1

SEISMIC CALCULATION OF FIFTH STOREY CONCRETE BUILDING ACCORDING TO RUSSIAN NORM SNiP II-7-81* Сейсмические воздействия на каркасное ж/б здание с дияфрагмам в соответствии с нормам СНиП II-7-81*, «Строительство в сейсмических районах» 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ

В каркасных зданиях конструкцией, воспринимающей горизонтальную сейсмическую нагрузку, может служить: каркас, каркас с заполнением, каркас с вертикальными связями, диафрагмами или ядрами жесткости. Жесткие узлы железобетонных каркасов зданий должны быть усилены применением сварных сеток, спирали или замкнутых хомутов. Участки ригелей и колонн, примыкающие к жестким узлам рам на расстоянии, равном полуторной высоте их сечения, должны армироваться замкнутой поперечной арматурой (хомутами), устанавливаемой по расчету, но не менее чем через 100 мм, а для рамных систем с несущими диафрагмами — не менее чем через 200 мм. Диафрагмы, связи и ядра жесткости, воспринимающие горизонтальную нагрузку, должны быть непрерывными по всей высоте здания и располагаться в обоих направлениях равномерно и симметрично относительно центра тяжести здания. В качестве ограждающих стеновых конструкций каркасных зданий следует применять легкие навесные панели. Допускается устройство кирпичного или каменного заполнения. Между поверхностями стен и колонн каркаса должен предусматриваться зазор не менее 20 мм. По всей длине стены в уровне плит покрытия и верха оконных проемов должны устраиваться антисейсмические пояса, соединенные с каркасом здания. В местах пересечения торцовых и поперечных стен с продольными стенами должны устраиваться антисейсмические швы на всю высоту стен.

Лестничные и лифтовые шахты каркасных зданий следует устраивать как жесткое ядро, воспринимающее сейсмическую нагрузку. Для каркасных зданий высотой до 5 этажей при расчетной сейсмичности 7 и 8 баллов допускается устраивать лестничные клетки и лифтовые шахты в пределах плана здания в виде конструкций, отделенных от каркаса здания. Устройство лестничных клеток в виде отдельно стоящих сооружений не допускается. При выборе конструктивных схем предпочтение следует отдавать схемам, в которых зоны пластичности возникают в первую очередь в горизонтальных элементах каркаса (ригелях, перемычках, обвязочных балках и т.п.). Фундаменты зданий на нескальных грунтах следует, как правило, принимать свайными или в виде сплошной фундаментной плиты.

2

2. РАСЧЕТ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК Расчетная сейсмическая нагрузка ikS в выбранном направлении, приложенная к точке k и соответствующая i-му тону собственных колебаний зданий или сооружений, определяется по формуле:

1 2 0ik ikS K K S= ⋅ ⋅ (1)

где 1K — коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений, принимаемый по табл. 3; где 2K — коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооружений, принимаемый по табл. 4 или указаниям разд. 5;

0ikS — значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или сооружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле:

0ik k i ikS Q A Kψβ η= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ (2)

где kQ — вес здания или сооружения, отнесенный к точке k, определяемый с учетом расчетных нагрузок на конструкции согласно п. 2.1 (рис. 1);

A — коэффициент, значения которого следует принимать равными 0,1; 0,2; 0,4 соответственно для расчетной сейсмичности 7, 8, 9 баллов;

iβ — коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний

зданий или сооружений;

Kψ — коэффициент, принимаемый по табл. 6 или в соответствии с указаниями разд. 5;

ikη — коэффициент, зависящий от формы деформации здания или сооружения при его собственных колебаниях по i-му тону и от места расположения нагрузки, определяемый по п. 2.7.

П р и м е ч а н и е. Расчетная сейсмичность зданий и сооружений, а также значения

коэффициента К1, принимают по согласованию с утверждающей проект организацией в соответствии с табл. 3 и 5.

При сейсмичности площадки 8 баллов и более при грунтах III категории к значению Sik вводится множитель 0,7 учитывающий нелинейное деформирование грунтов при сейсмических воздействиях.

