ж створення достовірної розрахункової схеми займає значний проміжок часу. У багатьох випадках отримана розрахункова схема не задовольняє вимогам, що пред'являються до сейсмостійких будівель (крутильна перша форма власних коливань, значні горизонтальні переміщення, резонанс з переважаючим періодом коливань ґрунтової основи), та її необхідно або піддавати значному коригуванню, або створювати нову розрахункову схему.

Тому важливою задачею при визначенні рівню сейсмостійкості на стадії ескізного проекту, до виконання розрахунку, є визначення періодів власних коливань, щоб уникнути резонансу з періодом коливань ґрунтової основи, а також максимальних переміщень і перекосів поверхів,. Визначення максимальних переміщень на стадії ескізного проекту необхідне для з'ясування величини сейсмошвів, а визначення перекосів для задоволення вимог, що пред'являються до них у ДБН В.1.1-12:2006. Також однією з найбільш складних задач при розрахунку сейсмостійких будівель за допомогою програмних комплексів є визначення достовірності отриманих результатів, пов'язане з неможливістю виявити помилку, припущену на різних етапах створення схем, що зумовлює необхідність розробки методики оперативного визначення динамічних характеристик будівель.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася на кафедрі "Залізобетонні та кам'яні конструкції" Одеської державної академії будівництва та архітектури у рамках держбюджетної теми: «Система підготовки, підвищення кваліфікації і атестації фахівців будівельної галузі з питань оцінки потенційного ресурсу і надійності будівель і споруд з урахуванням їх сейсмонадійності» (відповідно до наказу Міністерства Освіти і Науки України від 13 травня 2005р. №288, номер держреєстрації 0107U007574).

Також робота є складовою частиною науково-дослідних робіт кафедри «Дослідження напружено-деформованого стану і розрахунок елементів пошкоджених залізобетонних конструкцій» (2004-2008р.).

Мета досліджень - розробка методики оперативного визначення періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень просторових розрахункових схем будівель з безригельним каркасом.

Основні задачі, які необхідно вирішити для досягнення поставленої мети:

Провести аналіз існуючих методик попереднього визначення періодів власних коливань.

Виявити фактори, що мають найбільший вплив на динамічні характеристики розрахункових схем будівель.

Вдосконалити методику оцінки впливу кількості вертикальних несучих елементів на період першої форми власних коливань і амплітуду переміщень.

Розробити числову модель, що дозволить визначати період першої форми власних коливань і амплітуду переміщень розрахункових схем будівель у залежності від найбільш впливових факторів із застосуванням експериментального статистичного моделювання.

Дослідити зміну періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень під впливом технологічної пошкодженості і конструктивних факторів.

Апробувати розроблену методику на розрахункових схемах реальних об'єктів та порівняти її з методиками, що існують на сьогоднішній день.

Розробити рекомендації по створенню оптимальних просторових розрахункових схем сейсмостійких будівель.

Об'єкт дослідження - просторові розрахункові моделі багатоповерхових безригельньїх будівель при сейсмічних впливах.

Предмет дослідження - період першої форми власних коливань і амплітуда горизонтальних переміщень.

Методи досліджень:

системний аналіз літературних джерел, що використовувався при формулюванні мети і задач роботи;

методи чисельного моделювання при створенні розрахункових схем будівель;

числові експерименти з використанням парного регресійного аналізу і планованого багатофакторного експерименту для отримання експериментально-статистичних моделей.

Наукова новизна проведених досліджень полягає у наступному:

1. Визначено ступінь впливу конфігурації будівлі і мас, що відповідають вертикальному навантаженню, на період першої форми власних коливань і амплітуду горизонтальних переміщень просторових розрахункових схем.

2. Запропоновано розрахунковий коефіцієнт відносної протяжності діафрагм жорсткості, що ураховує вплив вертикальних несучих елементів на динамічні характеристики будівель.

3. Розроблена числова модель, що дозволяє визначати період першої форми власних коливань і амплітуду переміщень розрахункових схем будівель у залежності від найбільш впливових факторів.

4. Досліджена зміна періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень під впливом технологічної пошкодженості і конструктивних факторів.

5. Розроблені рекомендації по створенню просторових розрахункових схем сейсмостійких будівель.

6. Розроблена методика оперативного визначення періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень просторових розрахункових схем будівель з безригельним каркасом.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Розроблено оперативний метод визначення періоду першої форми власних коливань, максимальних переміщень у рівні покрівлі для будівель з поступальною першою формою власних коливань;

2. Матеріали дисертаційної роботи використані при числових дослідженнях просторових моделей багатоповерхових будівель, запроектованих для будівництва в сейсмонебезпечних районах (м. Одеса, м. Севастополь);

3. Розроблені рекомендації по створенню просторових розрахункових схем сейсмостійких будівель.

Особистий внесок претендента полягає:

1. У проведенні числових експериментів із застосуванням парного регресійного аналізу і експериментально-статистичного моделювання.

2. У розробці методики визначення динамічних характеристик розрахункових схем будівель із застосуванням експериментально-статистичного моделювання.

