Железобетонные каркасные здания: Монолитный каркас дома, здания. Железобетонный каркас дома

Содержание

Сейсмозащита каркасных железобетонных зданий | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор: Ноговицин Александр Евгеньевич

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №48 (286) ноябрь 2019 г.

Дата публикации: 30.11.2019 2019-11-30

Статья просмотрена: 911 раз

Скачать электронную версию

Скачать Часть 1 (pdf)

Библиографическое описание:

Ноговицин, А. Е. Сейсмозащита каркасных железобетонных зданий / А. Е. Ноговицин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 48 (286). — С. 78-81. — URL: https://moluch.ru/archive/286/64526/ (дата обращения: 27.05.2023).

Одним из наиболее популярных способов строительства сегодня является применение монолитного железобетонного каркаса.

Здания, построенные с использованием железобетонных каркасов, обладают рядом достоинств, касающихся дизайна внутренних помещений и технологической свободы в планировке. В связи с ускоренным развитием инфраструктуры сейсмоактивных районов решение проблемы защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий становится важной задачей. [1]

Пониженная сейсмостойкость каркасных зданий подтверждается рядом землетрясений, таких как Спитакское землетрясение (Армения, 1988 г), Кобе (Япония, 1995 г), Турция (1998 г) разрушительные последствия которых позволили сделать следующие выводы:

− Строительство железобетонных каркасных зданий без вертикальных диафрагм жесткости в сейсмически повышенных районах небезопасно, так как они подвергаются разрушению при воздействии землетрясения;

− Землетрясение — неконтролируемое стихийное бедствие, предсказать которое, даже при современном технологическом развитии, представляется трудной задачей, а расчет зданий осуществляется с применением данных о прошлых землетрясениях, следовательно, становится необходимым применение дополнительных средств активной сейсмозащиты.

Повышение сейсмостойкости каркасных зданий при постановке диафрагм жесткости (ДЖ) заключается в следующем: система с ДЖ характеризуется увеличением жесткости каркасной системы. Межкомнатные ограждения, лифтовые шахты и лестничные клетки являются вертикальными стенками жесткости, связанными с каркасом по всему периметру заполнения.

Различают два случая работы каркасного здания с диафрагмами жесткости:

1) каркас здания воспринимает только вертикальные нагрузки (собственный вес, полезная нагрузка), а усилиям, возникающим при землетрясениях, противостоят жесткие стенки (диафрагмы), которые должны быть рассчитаны и законструированы на действие всей расчетной сейсмической нагрузки;

2) прочность диафрагм жесткости недостаточна для восприятия сейсмической нагрузки. Тогда сейсмическая нагрузка воспринимается жесткими элементами до момента их повреждений, после этого включается в работу каркас. Поврежденные диафрагмы поглощают часть энергии, передаваемой колеблющимся основанием надземной части здания. Остальная часть энергии землетрясения передается на каркас здания, который должен быть на это рассчитан. [2]

Более того, существует ограничение по высоте для зданий без диафрагм жесткости — 14, 11 и 8 м для 7, 8 и 9 баллов соответственно. В то время как здания с ДЖ — 57, 43 и 34 м для 7, 8 и 9 баллов соответственно [5], что значительно повышает эффективность постройки за счет увеличения этажности.

Так же к методам пассивной сейсмозащиты монолитных зданий можно отнести повышение жесткости конструкции за счет увеличения сечений конструктивных элементов, сгущения армирования или разработку принципиально новых узлов армирования.

Но с точки зрения сейсмоизоляции, увеличение размеров сечений — наименее эффективный способ, т. к. увеличение сечения приводит к увеличению массы и, следовательно, сейсмической нагрузки. [2]

Поэтому целесообразно применять средства активной сейсмозащиты.

Один из эффективных методов сейсмоизоляции — включение средств повышенного демпфирования (искусственного подавления колебаний). При этом опорные части зданий колеблются относительно грунта со сниженной амплитудой, а спектр собственных колебаний здания может быть выведен далеко за пределы обычно встречающихся спектров землетрясений. В этом случае колебание грунта основания здания наименьшим образом зависит от массы здания за счёт устранения жесткой связи между ними. [1]

Таким образом понижается вероятность разжижения грунта основания здания, что могло бы повести за собой значительный крен.