3

Рис 1: Консольная схема зданий Значения коэффициента динамичности iβ в зависимости от расчетного периода собственных колебаний iT здания или сооружения по i-му тону при определении сейсмических нагрузок следует принимать по формулам (3) и (4) или рис. 2. Для грунтов I категории:

1i

iTβ = но не более 3; (3)

Для грунтов II категории:

1,1i

iTβ = но не более 2,7; (4)

Для грунтов III категории:

1,5i

iTβ = но не более 2; (5)

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

Рис 2. График коэффициента динамичности

4

Для зданий и сооружений, рассчитываемых по консольной схеме, значение ηik следует определять по формуле:

1

2

1

( ) ( )

( )

n

i k j i jj

ik n

j i jj

X x Q X x

Q X xη =

=

=∑

∑ (6)

где Хi(хk) и Хi(хj) — смещения здания или сооружения при собственных колебаниях по i-му тону в рассматриваемой точке k и во всех точках j, где в соответствии с расчетной схемой его вес принят сосредоточенным; Qj — вес здания или сооружения, отнесенный к точке j, определяемый с учетом расчетных нагрузок на конструкцию. Для зданий высотой до 5 этажей включительно с незначительно изменяющимися по высоте массами и жесткостями этажей при 1T менее 0,4 с коэффициент ηk допускается определять по упрощенной формуле:

∑

∑

=

==ηn

jjj

n

jjjk

k

xQ

xQx

1

2

1 (7)

где хk и xj, — расстояния от точек k и j до верхнего обреза фундаментов. 3. ПРИМЕР РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ Проектировать пяти этажное железобетонное здание, приблизительно прямоугольной формы, размеров в плане 24,5 х 18,6 м. Здание размещается в г. Туапсе. Сейсмичность площадки 8 баллов. Основные характеристики здания указанные в Таблице 1. Таблица 1: Расчетная сейсмическая нагрузка Отм.

kh kQ k kQ h⋅ 2k kQ h⋅ ikη 0ikS

Сейсмическая нагрузка

ikS Расчетная

сейсмическая нагрузка

kM

м м кН кНм кНм2 - кН кН кНм

18,4 15 11417 171255 2568825 1,28721 7348,07 2314,64 34719,60 15,4 12 6779 81348 976176 1,02976 3490,37 1099,47 13193,64 12,4 9 7190 64710 582390 0,77232 2776,49 871,45 7843,05

9,4 6 7190 43140 258840 0,51488 1850,99 583,06 3498,36 6,4 3 7158 21474 64422 0,25744 921,38 290,33 870,99 39734 381927 4450653 16387,30 5158,95

60125,64

5

1538192715 1,287214450653

η = ⋅ =

1438192712 1,029764450653

η = ⋅ =

133819279 0,772324450653

η = ⋅ =

123819276 0,514884450653

η = ⋅ =

113819273 0,257444450653

η = ⋅ =

0, 2A = (расчетная сейсмичность 8 баллов) 1Kψ =

1 2,5β = Сейсмическая нагрузка: 0ikS

015 11417 0,2 2,5 1 1,287215 7348,07S = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = кН

014 6779 0,2 2,5 1 1,02976 3490,37S = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = кН

013 7190 0,2 2,5 1 0,77232 2776,49S = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = кН

012 7190 0,2 2,5 1 0,51488 1850,99S = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = кН

011 7158 0,2 2,5 1 0,25744 921,38S = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = кН Расчетная сейсмическая нагрузка: ikS

1 0,35K =

2 0,9K =

15 0,35 0,9 7348,07 2314,64S = ⋅ ⋅ = кН

14 0,35 0,9 3490,37 1099,47S = ⋅ ⋅ = кН

13 0,35 0,9 2766,49 871,45S = ⋅ ⋅ = кН

12 0,35 0,9 1850,99 583,06S = ⋅ ⋅ = кН

15 0,35 0,9 921,38 290,23S = ⋅ ⋅ = кН Предполагается что горизонтальные сейсмические нагрузки принимают две Ж/Б диафрагмы: / / 30 / 675 / 650b h h cm=o . Материал: бетон В25, арматура АIII.

6

Сечение арматуры: 230062 10 140,79

0,9 650 36,5sA ⋅= =

⋅ ⋅см2

Принято: 30 25φ ⇒А=147 см2 (Вертикальная – главная арматура)

12 /150φ± ⇒ ± 7,53 см2 (горизонтальная и вертикальная арматура) ПРИМЕЧАНИЕ: Таблица 2: Интенсивность в баллах и соответствующее Ускорение площадки

Интенсивность сейсмического воздействия в баллах - Сейсмичность

Ускорение свободного падения (g)

7 0,1 8 0,2 9 0,4

При проектировании, а также при оценке сейсмостойкости зданий (сооружений), следует учитывать следующие факторы сейсмической опасности: - интенсивность сейсмического воздействия в баллах (сейсмичность); - спектральный состав возможного сейсмического воздействия; - инженерно-геологические особенности площадки; - сейсмостойкость различных типов зданий; На площадках, сейсмичность которых превышает 9 баллов, возводить здания, как правило, не допускается.

Проф. Младен Савович

Москва, 18.05.2004 года