автореферат диссертации по строительству, 05.23.17, диссертация на тему:Сейсмические реакции многоэтажных каркасных зданий связевой системы с учетом изгибно-крутильных колебаний

МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКА АРМЕНИЯ

Ереванский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.К.Маркса

САРКИСЯН ЗДИК СМБАТОВИЧ

СЕЙСМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЙ СВЯЗЕВОИ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ ИЗГИБНО-КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Специальность 05.23.17 - Строительная механика

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

Ереван - 1990

Работа выполнена во Всесоюзном проектно-эксперименталыюм конструкторском и технологическом институте (ВПЭКТИ)

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор СААКЯН P.O.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

ГфофсЬсор ХАЧИЯН S.E.

- кандидат технических наук, доцент Л.Г. ПЕТРОСЯН

Ведущая организация - Дентальный научно-исследовательский институт строительных кон-_ струкхшй (ЦНИИСК) им.В.А.Кучеренко

Защита диссерташш состоится "27 " ыа^су?Я 1990г. D /У. часов на заседаши специализированного совета К 0SS.03.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Ереванском политехническом институте им.К. Маркса по адресу: 375009, Ереван- 09, ул. Теряна, 105.

С диссертацией ¡можно ознакомиться в библиотеке. Автореферат разослан " 26 " октз<Гп>&__1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд.техн.наук, доцент

mí

./4ЮННИСЯН С. г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Современные масштабы шшшц-но-граждапского строительства в сейсмических, районах пашей страны с уютом того, что более одной трети объемен приходится именно на эти районы, поставили проблему обеспечения прочности, устойчивости, сейсмостойкости и экономичности зданий в ряд важнейших народно-хозяйственных задач.

Анализ последствий Спитакского землетрясений наряду с другими задачами показан также па необходимость разработки новых конструктивных решений и уточнения расчетных моделей зданий, учитывающих их пространственную работу.

Современные многоэтажные жилые и общественные здания, возводимые в сейсмических районах, отличаются разнообразием архитектурпо-шшннровочпых и конструктивных решений, причем многие из них зачастую имеют несимметричный план, что приводит при сейсмических воздействиях к возникновению наряду с изгибными деформациями здания, также и деформаций кручения.

В последние десятилетия широкое применение получают и многоэтажные каркасные здания связевой системы, где каркас в основном: воспринимает только вертикальные нагрузки,, о связи, в виде ядра жесткости и диафрагм или их сочетания, воспринимают все горизонтальные сейсмические н ветровые нагрузки, К таким конструктивным решениям относятся также и многоэтажные каркасные здания, возводимые методом подъема перекрытий и этажей.

Одним из принципов проектирования в сейсмических районах является равномерное расположение масс при симметричных конструктивных схемах. Это предопределяет совпадение центров масс и жесткостей здания. В этом случае при сейсмических воздействиях возникают только поперечные колебания и поэтому до настоящего времени в расчетах и основном учитываются только изгибно-сдвиго-вые деформации зданий. Однако в зданиях, запроектированных с учетом указанного выые принципа, в действптель-

ности образуется эксцентриситет. В резулх.тате при сейсмических воздействиях ь таких зданиях возникают изгибно-кру-тильиые колебания.

Актуальность темы обуславливается также тем, что в существующих исследованиях и нормативных документах недостаточно полно выявлен характер работы и поведение miioi этажных каркасных зданий с ядром и диафрагмами жесткост: при сейсмических воздействиях с учетом нзХ'пбно-крутильиы колебаний.

Вышеизложенное послужило основанием для проведешь комплексных теоретических и экспериментальных псслодова-ннй многоэтажных каркасных здании связевой системы при несовпадении их центров масс и жесткостен, имея в виду,".1! здания такой системы особенно в последние годы, получают распространение в сейсмоактивных районах нашей страны.

Цель и задачи работы, Целью диссертационной рабои является экспериментально-теоретическое исследование мно гозтажных каркасных зданий с ядром и диафрагмами жесткости с учеюм изгнбно-крутнльпых колебаний и разработки рекомендаций по расчету таких здашй при сейсмических ьс действиях.

