Сейсмические нагрузки в системе SCAD - Часть 1

Расчет зданий и сооружений производится на различного рода загружения. Особое место в этом списке занимает нагрузка сейсмическая. Нагрузка характерна не для всех регионов Земли, и некоторые регионы нашей страны требуют учета сейсмической активности. В данной статье рассмотрим особенности расчета схемы каркаса здания на действие сейсмической нагрузки по СП 14.13330.2014.

Расчет здания на сейсмическую нагрузку связан с определением форм колебаний конструкции. Каждая форма представляет собой отдельно взятую нагрузку, которая вызывает появление усилий в элементах конструкции. Усилия по каждой форме суммируются программно в результирующую согласно п. 5.11.

Пользователь в программе может использовать на выбор формулу 8 или 9, для этого есть соответствующая галочка при задании динамической нагрузки:

При задании нагрузки пользователю необходимо указать количество рассматриваемых форм. Это количество характерно для каждого конкретного случая, т.к. ограничивается процентом собранных эффективных модельных масс.

Эффективная модальная масса – доля массы сооружения, участвующей в динамической реакции по определенной форме колебаний при заданном направлении сейсмического воздействия в виде смещения основания как абсолютно жесткого тела (определение по СП 14.13330.2014). Сумма собранных модальных масс должна составлять не менее 90% общей массы системы, возбуждаемой по направлению действия сейсмического воздействия для горизонтальных воздействий и не менее 75% - для вертикального воздействия.

Проконтролировать процесс сбора масс, а значит учет достаточного количества форм колебаний можно в программе с помощью вкладки команды «Периоды и частоты колебаний», вкладка «Перемещения»:

Если в графе сумма модальных масс по горизонтальному направлению менее 90%, следует увеличить количество форм колебаний.

Важным является определение частот колебания здания и, собственно, определение инерционных масс. Для данной операции пользователь должен преобразовать статические нагрузки в массы. И тут возникает сложность, с каким коэффициентом преобразовывать нагрузки. На форумах проектировщиков идут жарки споры на эту тему, и всему виной – отсутствие корректной формулировки в нормах. Есть, например, в СП «Сейсмика» такая таблица:

Многие инженеры (судя по форумам) думают, что эти коэффициенты можно использовать при нахождении частот собственных колебаний. В СП «Нагрузки и воздействия» 2016г. появилась формулировка при определении собственных частот колебания сооружения в разделе Воздействие ветра:

Собственные частоты допускается определять при действии нормативных значений нагрузок (постоянных, длительных, кратковременных), учитываемых для рассматриваемой расчетной ситуации.

Т.е. новые нормы «нагрузок и воздействий» предлагают пользоваться коэффициентами, которые бы сконвертировали заданные пользователем значения нагрузок в нормативное значение. Например, если вы задали нагрузку от веса покрытия в расчётном значении, используйте коэффициент для сбора масс 1/1,3=0,77, если задали в нормативном значении нагрузок, то 1. Я в расчетах придерживаюсь методики, описанной в СП «нагрузки и воздействия», хотя бы потому, что год выпуска норм выше, чем СП «Сейсмика», а, как известно, новые нормы отменяют правила ранее выпущенных документов в части общих разделах для двух документах.

Итак, в статье мы разобрали основные требования к анализу сейсмического воздействия при расчетах строительных конструкций. Конечно, этих особенностей гораздо больше: характер форм колебаний (поступательные, крутильные), правило закрепления модели при динамических нагрузках и др., о них мы расскажем в следующих статьях.