3. У розробці рекомендацій по створенню просторових розрахункових схем сейсмостійких будівель.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи докладалися: на 62-ій науково-технічній конференції професорський-викладацького складу академії (м. Одеса, 2006); на науково-технічній конференції, присвяченій 100-річчю з дня народження доктора технічних наук, професора Еременок П.Л. (м. Одеса, 2006); п'ятій науково-технічній конференції «Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі і споруди» (м. Рівне, 2007), 63-ій науково-технічної конференції професорсько-викладацького складу академії (м. Одеса, 2007); на міжнародному симпозіумі «Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки»; на науково-практичному семінарі «Сейсмостійке будівництво» (м. Одеса, 2007); 64-ій науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу академії (м. Одеса, 2008).

Публікації. За даними дисертаційної роботи опубліковано 7 друкованих робіт у видавництвах, які входять в затверджений ВАК України список наукових видань, де можуть бути опубліковані основні результати дисертаційних робіт. Усі роботи написані в співавторстві.

Структура і об'єм дисертаційної роботи. Дисертаційна роботавикладена на 243 сторінках, з яких 151сторінка основного тексту. Вона складається зі вступу, п'яти розділів, основних висновків і списку використаних джерел, який включає 140 найменувань на 16 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність досліджень просторових розрахункових моделей багатоповерхових будівель при сейсмічних впливах і необхідніссть розробки оперативних методів визначення їхніх динамічних параметрів.

Визначена мета дисертаційної роботи, наукова новизна і практичне значення, а також сформульовані задачі досліджень.

У першому розділі розглянуті сучасний стан питання і результати попередніх досліджень, присвячених розрахунку будівель на сейсмічні впливи, а також основні етапи розвитку теорії сейсмостійкості. Особлива увага приділена методам оперативного визначення періоду першої форми власних коливань.

Багато авторів, що вивчали власні коливання будівель, і нормативні документи різних країн пропонують значення періоду першої форми власних коливань (Т₁) визначати як функцію їхньої висоти або кількості поверхів

(1)

Для будівель з різними конструктивними рішеннями пропонуються різні значення коефіцієнта . Такий підхід до визначення досить примітивний, оскільки коефіцієнт не ураховує можливі зміни деформаційних характеристик основи, вигляду і розмірів фундаментів, конфігурацію і розміри будівлі в плані та інші фактори, що впливають на величину . Тому деякі дослідники запропонували емпіричні формули, в яких параметр залежить від розмірів будівлі в плані, його висоти, площі стін, а іноді й інших факторів.

Методика Я.М. Айзенберга, Г.В. Мамаєвой. визначення періодів власних коливань розроблена за наслідками натурних випробувань інженерно-сейсмометричної служби м. Петропавловська на Камчатці і має істотні переваги у порівнянні з іншими методиками. Переваги зумовлені тим, що одночасно ураховується, як вплив ґрунтового середовища так і відносна протяжність будівель.

Табл 1. Експериментальні залежності для каркасних будівель з урахуванням протяжності і категорії грунту основи

Категория грунта основания	, при	, при
I
II
III

Автори наведеної вище методики (Табл 1) підкреслюють, що значна кількість факторів, що впливають на динамічні характеристики споруд, які важко формалізуються у математичних моделях, ускладнюють визначення періодів власних коливань. Тому у цій методиці використовують емпіричні і напівемпіричні формули визначення періодів основного тону власних коливань, які ураховують вплив тільки поверховості, протяжності й категорії ґрунту основи.

Формула Е.Є. Хачіяна визначена емпірично за наслідками числових експериментів і справедлива для рівних поверхових мас, розташованих на однаковій відстані одна від одної, і для поверхів з однаковими жорсткостями.

(3)

де A_i і B_i - сталі для перших трьох форм коливань будівель заввишки до 20 поверхів (визначаються за таблицями).

m - сумарні маси;

n - кількість поверхів;

а - сумарна жорсткість вертикальних несучих елементів, яка визначається за форрмулою

(4)

Методика, розроблена Е.Є. Хачіяном, позбавлена багатьох недоліків властивих більшості наближених методів визначення періодів коливань. У ній ураховується вплив вертикальних навантажень, поверховості і вертикальних несучих елементів. Проте вплив таких факторів, як форма діафрагм жорсткості і наявність отворів в них, не ураховується.

Takechi M. і Nakagawa K. запропонували величину визначати по формулі:

(5)

де

;;

- периметр стін у плані, м;

- сумарна площа всіх перекриттів, м².

Дана методика ураховує вплив висоти, площі будівлі і вертикальних несучих елементів. Проте, вплив форми діафрагм жорсткості їхньої товщини і вертикальних навантажень не ураховується.

Y. Ocuki запропонував період основного тону власних коливань визначати за формулою:

, (6)

де

; ; ; ;

- висота будівлі від рівня ґрунту, м;

- глибина заглиблення фундаменту, м;

- відносна кількість стін розрахункового напрямку на одиницю площі підлоги, см/м²;

- ширина будівлі в розрахунковому напрямку;

- коефіцієнти,що залежать, відповідно, від ґрунтів основи і типу фундаментів.