В соотво1СТЕИН с поставленной цепью в работе решаю ся следующие задачи:

- разработка методики определения периодов и форм сс ственных изгибко-крутильных колебаний многоэтажных Kapi ных зданий с ядром жесткости при цельной (балочной) его работе, а также и для случая, когда ядро рассматривается как составной стержень;

- разработка методики расчета многоэтажных каркасш зданий с ядром жесткости на сейсмические воздействия с учетом изгнбно-крутпльньк колобгший при рассматрении р боты ядра жесткости в одном случае как цельной консольной балки, а в другом - как составного стержни;

- исследование работы многоэтажных каркасных адат связевой системы с учетом их. изгибно-крутильных колеба! при различных акселерограммах реальных землетрясений, г

том числе Спитакского землетрясения, происшедшего 07.12.1988 г.;

- разработка алгоритмов расчета и программ на ЭВМ на основе разрабо^нных методик расчета зданий на сейсмические воздействия;

- экспериментальные исследования динамических харак-теристнк г шогоэтажлых зданий с ядром и диафрагмами жесткости в натуре и установление приемлемости разработанной методики определения периодов к форм собственных изгкбио-к].утильных колебаний;

- разработка рекомендации для практического расчета

на сейсмические воздействии многоэтажных каркасных зданий связевой системы с учетом изгнбно-крутильпьис колебаний и характера ( цельная консольная балка или составной стержень) работы вертикальных иссупшх элементов.

Научную новизну работы составляет:

- разработанная методика определения периодов и форм

собственных ногибно-крупшьных колебаний многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости при рассмотрении его работы в одном случае как дельной консольной бал юг, а в другом - как составного стержня;

- разработанная методика расчета многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости с учетом изгибно-кру--■шльных колебаний и характера его работы при реальных сейсмических воздействиях;

- разработанные алгоритмы и программы для расчета на ЭВМ многоэтажных каркасных зданий с в язе вон системы при сейсмических воздействиях с учетом изгибко-крутиль-ных колебашпЧ;

- полученные результаты расчетов и закономерностей чнеленного анализа работы многоэтажного каркасного здания связевой системы по акселерограммам реальных, землетрясений при варьировании эксцентриситета между центрами масс и жесткостей;

- результаты экспериментальных исследований многоэтажного здания в натуре с помон^ю вибромашины с подтверждением близкой сходимости полученных расчетных и экспериментальных результатов.

Пщктадеская ^ишость диссертационной работы состоит в том, что:

- разработанные расчетные модели многоэтажных каркасных зданий с ядром и диафрагмами жесткости, о также методики их расчета, наиболее полно описывают характер пространственной работы зданий при реальных сейсмических воздействие«, что следует учитыве-ть при проектировании таких зданий;

- полученные компактные формулы для определения динамических характеристик многоэтажных каркасных зданий сказовой системы, п также составленные программы сейсмического расчета на ЭВМ, создают реальные предпосылки для расчета к конструирования таких зданий и ьл;риксго их внедрении в сейсмических районах нашей страны.

На защиту выносятся:

- разработка методики определен!-, я периодов ы форм собственных изгнено-крутальных колебаний многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости при цельней (балочной) его работе, а. также и для случая, когда ядро рассматривается

как составной стержень;

- разработка методики расчета многоэтажных каркасных зданий связевой системы на сейсмические воздействия с учетом изгибно-крутильных колебаний при рассмотрении работы ядра жесткости в одном случае как цельной консольной бапкк, а в другом - как составного стержня. При этом принимается, что основание здания совершает как поступательные, так к крутельные колебания;

- разработка алгоритмов и программ для ЭВМ на основе вышеуказанных методик расчета зданий с определенном динамических х&ректеристик, г? также параметров, характеризующих иапряженно-де4ормированное состояние здания при сейсмических воздействиях;

- анализ полученных численных результатов расчета здании связевой системы при свободных колебаниях, а также при сейсмических воздействиях по акселерограммам землетрясений и выявленных закономерностей с учетом изгибно-крутильных колебаний;

- результаты экспериментальных исследований многозтаж-

ньтх каркасных зданий с ядром и диафрагмами жесткссти в натуре с помошыо вибромашины и сравнительного их анализа с полученными результатами расчета.

