автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Методы повышения уровня сейсмической безопасности существующих каменных зданий

. . ,1

зизиивцъь.зиъпи'пьзпгвзиъ ^рвпиэзиъ Ь4 чьвльши .■.•7 V.' ;' ъшиирирлнэзмъ ?; 'ьрьаиъь еирзиптьзисьъцрири^иъ ьъизьзпгз

иигаигзиь иг ьч ^пиьэь

апзпнэзпн> пьъьзпп еигь сьъеьгь иьзииьи иъаэиъчпьйзиъ иц^ипчииь рипзпизицъ ьаиъи^ъьг

иишйшсфтгади^р Ь.23.01 - С^йшршрш^шО Цпйишрги^дЬшйЬр, гЬйрЬр ^шппддйЬр и 2Ьйшршрш(4шО бЬ[тлиО|11)ш

8Ь[ий|11|ш1|шй цЬшшр)щйСЬр|1 рЫ)Ошйпф сфтшЦшй шиш^СшО^ Ьшщбш шшЬйш[ипитр;шй

иьишодф

ьрьчиъ - 1997

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИК

АРМЕНИЯ

ЕРЕВАНСКИЙ АРХИТЕКТУРНО СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

МАРКАРЯН АРЕГ ГРАНТОВИЧ

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ КАМЕННЫХ ЗДАНИЙ

Специальность Ь.23.01 - Строительные конструкции, здания, сооружения и строительная механика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических на

ЕРЕВАН - 1997

■^(иштшйео 1-|иллщП1|Ь1 ( ЬрЦшСф бшри1шрши)Ьтш2|10шршрш1)ш0 (пС|иш(-]1лпил^

ЬрЦшррЬшпОЬ, ешрЬ 1)п0и1лрп11)д(1Ш0Ьр^ и 1)шшид||шйейьр[1 и^цйш^ичги&т^тО» ийр(1пйгий:.

^ЬЦиЦщр

ПшгшпйшЦшй пйфйш^ипийЬр

1пт?ш1лшр (¡икгйш^Ьрщподшй

1ш21тцшйП1иш1|£! 1]Ш]ш0ш1.п|. Ь рССЬфй 0-30 йшийшфтш^шО' }ш1р|1р|уий 1Ьр^0 ф., 105: 1тЬйш(\1пиш_р)шОе МшрЬ^ I Йшйприийиц ЬришО|1 Сцлгфттт^ ^ршгццршОпиЗ

-ЧиушитшСф Ч(1ттр)П10йЬр{1

иадшДО Ш)ШЦЬ|5^Ш)|1 ш1|шг(Ьй111)пи, шЬ|г|0)11|111^шС| ^[клт^тССЬрр г^пЦшпр, щрпфЬипр К/ш^шй Ь. Ь.

-^(^ш-йштЬйилф^ш^иЛ ^|илп1р)тЬ0Ьр1Г1

Г)Г>1(1ППр,

щрпфЬипр Чшрр^шй и. и.

- шЬ(г1й(1Цш(1шО ч(ипп1.ит.Ь0ир[1 рЬЦЬшбги, фпдЬОш ^шйршйт.фшй 4.Ц

1г£ии|Ьр№йтш|. и

1)пйшлрп1ЦтилпЬ|г1йп1ПЧ.(1шЦшй |10ит(1шпил фр

"ШУИм " 1ээХ>. лиар

1)Ш(. |1шид|3)т1 375009, В- Ьр^шС, бшршшрш!1)Ьтш2|1Ьшршрш11шО

Ьцйшсфрс шпшрфий

гИ-^Ж.

" 199-

шиОикфи,ш^шС| (ипрЬроЬ сфтш1|шй шртпщшр, «^тгвдтйОЬр^ фЫ^шдп

пдЬйт

итЬфшО]Дй и.о.

абота выполнена в Ереванском архитектурно-строительном институте на кафедре Железобетонные, каменные конструкции и сейсмостойкость сооружений".

Научный руководитель:

ффициальные оппоненты:

гдутцая организация:

- Академик Национальной Академии Наук Армении, доктор технических наук,

проф. Э. П. Хачиян

• доктор физико-математических наук, проф. С.С. Дарбинян

- кандидат технических наук,

доцент В. А. Амбарцумян

шмта диссертации состоится ' к "1_У."часов на заседании Специализиро1 ж Ереванском архитектурно-строительном лца Теряна, 105.

диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ереванского архитектурно-роительного институту О /■> <1 ¡тореферат разослан "¿¿а " С^^С. 1 *>'.)/__ гола

-"ПЭКТИ", (Проекта о-Экспериментальный

Конструкторско-Технологический

Институт)

¿199 ^ода 'иного совета 0.30 в области строительства институте, но адресу:375009, Ереван,

1еньщ секретарь Специализированного совету 1Ндидат технических наух, доцент

С.Ш. Стбванян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В большинстве городов сейсмоактивных стран мира в том чис/ РА имеется значительное количество зданий старой постройки, имеющих достаточный запас прочности в случае силы землетрясений. Эти здания, имеющие отличные архитектурные oблJ и комфортабельные условия для жильцов или работы (офиса), б) запроектированы и возведены 20-30 лет тому назад по старым норма! которых уровень сейсмического воздействия значительно уступ современным нормам по сейсмостойкому строительству. В слу сильных землетерясений в этих зданиях возможны болы повреждения, которые станут причиной гибели людей и пот материальных ценностей.

В связи с этим проблема усиления этих зданий приобретает болы, социально-экономическое и психолого-нравственное значение.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТВМЫ. Здания и сооружения в сейсмических райог одним из которых .является и территория Республики Армен периодически испытывают воздействие землетрясений различ! интенсивности. Исходя из этого следует учитывать ту степ опасности, которой потенциально подвергаются зда! запроектированные, рассчитанные и построенные по старым нормам этой категории зданий относится огромное количество намеш; зданий па территории РА, в которых проживает большое количес людей.

В данной работе ставится задача обеспечения сейсмичест безопасности существующих зданий не путем дополнительн увеличения их прочности, как при традиционных способах усиленш путем такого изменения их конструктивных решений, при которых т последующих сильных землетрясениях сохранялся бы (не увеличивал тот уровень горизонтального сейсмического воздействия на здания, который они были первоначально запроектированы.

Такие исследования приобретают особую актуальность так ] они позволяют разработать способы повышения уровня сейсмичеа безопасности без временной эвакуации жильцов, что является больн и болезненной проблемой связанной с большими материальны затратами, а также с психологической неподготовленностью людей.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ: является разработка спосо( обеспечения сейсмической безопасности существующих каменн зданий не путем увеличения прочности их несущих конструкций, I при традиционных способах усиления, которые имеют ряд недостатк таких как острая проблема временной эвакуации жильцов, а пу] соответствующего изменения конструктивной схемы сооружения, ' приводит к сохранению того уровня горизонтального сейсмическ-воздействия на здание при последующих сильных землетрясениях, который оно было первоначально запроектировано.

3

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ СОСТАВЛЯЮТ:

• Разработаны два способа повышения уровня сейсмической безопасности эксплуатируемых каменных зданий, при будущих более интенсивных землетрясениях, сущность которых заключается не в дополнительном увеличении прочности несущих элементов здания , а в изменении их конструктивных решений.

• Показано, что для гашения уровня колебаний сооружения во время землетрясения гармонического характера, частота свободных колебаний добавленной к сооружению дополнительной колебательной системы (гасителя) должна быть равна не. частоте гармонических колебаний грунта, а быть несколько меньше нее. Степень этого уменьшения зависит от отношения массы гасителя к массе сооружения.

> Показано, что в многоэтажных зданиях добавление верхнего гибкого этажа в качестве гасителя колебаний приводит только к раздвоению первой формы колебаний.

Третья, четвертая и.т.д. частоты и формы колебаний - комбинированной системы становятся равными соответственно второй, третьей и.т.д. частотам и формам колебаний основной системы.

■ На основании анализа' расчета но акселерограммам 9-и землетрясений, пятиэтажных каменных домов серии 1-450-2 с гибким верхним этажом и без него, показано, что наличие гибкого этажа приводит к уменьшению поперечной сейсмической нагрузки на здание. Уровень этого уменьшения находится в зависимости от отношения периода свободных колебаний гасителя к периоду свободных колебаний основного здания без гасителя. Результаты доказали, что при решении такого рода задачи следует учитывать характер землетрясений присущих данному сейсмоактивному региону, а также местные грунтовые условия.

Предложен новый метод повышения уровня сейсмической безопасности существующих каменных зданий посредством их жесткого соединения на уровне верха со специально построенным вне здания вспомогательным сооружением.

Теоретическими исследованиями установлены величины уровня снижеиия сейсмической нагрузки на основное здание в зависимости от отношения периода свободных колебаний вспомогательного сооружения - ТИ1 к периоду свободных колебаний основного здания -

Показано, что при определенном диапазоне изменения э' отношения, основное здание практически можно считать оперты» верху.

• Для 2-5-и этажных каменных зданий разработаны конструктив схемы вспомогательного сооружения в виде рамных конструкцг железобетонными или металлическими элементами. Постро различные диаграммы и графики, позволяющие определить стег уменьшения уровня сейсмического воздействия на оснок сооружение в зависимости от размеров поперечных сече конструктивных элементов вспомогательного сооружения.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ И BIILiAPGI 1ИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ; coctoi том, что полученные результаты могут быть включены в нормативнь инструктивные документы по усилению и реконструх существующих каменных зданий на территории РА.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основное содержание и результ диссертационной работы были доложены на :

• Семинаре профессорско-преподавательского, научн аспирантского и студенческого состава Ереванского архитекту строительного института, на кафедре "Строительная механи 1996г.

