автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Стальные конструкции малоэтажных промзданий в условиях высокой сейсмики

Направахрукописи

РАХМАНУДДИН ОЛЬФАТИ

СТАЛЬНЫ Е КОНСТРУКЦИ И МАЛОЭТАЖНЫХ ПРОМЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИКИ

Специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Московском государственном строительном университете (МГСУ)

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Соболев Юрий Всеволдович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Голда Юрий Леонидович

кандидат технических наук, доцент Никольский Александр Сергеевич

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский

и проектный институт стальных конструкций ЗАО ЦНИИПСК, г. Москва

Защита состоится на за-

седании диссертационного совета Д.212.138.09 при Московском государственном строительном университете по адресу: Москва, Шлюзовая набережная, д. 8, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного строительного университета (МГСУ).

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

Король Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивное промышленное строительство в сейсмических районах вызывает необходимость совершенствования проектирования строительных конструкций.

Научно-технический прогресс в области сейсмостойкого строительства вызывает необходимое увеличение объема применения стальных конструкций.

Несмотря на высокую степень сейсмостойкости стальных каркасов про-мзданий, запроектированных на расчетную сейсмостойкость, некоторые из них все же подвержены разрушению при сильных землетрясениях.

Основными причинами повреждения промзданий в сейсмических районах являются:

- сейсмическое воздействие выше прогнозируемого из-за отсутствия статистических данных о сейсмичности площадки строительства;

- неудовлетворительное качество строительства и несоответствие запроектированных мер сейсмозащиты нормативным требованиям;

- отсутствие в настоящее время строго обоснованных рекомендаций применительно к промышленным зданиям и сооружениям в условиях высокой сейсмичности.

Представляет большой практический и научный интерес изучение работы стальных каркасов малоэтажных зданий при действии высоких сейсмических нагрузок, используя новые данные экспериментальных результатов и нормативных материалов, разрабатываемых в различных странах мира, в частности - численных исследований различных схем конструкций с учетом податливости фунтов.

Территория Афганистана с численностью населения 25 млн. человек расположена в сейсмически опасных районах. Ежегодно территория подвергается землетрясениям до 8-9 баллов по шкале MSK-64.

Интенсивное промышленное строительство в Афганистане, как необходимое условие будущего развития этой страны, должно предусматривать совершенствование методов расчета строительных конструкций на сейсмические воздействия с использованием разработанных методов повышения сейсмостойкости стальных каркасов промзданий с целью обеспечения необходимой прочности конструкций, гарантирующей надежность и безопасность их эксплуатации.

Целью диссертационной работы является анализ методов повышения сейсмостойкости стальных каркасов малоэтажных промзданий в ус-

сос НАЦИОНАЛЬНАЯ] БИБЛИОТЕКА |

СПетеовтогл . I

з

ловиях Афганистана, как территории с высокой сейсмической активностью.

В соответствии с целью диссертации были поставлены следующие задачи:

1. Краткий анализ развития теории сейсмологии и сейсмостойкости.

2. Изучение современного состояния теории сейсмостойкости стальных каркасов промзданий.

3. Систематизация результатов экспериментальных исследований сейсмостойкости строительных конструкций.

4. Учет выявления податливости основания при расчете на сейсмостойкость стальных каркасов промзданий.

5. Изучение и систематизация существующих методов повышения сейсмостойкости строительных конструкций.

Объектом исследования являются стальные конструкции малоэтажных промзданий, строительство которых предусматривается в сейсмических районах. Это однопролетные одноэтажные промздания и многопролетные одно- и двухэтажные промздания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- на основе проведенного анализа данных ряда источников представлены ориентировочные схемы общего сейсмического районирования территории Афганистана (ОСРТА);

- выполнен анализ развития нормативных методов расчета на сейсмические воздействия для стальных каркасов промзданий;

- произведена оценка влияния податливости основания для ряда схем стальных каркасов малоэтажных промзданий на сейсмические воздействия, которые могут быть использованы в условиях Афганистана.

Практическая ценность состоит в:

- установлении граничных значений динамических параметров различных схем конструкций малоэтажных прозданий, при которых необходим учет податливости оснований;

- использовании данных диссертации в качестве научного пособия для инженеров Афганистана, учитывая слабое развитие теоретических методов анализа сейсмостойкости конструкции в этой стране.

Обоснованность и достоверность работ заключается:

- в использовании результатов современной теории сейсмологии и сейсмостойкости при выполнении расчетов стальных конструкций пром-зданий на сейсмические воздействия;

- в анализе результатов экспериментальных методов исследования ра-

боты модели стальных каркасов промзданий в сравнении с расчетными данными,

- в использовании научно-обоснованных динамических моделей основания при расчете на сейсмостойкость стальных каркасов промзданий.

Публикации и апробация работы. Основные этапы работы ежегодно докладывались на заседании кафедры «Металлических конструкций» МГСУ в период с 1999 по 2002 гг. и на Международной научно-практической конференции «Строительные конструкции XXI века» в ноябре 2000 г. (Москва). Результаты исследования приведены в публикации Международной конференции - в виде статьи сборника «Строительных конструкций XXI века», 1 том и в журнале «Сейсмостойкое строительство Безопасность сооружений» выпуск №4, 2003 г. (Москва)

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, общего заключения и библиографического списка литературы, насчитывающего 118 наименований. Объем работы составляет 234 стр., в том числе основной текст 175 стр., включая 78 рисунков, 30 таблиц и приложение на 59 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность.

Б первой главе дается краткий анализ развития теории сейсмологии и сейсмостойкости на основе изучения истории Земли и ее строения, расположения поясов сейсмичности и основных очагов землетрясений.

Основываясь на том, что строение земной коры неоднородно и скорость сейсмических волн возрастает с глубиной, подтверждено, что во время землетрясений в слоях фунта могут передаваться три вида волн разной природы - продольные (Р), поперечные и поверхностные

Последний вид сейсмических волн характеризует колебания на поверхности земли.

Рассмотрена история развития измерительной техники и приборостроения для фиксирования землетрясений.

Из всего многообразия сейсмических явлений в настоящей работе рассматриваются, в основном, тектонические. Разрушительно действуя на строительные конструкции, вышеназванные землетрясения относятся к наиболее грозным и, в то же время, наиболее изученным явлениям природы.

Все землетрясения характеризуются магнитудой и интенсивностью. Понятие «магнитуда» введено в начале 40-х гг. американскими исследователями Ч. Рихтером и Б. Гутенбергом для оценки мощности землетрясения.

В основе шкалы Рихтера лежит величина максимальной амплитуды сейсмических волн, зарегистрированных стандартным сейсмографом на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения.

В большинстве европейских стран действует 12-балльная шкала Мер-калли-Канкани-Зиберга. В СССР была принята 12-балльная шкала Института физики земли (ИФЗ).

В настоящее время в России используется рекомендованная Бюро межведомственного совета по сейсмологии и сейсмостойкому строительству Академии наук Российской федерации (МСССС АН РФ) 12-балльная макро-сейсмическая шкала МБК-64, положенная в основу норм СНиП 11-7-81* «Строительство в сейсмических районах». Согласно этой шкале интенсивность землетрясений 6-12 баллов оценивается параметрами смещений, скоростей и ускорений грунта основания. Записи на лентах, которые регистрируются во время землетрясений, называют акселерограммами.

По характеру движений фунта землетрясения весьма разнообразны и отличаются друг от друга, даже если происходят в одном и том же месте.

Обычно землетрясения подразделяются на четыре группы в зависимости от характера движения фунта.

Для иллюстрации этих групп приведены записи акселерограмм землетрясений в Порт-Гуснеме, Калифорнии, Мехико и Чили. Несмотря на первоначально казавшийся «диким» характер акселерограмм, свойственные им показатели укладываются в довольно тесные числовые границы Действительно, периоды землетрясений в большинстве случаев находятся в пределах от 0,25 с до 1,3 с или их частота колебания изменяется от 0,75 до 4,0 Гц.

В качестве примера рассмотрена также акселерограмма Ташкентского землетрясения, поскольку гипоцентр землетрясений в Узбекистане и Афганистане идентичен.