Реализация работы. На основе изложенной в настоящей диссертационной работе методики расчета и программы на ЭВМ во Всесоюзном проектно-экспернменталь-пом конструкторского и технологическом институте (ВГ1ЭКТИ) осуществляется проектирование и строительство многоэтажных каркасных зданий с ядром к диафрагмами жесткости п цельными на зтаж пантами перекрытий, возводимых методом подъема.

Результаты исследований использованы в разрабатываемых институтом "ВГ1ЭКТИ" "Указаниях по проектированию жилых и общественных зданий методом подъема для районов повышенной сейсмичности",

£або_ты: Результаты исследований докладывались г& научной сессии, института геофизики и инже-нершой сейсмологии АН АрмССР (г.Леникакан, 1986 г.), па Всесоюзно!-: совещании "Вопросы инженерной сейсмологии" (г.Ленинакан, 1988 г.).

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных трудах.

Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы. Работа содержит 1 77 страниц , в том числе 5 таблиц и 39 рисунков. Список литературы содержит 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований

В первой главе приведен; анализ конструктивных решений многоэтажных здании, возводимых в сейсмических районах Рассмотрены методы расчета на сейсмические воздействия многоэтажных зданий. Проанализированы вопросы по исследованию многоэтажных зданий различных конструктивных систем с учетом пзгибно-крутильных колебаний.

Значительные успехи, достигнутые в области сейсмостойкого строительства, обусловлены исследованиями и трудами: Я.М.Айзенберга, В.А.Быховского, И.И.Гольдеиблата, С-С.Дар-бшшна, В.К.Егупова, Т.Ж.Жупусопа,- К.С.Завриева, Б.К.Кара-петяна, Г.Н.Карцивадзе, И.Л.Корчинского, М.А.Марджанишвили А.Г.Назарова, Ш.Г.Напетваридзе, Н.А.Николаенко, С.В.Полякова, В.Т.Рассказовского, Т.Р.Рашидова, В.А. Ржевского, Э.А. Сехниашвили, И.Н. Складнева, А.П.Снннцына, М.Т.Уразбаева, Э.Е.Хачияна, А.И.Цейтлипа, Г.А.Шапиро, а также зарубежных специалистов М.Био, Дж. Блюма, Дж.Бордгкеса, Р.Клафа, К.Му-то, Н.Ныомарка, Ш.Окамоте, Э.Резенблюэта, Дж.Хаузнер и др, Развитие теории расчета зданий основывалось на фундаментальных исследованиях в области строительной механики и динамики сооружений А.А.Александрова, В.В.Болотина, В.З.Вла сова, И.И.Гольдеиблата, П.Ф.Дроздова, Б.Г.Коренева.О.В.Лужина, Я.Г.Пановко, И.М.Рабиновича, А.Р.Ржапикына, А. Ф. Смирнова, С.ПЛимошенко, А.А.Уманского, АЛI.Филина, Н.Н.Шапошникова л др.

В современной практике массового городского многоэтажного строительства, как известно, преобладают две конструктивные системы - каркасная и панельная (бескаркасная).

В последние годы в сейсмических районах нашей страны

распространение получают также и многоэтажные каркасные здания с ядрами и диафрагмами жесткости и цельными на этаж монолитными железобетонными плитами перекрытий, возводимые методом подъема. Эти здания х а р а кто р! I зу ю тс я тем, что все горизонтальные сейсмические нагрузки в них воспринимаются в основном вертикальными несущими элементами ( ядрами и

диафрагмакги жесткости). Компоновка диафрагм и ядра жесткости с гибкими вертикальными конструкциями каркаса и четкое расчленение работы здания на восприятие вертикальных и горизонтальных изгибающих н крутящих нагрузок дает возможность приблизить расчетные схемы здания к действительным, что особенно важно при расчетах на сейсмические воздействия.

Очевидно, что при проектировании зданий и сооружении возводимых в сейсмических районах необходимо учесть

многие факторы, в том числе эффект пространственного характера работы, их взаимодействия с грунтом, локальные разрушения и образование пластических деформаций, э также совместного действия горизонтальных изгибно-сдвиго-вых, крутильных и вертикальных колебаний и др.

Кроме того, анализ последствий ряда сильных землетрясений, в том числе Спитакского землетрясения, показал, что повреждения и разрушения многих здании и сооружений обусловлены совместными изгибно-крутильными колебаниями,возникающими благодаря наличия эксцентриситета менаду центрами масс и жесткостен здания, а также вращательными движениями основания.