» Ежегодном научно-техническом семинаре докладов инженер исследовательского центра Американского Университета в Армег 1996г.

• INTAS RESEARCHERS' SYMPOSIUM, "Nonlinear analysis of b, isolated buildings", Engineering Research Center of the Ameri University of Armenia, October 10&11, 1995, Yerevan, Armenia

ПУБЛИКАЦИИ По результатам выполненного исследования опубликов одна работа, а вторая находится в печати.

ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертационная работа состоит из введения, 3-х гла общих выиЬдрв. Она изложетзлна JoCo страницах печатного тек

Ж)жит 7Т~ рисунков, таблиц и список литературы

наименований.

Работа выполнялась п Ереванском архитектурно строитель] институте на кафедре "Железобетонные, каменные конструкции сейсмостойкосгь сооружений", под руководством академика НАМ д.т.н., профессора Хачияна Э.Е.

н Hii ЕЛ El 1ИИ кратко изложена сущность поставленной зад повышения сейсмической безопасности существующих камеш

¡даний на территории РА дано обоснование целесообразности ее юстановки, показана актуальность проводимого исследования.

1ПРВЛЯ ГЛАВА_посвящена анализу исследований и проектно-

;онсгрукторских разработок последних лет по различным системам •ейсмозащиты, обеслечивающих надежность работы сооружений при штенсивных землетрясениях, снижение сейсмических нагрузок на 1есущие и ограждающие конструкции и, как следствие, обеспечение ¡езопасности людей и сохранности материальных ценностей. 2 целью освещения современного состояния исследований и шженерно-технических разработок в области повышения сейсмической ¡езопасности (усиления) и восстановления зданий и сооружений, а ■акже проектирования сейсмостойких зданий, приводятся результаты >абот но применению различных специальных систем сейсмозащиты. К шм относятся динамические гасители колебаний, включающиеся и .ыключающиеся связи, конструкции повышающие демпфирование, ейсмоизоляция посредством резино-металлических слоистых опор, эундаменты со скользящими поясами и другие.

шализированы принципы восстановления и усиления ж/б инструкций, а также кирпичных и каменных зданий. Освещенная в той главе классификация, включающая основные системы ейсмозащиты не охватывает все возможные методы активной ейсмозащиты и является в некоторой степени условной. Большинство [з описанных методов сейсмозащиты позволяют существенно снизить ейсмическую реакцию сооружения. Но, как правило, каждая из систем ейсмозащиты, имея свои как положительные так и отрицательные тороны, имеют определенную область применения, зависящую от сновной конструкции здания, его этажности, а также от характеристик озможных землетрясений. В связи с этим возможное применение омбинированных систем сейсмозащиты, объединяющих две или более .з указанных систем, позволяет полнее использовать положительные войства каждой отдельной системы и уменьшить влияние их трицательных свойств.

| любом случае выбор того или иного способа восстановления или силения зависит от назначения, конструкции, степени повреждения, рока службы, мер антисейсмической защиты зданий и сооружений, а акже частоты повторяемости землетрясений в регионе, их иектрального состава и грунтовых условий. Экономическая елесообразность выбора того или иного способа диктуется степенью □измеримости затрат на восстановление или усиление со стоимостью гроительства нового объекта.

лализируя проведенные исследования и рекомендации, а также ассматривая в качестве основных критериев при выборе способов осстановления или усиления, надежность по обеспечению эйсмостойкости объекта, минимальность затрат материалов, труда, редств и времени для ее осуществления, а также отдавая предпочтение зособам восстановления и усиления, не требующим временного рекращения эксплуатации здания и выселения людей, что всегда вляется очень острой и болезненной проблемой, предложены два

способа повышения уровня сейсмической безопасности существую1 каменных зданий.

Сущность предлагаемых способов заключается в том, обеспечение сейсмической безопасности существующего зда осуществляется не дополнительным наращиванием его прочности, при традиционных способах усиления, а путем изменения конструктивного решения. При этом добиваются сохранения ' уровня горизонтального сейсмического воздействия на сооружение последующих сильных землетрясениях, на который оно первоначал было запроектировано.

При первом способе, изменения конструктивного решения зда добиваются путем пристройки к нему дополнительного верх! (нежилого) гибкого этажа со специальными жесткостнг параметрами, позволяющими ему играть роль гасителя колебаний землетрясениях.

При втором способе, изменения конструктивного решения зда добиваются путем жесткого присоединения верха здания к спецназ построенному вне здания вспомогательному сооружению, определенными динамическими характеристиками.Это вспомогатель сооружение берет на себя значительную часть воздейст инерционных сил при землетрясении.