Особое внимание в диссертации уделено территории Афганистана и его расположению в Средиземноморском поясе. Дан анализ природно-климатических условий, природных ресурсов и экономического потенциала страны. Основываясь на изучении и исследованиях литературных данных и топографических схем было разработано общее сейсмическое районирование территории Афганистана (см. рис. 1).

Районирование территории

Афганистана по сейсмическим областям

- сейсмичность 6 баллов { ] - сейсмичность 7 баллов [ ' ' а - сейсмичность 8 баллов Р&ВЙ - сейсмичность 9 баллов

Рис 1. Общее сейсмическое районирование территории Афганистана (ОСРТА)

Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с развитием аналитической теории инженерной сейсмологии, совершенствованием строительных норм и правил по расчету конструкций на сейсмическое воз-

| | - сейсмичность 1 балл £" ~~ - сейсмичность 2 балла ШШа! - сейсмичность 3 балла | " ■] - сейсмичность 4 балла [ _ , ^ - сейсмичность 5 баллов

действие в СССР и Российской Федерации за полвека, приводятся расчеты на сейсмостойкость в различных странах мира, а также предложения по развитию методов расчета на сейсмостойкость строительных конструкций.

Первоначально в развитии теории было сделано предположение, что все точки здания перемещаются аналогично перемещению земли (Омори, 1900 г.). При этом горизонтальная сейсмическая сила S во время землетрясения равна

где А = а¡г - коэффициент бальности, первоначально принимаемый равным 0,1; () = тг - вертикальная нагрузка на здание; а - горизонтальное сейсмическое ускорение; т - масса конструкции; ^ - ускорение силы тяжести.

Дальнейшее развитие теории основано на необходимости учета деформируемости сооружений при колебаниях. Это послужило началу разработки динамической теории сейсмостойкости.

Первая попытка решения этой задачи с учетом конструкции как одно-массовой упругой системы (осциллятор) была сделана в 1920 г. (Мононобе и Сато), которая привела к расчетной формуле

5 = Л/30,

где появившийся коэффициент р назван «коэффициентом динамичности».

Дальнейшее развитие динамической теории инженерной сейсмологии связано с изучением этого коэффициента. При этом необходимо отметить работы известных специалистов по инженерной сейсмологии, таких как К.С. Завриев, А.Г. Назаров, И.Л Корчинский, СВ. Медведев, НА Николаенко, СВ. Поляков и другие.

Особенно значимая роль в развитии современного состояния теории сейсмологии и сейсмостойкости инженерных сооружений в России принадлежит И.Л. Корчинскому, который в 1954 г. пришел к следующей расчетной формуле сейсмического воздействия на любую ^тую массу для систем со многими степенями свободы

коэффициент формы колебания.

В диссертации рассматриваются нормы по расчету на сейсмические воздействия строительных сооружений начиная с 1956 года, когда был принят ПСП 101-51.

За 40-летний период нормы изменялись несколько раз (в 1969, 1977, 1982, 1989 и 2000 гг.). В настоящее время (СНиП 11-7-81* «Строительство в

8

сейсмических районах») расчетная сейсмическая нагрузка определяется по формуле

где К, - коэффициент, учитывающий тип зданий и сооружений (к, = 0,12+1), при этом для стальных каркасов промзданий к, =0,22 и 0, 25 соответственно, при отсутствии или наличии вертикальныхдиафрагм или связей

где К¥ - коэффициент, учитывающий характеристики зданий сооружений = 1+1,5). При этом для стальных каркасов кг = 1 и 1,3 соответственно при учете влияния стенового заполнения и при заполнении, не оказавшем влияния на его деформативность.

Динамический коэффициент Д принимается в зависимости от категории грунтов по сейсмическим свойствам в виде спектральной кривой

В зависимости от категории грунта строительной площадки определяется ее балльность, так что для,грунта I категории балльность уменьшается на единицу, а для III категории балльность возрастает на единицу. Для грунта II категории балльность площадки совпадает с балльностью района

Следует отметить, что динамический коэффициент ß, принимается единым для конструкций из любого материала, что, на наш взгляд, является недостаточно обоснованным, Для этого специально был изучен динамический коэффициент с позиции решения дифференциальных уравнений колебания осциллятора. Получена Лппмипя ^пчЖЖициента ß при резонансе

логарифмический декремент затухания свободных колебаний

сооружений;

логарифмический декремент затухания колебаний основания, принимаемый в среднем равным 0,1.

Заметим, что для сооружений S зависит от материала конструкций и принимается равным 5=0,1+0,2 для металлических конструкций, <У=0,3+0,4 для железобетонных конструкций и для кирпичных стен, работающих

на сдвиг.

Таким образом, для конструкций указанный коэффициент ß будет достигать следующих значений

для металлических конструкций

6 — для железобетонных конструкций, что и было принято И.Л. Корчинским в качестве эталона.

В общем случае для расчета сооружений учитывается колебательный процесс фунтового основания в виде затухающего закона во времени. При этом сооружение может находиться в резонансе лишь с одной, пусть даже наиболее мощной, составляющей колебательного процесса. Поэтому эффект колебания фунта менее ощутим, чем при однотонном колебании и том же значении ускорения. Этим и определяется, что значения спектральной кривой приняты меньшей величины, примерно в 2 раза, чем при резонансе.

В работе приведены графические изображения коэффициента Д в функции частоты колебания что на наш взгляд, позволяет более на-

глядно отобразить временной процесс изменения динамического коэффициента в нормах СССР и России (рис. 2). При этом коэффициент принят для балльности строительной площадки в зависимости от категории грунта.

Таким образом, можно видеть, что в последних нормах величина /3 получила существенную дифференциацию. При этом наблюдается увеличение р для слабых (рыхлых) фунтов площадки и, наоборот, снижение р для прочных (скальных) фунтов.

Для наиболее часто встречающихся фунтов II категории изменение р за 40 лет оказалось незначительным.

В 1996 г. состоялось международное совещание по вопросам сейсмостойкости сооружений, прошедшее в Японии, в котором приняли участие более 40 стран мира.

В диссертации рассмотрены нормативные документы трех стран (Японии, Индии и США), представляющие наибольший интерес для сравнения с действующими нормами России.

В нормах Индии, Японии и США, в отличие от СНиПа России не описываются основные теоретические принципы расчета сооружений на сейсмостойкость. Все результаты приводятся в табличном варианте, что облегчает практический расчет при вычислении нафузки, периода собственных колебаний, круговой частоты или частоты системы, а также инерционной массы системы.

Для сравнения этих норм решена задача по расчету одноэтажного промышленного здания с 10-ю сосредоточенными массами, показавшая су-

О 7,88.4 15,7 18,8 63 „

5 <0 15 ¿0 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Р

' СНиП П-7-81 • 2000 г - ОЫП1-А 12-62 1963 г.

- СНиПП-7-81 1982 г. - СНяПН-А 12-69» 1977г.

Рис. 2. Коэффициент /?, приведенный к сейсмическим площадкам

(7, 8 и 9 балов)

щественные отличия результатов по максимальным изгибающим моментам. Полученные результаты по нормам России и США, значения максимального изгибающего момента были близкими друг к другу, но значительно ниже - в 2 раза - по сравнению с Японскими нормами и тем более Индийскими нормами.

В последней части этой главы рассмотрены предложения по развитию метода расчета на сейсмостойкость строительных конструкций. Следует указать, что основное внимание большинства специалистов уделяется проблеме взаимодействия сооружения с грунтом основания. В наиболее общей постановке эта проблема может быть сформулирована в виде динамической контактной задачи сопряжения основания и сооружения.

Учет геометрической нелинейности представляется актуальным, скорее всего, для достаточно гибких сооружений (труб, мачт и т.д.), где эффект может оказать влияние на результаты сейсмического расчета; учет физической нелинейности актуален, в основном, для сооружений, несущие конструкции которых выполнены в железобетоне.

Вероятностные методы в теории сейсмостойкости сооружений являются основным научным направлением дальнейшего развития. В настоящее

11

время общепризнанно, что сейсмическое воздействие может быть представлено в виде нестационарного случайного процесса.

В третьей главе приводятся результаты экспериментов на динамические воздействия, выполненные различными исследователями за последние 30 лет, которые являются одним из существенных источников информации. В одних случаях они служат для проверки достоверности выдвигаемой теоретической гипотезы и расчетного метода, в других - позволяют определить расчетные динамические характеристики сооружений, оценить их несущую способность при сейсмическом воздействии, установить расчетные схемы сооружений, определить прочностные характеристики материалов несущих элементов.