Поэтому возникает необходимость проведешш исследований зданий и сооружений, в том числе рассматриваемых нами каркасных зданий с ядрами и диафрагмами жесткости, на сейсмические воздействия с учетом изгибно-кру тильных колебаний, а также характера работы вертикальных несущих элементов, т.е. когда они работают, как цельная консольная балка или составной стержень.

В конце главы описаны цель работы и задачи исследования.

Во второй главе получены дифференциальные уравнения собственных изгибно-крутнльных колебаний многоэтажных каркасных зданий с несущими вертикальными элементами при их цельной (балочной) работе и разработана мет одика по определению периодов и форм их собственных нзгибно-крутильных колебаний.

В расчетах принималось, что масса здания равномерно распределена по высоте и по плану здания, а ядро жесткости - как консольный брус жестко заделанный в фундаменте.

В расчетах сдвиговыми деформациями ядра жесткости, по-

датшшостыо основания, а также внутренним сопротивлением

материалов пренебрегают.

Конструктивная и расчетная схемы многоэтажных зданий

с одним центрально-расположенным ядром жесткости приведены на рис.1.

ж

£1)

5)

Рис.1. Конструктивная (а) и расчетная (б) схемы многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости

1- ядро жесткости; 2- плита перекрытия:, 3- колонна;

4- центр жесткости; 5 - центр масс.

Отметим, что дифференциальные уравнения свободных колебаний рассматриваемых многоэтажных каркасных зданий представляют из себя однородную часть системы уравнений (2) при ^ = О.

На основе указанной методики выполнены расчеты при различных значениях эксцентриситета для 16-этажного здания типа "Трилистник" с ядром жесткости, возводимого методом подъема перекрытий.

Анализ полученных данных показывает, что при наличии эксцентриситета, система совершает связанные изгибно-кру-тильные колебания. Проведенными исследованиям! также установлено, что для рассматриваемых зданий спектры частот (периодов) собственных колебаний, значительно сгущаются (по

¡равнению с вариантом, когда эксцентриситет отсутствует), >бусповпеш1Ые возникновением пзгибно-крутильных колебаний I их значения зависят от величины эксцентриситета.

Для случая, когда здание имеет одну ось симметрии (г= О) периоды собственных цзгибно-крутпльных колебаний многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости рекомендуется определять следующей формуле:

Т(

1 А|

т

-л

7

Т г . Рп

где: Т^ -период ^ -го топа собственных колебаний:, Н- высота здания; П1 - погонная масса здания, т.е. масса, приходящаяся на единицу высоты здания,: Е 50г - начальный модуль упругости и сдвига материала ядра соответственное Зх -момент инерции сечешя ядра относительно оси X:, эксцентриситет здания; - крутильный момент инерции системы;

- соответственно моменты ииершш в плане здания относительно главных осей, т.е. осей, проходяшнх через центр масс и параллельных осям X и У (ск.рис.1), рп- плошадь плана здания.

Значения

^ - для каждого тона собственных колебаний определяются по номограммам, полученным с использованием ЭВМ (рис.2)'

Во время землетрясений особый интерес представляет работа ядер жесткости, являюишхея наиболее ответственными элементами зданий. Учитывая наличие проемов и регулярность

Их расположения по высоте ядер жесткости, целесообразно производить расчет ядер жесткости используя теории состав-лях стержней А.Р. Ржанииына, и стесненного кручения В.З. Власова. Ядро жесткости состоит из тонкостенных простенков, как правило, симметрично расположенных относительно центра обшего поперечного сечения, соединенных между собой перемычками (связями сдвига).

Расчетная схема рассматриваемого многоэтажного здания с ядром жесткости принимается в виде пространственного

составного тонкостенного стержня, жестко заделанного в

Далее были получены обшле дифференциальные уравнения свободных изгибио-крутильных колебании многоэтажных здании связевой системы при рассмотрении ядра в виде составного стержня и разработано методика определения их периодов и форм собственных колебаний.