Одной из эффективных средств активной сейсмозащиты является резино-металлическая опорная часть (РОЧ). РОЧ представляют собой многослойную конструкцию из двух опорных пластин и резиновой прокладки между ними. Более совершенной является резино-металлическая опора со свинцовым сердечником. Свинцовый сердечник рассеивает энергию, в то время как резино-металлический сейсмоизолятор обеспечивает перемещения и рецентрирование. Свинцовый сердечник сохраняет свои характеристики при неограниченном количестве циклов перемещения.

[4]

Рис. 1. Резино-металлическая опора со свинцовым сердечником

Существуют так же вязкостные сейсмические демпферы. Демпферы серий MHD и MHD-R. Вязкостные демпферы Маурер — это устройства, которые дают возможность развиваться перемещениям (вследствие изменения температурных условий, ползучести, усадки и т. п.) в условиях эксплуатации, не вызывая значительной реакции усилий, но поглощая большое количество энергии в ходе сейсмического воздействия, причем преобразуя эту энергию в теплоту. Демпферы обычно располагаются в горизонтальных направлениях и не предназначены для восприятия вертикальных нагрузок. При малых перемещениях сооружения, например, при температурных изменениях, могут возникнуть значительные усилия внутри демпфера. Если в результате сейсмического воздействия или ветра между взаимосвязанными частями несущих конструкций возникнут неожиданные ударные ускорения, вызывающие при движении скорость в пределах от 0,1 мм /с до 1 мм /с, то демпферы типа MHD блокируются и работают жестко.

Рис. 2. Вязкостные демпферы Маурер (слева) и вязкостные демпферы «Fip Industriale» (справа)

Другой вид вязкостных демпферов — демпферы от итальянской фирмы «Fip Industriale». Конструкции включают в себя цилиндр, заполненный силиконовой жидкостью (масло или мастика) и поршень, который разделяет их на две камеры и свободно движется в обоих направлениях. В случае больших перемещений перетекание силиконовой жидкости через кольцо расчетного диаметра ведет к поглощению энергии. В случае малых перемещений жидкость перетекает из одной камеры в другую с минимальным сопротивлением. В эксплуатационном состоянии здания демпферы находятся в «жестком» режиме, т. е. перетекание жидкости заблокировано. Эти устройства имеют зависимость «сила-скорость». Настройка демпферов позволяет максимизировать энергию поглощения землетрясения и оптимизировать напряжения в несущих элементах сооружения. Как следствие, несущие элементы сооружения могут оставаться в упругой области деформирования даже во время сильных землетрясений.

Основная цель сейсмозащиты — обеспечение сохранности жизни людей и безопасности эксплуатации зданий и сооружений. Разработанные и применяемые различные типы демпферных устройств позволяют применять их в зданиях и сооружениях самого различного назначения. При введении системы сейсмозащиты обычно требуются лишь незначительные изменения в здании или сооружении, устройства легко монтируются при реконструкции. [3]

Вопрос сейсмозащиты зданий и разнообразие средств сейсмоизоляции влекут за собой необходимость в исследованиях и сравнительном анализе с точки зрения эффективности и экономической целесообразности.

Литература:

Перспективы развития систем сейсмоизоляции современных зданий и сооружений. Джинчвелашвили Г. А., Колесников А. В., Заалишвили В. Б., Годустов И. С.
Сейсмостойкие конструкции транспортных зданий и сооружений. Уздин А. М., Елизаров С. В., Белаш Т. А.
Проектирование сейсмостойких зданий. В. Р. Мустакимов.
Использование концепции спектров ответов для выбора и расчета опорных частей мостов в сейсмоопасных районах. Курбацкий Е. Н., Бахссас Фуад Хассан.
СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах.

Основные термины (генерируются автоматически): MHD, свинцовый сердечник, демпфер, здание, сейсмическая нагрузка, MHD-R, диафрагма жесткости, резино-металлическая опора, сейсмическое воздействие, силиконовая жидкость.

Как принципиально устроен и «работает» железобетонный каркас здания

Шатров
Евгений Юрьевич

Эксперт по прочностному анализу строительных конструкций, экс-доцент кафедры «Строительная механика» ЮУрГУ (НИУ), квалифицированный инструктор программных комплексов компании-разработчика инженерного ПО «ЛИРА САПР»

Элементы каркасов в системе строительной конструкции

Основными несущими элементами железобетонных каркасов являются фундаменты, устои жёсткости, колонны и плиты перекрытий. При необходимости организации подземного пространства под каркасом и/или вокруг него устраиваются стены подвала, выполняющие помимо опорной функции для горизонтальных элементов плит ещё и функцию восприятия бокового давления грунта.