Основное внимание в диссертации уделено исследованию модели стального каркаса одноэтажного промздания. В частности - испытаниям модели стального каркаса одноэтажного производственного здания с предварительно напряженными лентами стенового ограждения на моделях в масштабе 1:10 (Пуховский А Б.).

Для выявления предварительного напряжения на напряженно-деформированное состояние элементов стального каркаса одноэтажного промздания и его динамические характеристики произведены комплексные испытания.

Испытания модели на продольные колебания показали, что динамические, напряжения в вертикальных связях по колоннам для каркаса с пред-напряженными лентами оказались в два раза, а в горизонтальных поперечных связях по нижнему поясу ферм - в 1,2 раза меньшими, чем в каркасе, когда в лентах преднапряжение отсутствует.

Установлено, что при продольных колебаниях каркаса преднапряжен-ные ленты стенового ограждения активно включаются в работу и воспринимают часть инерционной нагрузки на каркас здания, разгружая при этом вертикальные связи между колоннами и горизонтальные связи между фермами. При этом жесткость каркаса в результате преднапряжения лент стенового ограждения повышается на 75-80%, декремент колебаний каркаса повышается на 40-70%, а перемещения снижаются в 3-4 раза.

Представляется, что эффективность применения предварительно напряженных металлических конструкций в сейсмических районах еще дополнительно повысится, если одновременно с ними в ряде случаев применять и другие антисейсмические меры. Поэтому исследование по этой проблеме следует развивать.

Далее детально проанализировано исследование на горизонтальные динамические воздействия модели стального каркаса одноэтажного производственного здания в масштабе 1:10 к натуральному объекту, оборудованного мостовым краном грузоподъемностью 30 т (Сулейманов У.С)

Целью экспериментальных исследований поведения каркаса при его горизонтальных колебаниях явилось определение динамических характеристик - собственных частот и форм колебаний, а также напряженно-деформированного состояния элементов каркаса.

При данном испытании модели стального каркаса сделаны следующие выводы:

- при продольных колебаниях каркаса повреждения элементов конструкции приводит к снижению собственных частот и декрементов затухания,

- наибольшие снижения частот колебания наблюдались при повреждении элементов блока вертикальных связей до 20%;

- при повреждениях элементов конструкций каркаса значительно возросли амплитуды перемещения -до 50%;

- при тяжелой кровле и повреждениях элементов вертикальных связей значения частот свободных колебаний каркаса увеличились незначительно (на 5...9%), а значения логарифмического декремента колебаний уменьшились в среднем на 20%;

- установлено, что при поперечных колебаниях каркаса повреждения элементов горизонтальных связей в связевом блоке привели к незначительным изменениям частот декрементов и амплитуд колебаний (на 3...7%). Однако при этих повреждениях на 10... 14% возросли углы закручивания покрытия модели.

В этом эксперименте, как и во всех остальных, исключалось из рассмотрения совместная работа каркаса с основанием, что, на наш взгляд, свидетельствует о недостаточности экспериментов при оценке сейсмического воздействия на конструкцию.

Результаты указанного эксперимента были использованы в четвертой главе диссертации с целью проверки собственных частот колебаний сооружения на основе выбора адекватной теоретической модели.

В четвертой главе дается описание и теоретическое обоснование динамических моделей основания, учитывающих эффекты его податливости и инерционных свойств грунтов.

В рассмотренных работах (Айзенберга Я.М., Баркана Д Д., Савинова О.А., Гольденблата Н.М, Завриева К.С., Егупова А.М., Николаенко Н А., Полякова С.В и др.), посвященных проблеме учета податливости основания

при расчете сооружении на сейсмические воздействия, показано, что данная проблема допускает достаточно большое количество различных постановок задач и, соответственно, различные модификации расчетной схемы сооружения, работающей совместно с основанием. В диссертации рассмотрены три модели упругой податливости основания, предложенные рядом исследователей (В.А. Ильичев, А.Е. Саргсян, Д Д. Баркана, ОА Савинова). К использованию принята модель Баркана-Савинова, представленная в виде схемы закрепления основания консоли на рис. 3.

Рис. 3. Расчетная схема условий закрепления консоли при учете податливости основания

Основная проблема учета податливости оснований состоит в обоснованном назначении коэффициентов жесткости основания. Принятая система упруго-податливых связей, очевидно, обеспечивает условия геометрической неизменяемости системы и возникновения трех реактивных усилий

коэффициенты жесткости связей;

соответствующие перемещения по направлению осей угол поворота (рис. 3).

В дальнейших расчетах используются характеристики и параметры для грунта III категории:

для супеса жесткостные коэффициенты С,=С,= 0,015 МПа, <р = 21o, для суглинка жесткостные коэффициенты С,-С,- 0,025 МПа, ф = 23°, для глины жесткостные коэффициенты

где с, -коэффициент упругого равномерного сжатия;

С,- коэффициенты упругого равномерного сдвига. В диссертации приводятся результаты исследования учета податливости основания по одномассовой плоской системе. Дается сравнительный анализ результатов, полученных с учетом податливости и без учета податливости основания, заложенные в программе «Лира» при 9-бальном воздействии по шкале MSK-64.

Учет упругой податливости основания приводит к уточнению расчетной схемы сооружения. Податливость основания отражается на частотах, периодах и формах собственных колебаний сооружения. Установлено, что проектирование сооружений с учетом инерции упругого основания даст весьма значительный экономический эффект и позволяет более точно прогнозировать работу реальных объектов.

Таким образом, для консольной системы с периодом колебания Т<0,7с и для рамной системы с Т<0,35с влияние упругой податливости основания на сейсмическое воздействия является существенной, приводя к уменьшению изгибающих моментов по сравнению с консольной и рамной системами без учета податливости основания. Такие системы принято называть «жесткими». Для «гибких» систем, когда собственный период колебания основного тона превышает указанные выше значения, влияние податливости основания снижается.

В диссертации приведены значения уменьшения момента и увеличения перемещения масс за счет податливости основания.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что при проектировании жесткой конструкции в условиях высокой сейсмики учет податливости основания является необходимым. В то же время для «гибкой» конструкции учет податливости основания не является обязательным.

В пятой главе обсуждаются вопросы перспективы строительства металлических конструкций промышленных зданий в условиях Афганистана.

Необходимо отметить, что в Афганистане нормативная документация о сейсмостойкости конструкций мало изучена в связи с военной ситуацией в стране. Для дальнейшего развития государства необходимо решить проблемы промышленной индустриализации.

Для достижения реальных результатов рассмотрен ряд конструктивных схем стальных каркасов одно- и двухэтажных зданий, которые могут найти свое применение в условиях высокой сейсмики Афганистана. В диссертации решены 4 задачи с различными конструктивными схемами с использованием программы «Лира».

Кроме того, все задачи рассматривались с учетом и без учета податливости основания при учете 9-ти балльного сейсмического воздействия.

Получены эпюры усилий (М, N Q) для всех указанных задач, в числе которых содержится каркас в виде П-образной рамы, каркаса с мостовым краном, 5-пролетного промздания, двухэтажного промздания, а также пространственного каркаса с 9 ячейками в плане.