Задача о свободных изгибно-крутпльных колебаниях рассматриваемых зданий с ядром жесткости решается при следующих предположения х:

- иггибаюпше и крутящие моменты, соответствующие инерционным силам, считаются непрерывно распределенными но высоте ядра:,

- жесткостью каркаса пренебрегается,

- связи между простенками ядра (межэтажные перемычки) считаются абсолютно жесткими в поперечном направле. нхш л податливыми в продольном;

- в расчетах плиты перекрытий в своей плоскости принимаются недеформированными;

- рассматриваются малые упругие деформации элементов системы.

По разработанной методике были выполнены расчеты 16-этажного здания,возводимого методом подъема.

Установлено, что при значениях безразмерного параметра ^ .характеризующего соотношение жесткостей простенков и перемычек равного |Ь.£0,5, каждый из вертикальных несущих элементов можно рассматривать как систему, состояшпо из отдельных простенков, а при 0,5^ р .< 15 - их следует рассматривать- как составной стержень: при значениях 15 - как цельную конструкцию ( без учета влияния податлншостн связей).

Выполненные расчеты 16-этажного здания показали, что значения периодов собственных изгибно-крутильных колебаний здания при рассмотрении ядра жесткости в виде составного стержня и варьировании коэффициента^ , существенно больше, чем периоды собственных колебаний, когда ядро жесткости рассматривается как цельный консольный стержень. Дня широко применяемого в настоящее время в практике строительства многоэтажного здания с ядром жесткости, имеющего три симметрично расположенных проема на каждом этаже, разработана методика и определены периоды и <|юрмы собственных изгибных и крутильных колебаний системы при рассмотрении ядра жесткости в виде составного стержня. Для практического применения получены формулы для определения периодов как для изгибных так и для крутильных колебаний рассматриваемых зданий.

Третья глава посвящена разработке методики расчета многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости на сейсмические воздействия с учетом изгибно-крутильных колебаний при рассмотрении работы ядра жесткости в одном случае как цельной консольной балки, а в другом -как составного стержня.

Во время землетрясений происходят интенсивные колебания грунта, при этом фундаменты зданий вовлекаются в колебательный процесс и вызывают смешения по в одном,а во всех направлениях независимо от того, где находится источник возмущения.

При составлении уравнений сейсмических колебаний системы, принята гипотеза Фойгта в ее эквивалентной

форме. С учетом принятых исходных предпосылок дифференциальные уравнения сейсмических пэгибио-крутппьных колебаний рассматриваемого здания при совместных поступательных и вращательных движениях основания примут следующий вид;

рн ъ% х а*х А 0 зге

"у а^ + В**ТШ + т =

= - тХ<гтеч§

у Со ,

'3*4 Лрд2^ 0Ь1 д{2

- -тУ0+-т 6,<0О ; м Э хг„ Ъ дъ9 . Эх -г0ьв

р еьг

= гле/хо- ™ехуо+тъёс , „

перемещения центра жесткости сечеВДд ядра с координатой £ в направлении осей X и У в момент относительно перемещений центра жесткости основания ядра в тот же момент^- 0(2,1)-угол поворота сечения ядра с координатой Ъ в момент Ь относительно угла поворота основания ядра в тот же момент 4; :, - момент инерции сече-

ния ядра соответственно относительно осей X и у (см.рпс.1) ©х ,-би - координаты центра тяжести; р -собственная круговая изгибно-крутильная частота системы; Х0(^),Уо("Ь) - компоненты абсолютного перемещения центра жесткости основания ядра; 0ОЦ)- абсолютный угол поворота основания ядра.

Решение системы уравнений (2) представлено в виде:

гдеУ|" (?)> О][Ю- координаты J -й формы собственных

незатухающих пзгибло-крутшшпых колебаш1й системы; функция времени, подлежащая определению.

Подставляя (3) в (2) для функции времени, ^'(^окончательно получим:

у = I,г,з--•«>)

И)

"де

И

^ '¡(Ъ'Ъ^МЦ' ЪгРгЩЩ;

о

(е^-е/У^г^г//^

о

Н

Решешш уравнения (4), удовлетворяющие нулевым начальным

условиям, имеют следующий вид:

г

1,2,3 о«)

Выраже1шя (5) с учетом (3) полностью решают поставлен-1ую задачу, поскольку позволяют определить все кинематические и силовые факторы изгибно-крутильных колебаний многоэтажных зданий связевой системы.