Дана методика є схожою із запропонованою Takechi M., Nakagawa K.. Її особливість полягає в урахуванні впливу ґрунтів основи.

У роботах Y. Ocuki і Takechi M., Nakagawa K. вперше застосовується такий параметр розрахункової схеми, як відносна кількість стін і периметр стін у плані, що характеризує вплив вертикальних несучих елементів, на основний тон коливань.

Недоліком перерахованих вище і інших методик визначення періодів коливань, що існують на сьогоднішній день, є те, що не ураховується, або ураховується не повною мірою вплив вертикальних несучих елементів. Також існує необхідність у розробці методики визначення амплітуд переміщень схем будівель, що розраховуються на сейсмічні впливи.

У другому розділі розглянуті методи і методика дослідження, а також описані розрахункові моделі, що аналізуються в даному дослідженні. Приводяться основні положення методу скінчених елементів (МСЕ).

У блок-схемі, наведеній на Рис. 1 виділено п'ять основних етапів, що конкретизують основні моменти проведеного дослідження і які забезпечують комплексний аналіз системи від постановки проблеми до практичної реалізації та апробації на реальних об'єктах.

Для вивчення впливу дослідних факторів на поведінку просторових розрахункових схем при сейсмічних впливах вони розділені на три групи. Передбачається проведення трьох етапів числових експериментів, в межах яких буде визначено вплив:

1. Конфігурації будівлі і мас, що відповідають вертикальним навантаженням.

2. Конструктивних факторів: жорсткого нижнього поверху (за рахунок включення в роботу стін підвалу), урахування у розрахунковій схемі сходових маршів і площадок, зміни товщини перекриттів, відносної величини отворів у діафрагмах жорсткості.

3. Урахування реальної роботи матеріалу конструкцій (здійснювалось шляхом урахування його технологічної пошкодженості).

Характеристики розрахункових моделей

Конструктивна система розрахункових моделей - безригельный каркас з діафрагмами і ядрами жорсткості. Перекриття поверхів і діафрагми жорсткості моделюються універсальними прямокутними скінченими елементамиоболонки. Крок тріангуляції - 50 см.

Ураховуючи те, що сейсмічні впливи можуть мати будь-який напрямок у просторі, а динамічний розрахунок споруд можна виконати, розглядаючи обмежену кількість напрямків дії, то для забезпечення надійного проектування конструкцій недостатньо розглянути тільки один напрямок. Також необхідно враховувати і найгірший напрямок дії.

У даній роботі, за найгірший було прийнято напрям, відповідний орієнтації основних форм власних коливань споруди.

У якості параметрів, що характеризують поведінку просторової розрахункової схеми при сейсмічних діях, були прийняті період першої форми власних коливань і амплітуда переміщень.

У даній роботі амплітуда горизонтальних переміщень розрахункових схем будівлі визначалася за спектральною методикою для першої форми власних коливань за умови, що вона є поступальною. Визначення дослідної величини проводилося з урахуванням найгіршого напрямку дії (напрям дії співпадає з формою власних коливань) для першої форми.

У цьому дослідженні взаємозв'язок між сейсмічною силою і амплітудою переміщень передбачався лінійним.

(7)

(8)

(9)

Члени формул (8)-(9) визначені у ДБН В.1.1-12:2006 «Будівництво у сейсмічних районах України» р.2.3.1.

(10)

Виходячи з того, що залежність є лінійною, а витікає, що

(11)

Оскільки

(12)

Виражаючи величину (відносна величина горизонтальних переміщень) через отримаємо

(13)

Для визначення коефіцієнта форми і коефіцієнта динамічності , який у свою чергу залежить від періоду коливань, необхідно провести динамічний розрахунок, що для ручного розрахунку для просторової багатомасової розрахункової схеми нездійсненно. Тому для визначення залежності (13) передбачається застосування експериментально-статистичного моделювання.

Окрім періоду першої форми власних коливань і відносної амплітуди переміщень у розрахункових схемах аналізувалися і зусилля в несучих елементах. За критерій напружено-деформованого стану елементів було прийнято екстремальне значення армування елементів: діафрагм жорсткості вертикальне і горизонтальне, плит перекриттів - приопорне і прогінне, відсоток армування колон.

Проте, з огляду на те, що армування одного і того ж об'єкту визначене в різних програмних комплексах, а також в різних версіях одного комплексу, може істотно відрізнятися, в межах 50% (а іноді і більше), то в роботі наводиться зміна армування дослідних елементів під впливом дослідного фактора.

У третьому розділі досліджений вплив конфігурації будівлі і мас, що відповідають вертикальним навантаженням, на період першої форми власних коливань і на максимальні переміщення із застосуванням парного регресійного аналізу.

Крістофер Арнольд визначає конфігурацію будівлі, як сукупність показників розміру і форми будівлі, а також розміру, типу і місцеположення тих елементів конструкції, які відіграють важливу роль при сприйнятті сейсмічних навантажень. У цій роботі в першу чергу розглядаються діафрагми жорсткості, колони і плити перекриттів.