Далее были сформулированы основные требования по проектированию стальных каркасов в условиях сейсмических воздействий, такие как:

- компановку промышленного здания следует выполнять в виде прямоугольной формы в плане, с симметрично расположенными пролетами без перепада высот смежных пролетов;

- предусматривать снижение массы покрытия в целом и обеспечении пространственной работы каркаса;

- фундамент сооружения лучше выполнять в виде монолитной железобетонной плиты, лежащей на гибких сваях или скользящей по основанию;

- при возведении зданий и сооружений в сейсмических районах целесообразно применять сваи специальных конструкций к числу которых относятся корневидные сваи, обладающие высокой несущей способностью (в 4-5 раз выше несущей способности эталона при статических нагрузках и в 2 раза выше при динамических нагрузках);

• все соединения конструкции должны обеспечивать главный ход усилий без резких изменений траекторий и без зон концентрации напряжений;

- необходимо обеспечить надежное крепление конструкции в узлах и в местах опирания с установкой амортизационных прокладок;

- следует предусматривать выполнение, как правило, жесткого соединения ригеля с колоннами в узлах;

- необходимо выполнение сварных швов с помощью электродов, обеспечивающих пластичность швов;

- при рассмотрении различных вариантов конструктивных решений узлов вертикальных связей между колоннами как элементов, наиболее подверженных разрушению, особенно при высокой сейсмичности, можно рекомендовать отказаться от вертикальных связей и принять вариант с рамными каркасами не только в поперечном, но и в продольном направлении;

- следует рекомендовать увеличение пространственной жесткости каркаса и устойчивости покрытия в целом путем устройства промежуточной связевой фермы;

- при применении навесных стеновых панелей в уровне опирания на опорные столики колонн установить горизонтальные антисейсмические швы, заполняемые упругими прокладками;

- антисейсмические швы следует осуществлять на парных колоннах и на одном общем фундаменте;

- при наличии жестких рамных узлов в оголовках колонн целесообразно заменить заделку баз фундаментах на шарнирное прикрепление колонн с установкой фиксаторов горизонтального напрвления;

- предусматривается наряду с пассивными методами самозащиты стальных каркасов промзданий ряд специальных активных методов сейсмо-защиты. К их числу относятся: конструкции фундаментов с подвесными опорами, нашедших применение в Японии и Мексике; конструкции с Катковыми опорами, примененными в СССР, Чили и ряде других государств; конструкции с односторонними включающимися и выключающимися связями, а также ряд других - с демпферами между фундаментом и опорной частью здания в виде скользящего пояса в фундаменте - с повышенными диссипатив-ными свойствами; сейсмоизолирующие резино-стальные цилиндрические опоры, снижающие сейсмическое воздействие на каркас здания до 7 раз.

Указанные конструктивные мероприятия, систематизированные в данной работе, могут быть использованы в реальных условиях сейсмики с дополнительным анализом и эффективности и экономичности. Представленные нами различные конструктивные решения могут служить методическим пособием по проектированию промышленных объектов , эксплуатируемых в условиях высокой сейсмики, в частности - для инженеров-строителей Афганистана.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Определено положение Афганистана во втором - Средиземноморском (трансазиатском) поясе. На основе изучения литературных и топографических источников составлена ориентировочная схема общего сейсмического районирования территории Афганистана.

2. Получена формула динамического коэффициента сейсмической нагрузки при резонансе осциллятора. Установлено, что для стальных конст-

рукций динамический коэффициент превышает его усредненное значение до 1,5 раз.

Показана неправомочность использования унифицированного спектрального графика коэффициента для всех конструкций из различных материалов.

3. На примере одной из конструктивных схем двухэтажного пром-здания установлено существенное отличие результатов расчета на 9-ти балльное сейсмическое воздействие с использованием норм ряда стран (Россия, США, Япония и Индия). Получено, что нормы Росси и США находятся в близком соответствии, в то время как нормы Японии и, особенно, Индии дают более высокие значения напряженного состояния конструкции.

4. Выявлен основной недостаток результатов выполненных экспериментов, рассмотренных в диссертации - отсутствие моделирования совместной работы каркаса здания с основанием при оценке сейсмического воздействия.

б.Проведенное сопоставление данных расчетной адекватной модели опытного образца П-образной стальной рамы показало близкое соответствие с экспериментом по периоду колебания основного тона и напряженному состоянию расчетных сечений.

6. Для рассмотренных стальных рамных каркасов одноэтажных про-мзданий, которые могут быть использованы в условиях Афганистана, установлены значения периодов собственных колебаний основного тона, при которых существенным является учет податливости упругого основания при оценке напряженно-деформированного состояния конструкций.

7. Сформулированы основные принципы проектирования одноэтажных промышленных зданий в условиях высокой сейсмики.

Основное содержание диссертации опубликовано в работе:

1. Рахмануддин Ольфати «Вопросы сейсмостойкости стальных каркасов малоэтажных промзданий», международная научно-практической конференции «Строительные конструкции XXI века» (г. Москва, МГСУ, ноябрь 2000г.)

2. Рахмануддин Ольфати «Особенности проектирования стальных конструкций в сейсмических условиях Афганистана» в журнале «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений» выпуск №4, 2003 г. ВНИИНТПИ Российская Академия архитектуры и строительных наук Национальный Комитет России по сейсмостойкому строительству.

КОПИ-ЦЕНТР св. 77:07:10429 Тираж 100 экз. тел. 185-79-54

г. Москва м. Бабушкинская ул. Енисейская 38 комната N>1 (Экспериментально-производственный комбинат)

»-6268

Введение.

Актуальность темы.

Цель диссертации.

Глава 1. Краткий анализ развития теории сейсмологии и сейсмостойкости.

1.1. История земли.

1.2. Основные очаги землетрясений.

1.3. Сейсмическая активность на территории Афганистана . 24 1.4. Инженерная сейсмология.

Глава 2. Изучение современного состояния теории сейсмостойкости стальных каркасов промзданий.

2.1. Развитие аналитической теории инженерной сейсмологии

2.2. Определение динамического коэффициента Р и коэффициента формы деформации г|.

2.3. Совершенствования СНиП "строительство в сейсмических районов".

2.4. Состояния вопроса расчета на сейсмостойкость конструкщ ций в различных странах мира.

Глава 3. Анализ результатов экспериментальных методов исследований сейсмостойкости инженерных конструкции.

3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований.

3.2. Исследования на моделях конструкции.

3.3. Описание конструкции модели стального каркаса одноэтажного промздания.

3.4. Методика проведения испытании и измерение динамических параметров модели каркаса.

3.5. Результаты экспериментальных исследований одноэтажного промздания.

Глава 4. Учет влияния податливости основания при расчете ф на сейсмостойкость конструкции.

4.1. Состояние вопроса.

4.2. Изучение моделей основания.

4.3. Расчет на сейсмические воздействия для одномассовой системы.

4.4. Расчет П — образной рамы по данным эксперимента.

Глава 5. Возможности повышения сейсмостойкости стальных каркасов промзданий в условиях Афганистана.

5.1. Перспектива строительства металлических конструкций промышленных зданий в условиях Афганистана

5.2. Расчет П — образной рамы с мостовым краном.

5.3. Расчет одноэтажного многопролетного промздания.

5.4. Расчет двухэтажного промздания.

5.5. Постановка пространственной задачи сейсмостойкости одноэтажного промздания.

5.6. Конструктивные предложения по повышению сейсмостойкости зданий.

При землетрясениях проявляется одна из самых разрушительных сил природы, приносящая человечеству как огромные жертвы, так и существенные материальные убытки.

Прогнозировать опасные для жизни человека стихийные бедствия и разрушения от землетрясений человечество пока не научилось хотя их регистрация велось уже в далеком прошлом. По данным международного геофизического справочника, каждый год в сейсмических опасных районах земного шара в среднем возникает около 700 землетрясений с магнитудой не менее 5, около 90 с магнитудой не менее 6 и выше 12 - с магнитудой 7 и более.

Сильные землетрясения с магнитудой от 5 до 8,5 приводят к большим разрушениям и человеческим жертвам. За всю историю человечества около 80 миллион человек погибло от землетрясений и их прямых последствий: пожаров, цунами, обвалов и пр. £

В XX век£ землетрясения наблюдались силой в 5 - 6 баллов до 1300 раз в год, силой в 7 — 8 баллов до 18 раз в год, а землетрясений в 9 баллов произошли 11 раз в год.

За период последних 25 лет от землетрясений погибало ежегодно в среднем 15 тыс. человек, а материальный ущерб составлял сотни миллионов американских долларов в год.

В литературе описываются различные землетрясения в Чили, Скопа-ле, Македониия, Анкорадже, США, Газли, Бухаресте, Кишиневе, Спитаке, на Аляске, Сахалине и пр.

В период с июня по декабрь 1999 года произошли сильные землетрясения в Колумбии, Турции, Греции, на Тайване и в Индии.

Землетрясение в Турции имело большую разрушительную силу и унесло 45 тыс. жизней людей. При этом подверглись разрушению 60 тыс. домов (зданий) и общий ущерб составил 40 млрд. американских долларов.