Основной функцией фундаментной конструкции здания или сооружения является восприятие нагрузок от вышележащей конструкции и передача их на грунт основания. Это утверждение верно для фундамента любой строительной конструкции, не только каркаса здания.

Основным назначением устоя каркаса является обеспечение общей геометрической неизменяемости и устойчивость конструкции. Наравне с основной своей функцией устой обеспечивает также и передачу нагрузок на фундаменты. Конструктивно устой каркаса может быть выполнен в виде ствола жёсткости или диафрагм жёсткости. Ствол (или устой) жёсткости представляет собой вертикальную тонкостенную трубу сложного, чаще всего замкнутого, поперечного сечения. Ту же функцию несут и диафрагмы жёсткости. Принципиальная разница между стволом и диафрагмой заключается в том, что ствол является пространственной стеновой конструкцией, а диафрагма по своей сути представляет собой плоскую стену. Чаще всего устой жёсткости выполняется на всю высоту каркаса (с низу до верху), в противном случае будет иметь место избыточная податливость тех этажей каркаса, на которых стены отсутствуют. Это может показаться странным, однако подобное решения иногда находят своё применение в практике проектирования многоэтажных зданий.

Наравне с термином «ствол жёсткости» в проектной практике используют и «ядра жёсткости». По всей видимости, второй вариант появился в связи с тем, что часто устой имеет замкнутое сечение и располагается в центре плана здания, поскольку такая форма и расположение являются предпочтительными для восприятия нагрузок.

Колонны каркаса являются вертикальными несущими элементами. Они однозначно воспринимают нагрузки с горизонтальных элементов — балок и плит перекрытий — и передают их на фундамент. А вот восприятие колоннами каркаса горизонтальных нагрузок зависит от того, присутствует ли в каркасе хотя бы один устой жёсткости. Дело в том, что жёсткость устоя на изгиб значительно превышает аналогичный параметр для колонны, такое положение дел определяется заметной разницей в размерах поперечных сечений этих элементов. Если в каркасе присутствует один или несколько даже относительно небольших в плане устоев жёсткости,

Варианты исполнения железобетонных конструкций

Железобетонная конструкция исполняется в двух вариантах — сборном или монолитном. В первом случае изделие изготавливается на заводе и поставляется на строительную площадку в полностью готовом виде, и её остаётся только установить в проектное положение. Во втором случае весь технологический процесс создания конструкции — установка опалубки, армирование и бетонирование и так далее — происходит непосредственно на площадке. У каждого из этих подходов есть свои преимущества и недостатки. Их мы рассмотрим в другой раз.

Фундаменты конструктивно выполняются в виде отдельных ростверков по сваям или в виде сплошной фундаментной плиты. В первом случае каждый из вертикальных несущих элементов (устой жёсткости или колонна) опирается на собственный ростверк, во втором — опорой для всех этих элементов является единая фундаментная конструкция. Железобетонные фундаменты выполняются монолитными.

Чаще всего приходится иметь дело с монолитным решением конструкций каркаса. Во всех проектах моего портфолио фундаменты (ростверки и фундаментные плиты) выполняются монолитными, равно как и плиты перекрытий и покрытий. Стены стволов жёсткости также чаще всего «заливаются» на стройплощадке. А вот диафрагмы жёсткости и колонны могут исполняться как монолитном, так и в сборном вариантах. Сваи фундаментов решаются либо сборными (забивные), либо монолитными (набивные и прочие).

Автор статьи — Шатров Евгений Юрьевич
Копирование информации допускается только без видоизменений и со ссылкой на источник

Все статьи

Оценка сейсмостойкости современных железобетонных каркасных зданий с моментным моментом в каталоге SearchWorks

Тип ресурса: текст
Дата создания: 2007-02

Цифровой контент

Контекст

Товар принадлежит коллекции

Серия технических отчетов

Центра сейсморазведки им. Джона А. Блюма Эта серия включает технические отчеты, подготовленные преподавателями, студентами и сотрудниками Центра сейсмостойкости Джона А. Блюма при Стэнфордском университете. В то время как основное внимание Центра Блюма уделяется сейсмостойкости, многие отчеты в этой серии охватывают более широкие темы в области проектирования конструкций и материалов, вычислительной механики, геомеханики, мониторинга состояния конструкций и оценки рисков инженерного жизненного цикла. Каждый отчет включает благодарность конкретным спонсорам отчета и лежащих в его основе исследований. В дополнение к исследовательской поддержке Центр Блюм оказывает административную поддержку в ведении и распространении технических отчетов. Для получения дополнительной информации о центре Blume и его деятельности см. https://blume.stanford.edu.