Було досліджено вплив наступних факторів:

- кількість вертикальних несучих елементів;

- сітка колон і їхній поперечний перетин;

- спільна робота діафрагм жорсткості і колон;

- протяжність діафрагм жорсткості;

- товщина діафрагм жорсткості;

- форма діафрагм жорсткості;

- розташування діафрагм жорсткості;

- відносна протяжність діафрагм жорсткості;

- форма будівлі в плані;

- величина мас, що відповідають вертикальним навантаженням;

- поверховість;

- висота поверху.

Основними несучими елементами, що сприймають сейсмічні навантаження, є діафрагми жорсткості. З практики розрахунку відомо, що схема буде жорсткішою при діафрагмах жорсткості більшої протяжності.

Для уточнення впливу протяжності діафрагм жорсткості на динамічні характеристики будівлі були проведені дослідження. Для розрахункової схеми з діафрагмами жорсткості протяжністю 7.5, 10, 15 підбиралися схема аналогічної форми в плані, але з протяжністю діафрагм жорсткості в 5м таким чином щоб збігалися їхні періоди і максимальні переміщення.

Табл 2. Основні характеристики дослідних розрахункових схем

№	Ескіз	Протяжність діафрагм жорсткості, м.	Розрахункова протяжність діафрагм жорсткості, м.	Т1, сек	Максимальні переміщення, мм
1	2	3	4	5	6
1		80	80	1,022	29,53
2		40	80	0,985	28,29

За наслідками проведених досліджень були отримані поправочні коефіцієнти приведення діафрагм жорсткості різної протяжності до п'ятиметрових. З Табл 2 видно, що для того, щоб добитися, приблизно, рівних перекосів і максимальних переміщень необхідно 4 десятиметрових (40 м) або 16 п'ятиметрових (80 м) діафрагм жорсткості. Отже, формула для визначення розрахункової протяжності діафрагм жорсткості, приведених до п'ятиметрових, виглядатиме таким чином:

, (14)

де l - реальна протяжність діафрагм жорсткості, м.

Збільшення протяжності діафрагм жорсткості дозволяє зменшити відносну площу вертикальних несучих елементів при однакових значеннях періодів і максимальних переміщень.

Для уточнення впливу форми діафрагм жорсткості на динамічні характеристики будівлі розрахунковим схемам з діафрагмами жорсткості Г-подібної і квадратної форми підбиралася схема аналогічної форми у плані, але з пласкими діафрагмами жорсткості таким чином щоб збігалися їхні періоди і максимальні переміщення. За наслідками проведених розрахунків пропонується наступна характеристика: відносна розрахункова протяжність діафрагм жорсткості, що характеризує збільшення жорсткості схеми за рахунок застосування діафрагм жорсткості просторової форми, як еквівалентне збільшення протяжності плоских діафрагм жорсткості віднесене до площі перекриття. Так, для діафрагми Г-подібної форми загальною протяжністю 10 м розрахункова протяжність складає 12 м.

Приведена на Рис. 2 залежність справедлива для діафрагм і ядер жорсткості просторової форми зі стороною 5 м. Внаслідок того, що найбільш широкого поширення при проектуванні сейсмостійких будівель набули замкнуті ядра жорсткості і Г-подібні діафрагми, то подальші дослідження проводилися тільки для них.

Для визначення сумісного впливу форми і протяжності діафрагм жорсткості були розраховані моделі із замкнутими ядрами жорсткості і Г-подібними діафрагми зі стороною 5 м, 7.5 м і 10 м. Для визначення коефіцієнта приведення до плоских діафрагм 5-метрової протяжності для дослідних схем підбиралися еквівалентні схеми за періодом і переміщеннями. Отримані крапки були апроксимовані лінійною функцією.

Коефіцієнт приведення протяжності діафрагм до розрахункової для ядра жорсткості квадратної форми залежно від розміру його сторони

(15)

Коефіцієнт приведення протяжності діафрагм до розрахункової для діафрагми Г-подібної форми залежно від розміру його сторони

(16)

Запропонована методика урахування форми діафрагм жорсткості дозволяє достовірно (в межах 5%) ураховувати вплив форми діафрагм жорсткості на величину дослідних факторів. Застосування діафрагм жорсткості різної форми в плані у порівнянні з плоскими дозволяє зменшити кількість вертикальних несучих елементів при однакових періодах і максимальних переміщеннях. При цьому, величина армування не зазнала істотних змін (в межах 7%).

Вплив відносної протяжності діафрагм жорсткості і форми будівлі в плані.

Нормативні документи і багато дослідників рекомендують застосовувати у сейсмічних регіонах будівлі простої форми в плані (круглі, квадратні, у формі багатокутника або близького їм за формою контуру) і такі, що мають дві осі симетрії. Розміри будівель роблять помітний вплив на характер і величину сейсмічних і інших дій.