В 1990 году в Иране погибло 50 тыс. человек, в апреле 1998 г. в Афганистане в результате землетрясения силой в 7 - 7,9 баллов погибло свыше 5 тыс. человек.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Афганистан с населением 25 мил. человек находится в средней Азии и его территория относится к опасным сейсмическим зонам, где ежегодно возникают землетрясения силой 9 балов по шкале MSK-64.

Интенсивное промышленное строительство в сейсмических районах приводит к необходимости усовершенствования методов расчета на сейсмические воздействия с целью обеспечения необходимой прочности конструкций, гарантирующей надежность и безопасность сооружений.

В сейсмических районах допускается строительство одноэтажных и многоэтажных зданий со стальным каркасом и числом этажей не более 7 (при общей высоте здания не более 35 м).

Размеры одноэтажных и многоэтажных зданий (отсеков) в плане принимаются не более 150 м в соответствии с требованиями для несейсмических районов, при этом длина одноэтажных зданий (отсеков) с расчетной сейсмичностью 8 баллов должна быть не более 120 м, 9 баллов - не более 96 м.

Несомненно, вследствие научно-технического прогресса в области сейсмостойкости строительства объемы применения стальных конструкции должны существенно возрасти.

Известно, что в процессе эксплуатации несущие и ограждающие стальные конструкции промышленных зданий подвержены различным силовым и температурным воздействиям, имеют коррозионные поражения и механиче-0 ские повреждения. Последние не только снижают несущую способность конструктивных элементов, но и изменяют динамические характеристики зданий, т.е. их конструктивные и расчетные динамические схемы. Поэтому, крайне необходимы определенные данные о действительном состоянии стальных конструкций малоэтажных промзданий на разных этапах их эксплуатации. Кроме того становится весьма актуальной проблемой совместная работа каркаса с основанием при восприятии сейсмического воздействия.

Среди различных последствий землетрясений, относящихся к сооружениям с металлическими конструкциями, можно выделит те, которые являются характерными для одноэтажных промзданий.

Объективным критерием эффективности и обоснованности существующих принципов проектирования, расчетных и конструктивных мероприятий по повышению сейсмостойкости объектов строительства является анализ их работы на основе изучения последствий сильных землетрясений, позволяющих выделить характерные типы повреждений и разрушений конструктивных элементов, их соединений. [1,2,6,9,10,13,16]

Землетрясения, как строгий экзаменатор, выявляют, с одной стороны, слабые стороны систем конструкций зданий, а с другой, предоставляют объ-' ективную информацию для совершенствования проектных решений.

Рассмотрим ряд характерных повреждений элементов одноэтажных промзданий со стальными каркасами по результатам анализа данных [19].

Во время землетрясения в Чили 21 и 22 мая 1960 г. [19] первый сейсмический толчок привел к потере устойчивости и разрушению диагональных связей и наблюдался срез и разрыв болтов в местах их соединения с несущими элементами каркаса. Второе сейсмическое воздействие каркас цеха воспринимал уже без связей, что привело к подвижке колонн с изгибом и вытяжкой анкерных болтов.

После землетрясения здание было усилено дополнительными диагональными связями. Однако при следующем землетрясении (1971) [47] интенсивностью в 9 баллов по шкале MSK часть здания получила значительные повреждений, и опять-таки наблюдались разрушения диагональных связей. Проведенный Американскими специалистами расчетный анализ работы каркаса показал, что добавление связей не всегда повышает несущую и деформационную способность каркаса. По мнению специалистов, проектировать подобные здания со связями необходимо в зависимости от спектрального состава предполагаемого воздействия, так как увеличение жесткости при высокочастотном воздействии проводит к снижению сейсмостойкости конструкций при землетрясении с различными колебаниями. Некачественная приварка связей является причиной их отрыва на первой стадии воздействия и резкого снижения эффективности.

В зданиях текстильной фабрики в г. Скоппе (Югославия) в результате землетрясения в 1963 г. произошли срезы болтовых соединений связей с фермами, а некоторые колоны получили значительные искривления в местах выше уровня прикрепления к ним подкрановых балок.

Во время Газлийского землетрясения 1977 г. в зону интенсивных колебаний попали несколько зданий со стальными несущими конструкциями на территории нефтепромыслового управления. Разрушились навесы для стоянки автомобилей, потеряли устойчивость и разрушились на опорах трубчатые пояса ферм, оторвались и упали горизонтальные распорки между фермами. На головных сооружениях, расположенных в 12 км от поселка Газли, отмечались разрывы связей между колоннами и повреждения наружных стен. При землетрясении 20 марта 1984 г., интенсивностью 8,5.9,0 баллов в промзда-ниях наблюдались также разрушения связей и обрушение навесных панелей [2, 9].

Во время Дагестанского землетрясения 1970 г. [6] в каркасе бетонного завода наблюдались вытяжка и срез до 60 % болтов в узлах крепления связей. Во время Карпатского землетрясения (1977 г.) [19] в ряде стальных каркасов одноэтажных промзданий отмечены срезы болтовых соединений связей между подкрановыми балками и колоннами, срезы анкерных болтов колонн, смещения стальных ферм с опор и обрушения плит покрытия. Имели место обвалы панелей ограждения наружных стен и разрывы горизонтальных связей в уровне нижних поясов ферм, что указывает на закручивание зданий относительно вертикальной оси. Это наблюдалось и в тех случаях, когда здания имели сравнительно небольшие размеры в плане, а внутренние несущие конструкции были расположены симметрично относительно главных осей зданий.

В Калифорнии при землетрясении 1971 г. [17] получили большие повреждения одноэтажные здания типа навесов (павильоны, гаражи). В других промышленных зданиях отмечены большие прогибы покрытий в вертикальной плоскости, потеря устойчивости прогонов, вытяжка и разрыв крестовых связей. Катастрофическое землетрясение произошло 7 декабря 1988 г. в северной части Армении, которое привело к разрушению и повреждению большинства зданий и сооружений.

В Ленинакане в результате землетрясения был разрушен одноэтажный цех стекольного завода с перекрытием из металлических ферм с фонарем. От цеха осталось только две рамы, остальная же часть оказалась полностью разрушенной.

Массовый характер носили повреждения вертикальных связей между колоннами. Отмечены потеря устойчивости и разрывы элементов металлических ферм смешанных каркасах.

Результаты анализа последствий землетрясений для малоэтажных про-мзданий со стальными каркасами позволяют сделать следующие выводы:

1. Степень повреждения зданий во многом определяется способностью конструкций заполнения воспринимать сейсмические нагрузки совместно с каркасом и деформироваться вместе с ним.

2. Наиболее часто повреждаются и разрушаются вертикальные связи по колоннам и горизонтальные связи по нижним и верхним поясам строительных ферм.

3. Зафиксированы повреждения ступенчатых колонн в месте уступа и в месте сопряжения подкрановых балок с колоннами.

4. Часто встречаются смещения колонн с вертикальной оси вследствие вытяжки и разрывов анкерных болтов.

Проанализируем повреждения и дефекты малоэтажных промзданий, возникающие при землетрясениях.

По данным Госстройинспекции, в 1987 г. было зарегистрировано 57 аварий одноэтажных зданий [11]. Из них на долю зданий с металлическими конструкциями пришлось 26 %. Анализ материалов по прошедшим авариям позволили выявить причины обрушения зданий из-за нарушения технологии производства монтажных работ - 36 %; непроектное выполнение узлов сопряжения конструкций и использование материалов с непроектными характеристиками - 15,3 %; нарушение правил технической эксплуатации 16 %; ошибки в проекте - 6,7 %. Как видно отсюда, значительную часть составляют дефекты строительства и эксплуатации.

Повреждения от статических и динамических воздействий проявляются в виде разрывов, потери устойчивости элементов, развитии остаточных деформаций, усталостных трещин в основном металле и сварных швах, расстройства болтовых и заклепочных соединений. Повреждения от всякого рода ударных воздействий возникают в связи со стесненностью эксплуатационных условий, напряженным технологическим режимом работы, нарушением правил технической эксплуатации зданий. Они проявляются в виде местных прогибов, искривлений, разрывов в элементах конструкции. Такие повреждения приводят к перераспределению усилий в элементах конструкций и способствуют возникновению последующих повреждений.

