В этой статье мы продолжим разбирать особенности при расчете зданий на сейсмическую нагрузку. Первую часть статьи вы можете прочитать в блоге.
В предыдущей статье мы говорили о том, сколько форм колебаний должен учитывать инженер в расчёте: их может быть и 10, и 20 и т.д., в зависимости от того, сколько потребуется. Однако, результирующей может быть только одна форма. Ее можно назвать главной. При расчете пульсации усилия во всех элементах будут сложены по квадратичной формуле и модульно добавлены к усилиям от средней составляющей, т.е. пульсационная составляющая может только увеличить по модулю среднюю составляющую ветрового воздействия. В сейсмическом загружении по СП 14.13330.2014 усилия по формам колебаний складываются по формуле 8 и 9:
Знак «±» устанавливает согласно правила:
Рассмотрим, как работает это правило в программе на примере расчета плоской рамы. Максимальную модальную массу имеет по результатам расчета – 1 форма колебаний:
Это значит, что знак усилий, знак перемещений будет установлен именно по первой форме для каждого элемента и узла. На рисунке ниже приведены две схемы с эпюрой моментов изгибающих усилий по первой форме колебаний (слева) и по суммарным значениям форм колебаний (справа).
К примеру, если проанализировать вторую форму, то и характер колебаний и, соответственно, усилия будут распределяться по схеме иначе:
Программа SCAD в данном примере выполняет требование норм и строит усилия согласно знаку по форме с максимальной модальной массой. Поскольку не только SCAD, но и другие программы разрабатывается людьми, возможны ошибки в некоторых релизах. Каждому расчетчику необходимо проверить, правильно ли выполняется построение усилий, и при обнаружении неточностей сообщить в техническую поддержку.
Направление сейсмической нагрузки – еще один важный параметр, который регламентируется нормативными документами. В пункте 5.3 нормативных документов сказано, что сейсмическая нагрузка может иметь любое направление в пространстве. Традиционно выполняют расчет по буквенным и цифровым строительным осям. Для этого необходимо установить направляющие косинусы в разделе редактирования динамического загружения.
Используют чаще всего направления X и Y. Сейсмическая нагрузка знакопеременная, поэтому в редакторе РСУ устанавливают соответствующую галочку.
В некоторых случаях нормативные документы требуют поиска наиболее опасных направлений сейсмической нагрузки, а точнее, когда инженер рассматривает здание со сложным конструктивно-планировочным решением. Пункт в нормативных документах тот же, 5.3.
Осталось разобраться только с тем, что же называется сложным, а что простым конструктивным решением. Тот же пункт 5.3:
Органы экспертизы чаще всего обращают внимание на пункт «а», первая и вторая форма не должны быть крутильными. Варианты «б» и «в» требуют дополнительных исследований; «г» - общие положения при строительстве, как правило, соблюдаются; «д» - таблица 7 ограничивает высоту сооружений, как правило, соблюдаются. Пункт «е» весьма размыт – что понимается под «большими» проемами, остается только догадываться. Поскольку наиболее опасные направления сейсмического воздействия в здании не определить (каждое здание уникально), приходится инженерам задавать с шагом, например, 10 градусов, а значит, 18 сейсмических загружений (не 36, т.к. используется знакопеременность загружения). Но, думаю, во многих зданиях опасными будут те, что идут вдоль строительных осей. Возможно, при действительно сложном решении здания стоит задавать 18, а то и больше сейсмических нагрузок.
В этой статье мы рассмотрели требования норм при получении усилий от результирующего сейсмического воздействия по нескольким формам колебаний и выбор направления сейсмического воздействия. В следующей статье разберем пример с крутильными формами колебания, а также поведение здания на грунте при сейсмическом воздействии.