По разработанной методике составлена программа на )ВМ и выполнены расчеты на примере 16-этажного жилого (Дания с ядром жесткости и цельными на этаж плитами перекрытий, возводимых методом подъема, при характерных

Н

о

о

акселерограммах землетрясении ( в том числе Спитакского) и различных значениях эксцентриситета.

Для каждой акселерограммы землетрясений определялись прогибы,ускорения, сейсмические сипы, углы поворота сечений, изгибающие и крутящие моменты, а также перерезывающие силы по высоте здания.

Анализ полученных результатов показывает, что при сейсмических воздействиях усилия в ядре жесткости с учетом из-гибио-крутильных колебаний существенно зависят от величины эксцентриситета. Причем крутящие моменты по мере увеличения эксцентриситета резко возрастают, а изгибающие моменты наоборот, несколько уменьшаются. Установлено также, что крутящие моменты в ядре жесткости, подученные из расчета здания с учетом изгибно-крутильных колебаний в 2.-^5 раза превы ша-ют аналогичные результаты, вычисленные в соответствии с СНиП П-7-81. Таким образом, проведенные исследования лока-зывают.что учет изгибно-крутильных колебаний при сейсмнчесхш воздействиях существенным образом влияет на параметры напряженно-деформированного состояния многоэтажных зданий.

Получены дифференциальные уравнения и разработана методика расчета многоэтажных каркасных зданий связевой системь на сейсмические воздействия по акселерограммам землетрясений с учетом изгибно-крутильных колебании при рассмотрении ядра жесткости в виде составного стержня. При этом учтены особенности работы ядра жесткости с проемами как пространственной тонкостенной полой конструкции с проемами, работающей в условиях совместного изгиба и стесненного кручения.

Разработанная методика базировалась на теории составного стержня А.Р.Ржаннцына и стесненного кручения В.З.Власова.

Четвертая глава посвящена результатам экспериментальных исследований серии многоэтажных каркасных здашй с ядром и диафрагмами жесткости, возводимых методом подъема в г. Ереване. Эти исследования имели цель экспериментального подтверждения изложенной методики расчета рассматривав мых зданий с учетом изгибно-крутильных колебаний, а также динамических характеристик и характера их пространственной работы в целом.

)бъех<;том исследований стали три 9-этажных каркасных зда-1ня с ядром н диафрагмами жесткости, возводимые методом юдъема этажей,а также одно 16-этажное здание тина "Три-1истнпк",возводимое методом подъема перекрытий.

Конструктивную основу 9-этажных зданий составляет ампо-связевой каркас,стойками которого являются сборные зехъярусные железобетонные колонны сечением 40x40 см з тяжелого бетона М-400, а ригелями служат прямоугольное в плане, цельные на этаж, монолитные железобетонные злиты толщиной 18 см. Исследуемые здания в плане имеют рямоугольную форму размерами 23)8x15,4 м, высота зда — нй - 28 м. Основанием здания служат коренные трещиноватые базальты. Ядро жесткости представляет собой монолит— |ую железобетонную конструкцию полого прямоугольного се опия с габаритными размерами 5,4x4,2 м и толщиной стен ^ответственно 20 и 25 см. Ядро жесткости возведено из ■я же л ого бетона М-300. Стены ядра жесткости со стороной >,4 м глухие ,а со стороной 4,2 м имеют проемы дня окон дверей,Основными несущими элементами здания,воспрнни-агощимп практически всю горизонтальную сейсмическую на-рузку являются ядро жесткости и две железобетонные диа-рагмы. Вертикальные диафрагмы жесткости решены в виде борных железобетонных панелей толщиной 14 см из тяже-зго бетона М-200. Диафрагмы с колоннами и перекрытня-;1 соединены сваркой и замоноличены демен:тн ым раство-

1М.