Другой весьма распространенной особенностью эксплуатации промышленных зданий является поражение стальных конструкций коррозией в агрессивной среде. Основными причинами поражения конструкций коррозией являются:

1. Нарушение требований и правил эксплуатации .оборудования коммуникаций, приводящее к концентрированным воздействиям агрессивных газов, паров и жидкостей на конструкции.

2. Применение в конструкциях недостаточного стойких против коррозии материалов.

3. Повреждения лакокрасочных покрытий и других видов зашиты стальных конструкций.

Поражение стальных конструкций коррозией по характеру воздействий имеет две разновидности:

1. Общие поражения коррозией когда с течением времени конструкции поражаются непрерывно с некоторой более или менее постоянной скоростью по длине цеха.

2. Местные (локальные) поражения коррозией когда под воздействием местных агрессивных факторов поражаются отдельные узлы или части конструкций на участках сравнительно небольшой длины.

Распределение аварий стальных конструкций одноэтажных зданий в зависимости от вида конструкции, отказ которой придел к аварии (см. табл. 1) показывает, что менее надежными являются конструкций покрытия.

Табица 1

Распределение аварий стальных конструкций 1-эт. промзданий

Вид конструкции, разрушения которой привело к аварии

Аварии

Число к общему числу

Стальные конструкции в том числе: фермы колонны балки

27

21 3 3

100

78 11 11

Конструкций покрытия одноэтажных производственных зданий, как правило состоят из сквозных несущих конструктивных элементов, развязанных системой связей. Основной особенностью конструкций покрытия является наличие тонкостенных и гибких стержней, работающих в условиях близких к расчетным состояниям, что и определяет характер их повреждаемости в условиях эксплуатации. Наличие тонкостенных гибких стержней, сложная конфигурация сечений, повышенная концентрация напряжений в узлах делает конструкции покрытия чувствительными к перегрузкам, механическим температурным и коррозионным воздействиям, поэтому они являются одними из наиболее повреждаемых элементов каркаса производственного здания.

Основными повреждениями конструкций покрытия являются искривление элементов, местные погибы, погнутости фасонок, трещины в фасонках, расстройство узловых соединений и отклонения от проектного положения.

В большинстве случаев причиной этих повреждений является небрежная транспортировка и монтаж конструкций. Однако искривления возникают также и во время эксплуатации от местных перегрузок элементов, навеской к ним различных коммуникаций, использованием их для строповки при монтаже.

Погиби и искривления стержней часто влекут за собой погнутость фасонок, иногда с образованием в них трещин.

Таким образом, несмотря на высокую степень сейсмостойкости стальных каркасов промзданий, они подверженный разрушению при сильных сейсмических толчках (при высокой сейсмичности).

Основными причинами повреждений являются:

- проявление сейсмического воздействия выше прогнозируемого из — за недостаточного обоснования сейсмичности площадки;

- неудовлетворительное качество строительства и несоответствие запроектированных мер сейсмозашиты современным требованиям;

- несовершенство методов расчета на сейсмические воздействия и отсутствие четких данных по сейсмическим нагрузкам при высокой бальности района.

В связи с этим может быть сформулирована цель данной диссертации: анализ методов повышения сейсмостойкости стальных каркасов малоэтажных промзданий в условиях Афганистана, как территории с высокой сейсмической активностью.

Для достижения намеченных целей необходимо изучить ряд вопросов. К их числу относятся:

1. Краткий анализ развития теории сейсмологии и сейсмостойкости.

2. Изучение современного состояния теории сейсмостойкости стальных каркасов промзданий.

3. Систематизация результатов экспериментальных исследований сейсмостойкости строительных конструкций.

4. Учет выявления податливости основания при расчете на сейсмостойкость стальных каркасов промзданий.

5. Изучение и систематизация существующих методов повышения сейсмостойкости строительных конструкций.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- на основе проведенного анализа данных ряда источников представлены ориентировочные схемы общего сейсмического районирования территории Афганистана (ОСРТА);

- выполнен анализ развития нормативных методов расчета на сейсмические воздействия для стальных каркасов промзданий;

- произведена оценка влияния податливости основания для ряда схем стальных каркасов малоэтажных промзданий на сейсмические воздействия, которые могут быть использованы в условиях Афганистана.

Практическая ценность состоит в:

- установлении граничных значений динамических параметров различных схем конструкций малоэтажных прозданий, при которых необходим учет податливости оснований;

- использовании данных диссертации в качестве научного пособия для инженеров Афганистана, учитывая слабое развитие теоретических методов анализа сейсмостойкости конструкции в этой стране.

1. При возведении зданий и сооружений в сейсмических районах в зависимости от грунтовых условий и условий сейсмической активности площадки строительства , целесообразным является применение свай специ альной конструкторской существенной опорной поверхностью.2. Из разработанных нами двух типов свай - аутричерная и корне вая. Наиболее несущей способностью отличается корневидная свая. Несущая пособность модели таких свай в 4-5раз выше несущей способности модели эталонных свай при статическом загружении и в 1,5-2 раза выше при испы таниях на динамические нагрузки.3. Возможность регулирования несущей способности и сейсмостой кости корневидных свай за счет количества и размеров «корней» позволяет использовать их в качестве висячих свай при просадочных грунтах и высокой сейсмичности площадки строительства.Рис. 78. Сваи: 1 - модель квадратной сваи; 2 — модель бутерчерной сваи; 3 — модель корневидной сваи Сейсмоизоляция здания свайными фундаментами, обладающими повышенными диссипативиыми свойствами В настоящее время предложено несколько типов свайных фундаментов новых конструкций в качестве системы сейсмоизоляции для зданий с жест кой конструктивной схемой.Основным конструктивным решение таких систем, названных свайны ми фундаментами, имеющими повышенную диссипатию, является свайный фундамент с высоким ростверком, сопряжение которого со сваями осуществ ляется шарнирно. Надземная часть свай имеет свободную длину на всю вы соту технического подполья или первого этажа, образуя «гибкий» этаж. Эф фект снижения инерционного (сейсмического) воздействия на надземную часть здания достигается увеличением податливости свай горизонтальными перемещениями окружающего грунта путем шарнирного соединения свай с ростверком и применения высоких свайных ростверков.Для обеспечения требуемой степени демпфирования горизонтальных сейсмических воздействий свайные фундаменты с высоким ростверком мо дифицированы путем введения элементов сухого терния — наклонных и гори зонтальных свай, дисковых демпферов и упругих ограничителей колебаний.Демпфирование здания с жесткой конструктивной схемой на свайных фун даментах физически основано на том, что часть сейсмической энергии, пере даваемой основанием, будет расходоваться на /г^ '^^ ^ а^-Лчение силы сухого трения в демпфере. В связи с этим энергия, затрачиваемая на деформацию несущих элементов здания, уменьшается. Повышение диссипации энергии происходит за счет демпфера сухого трения, энергоемкость которого практи чески не ограничена.Сейсмическое районирование необходимо проводить по двум парамет рам сильных движений грунта: ускорению и перемещению.Нагрузки на сооружение должны быть сведены к минимуму.Здание в целом, его фундамент и соединения всех его конструкций и элементов должны быть самортизированы, обладать буферностью и демп 163 ферностью. Ошибочно делать конструкции и соединения элементов жестки ми, так как жесткость увеличивает ускорение, т.е. силу удара.Все соединения-^ конструкций должны быть подчинены плавному ходу усилий, без резких изменений траекторий, без зон резких концентраций на пряжений [30].Несущие элементы каркаса и связи следует выполнять из материалов, имеющих высокую прочность на растяжение: сталь, алюминий, стекловолок но. Для ограждающих конструкций могут быть использованы дерево и пла стмассы.Фундамент сооружения лучше выполнять в виде монолитной железо бетонной плиты, лежащей на гибких сваях или скользящей по основанию (с упругими упорами).Таким образом, анализируя рассмотренное выше, можно внести сле дующие предложения: • компеновку промышленного здания следует выполнять в виде прямо угольной формы в плане, с симметричным расположенными пролетами без перепада высот смежных пролетов; • необходимо снижение массы конструкции в целом; • фундамент сооружения лучше выполнять в виде монолитной железо бетонной плиты, лежащей на гибких сваях или скользящей по основанию; • при возведении зданий и сооружений в сейсмических районах целе сообразно применять сваи специальных конструкций к числу которых отно сятся корневидные сваи, обладающие высокой несущей способностью (в 4-5 раз выше несущей способности эталона при статических нагрузках и в 2 раза выше при динамических нагрузках); • все соединения конструкции должны обеспечивать главный ход уси лий без резких изменений траекторий и без зон концентрации напряжений; • необходимо надежное крепление конструкции в узлах и в местах опи рания с установкой амортизационных прокладок; • выполнять, как правило, жесткое соединение узлов - ригеля с колон нами; • выполнение сварных швов с помощью электродов, обеспечивающих пластичность швов; • при рассмотрении различных вариантов конструктивных решений уз лов вертикальных связей между колоннами как элемента, наиболее подвер женного сейсмическим воздействиям, особенно при высокой сейсмичности принято решение отказа от вертикальных связей и принятие варианта с рав ными каркасами не только в поперечном, но и в продольном направлении; • увеличение пространственной жесткости каркаса и устойчивости по крытия в целом путем устройства промежуточной связевой фермы; • при применении навесных стеновых панелей в уровне опирания на опорные столики консоли колонн устраиваются горизонтальные антисейс.%п1-