вторая глл1!л Посвящена первому из двух разработанных исследованных способов повышения уровня сейсмостойкости здаш осуществляемого путем пристройки верхнего гибкого этажа (гасит колебаний. Теоретические и экспериментальные исследования применению верхнего гибкого этажа для повышения урс сейсмической безопасности существующих зданий были проведены ' Хачияном, З.М. Хлгатяном и М.Г. Мелкумяном. На двух 9-эгаж! каркасно-пансльных зданиях серии 111 в Ванадзоре осуществл практическое применение этого способа. В данной работе провед исследования по применению гибкого верхнего этажа, как гаст колебаний для 5-этажных каменных зданий серии 1-450-2. Начало гл посвящено задаче инерционного динамического гасителя колебаг часто применяемого в прикладной механике и машиностроении в ц? гашения (уменьшения) колебаний. Сущность метода заключаете том,что к основному колебательному объекту дополните^ подключают новую колебательную систему, состоящую из ynpyi элемента и инерционной массы.

В теории колебаний показано, что при присоединении к основ системе дополнительной колебательной массы (гасителя) с массой п

жесткостью необходимо, чтобы выполнялось условие р =

р - частота вынуждающего гармонического возбуждения. Применяя идею вышеуказанного динамического гасителя с це уменьшения влияния земелетрясений на сооружение, показано, частота дополнительной колебательной системы - гасителя, должна б равна не частоте гармонических колебаний основания -р, как приня"

классической механике, а должна быть меньше нее в m/(m-l-md) раз,(где и - масса здания, m(J- масса гасителя).

Эднако вся неопределенность задачи подбора параметров гасителя колебаний состоит в том, что частота вынуждающих (инерционных) сил ■ р, действующих на этажи здания во время земетрясений, нам не известна. Эти силы зависят от акселерограммы колебаний грунта во :ремя земелетрясения.

"¡оказано, что на основании анализа закономерностей записей, «регистрированных во время реальных землетрясений на разных этажах, можно предположить, что периоды (частоты) вынужденных инерционных ) сил действующих на сооружение во времы ¡емлетрясения, в первом приближении можно принять равными 1ериодам свободных колебаний данного сооружения. Гак как возникающие в сооружении во время землетрясения -шерционные силы в каменных зданиях в основном обусловлены юрвой формой колебаний, то вышеупомянутое условие более :праведливее было бы применить для зданий с периодами не очень юльшими, но и не очень маленькими (0.15 сек<Т<0.5 сек). D то же 5ремя величину периода свободных колебаний верхнего гибкого этажа, исполняющего роль гасителя, необходимо подобрать чуть больше ¡еличины первого периода свободных колебаний здания без гасителя. \алее в главе рассмотрена задача для более общего случая .шогоэтажных зданий, предполагая в общем случае п этажей. Исследуя :вободные колебания этой новой колебательной системы, имеющей уже 1 -f 1 степеней свободы, вычислено во сколько раз для данной жесткости |дапия, жесткость гибкого этажа должна быть подобрана меньше, 'ассматривая колебания на конкретном примере 5-этажного каменного ¡дания серии 1-450-2, как с верхним гибким эгажом различной гибкости ■ак и без него, получены графики и табличные данные, раскрывающих 1есколько важных особенностей здания с гибким этажом, Зо-первых наличие гибкого этажа приводит к разделению первой ¡эормы колебаний на две различные формы. При этом одна из >азделенннх форм имеет период больший, а вторая из разделенных ¡эорм период меньший, чем период основного здания по первой форме. Эти две разделенные формы друг от друга значительно отличаются ■олько на уровне гибкого этажа, тогда как их разница на уровне >стальных этажей незначительна. И, что самое главное, на уровне всех стальных этажей сумма их величин с большой точностью совпадает с ¡еличинами первой формы колебаний здания без гибкого этажа Следующая важная особенность заключается в том, что наличие гибкого тажа практически не влияет на периоды по остальным формам .олебаний.

"ак, вторая, третья, и.т.д. формы колебаний здания без гибкого этажа :овпадают соответственно с 3-ей, 4-ой, и.т.д. формами колебаний здания гибким этажом.

i конце данной главы произведен анализ сейсмического Бездействия на ¡-этажное каменное здания по акселерограммам 9-и реальных емлетрясений с максимальными ускорениями грунта от 0.13g до 0.6g, в ом числе Спитакского землетрясения.

Нахождение максимальных значений инерционных сейсмиче* нагрузок на различных уровных сооружения является осно1 трудностью анализа зданий и сооружений при учете более чем о/ формы колебаний.

Однако уровень развития современной вычислительной техг позволяет с высокой точностью справиться с этой задачей. Разработанные алгоритм и компьютерная программа позво/ вычислить значения инерционных сейсмических - 5к(1) и попереч срезывающих сил - Ок(1) по различным акселерограммам землетрясе как для случая здания без верхнего гибкого этажа, так и для сл> когда к зданию достраивается верхний гибкий этаж с различи параметрами.