Конструктивную основу рассматриваемого 16-этаясно-I. здания составляет связевой каркас с монолитным, желе-бетонным ядром жесткости. Каркас состоит из 21 сборных тиярусных железобетонных колонн из тяжелого бетона. В честве ригелей каркаса служат ¡цельные на весь этаж без-лочные бескапительные плиты перекрытий из легкого бето-М-200, толщиной 18 см. Плиты перекрытий соединены с ром жесткости бетоном марки М-200. Основной конструк-ей,обеспечивающей пространственную жесткость и воспри-\1ающей горизонтальные нагрузки, сейсмические и ветровые, ляется ядро жесткости. Ствол ядра жесткости представляет бой -тонкостенный цилиндр кольцевого сечения с наружным аметром 9,17 м и средней толщиной стенок 0,46 см из

бетона М-300. Ядро жесткости расположено в центре плана здания. В стенах ядра жесткости предусмотрены дверные прюемы, оси которых по отношению друг к другу в плане расположены под углом 120 , фундамент ствола монолитный же-лезобетонный.Обшая высота здания 50,4 м, считая от уровня заделки. Испытания зданий производились при статическом л динамическом воздействиях горизонтальной нагрузки.Статическая нагрузка создавалась путем натяжения троса, усилия измерялись динамометром, а перемещения - индикаторами часового типа, Динамическое воздействие па здание осуществлялось с помощью вибромашины инерционного действия.

По полученным осшлпограмам вынужденных колебаний были построены диаграммы резонансных колебаний и упругие линии как для 9-этажного, так и для 16-этажиого здания. Декременты затухании определялись как по осциллограммам свободных затухающих колебаний так и по ширине диаграмм резонансных колебаний.

Анализ полученных экспериментальных результатов показал, что при действии силы в продольном направлении в 9-этажном здании возникают связевые изгибно-крутильные колебания, т.е. имеет место сложная пространственная работ а здания, обусловленная наличием эксцентриситета между центрами масс и жесткостей здания. При этом, как и следовало ожидать, спектр собственных частот здания при действии силы в продольном направлении значительно сгущается,благодаря возникновению изгибно-крутильных колебаний.

При испытании 16-этажиого здания установлено, что в случае,когда инерционная сила вибромашины направлена по центру жесткости здания, то возникают только поперечные из-гдбно-сдвиговые колебания.

Проведенными сопоставительными экспериментально-теоретическими исследованиями многоэтажных каркасных зданий с ядром и диафрагмами жесткости на примере 9-этажного здания, установлена близкая сходимость полученных расчетных и экспериментальных результатов значений динамических параметров здания (см.Табл.1), что подтверждает приемлемость разработанной методики расчета многоэтажных зда ний связевой системы с учетом изгибно-крутильных колебаний, возводимых в сейсмических районах.

1 аблица 1

Расчетные и экспериментальные значения собственных частот изгибно-крутильных колебаний 9-этажного здания

Параметры Собственные частоты при тонах колебаний, Гц

1 Л Ш 1У У У1

Экспериментальные Расчетные "1,72 1,63 1.90 1.91 5.10 4,95 6,0 6,1 8,90 8,25 11,10 11,55

На основании проведенных исследований установлено, что предлагаемую методику расчета можно использовать на практике прп расчете многоэтажных каркасных зданий связевой системы, у которых центр массы не совпадает с центром жесткости.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1 .При сейсмических воздействиях многоэтажные здания, как правило, совершают не отдельные поступательные или крутильные колебания, а связанные изгибно-крутиль-ные колебания, обусловленные наличием эксцентриситета между центрами масс и жесткостей здания, что следует учитывать при проектировании таких здашп1.

2. Разработана методика определения: периодов и форм собственных изгибно-крутильных колебаний многоэтажных зданий связевой системы при цельной (балочной) работе вертикальных несущих элементов. На основе разработанной методики составлена программа расчета па ЭВМ. Для практического применения предложены компактные формулы по определению периодов собственных изгибно-крутильных колебаний таких зданий.

Проведенными исследованиями также установлено, что для этих зданий спектры периодов собственных колебаний значительно сгущаются (по сравнению с вариантом, когда эксцентриситет отсутствует).обусловленные возникновением изгибно-крутильных колебаний, и их значения зависят от величины эксцентриситета.

3 .Разработана методика определения периодов и ферм собственных изгибных, крутильных, а также изгибно-крутильных колебаний многоэтажных зданий с ядром и диаф-

рагмами жесткости при рассмотрении этих элементов в виде составного стержня.

— Установлено, что при значениях безразмерного параметра

, характеризующего соотношение жесткостен простенков и перемычек, равного ^^ 0,5, каждый из вертикальных несушш элементов можно рассматривать. как систему, состоящую из отдельных простенков, а при 0,5^ 15 - следует их рассматривать как составной стержень; при значениях-как дельную конструкцию (без учпта влияния проемов).