ческие швы, заполняемые упругими прокладками; • антисейсмические швы следует осуществлять на парных колоннах и на одном общем фундаменте; • при наличии жестких рамных узлов в оголовках колонн целесооб разно заменить заделки базы фундамента на шарнирного прикрепления ко лонн с уставом фиксаторов горизонтального направления.Следует указать, что для совершенствования методов расчета конст рукций в сейсмических условиях, согласно нашим мнениям и мнениям дру гих специалистов в этой области, необходимо рассматривать реальные аксе лерограммы и характеризовать методы решения сейсмостойкости конструк ции.ВЫВОДЫ п о ГЛАВЕ В пятой главе обсуждаются вопросы перспективы строительства ме таллических конструкций промышленных зданий в условиях Афганистана.Необходимо отметить, что в Афганистане нормативная документация о сейсмостойкости конструкций мало изучена в связи с военной ситуацией в l» стране. Для дальнейшего развития государства необходимо решить пробле мы промышленной индустриализации.Для достижения реальных результатов рассмотрен ряд конструктивных Z- схем одно- и двухэтажных зданий, которые могут найти свое применение в условиях высокой сейсмики Афганистана. В диссертации решены 4 задачи с различными конструктивными схемами с использованием программы «Ли ра».Кроме того, все задачи рассматривались с учетом и без учета податли вости основания при 9-балльном сейсмическом воздействии.Получены эпюры усилий (М, N, Q) для всех указанных задач, в числе которых содержится каркас в виде П-образной рамы, каркаса с мостовым Ф краном, 5-пролетного промздания, двухэтажного промздания, а также про странственного каркаса с 9 ячейками в плане, Одним из способов повышения сейсмостойкости про^мзданий является рассмотрение пассивных методов самозащиты стальных каркасов промзда ний и ряда специальных - активных методов сейсмозащиты и их применение на практике. К их числу относятся конструкции фундаментов с подвесными опорами, нашедших применение в Японии и Мексике - конструкции с Катко выми опорами, примененными в СССР, Чили и ряде других государств. Кон струкции с односторонними включающимися и выключающимися связями, а также ряд других - с демпферами между фундаментом и опорной частью здания с повышенными диссипативными свойствами - в виде скользящего пояса в фундаменте.Заметим, что применение сейсмоизолирующих резино-стальных ци линдрических опор, снижает сейсмические воздействия на каркасы зданий до Таким образом, конструкторы разработали целый ряд мероприятий по снижению сейсмических воздействий на каркасы одноэтажных промышлен ных зданий. Их использование в строительстве приводит к минимизации по вреждения конструктивных элементов зданий, в результате чего расходы на восстановление и ремонт промзданий значительно снижается. Выбор вариан тов сейсмозащиты в каждом конкретном случае зависит от региональных ус ловий эксплуатации конструкции и технико-экономических показателей.Представленные нами различные конструктивные решения могут слу жить методическим пособием для проектирования промышленных объектов, эксплуатируемых в условиях высокой сейсмики, в частности - для инжене ров-строителей Афганистана.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Определено.положение Афганистана во втором - Средиземномор ском (трансазиатском) поясе. На основе изучения литературных и топогра фических источников составлена ориентировочная схема общего сейсмиче ского районирования территории Афганистана,

2. Получена формула динамического коэффициента сейсмической на грузки при резонансе осциллятора. Установлено, что для стальных конструк ций динамический коэффициент р превышает его усредненное значение до

1,5 раз.Показана неправомочность использования унифицированного спек трального графика коэффициента р для всех конструкций из различных ма териалов.3. На примере одной из конструктивных схем двухэтажного пром здания установлено существенное отличие результатов расчета на 9-ти балльное сейсмическое воздействие с использованием норм ряда стран (Рос сия, США, Япония и Индия). Получено, что нормы Росси и США находятся в близком соответствии, в то время как нормы Японии и, особенно, Индии да ют более высокие значения напряженного состояния конструкции.4. Выявлен основной недостаток результатов выполненных экспери ментов, рассмотренных в диссертации - отсутствие моделирования совмест ной работы каркаса здания с основанием при оценке сейсмического воздей ствия.5. Проведенное сопоставление данных расчетной адекватной модели опытного образца П-образной стальной рамы показало близкое соответствие по периоду колебания основного тона и напряженному состоянию расчетных сечений.6. Для рассмотренных стальных рамных каркасов одноэтажных про мзданий, которые могут быть использованы в условиях Афганистана, уста новлены значения периодов собственных колебаний основного тона, при ко 167 торых существенным является учет податливости упругого основания при оценке напряженно-деформированного состояния конструкций.7. Сформулированы основные принципы проектирования одноэтаж ных промышленных зданий в условиях высокой сейсмики.

1. Абдурашидов К.С. Колебания и сейсмостойкость промышленных сооружений. Ташкент, 1989 г.

2. Бончкоский В.Ф. Землетрясения, их причины, изучение и способы борьбы с их последствиями. М., 1949 г.

3. Веденикова Г.С. Металлические конструкции. М., 1998 г.

4. Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. 1998г.

5. Газета «Аргументы и факты». 25 февраля 2000 г.

6. Губин И.Е. Закономерности сейсмических проявлений на территории Таджикистана. М., 1960 г.

7. Джабуа Ш.А. Альбом деталей сейсмостойких конструкций для жилых и гражданских зданий. М., 1952 г.

8. Жунусов Т., Бучацкий Е.. Современное сейсмостойкое строительство. Алма-Ата, 1976 г.

9. КорчинскийИ.Л. Сейсмостойкое строительство зданий. М., 1971 г.

10. Поляков СВ. Последствия сильных землетрясений. М., 1978 г.

11. Поляков СВ. Современные методы сейсмозащиты зданий. М., 1984г.

12. Поляков СВ. Сейсмостойкие здания и развитие теории сейсмостойкости. М., 1984 г.

13. Пуховский А.Б. Предварительно напряженные металлические конструкции для сейсмических районов, 1987 г.

14. Рассказов В.Т. Основы физических методов определения сейсмических воздействий. Ташкент, 1973 г.

15. Селезнева Г.С. Динамика и сейсмостойкость здания и сооружения. Душанбе, 1976 г.

16. УЛОМОВ В.И., Айзенберг Я.М. Сейсмическое районирование и сейсмостойкое строительство (методы, практика и перспективы). М., 1998 г.

17. Буршалин Н.А. Вероятностные задачи расчета зданий на сейсмические воздействия. М., 1992 г.

18. БЫХОВСКИЙ В.А. Сейсмостойкость зданий и инженерных сооружений. М., 1967 г.

19. КИЛИМНИК Л.Ш. Методы целенаправленного проектирования в сейсмостойком строительстве. М., 1980 г.

20. Корчинский И.Л. Расчет сооружений на сейсмические воздействия. М., 1954 г.

21. Мондрус В.Л. Вероятностные методы оценки сейсмических воздействий на сооружения. М., 1994 г.

22. Нормы и правила строительства в сейсмических районах. СН-8-57. М., 1975 г.