Для здания без верхнего гибкого этажа учитывается только пе] форма колебаний, тогда как для здания с верхним гибким эта: учитываются уже первые две формы колебаний,

Данная компьютерная программа вычислений позволяет та определить изменение во времени инерционых и поперечных сил максимальные значения и моменты их наступления на различ уровиых здания. На основании анализа этих расчетов для каменны этажных зданий серии 1-450-2, показано, что наличие верхнего гиб] этажа приводит к уменьшению поперечной сейсмической нагрузки уровне 1-го этажа в среднем 1.6 раз (Рис. 1.)

Уменьшение максииам,ш!Й срезивакмцей си\и иа уровне 1 -го этажа 5 этажного каменного здания в результате добавления верхнего гибкого этажа (гасителя колебаний) к сооружению

где, О1 - для здания без верхи, гибк. этажа О', верхи, гибк. этажом

, для здания с

2

N0.

-♦—По акселерограмма: записей реальных землетрясений

-»-По СНиПу РА ii - 2.02 - 94

При гармоническом колебании грун'т основания (резонанса)

-х—В среднем по акселерофаммам записей реальных землетрясений

акселерограммы землетрясения

Рис. 1.

Отметим, что при подобных расчетах уменьшение срезывающих при использовании верхнего гибкого этажа будет зависить от спек

9

ускорений того или иного зеклетрясения. Так -как, преобладающее число землетрясений высокочастотные, следовательно, чем гибче добавляемый верхний этаж, тем больше уменьшение поперечных сил, так как здание в этом случае будет все больше уходить от резонансной частоты. С гфугой стороны необходимо учитывать, что при наличии вероятности низкочастотных землетрясений, гибкий этаж будет ухудшать сейсмическую безопасность зданий. Необходимо также помнить, что различные значения коэффициента затухания гибкого этажа, а также различные категории грунта будут влиять как на величину поперечных сил, так и на степень их изменения при добавлении верхнего гибкого этажа. Для рассмотренного нами 5-этажного каменного здания с периодом свободных колебаний по первой форме равным Т,=0.34 сек, убавление верхнего гибкого этажа даст наибольший эффект, если здание возведено на грунтах 1-ой категории (скальный грунт), так как пики в спектрах реакций для таких грунтов распологаются в области Г<0.4 сек. Для тех каменных зданий которые возведены на грунтах II и 111 котегорий, устройство верхнего гибкого этажа будет неэффективным. Поэтому в каждом конкретном случае для данного здания и данных грунтовых условий необходимо произвести расчеты по группе акселерограмм, прогнозируемых на данной- территории, тровссти их осреднение и на этой основе проектировать гибкий этаж, <ак это рекомендовано национальными нормами Республики Армения ю сейсмостойкому строительству, в случае применения систем штивной системы сейсмозащиты зданий.

ГРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена методу повышения уровня сейсмической зезопасности существующих каменных зданий путем жесткого юединения верха здания со специально построенным Ене здания сонсольным сооружением.

-!дея повышения уровня .сейсмической безопасности существующих |даний небольшой этажности путем их жесткого закрепления к :пециально построенному вне здания сооружению была предложена З.Е. Хачияном в 1996 году и удостоилась премии на конкурсе по новым иучным разработкам Инженерного Исселедовательского Центра Американского Университета в Армении.

5 данной работе продолжены исследования этой задачи с целью ее хшкретного применения к существующим 2-5-и этажным каменным ;даниям.

5 начале главы показано, что жесткое присоединение верха здания к юнсольному сооружению, деформации которого из-за значительной его кесткости пренебрегаются, может привести к существенному нижению уровня сейсмического воздействия на здание. Далее на »сновании исследования динамического взаимодействия между зданием [ консольным сооружением выявлены реальные соотношения хесткостей здания и консольного сооружения, при которых имеет юсго такое снижение.

1ри решении этой задачи расчетная схема всей комбинированной истемы принята состоящей из основного многоэтажного здания,

жестко соединенного на уровне перекрытия с отдельно стоящи сооружением, в виде консольной стойки той же высоты. Считается, что здание при динамических воздействиях подвергает» обобщенной сдвиговой деформации с приведенными жескостньнч (кТС) и плоти остными (д,) характеристиками и периодом Т1Д1 консольное сооружение деформации изгиба с обычными жескосгпым и плотностными характеристиками Е1, ц2. и периодом Т„г Удовлетворяя граничным условиям задачи получено частотнс уравнение сложной комбинированной системы и вычислены его кори при различных отношениях Т„,. / Тгл При этом период колебани

комбинированной системы определяется по формуле, т _ /

где значения Х.И полученные в результате решения трансцендентально: частотного уравнения, приведены в Табл. 1