У рамках цього дослідження було розраховано п'ять варіантів десятиповерхових будівель, з приблизно рівними площами. Для кожного варіанту, окрім прямокутника із співвідношенням сторін Ѕ, було досліджено по вісім схем розташування вертикальних несучих елементів. При цьому, відносна розрахункова протяжність діафрагм жорсткості змінювалася у межах 0,065 - 0,4 м/м². Для схеми із співвідношенням сторін Ѕ було досліджено 16 варіантів. У розрахункових схемах сітка колон приймалася 6х6 м і 5х5 м в розрахунковій схемі з співвідношенням сторін 1/1,22 була прийнята змішана сітка колон: в поздовжньому напряму крок колон був прийнятий 5; 6; 6; 6; 5 м, в поперечному - 5.5; 6; 6; 5.5 м.

У ряді робіт відмічено: для будівлі з несиметричним рішенням плану конструктивна система може бути запроектована таким чином, що її динамічна реакція відповідає симетричному розташуванню елементів, а можливість появи крутіння зведена до мінімуму.

Для того, щоб уникнути крутильних форм коливань у розрахунковій схемі з вхідним кутом було прийнято рішення сумістити центр жорсткості і центр мас. Передбачалося, що центр мас розташовується у геометричному центрі перекриття, центр жорсткості будівлі визначався як центр жорсткості складеного перетину.

Для досліджених розрахункових схем залежність періоду першої форми власних коливань від відносної розрахункової протяжності діафрагм жорсткості виглядає таким чином Рис. 3 критерій Фішера
F=11,32> Fт_{(47; 46; 5%)}= 1,6, величина достовірності апроксимації R²=0.9066. Залежність амплітуди переміщень від вказаного фактору виглядає аналогічно.

За наслідками аналізу 48 розрахункових схем можна зробити наступний висновок: для будівель з безригельным каркасом з діафрагмами і ядрами жорсткості при однаковій відносній кількості діафрагм жорсткості форма в плані не має впливу на період першої форми власних коливань і амплітуду переміщень.

Дослідивши вплив різних факторів і виявивши ті, що мають найбільніший вплив, можна записати залежність (13) у наступному вигляді

(17)

де - кількість поверхів;

- відносна розрахункова протяжність діафрагм жорсткості;

- висота поверху;

- товщина діафрагм жорсткості;

- маси відповідні вертикальним навантаженням.

Аналогічним чином пропонується визначити і період першої форми власних коливань

(18)

У четвертому розділі для дослідження комплексного впливу факторів, визначених в третьому розділі, проводиться числовий математично планований експеримент.

Відповідно до мети роботи був застосований 27 точковий, композиційний, симетричний, трирівневий план у вигляді "кубів на квадраті". Це п'ятифакторний план, у якому змінюються одночасно п'ять незалежних факторів (чотири фактори конфігурації і п'ятий - величина мас що відповідає вертикальному навантаженню). Для кожної точки плану було розраховано по три розрахункові схеми різної форми в плані із різною сіткою колон.

В результаті реалізації експерименту розраховані багатофакторні моделі зміни періоду першої форми власних коливань і відносної амплітуди переміщень під впливом дослідних факторів. ЕС-модель (19) побудована з використанням типової версії COMPEX-99, розробленою під керівництвом В.А. Вознесенського, що реалізовує послідовний регресійний аналіз з генеруючою помилкою експерименту s{T}=0,028 при б=0,022

-0.498х1	+0.039х12	-0.122х1х2	-0.039х2х3	+0.012х3х4
+0.263х2	+0.061х22	+0.088х1х3	-0.036х2х4	±0
-0.196x3	±0	+0.063х1х4	+0.022х2х5
-0.146x4	±0	-0.040х1х5
+0.125x5	+0.039х52

Аналіз впливу поверховості, висоти поверху, відносної розрахункової протяжності діафрагм жорсткості, величини мас, що відповідають вертикальному навантаженню і товщини діафрагм жорсткості на період першої форми власних коливань показав, що у всій області факторного простору за рахунок взаємодій між факторами дослідна величина змінюється від 0,279 до 2,760 сек (Рис. 4).

ЭС-модель (20) зміни відносної амплітуди переміщень під впливом дослідних факторів з генеруючою помилкою експерименту s{ln А_відн}=0,058 при б=0,045

Ln Авідн=	5,839	-0.935х1	-0.144х12	+0.051х1х2	+0.058х2х3	+0.059х3х4
		+0.539х2	+0.063х22	+0.073х1х3	+0.050х2х4	+0.075х3х5
		-0.311x3	±0	+0.061х1х4	+0.067х2х5
		-0.209x4	±0	+0.090х1х5
		+0.295x5	+0.065х52

Для візуального представлення повної картини п'ятифакторного експерименту на Рис. 5 приведений графік впливу поверховості і висоти поверху при нульовому рівні протяжності діафрагм жорсткості, їхньої товщини і величини мас, що відповідають вертикальному навантаженню.

Аналіз впливу поверховості, висоти поверху, відносної розрахункової протяжності діафрагм жорсткості, величини мас, що відповідають вертикальному навантаженню і товщини діафрагм жорсткості на величину відносної амплітуди переміщень показав, що у всій області факторного простору за рахунок взаємодій між факторами дослідна величина змінюється від 30 до 3008.