Цифровая коллекция: 191 цифровой элемент

Описание

Создатели/участники

Автор: Хаселтон, CB; Дейрляйн, Г. Г.

Реферат/Содержание

Реферат

Основной целью требований строительных норм и правил к сейсмостойкому проектированию является обеспечение безопасности жизни жителей здания во время сильных землетрясений. Прежде всего, это требует, чтобы вероятность обрушения конструкции была на приемлемо низком уровне. Однако строительные нормы и стандарты носят эмпирический характер, что приводит к недостаточному пониманию безопасности новых зданий при обрушении.

В этом исследовании мы разрабатываем инструменты и методы для количественной оценки риска обрушения железобетонных (RC) зданий с каркасом с особым моментом (SMF), спроектированных в соответствии с Международными строительными нормами 2003 года. Хотя основное внимание в этом исследовании уделяется зданиям из ЖБМ SMF, методология и многие инструменты могут быть использованы для оценки любого типа структурной системы. Эта строгая аналитическая оценка обрушения требует тщательного рассмотрения многих вопросов, от колебаний грунта до структурного моделирования и количественной оценки неопределенности.

Субъекты

Субъекты: железобетон; оценка риска; сейсмостойкое исполнение; полис; безопасность
Жанр: Технический отчет

Условия доступа

Использование и воспроизведение: Пользователь соглашается с тем, что там, где это применимо, контент не будет использоваться для идентификации или иного нарушения прав на неприкосновенность частной жизни или конфиденциальность отдельных лиц. На содержимое, распространяемое через Stanford Digital Repository, может распространяться дополнительная лицензия и ограничения на использование, применяемые депонентом.
Лицензия: Это произведение находится под лицензией Creative Commons Attribution 3.0 Unported (CC BY).

Библиотечный вид | ДРУИД: ny266sf1883

Устойчивость железобетонных рамных конструкций – пример

Цена

Бесплатно (открытый доступ)

Журнал

Международный журнал устойчивого развития и планирования

Том

Том 10 (2015), Выпуск 2

Страницы

Диапазон страниц

165 — 176

Документ DOI 9001 9

10. 2495/SDP-V10-N2-165-176

Авторское право

WIT Press

Автор(ы)

A. PUSKAS & L.M. MOGA

Abstract

Традиционно инженерное образование направлено на установление количественных, измеримых единиц, а затем их сравнение для использования единиц, которые считаются более подходящими. Размышляя об устойчивости структур, следует отказаться от традиционного мышления, поскольку сравнение различных структурных систем становится сложной задачей. Выбор различных материалов для одной и той же железобетонной конструкции оказывает непосредственное сопоставимое воздействие на окружающую среду. Железобетонные конструкции чрезмерно используют ограниченный известняк и другие ресурсы и, в то же время, большое количество энергии для производства арматуры, клинкера и конструкционного бетона, оказывая негативное воздействие на окружающую среду. Даже если железобетонные конструкции обычно не известны как наиболее устойчивые решения для нескольких структурных задач, железобетонные структурные решения предпочтительнее для большинства ситуаций из-за других преимуществ, предоставляемых этими конструкциями. Следовательно, учитывая, что конкретное здание необходимо для общества, цель получения устойчивых зданий становится равнозначной уменьшению их негативного воздействия на окружающую среду при полном использовании их прочности. Эта цель может быть достигнута путем разумного выбора встроенных материалов. Для данного многоэтажного здания с железобетонным каркасом задача состоит в том, чтобы установить классы бетона и арматурной стали таким образом, чтобы воздействие этих материалов на окружающую среду поддерживалось на минимально возможном уровне. В этой статье представлено исследование обычной железобетонной рамной конструкции, спроектированной с использованием двух разных классов бетона (C16/20 и C30/37) и двух разных классов арматурного стержня (PC52 и S500), что дает четыре различных возможности для одного и того же решения. Различные комбинации встроенных материалов приводят к различным экономическим и экологическим последствиям. Воздействие на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла изучаемых решений с использованием материалов разного качества оценивается с помощью Athena Impact Estimator for Buildings с учетом взвешенных показателей анализа жизненного цикла (общая используемая энергия, количество твердых выбросов в атмосферу и воду).