Табл.1

по 1-ой по 2-ой по 3-ой

форме форме форме

колебаний колебаний колебаний

Т / Т 1 из' * сд А„ 1 \п( х13 е

0 3.141 6.2В2 9.423

(Е1 = ю)

0.05 3.14 6.277 9.432

0.10 3.131 6.269 9.393

0.15 3.125 6.227 9.199

0.20 3.103 6.120 7.866

0.25 3.075 5.754 6.849

0.30 3.032 5.1 И 6.560

0.40 2.881 4.150 6.445

1.00 1.575 3.366 6 323

(1.575) (4.725) (7.875)

Теоретическими расчетами и исследованиями вышеотмеченной задач] установлено, что, если период свободных колебаний консольноп сооружения - Тиз в 4-5 раз меньше периода свободных колебани] здания, то консольное сооружение жестко соединенное со здание» практически играет роль опоры для него, что приводит к понижении уровня сейсмических инерционных сил приблизительно в 2.5 раза п< сравнению с той же величиной первоначальной системы. Далее для 2-5-и этажных каменных зданий были разработаны конструктивны) схемы вспомогательного сооружения в виде плоской рамы, < элементами из стали или железобетона. Эта рама в общем случае имее: п этажей и ш пролетов.

Приведенные в работе табличные данные, а также построенньн диаграммы определяют степень уменьшения уровня сейсмическогс воздействия на основную систему, в зависимости от материала у размеров поперечного сечения консольного сооружения.

11

Вычисления были произведены для большого диапазона размеров поперечного сечения элементов консольного сооружения. Это позволило выявить наиболее размеры исходя из материала консольного сооружения.

При помощи использования пакета компьютерных програм по линейному структурному анализу зданий и сооружений (разработанного в Калифорнийском "Университете в Беркли) - БДР-УО были смоделированы варианты вспомогательного, сооружения для 5-и этажного каменного здания серии 1-450-2, в качестве плоской ж/б рамы, имеющей 7 пролетов по 6м каждый и 5 этажей общей высотой 14.7 м, выполненной из железобетона. Полученные результаты приведены в Табл. 2 где Ь-размер поперечного сечения элементов консольного сооружения из железобетона.

Табл. 2

1>(четры) Уменьшение поперечной силы на уровне 1-го зтажа

0 250 1.214

0.300 1.339

0.350 1.428

0.400 1.495

0.450 1.608

0.500 1.754

0.550 1.880

0.600 1.989

0.650 2.073

0.700 2.147

0.750 2.212

0.800 2.266

0.850 2.312

0.900 2.349

0.950 2.385

1.000 2.419

В диссертации также показана положительная работа консольного сооружения с элементами из стальных прокатных профилей двутаврового сечения. Учитывая такие обстоятельства как: возможность добавления вутов для стальных профилей (путем приварки к ним стальных косынок или фасонок) для уменьшения периода колебаний консольного сооружения, значительный выигрыш во времени и трудоемкости при возведении консольного сооружения из стали, а также лучшую работу стальных конструкций в сейсмических районах, рекомендуется обратить особое внимание на возможность использования именно стали, в качестве материала вспомогательного сооружения при повышении уровня сейсмостойкости предлогаемым способом.

В конце главы для пятиэтажного каменного здания серии 1-450-2, находящейся в 3-й сейсмической зоне на грунтах II категории представлены произведенные расчеты по:

• Расчету и подбору фундамента вспомогательного консольног сооружения.

• Проверке прочности каменной кладки последнего этажа основног здания на срез, в результате взаимодействия основного здания вспомогательным консольным сооружением.

• Расчету и подбору армирования ж/б элементов вспомогательного консольного сооружения.

Так, для конкретного примера - вышеуказанного основного здания ] вспомогательного консольного сооружения в виде плоской рамы имеющей 5-этажей общей высотой 14.7 м и 7 пролетов по 6 м каждый, I элементами из железобетона расчетом показано что:

• Элемент соединения основного здания с вспомогательны* консольным сооружением должен иметь сплошное круглое сечен» диаметром > 8.2 см и быть выполненным из стали или может быт] выполненным из стандартной стальной прокатной двутавровой балкг N0. 33

• При взаимодействии основного здания с вспомогательный консольным сооружением условие прочности на срез каменной кладки верха основного здания удовлетворяется при условии принятия неармированяой кладки и марки раствора средней межд\ 10 и 25.

• Для вышеуказанного вспомогательного консольного сооружения с размером сечения элементов 0.5 м х 1.0 м необходимо иметь железобетонный ленточный фундамент шириной 1.5 м и глубиной заложения подошвы равной 1 м

• При размере сечения элементов консольного сооружения - 0.5 м х 1.0 м, армирование наиболее напряженной колонны (колонны основания) консольного сооружения должно содержать как минимум 138.16 см2 арматурной стали, как в растянутой, так и в сжатой зоне, что приблизительно соответствует 5.5 % продольного армирования.