У п'ятому розділі проводиться дослідження впливу конструктивних елементів і технологічної пошкодженості на просторову роботу будівель при сейсмічних діях, а також порівняння результатів розрахунку. Часто провести коригування розрахункових схем, що не задовольняють вимогам нормативних документів, дуже важко з тієї причини, що основні фактори, що впливають на динамічні характеристики розрахункових схем, досліджені раніше (поверховість, відносна розрахункова протяжність діафрагм жорсткості, їхня товщина, висота поверху і величина мас, що відповідає вертикальному навантаженню), змінені бути не можуть через зниження інвестиційної привабливості об'єкту. І при розрахунках реальних об'єктів збільшення сейсмостійкості об'єкту намагаються здійснити шляхом збільшення товщини плит перекриттів усіх поверхів або одного, першого, за рахунок включення в роботу стін підвалу, або урахування в роботі будівлі сходових маршів і площадок.

У цьому дослідженні вплив товщини плит перекриттів, стін підвалу і сходових маршів і площадок було визначено для будівель різної поверховості, площі і з різною сіткою колон. Для кожного фактора (товщини плит перекриттів усіх поверхів або одного, першого, включення в роботу стін підавалу і сходових маршів na площадок) було визначено значення періоду першої форми власних коливань () і амплітуди переміщень () у п'яти точках. Для кожної точки було розраховано по три схеми.

У дослідженні аналізувався вплив тільки поверховості і відносної розрахункової протяжності діафрагм жорсткості () через їх найбільший вплив у порівнянні з іншими факторами. Решта факторів була зафіксована на рівні зміни «0». Результати розрахунків еталонних схем (до введення конструктивних елементів і зміни товщини) приведені в Табл 3.

Табл 3. Характеристики еталонних схем

№ п/п	Поверховість (рівень зміни натуральний та кодований)	м/м2 (рівень зміни натуральний та кодований)	Період, сек	Переміщення, мм
1	2	3	4	5
1	18(-1)	0.354(-1)	1.187	55.483
2	18(-1)	0.12(+1)	1.963	93.610
3	14(0)	0.237(0)	0.972	32.243
4	10(+1)	0.354(-1)	0.448	5.647
5	10(+1)	0.12(+1)	0.719	14.667

Вплив стін підвалу. Стіни підвалу перетином 500 мм були введені по периметру нижнього поверху будівлі, вплив отворів в них не враховувався.

Аналізуючи отримані результати, можна прийти до висновку, що найбільший вплив стіни підвалу зробили на десятиповерхові схеми (зменшення періодів до 4,45%, переміщень до 8,89%). Для вісімнадцятиповерхових схем майже в два рази менше (зменшення періодів до 2,47%, переміщень до 4,23%). При цьому, відносна розрахункова протяжність діафрагм жорсткості, практично, не вплинула на вихідні параметри.

Урахування у просторовій роботі розрахункових схем сходових маршів і міжповерхових площадок не мало істотного впливу (зменшення періодів коливань до 0,22%, переміщень до 0,48%).

Вплив товщини плит перекриттів. Найчастіше для зміни динамічних характеристик розрахункових схем, а також для зменшення відсотка армування збільшують товщину плити перекриття першого поверху, іноді до 300 мм, рідше плити перекриттів всіх поверхів, як правило не більше 260 мм. У даній роботі товщина плит перекриттів змінювалася від 200 мм, а в еталонних схемах до 250мм. коливання будівля амплітуда пошкодження

При збільшенні товщини плити перекриття тільки для першого поверху дослідні параметри змінилися не суттэво (зменшення періодів коливань до 0,14%, переміщень до 0,35%).

При збільшенні товщини плит перекриттів усіх поверхів дослідні параметри змінилися істотніше для вісімнадцяти і чотирнадцяти поверхових схем (зменшення періодів коливань до 4.05%, переміщень до 8.48%). На амплітуду переміщень і періоди коливань десятиповерхових схем збільшення товщини плит перекриттів впливу не мало.

Урахування впливу технологічної пошкодженості. За наслідками досліджень Вирового В.М. і Дорофєєва В.С. була встановлена залежність між кількістю початкових дефектів і міцністними та деформативними характеристиками матеріалу..

З огляду на те, що однією з найважливіших характеристик бетону в розрахункових схемах є модуль пружності, в цій роботі передбачається оцінити вплив його зміни зумовлений технологічною пошкодженістю, всієї схеми. Гіпотеза, висунута в даному дослідженні: при зведенні залізобетонних будівель технологічна пошкодженість може змінюватися в межах ±15%, отже, з урахуванням описаних вище досліджень модуль пружності також змінюється на 40% в межах 0.8 E_b ?E_b?1.2 E_b (що також описується в роботах Пірадова К.А. та ін.). Для даних схем (Табл 3) було розраховано по два варіанти: із збільшеним на 20%, із зменшеним на 20%.

В результаті збільшення модуля пружності періоди коливань зменшилися, в середньому, на 8,5 %, а амплітуди переміщень, в середньому, на 15%.