Выполненные расчеты 16-этажного здания, возведенноп методом подъема показали, что значения периодов собствен» колебании здашгя при рассмотрении ядра жесткости в виде а тавного стержня существенно больше, чем периоды собственных колебаний, когда ядро жесткости рассматривается как цельный консольный стержень. При этом по мере увеличения коэффициента ^ периоды собственных колебаний уменьшаются и в пределе, при ^>сх15 они совпадают сс значениями п риодов аналогичного здания при цельной работе ядра жесткости.

4. Для многоэтажных каркасных здании связевой системы разработана методика их расчета па сейсмические воздействия с учетом изгибно-крутильных колебаний при цельнс (балочной) работе вертикальных несущих элементов. Составлена программа на ЭВМ и решена задача сейсмических коп баний на примере 16-этажного жилого здания при различны акселерограммах характерных землетрясений. Установлено, что при сейсмических воздействиях усилия в ядре жесткост] рассматриваемого здания с учетом изгибно-крутильных коле баний существенно зависят от величины эксцентриситета. Причем, крутящие моменты по ме ре увеличения экснентрис: те та резко возрастают, а изгибающие моменты наоборот, не колько уменьшаются.

5. На основании анализа результатов расчета миогоэт,-ных зданий связевой системы при различных акселерограмь землетрясений установлено, что крутящие моменты в вертикальных несущих элементах, полученные из расчета здания учетом изгибно-крутильных колебании, в несколько раз (от 2 до 5) превышают аналогичные результаты, вычисленные соответствии с действующими нормативными документами

(СНнП П-7-81).

6.Разработана методика расчета многоэтажных каркасных зданий связевой системы на сейсмические воздействия по акселерограммам землетрясений с учетом изгибно-крутильных колебаний при рассмотрении ядра жесткости в виде составного стержня. При этом учтены особенности работы ядра жесткости с проемами как пространственной тонкостенной попои конструкции с проемами, работающего в условиях совместного изгиба и стесненного кручения.

7. Проведенные экспериментально-теоретические исследования многоэтажных каркасных зданий с ядром и диафрагмами жесткости на примере 9-этажного здания, свидетельствуют о близкой сходимости полученных расчетных и экспериментальных результатов, что подтверждает приемлемость разработанной методики расчета многоэтажных зданий связевой системы с учетом изгибно-крутильных колебаний.

8. Разработанные методики расчета наиболее полно описывают характер пространственной работы зданий при реальных сейсмических воздействиях и служат необходимой основой для дальнейшего развития проектирования и строительства многоэтажных каркасных зданий связевой системы в сейсмических районах.

9. По разработанным программам на ЭВМ реализованы расчеты многоэтажных зданий связевой системы, возводимых методом подъема в сейсмических районах.

Основные поло жсппя диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Саакян Р.О.,Газарян Ю.Х.,Сар кисян Э.С. Расчет многоэтажных зданий ствольной конструктивной системы при сейсмических воздействиях. -"Строительная механика и расчет сооружений".- 1 986, М»5, с.50-53.

2. Саркисян Э.С. Методика определения периодов и форм собственных изгибно-крутильных колебаний многоэтажных каркасных зданий с ядром жесткости,- Всесоюзное совещание "Вопросы инженерной сейсмологии", Тезисы

докладов, Лепинакан, 1988, с. 146-148.

3. Саакян P.O., Саркисян Э. С. Изгибпо-крутильные колебания зданий ствольной конструктивно]'! системы при сейсмических воздействиях.- Известия АН Арм.ССР, серия технических наук, ХП, № 2, 1988, с.Л 5-20.

4. Саакян P.O., Газарян Ю.Х., Саркисян Э.С, Свободные изгпбно-крутильные колебания многоэтажных зданий ствольной конструктивной системы,- Бюллетень по инженерной сейсмологии № 13, Издательство АН АрмССР, Ереван,

5, Са.ркисян З.С. Изгибно-крутильные колебания каркасных зданий с ядрами жесткости при сейсмических воздействиях,- Межвузовский сборник научных трудов по строительству и архитектуре.- Бетонные и железобетонные конструкции,- Ереван, 1989,'с, 55-62.

1989 , с. 33-3S.