ОБЩИЕ ПЫВОЛЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ В результате проведенных исследований по повышению уровня сейсмической безопасности существующих каменных зданий на территории РА получены основные выводы и предложены конкретные рекомендации.

• Разработаны два способа повышения уровня сейсмической безопасности эксплуатируемых каменных зданий, сущность которых заключается не в дополнительном увеличении прочности несущих элементов здания , а таких изменениях их конструктивных решений при которых сохранялся бы тот уровень сейсмического воздействия на несущие элементы здания, на который они первоначально были запроектированы.

• Показано, что для гашения уровня колебаний сооружения ео время землетрясения гармонического характера, частота свободных колебаний, добавленной к сооружению дополнительной колебательной системы (гасителя) должна быть равна sic частоте гармонических колебаний грунта, а быть меньше нее в ^l+mtl/m раза, где m - масса сооружения, md - масса гасителя.

• Показано, что в многоэтажных зданиях добавление верхнего гибкого этажа в качестве гасителя колебаний приводит только к раздвоению первой формы колебаний.

Третья, четвертая и т.д. частоты и формы колебаний комбинированной системы становятся равными соответственно второй, третьей и т.д. частотам и формам колебаний основной системы. Для коэффициентов Г1к,а и т^./' первой и второй форм колебаний комбинированной системы и д\к коэффициента г)к] первой формы колебаний основной системы имеет место равенство Пи" =

• На основании анализа результатов расчета, по акселерограммам 9-и землетрясений, пятиэтажных каменных домов серии 1-450-2 с гибким верхним этажом и без него, показано, что наличие шЬкого этажа приводит к уменьшению поперечной сейсмической нагрузки на уровне 1-го этажа, в среднем в 1.6 раз.

• Предложен новый метод повышения уровня сейсмической безопасности существующих каменных зданий, путем жесткого соединения верха здания к специально построенному вне здания вспомогательному сооружению.

• Теоретическими исследованиями установлены величины уровня снижения сейсмической нагрузки на основное здание, в зависимости от отношения периода свободных колебаний вспомогательного сооружения - Тн, к периоду свободных колебаний основного здания -

Т.*

Показано, что при Т„,/Тсл<0.2, здание практически можно считать опертым по верху.

« Для 2-5-и этажных каменных зданий разработаны конструктивные схемы вспомогательного сооружения в виде плоской рамной конструкции с железобетонными или металлическими стойками и ригелями. Построены различные диаграммы и графики, позволяющие определить степень уменьшения уровня сейсмического воздействия (величины инерционных поперечных сейсмических нагрузок) на основное сооружение, в зависимости от размеров сечений колонн и ригелей вспомогательного сооружения.

• На основании анализа результатов расчета показано, что для пятиэтажного каменного здания серии 1-452-2 вспомогательное сооружение, состоящее из 8-и железобетонных колонн с размерами поперечного сечения равными 50x100см и шагом 6м, приводит к уменьшению уровня сейсмических воздействий на основное здание в 1.75 раз, а при металлических колоннах двутаврового сечения No. 60 - в 1.85 раз.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Хачиян Э.Е., Маркарян А. Г, " О динамическом взаимодействии здания с жестко закрепленным консольным сооружением ", Известия НАН РА, серия "Механика", находится в печати, 11 стр.

2. Margarían A.G. "Reinforcement of the 5-story masonry biulding of the 1-450-2 series by means of addition of the upper flexible story", Manuscript, Engineering Research Center (ERC) of American University of Armenia(AUA), 1995, 32 pages( Superviser E.E. Khachian ).

u,pbq ¿.ршйиф ituipqiupiiug uiuujjipuilim

fl-r>imftjniQ radtgnrvpuifiu ¿bCiptipli-Ukuül'itj шКфшгиСс^шишС!

u,inbguxjunuiugir\i.gp t щпйфпт^ jiiuph 2bggt¡p}i

ubuiîfil) mgi|№iuqq.ni|ajmg ijiuljuipq.iul)fi puipäpiugiliug bqiugiuljghpp uiqpiniulj|i bpljpui2iupct|ig rbuin ¿uigpiuujbimupjiug uiuipuiùpt1 ubpjiî[>l) uigijinuigqmpjiug uiuuipsiugp puipäpuiguuig u ubimjiutyiu]rug 2|iguipuipnip¡uig ijbpuipbpjmi gnp iuqqiu¡|ig gnpilbpfi pgrpugtfiug l|vuu|uil|gmp]unîp qnjmpini.g mgbgnq puipb г^е^рь ц l|iun.nigi{uiôggbp|i ubuiîplj uigi(uiiugq]upjiug ummjisuigp qqi>up üijuiqb^ t- u.upuqiu rut)b>i bpljpuijiupdghpp dvuaugiu^ gpuigg ^шрпц hg liliô ш1{ьрф*10гиррисйьр|1 к üujpqljuiitig qnfihpp ujuiuiöum rpjinguq: unijg fiuinmqnuinipiniggupp gl[ppi(uis hg шр] {ршшшц вшрдьгфй:

uuibgiutununigpugnu! uinui^uiplji^nut t qn¡nlpjnig mgbgnï| piupb jbgpbpfi upltpiudu»pduiri.pihugl|u¡gmpjmg[i piupüputggli[ nj pb ur^npuiljwg ьгрлшш^сьрт!' gpiugg l)pnq t^biltîgungbpji uuiiptippugp \juöujgguifii|, шц gpuigg l)nüiunpnil|in|ii| ufuhiiuiübpji ш]йифи)1 фпфгфгиррийр, npngg т^ищпи! luupuqui radbii bplipuijlupdgbpp (juiiiiuguilj gpuigg tlbj uinuiguignri pgbpgpng nidbp|i ilhönipiiuggbpp ¿qbpuiquiggug uijg finp]iqngiul|u(ü |ighpg|ing nidbpjig, npngg tuqqhgruppug uiuil) gprngg giu(uopnp giu|uiuq.àijuiâ th^'- щи ьтцисш1|р nigp jbô umuii)bimp¡nig piugp rp uijrj qhujgnuî 2kgpbpf) ubuilfilj шgфлulgqmp¡шg 15ш1|ифг)ш!ф puipspiugnulp (nnibpuigmilp) }ipiul|iugujgi{nuî t umiugg pgutljpjghpp duiiiiugiuliuujrip тьпшфпьпьмп; itjuil^uiî i; bpljr.i ¡tpûuuùjuiû шшррьршцйьр:

u,rui¡>1ig ьршйш1ф г^ьи(в n iií qnimppug nigbgnq 2bgppg in.uigtug¡i¿

1)шптдфш1 t, 6t|nig ijbpguifîuipij, прр ^штшрпи! t inujuiuigijuig tfuipfi¿|i ibp: u^fuiuinuigßnui i!ji puig(i nidut^ hpl|piu2uipdghp}i mgubihpnqpmtfgupfi fifiüutg ilpui )1рш1<шсшд1(ш0 4pgiuit(il| кш2фир1|с1дрт1 giujg t," шрфиб, np pujph 2kgpp 4Гщ laiugnigfi^ sljnig fiiupl|fi ijuinnigiîuiilp fipiîguiljiug fimpljbpp iiuilpupquil|nul ubiuufil| figbpgjing nidbpfi iiuömpjmggb|ip iipgjignui 1.6 uigqiuit ipnppuignut bg fiiutfuiiuiimug umuigg 6l¡mg fiiupl|)i qbiqpaui uinuijuigmô rudhpp fibw:

bpljpnpq bpiugiul(|i рьъцрпиг qnsm_p¡rug тйьдпц jbgpp i|bp£pg пшр^р йш1|шрг)ш1|пи1 1|п2ш luiípiuljgifnul t jbgppg rjriipu liuianig^wô fituinnüf ¿hgnipijug fibui: u^lumuiuigemij gm¡g t uipi|mà np pgjgiug фпрр фоь qnipu

цшптд^шб ¿pgnipiuig шциип хлинпшййшс цшррьртр1п1йр fimjbilmuimg п|и1сш1)шй шчшш шшшшййшй ujmpphpnipjmg fiuin, ujjggiug ид\|ь|р t

gi|iuqntil fi(iiigml)mg 2bgen1.1i шпшушдпц ubjuilplj fighpgfing pidbpp juiljiuprpjjlip: мш1лгир1|ш5 пш24шр^пи!сьрр gnijg hg щицри, rp m¡u ьг1шсш1|^ ijppwnijmijp ршрь 2-5 кшр1(шй[1 г^^е^рр ubjujtilj uigijuiuigq-mppuíi шиш|)3ш0р 1|шрьф t ршрйршдёь^ 1.2-рд jpgju 2.0 -fig mi|bl.h uigquitf (inbu шщпшшц 2): bnmgiuljüupp 1|ррша11шй ug кшсршщьштр^шпы iius шшршбпн! ^глшй 1-450-2 ufcppuijp 5 muiplpugp ршр'п 2ugpbpfi ijput:

uuibgiutununipjiug filnlgiul^iutt bi\wguil|gupp l^uipni^ bq ijppwaijbl 2bgpbp)i ubjuij¡i^ mgijuiwgqripjmg pmpäpuigjiug сш|ишц0ьрпи! u uhiuiîwl(mjmg

2)1Сшршрп1р1шОр 4bpujpbp¡ui[ Gnpiîiuui|ii( U fipuifimGq¿ml|UiG фшишшрг[рЬр[1 IpuqUwG r).bUjgniiJ'.