При зменшенні модуля пружності період першої форми власних коливань збільшився, в середньому, на 11,8%, а амплітуди переміщень для вісімнадцятиповерхових схем, в середньому, на 13%, для чотирнадцяти і десятиповерхових - на 25%.

Результати отримані в даній роботі дозволяють визначити розрахунковим шляхом значення періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень розрахункових схем реальних об'єктів. Розрахунки цих об'єктів були виконані в Одеській регіональній комплексній лабораторії сейсмостійкості і надійності будівель і споруд НДІБК під керівництвом к.т.н., Єгупова К.В. в рамках науково-технічного супроводу проектування об'єктів експериментального будівництва. У роботі приводяться результати розрахунку для трьох об'єктів і їх порівняння з методиками викладеними в першому розділі.

В рамках співпраці з ТОВ «Град-Строй» були виконані розрахунки на статичні і сейсмічні дії залізобетонної монолітної житлової будівлі висотою 17 поверхів по вул. Люстдорфська дорога, 55 в м. Одесі

Будівля, що розраховується, розмірами в плані ~34х34 м з висотою поверхів 3,3м запроектована по схемі безригельного каркасу. Конструкції несучих елементів (колони, діафрагми жорсткості, плити перекриттів), виконані з монолітного бетону класу В25. Товщина всіх діафрагм складає 0,30м, плит перекриттів 0,20 м. Перетин колон 0,6х0,6 м.

Значення періоду і амплітуди переміщень по МСЕ склали =1,806 сек з =88,59 мм.

Величина періоду, отримана в результаті розрахунку по МСЕ була порівняна з періодами, отриманими за різними методиками, в тому числі і з запропонованою.

Табл 4. Результати порівняння з існуючими методиками

№ п/п	Найменування методики	Значення періоду, сек	Величина відхилення від отриманого в результаті чисельного эксперимента,%
1	2	3	4
1	Методика Е.Є.Хачияна	1.591	11.9
2	Проект міждержавних будівельних норм і правил «Будівництво в сейсмічних районах»	0.85-1.02	43.5-52.9
3	Методика Полякова С.В.	1.105	38.8
4	Американські норми	1.46	19.2
5	Європейські норми	1.417	21.6
6	Німецькі норми	1.116	38.2
7	Методика Y. Ocuki	0.97	46.4
8	Методика Takechi M., Nakagawa K.	1.038-0.649	64.1
9	Я.М. Айзенберга і Г.В. Мамаєвої	1.267	29.8
10	Запропонована методика	1.809	0,16

Значення періоду і амплітуди переміщень по пропонованій методиці=81,74 мм =1,809 сек. Відхилення від періоду, отриманого з використанням МСЕ =0,16%, від амплітуди =7,7%.

Для інших двох об'єктів, наведених в роботі (10-ти поверхова будівля готельного комплексу у м. Севастополі і 21 поверхова будівля житлового комплексу у м. Одесі по вул. Жаботинського) відхилення від періоду, отриманого з використанням програмних комплексів, у яких реалізован МСЕ не перевищує =0,5%, від амплітуди =5,36%. і=4,6%, =11,3% відповідно.

Запропонована методика визначення амплітуди переміщень розрахункових схем будівель при дії сейсмічних навантажень дає можливість отримати результати з допустимою точністю.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Проведений аналіз і дана кількісна оцінка зміни періоду першої форми власних коливань і амплітуд переміщень розрахункових схем будівель при сейсмічних діях під впливом конфігурації будівель і величини мас, що відповідають вертикальному навантаженню.

2. Запропонований розрахунковий коефіцієнт відносної протяжності діафрагм жорсткості, що ураховує вплив вертикальних несучих елементів на динамічні характеристики будівлі.

3. Виявлені фактори, які найбільше впливають на динамічні характеристики розрахункових схем будівель: поверховість, відносна розрахункова протяжність діафрагм жорсткості, висота поверху, величина мас, що відповідають вертикальному навантаженню, товщина діафрагм жорсткості.

4. Розроблена числова модель, що дозволяє визначити період першої форми власних коливань і амплітуду переміщень розрахункових схем будівель у залежності від найбільш впливових факторів.

5. Досліджена зміна періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень під впливом технологічної пошкодженості і конструктивних факторів.

6. Достовірність розробленої методики підтверджена порівняльними розрахунками реальних будівель.

7. Розроблені рекомендації по створенню просторових розрахункових схем сейсмостійких будівель.

Список ОПУБЛІКОВАНихпраць за ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бреднев А.М., Влияние технологической поврежденности на работу железобетонных изгибаемых элементов при малоцикловом нагружении / Бреднев А.М., Мурашко А.В., Бондаренко А.С. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури.- Одеса : ОДАБА, 2006. - № 21 - С.32-36. - випробування зразків та обробка отриманих результатів.

2. Дорофеев В.С., Влияние вертикальных несущих элементов на период первой формы собственных колебаний пространственных расчетных схем / Дорофеев В.С., Егупов К.В., Мурашко А.В. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури.- Одеса : ОДАБА, 2006. - № 26 - С.127-134 - отримання та аналіз результатів числових досліджень.

3. Дорофеев В.С. Влияние стен подавала и толщины плит перекрытий на период первой формы собственных колебаний и амплитуду перемещений / Дорофеев В.С., Егупов К.В., Луцкин Е.С., Мурашко А.В. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса : ОДАБА, 2008. - № 29 : ч.2 - С. 104-110. - отримання та аналіз результатів числових досліджень.

4. Дорофеев В.С., Влияние технологической поврежденности нa физико-механические характеристики бетона при малоцикловом нагружении / Дорофеев В.С., Бреднев А.M., Мурашко А.В // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури.- Одеса : ОДАБА, 2006. - № 20 - С.407-412. - випробування зразків та обробка отриманих результатів.

5. Дорофеев В.С., Влияние технологической поврежденности нa физико-механические характеристики бетона при статическом и малоцикловом нагружении / Дорофеев В.С., Бреднев А.M., Мурашко А.В. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне : [б.в], 2006. - Випуск 14. - С.139-144. - випробування зразків та обробка отриманих результатів.

6. Дорофеев В.С. Методика определения периода первой формы собственных колебаний пространственных расчетных схем зданий с применением экспериментально-статистического моделирования / Дорофеев В.С., Егупов К.В., Луцкин Е.С., Мурашко А.В //. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури.- Одеса : ОДАБА, 2006. - № 28 - С.159-168. - отримання та аналіз результатів числових досліджень.

7. Дорофеев В.С. Расчет зданий на сейсмические воздействия по СНИП II-7-81* иДБН В.1.1-12-2006 с учетом упругого основания / Дорофеев В.С., Егупов К.В., Мурашко А.В., Арсирий А.Н. // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури.- Одеса : ОДАБА, 2006. - № 24. - С.77-84. - отримання та аналіз результатів числових досліджень.

АНОТАЦІЯ

Мурашко О.В. «Розрахунок багатоповерхових безригельних будівель на сейсмічні впливи». - Рукопис

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі і споруди. - Одеська державна академія будівництва і архітектури, Одеса, 2008.

Дисертаційна робота присвячена розробці методики оперативного визначення періоду першої форми власних коливань і амплітуди переміщень просторових розрахункових схем будівель з безригельним каркасом.

У роботі досліджено вплив конфігурації будівель, мас, відповідних вертикальному навантаженню, конструктивних чинників і технологічної пошкодженості на динамічні характеристики будівель. Розроблені експериментально-статистичні моделі, що дозволяють визначити період першої форми власних коливань і амплітуду переміщень у залежності від найбільш впливових факторів. Представлені результати порівняння запропонованої методики з іншими методиками, що існують на сьогоднішній день, а також МСЕ, реалізованому в різних програмних комплексах, на реальних об'єктах експериментального будівництва.

Ключові слова: амплітуда переміщень, безригельний каркас, період коливань, програмний комплекс, розрахункова модель, сейсмічний вплив, форма коливань

Мурашко А.В. «Расчет многоэтажных безригельных зданий на сейсмические воздействия». - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Одесская государственная академия строительства и архитектуры, Одесса, 2008.

Диссертационная работа посвящена разработке методики оперативного определения периода первой формы собственных колебаний и амплитуды перемещений пространственных расчетных схем зданий с безригельным каркасом.

В работе исследовано влияние конфигурации зданий, масс, соответствующих вертикальной нагрузке, конструктивных факторов и технологической поврежденности на динамические характеристики зданий. Разработаны экспериментально-статистические модели, позволяющие определить период первой формы собственных колебаний и амплитуду перемещений в зависимости от факторов, оказывающих наибольшее влияние. Представлены результаты сопоставления предложенной методики с другими, существующими на сегодняшний день и МКЭ, реализованном в различных программных комплексах, на реальных объектах экспериментального строительства.

Ключевые слова: амплитуда перемещений, безригельный каркас, период колебаний, программный комплекс, расчетная модель, сейсмическое воздействие, форма колебаний

Murashko A.V. "Calculation of Multistory Flat-slab Buildings on Seismic Loads." - Manuscript

Dissertation, by the candidate, for a scientific degree in Technical Sciences in Specialty 05.23.01 - Building Structures, Buildings and Constructions. -The Odessa State Academy of Building and Architecture. Odessa, 2008.

Dissertation work is devoted to the development of an operative determination method for theperiod of the first form of vibrations and the amplitude of the final element model of buildings moving with flat-slab framework.

Influence of the building's configuration, the masses, that propers the vertical loads, structural factors and technological damaging on dynamic characteristics of buildings are investigated. Experimentally-statistical models, allowing to define the period of the first form of vibrations and the amplitude of moving depending on factors, rendering the most influence, are developed. The results of comparison of the offered method with other methods existing to date and FEM, realized in different programs, on the real objects of experimental building are given.

Keywords: amplitude of moving, flat-slab framework, period of vibrations, program complex, calculation model, seismic influence, form of vibrations

Размещено на Allbest.ru

...