23. Поляков СВ. Современное состояние теории сейсмостойкости и сейсмостойкие сооружения. М., 1973 г. ЗО.Попов Н.Н. и др. Расчет конструкций на динамические и специальные нагрузки. М., 1992 г.

24. Сейсмостойкое строительство. Сборник статей. М., 1999 г. Н.С. Москалев, Попова, А..С. Довженко. ЦНИИпроектлегконструкция.

25. Синицын А.П. Практические методы расчета сооружений на сейсмические нагрузки. М., 1967 г. ЗЗ.СНиП II-A-12-62. Строительство в сейсмических районах. М., 1963г,

26. СНиП II-A-12-69*. Строительство в сейсмических районах. М,, 1977г.

27. СНиП II-A-7-81. Строительство в сейсмических районах. М., 1989 г. Зб.СНиП 2.09.03.85. Сооружение промышленных предприятий. М., 2000 г.

28. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. М., 2000 г.

29. Строительство в сейсмических районах. СНиП II-7-81*. М., 2000 г.

30. Адуховский C.H. Экспериментальное исследование модели сборно- монолитного железобетонного каркаса на виброплатформе. М., 1987г.

31. Айзенберг Я.М. Сейсмоизоляция и одаптивные системы сейсмоза- щиты. М., 1983 г.

32. Айзенберг Я.М. Исследования колебаний железобетонных крупнопанельных зданий до разрушения на моделях с применением сейс-моплатформ. М., 1989 г,

33. Басин Е.В. Сейсмическая опасность и сейсмическое строительство в Российской Федерации. М., 1996 г.

34. Гольденблат И.И. Исследования по сейсмостойкости зданий и сооружений. Сборник статей. М., 1960 г. ••^ т

35. Сулсимонов У.С. Сейсмостойкость стальных каркасов одноэтажных промышленных зданий с учетом физического износа элементов конструкции. М., 1992 г.

36. Хожметов Г.Х. Экспериментально-теоретическое исследование параметров сейсмодинамики подземных сооружений. Ташкент, 1978 г.

37. Экспериментальные исследования сейсмостойкости зданий и развитие теори сейсмостойкости. Сб. Научных трудов. М., 1984 г. ЦНИИСК им.В.А. Кучеренко. ЗО.Яковлев П.И. и др. Взаимодействие сооружений с грунтом. М., 1977г.

38. Вениону К. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н. М., 2001 г. Уточнение расчетных схем сооружений при их расчете на сейсмические воздействия с учетом взаимодействия с основанием.

39. Ильичев В.А. Особенности возведения фундаментов в сейсмических районах. М., 1988 г. ЗЗ.Кириков Б.А. Древнейшие и новейшие сейсмостойкие конструкции. М., 1990 г.

40. Корчинский И.Л. Сейсмические воздействия на здания и заглубленные сооружения. М., 1986 г.

41. Ляхтер В.М., Ивашенко М.Н. Сейсмостойкость грунтовых плотин. М., 1983 г. Зб.Медведева СВ. Оценка сейсмической балльности в зависимости от грунтовых условий. М., 1980 г.

42. Методические рекомендации по проектированию пространственно- рамных фундаментов. Киев, 1986 г.

43. Нахапетян А.А. Оценка сейсмостойкости системы сооружений оснований с учетом инерционных свойств грунтов. М., 1987 г.

44. ПОЛЯКОВ СВ. Опыт возведения зданий с сейсмоизолирующим поясом в фундаменте. М., 1984 г. бО.Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений и сооружений, возводимых в сейсмических районах. М., 1975 г.

45. Рекомендации по расчету металлических рамных каркасов на сейсмические воздействия с учетом образования пластических шарниров. М., 1974 г.

46. Рождественский Ю.В. Взаимодействие сооружений и грунта при сейсмическом воздействии с учетом инерционных и деформативных свойств основания. М., 1992 г.

47. Савинов О.А., Часов Э.Н. Об учете в расчетах на колебания взаимного влияния фундаментов низкочастотных не уравновешенных машин. Сборник ВНИИГстройиздат, 1967 г.

48. Ухова СБ. Механика грунтов основания и фундаменты. М., 1994 г. бЗ.Харитонов В.А. Сейсмостойкое строительство на вечномерзлых грунтах. М., 1980 г. бб.Цытович Н.А. Механика грунтов. Краткий курс. М., 1983 г. у

49. Швецова Г.И. Основания и фундаменты. М., 1991 г.

50. Хусейн Аль Сакаф. Влияние солнечной радиации на сейсмостойкость стальных вертикальных цилиндрических резервуаров. М., 1994 г.

51. Аржаков В.Г. Исследование остаточных сварочных напряжений в фасовках ферм. М., 1974 г.

52. Бакиев М.В. Оптимизация плоских сквозных стальных конструкций покрытий производственных зданий. М., 1980 г.

53. Барнабишвили Н.Е. Динамические конструкции в архитектуре. М., 1974 г.

54. Басин Е.В. Сейсмическая опасность и сейсмическое строительство в Российской Федерации. М., 1996 г.

55. Варга И.А. Исследование прочности сварных элементов концевых креплений вант стальных конструкций, работающих на переменную нагрузку. М., 1968 г.

56. Гальгерин Л.А. Исследование процесса накопления поперечных деформаций и напряжений при сварке конструкций из малоуглеродистой стали. М., 1970 г.

57. Гехман А.С. Определение сейсмических нагрузок на подземные ж/б резервуары. М., 1964 г.

58. Гороян А.Т. Анализ погрешностей определения сейсмических реакций сооружений от изменения их динамических характеристик и внешнего воздействия. М., 1986 г.

59. Егупов В.К. Расчет зданий на прочность, устойчивость и колебания. Киев, 1965 г.

60. Брмекбаев Б.Ж. Динамика стальных предварительно напряженных надземных магистральных трубопроводов при сейсмических воздействиях. М., 1993 г.

61. Жумаев Б.Ж. Цифровое моделирование сейсмических воздействий и сейсмических колебаний сооружений. М., 1986 г.

62. Жунусова Т.Ж. Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций. М., 1974 г.

63. Килимник Л.Ш. Методы целенаправленного проектирования в сейсмостойком строительстве. М., 1980 г.

64. Кожаринова Л.Б. Динамика и сейсмостойкость зданий и сооружений. М., 1995 г.

65. Корнеева Б.Г. Динамика сооружений. М., 1972 г.

66. Корф М.Г. Стальные конструкции для антисейсмической защиты сооружений химической промышленности. М., 1975 г.

67. Кузнецов А.Ф. Научные основы выбора экономичных сталей для строительных металлических конструкций. М,, 1983 г.

68. Лафишев А.З. Высотные здания со стальным каркасом для сейсмических районов. М., 1989 г. Диссертация.

69. Марат У.А. Динамические характеристики и сейсмостойкость одно- тажных промышленных зданий. М., 1973 г.

70. Мартемьянов А.И. Восстановление и усиление зданий в сейсмических районах.М., 1999 г.

71. Мартемьянов А.И. Сейсмостойкость зданий и сооружений, возводимых в сельской местности. М., 1998 г.

72. Михалев Н.Я. Влияние остаточных напряжений на возникновение хрупких разрушений в сварных соединениях. М., 1977 г.

73. Муханов К.К. Металлические конструкции. Основы проектирования. М., 1980 г.

74. Напетваридзе О.С. Сейсмостойкость транспортных сооружений. М., 1992 г. 95.0решкин СВ. Коррозионный износ стальных конструкций производственных зданий заводов черной металлургии. М., 1975 г.

75. Пак В.П. Оценки влияния нелинейности пространственных колебаний сооружений при сейсмических воздействиях.

76. Пак Г. Колебания и сейсмостойкость промышленных зданий с учетом вязкоупругих свойств ж/б. Неоднородности сейсмического поля. Диссертация. Ташкент, 1981 г.

77. Парлашкевич B.C. Остаточные сварочные напряжения и деформации в длинномерных элементах строительных металлоконструкций. М., 1986 г.

78. Прищепова Н.А. Долговечность стальных ферм покрытий промзда- ний предприятий цветной металлургии на крайнем Севере. М., 1997г.

79. Расторгуев Б.С. Проектирование железобетонных конструкций одноэтажного промышленного здания, расположенного в сейсмическом районе. М., 1995 г.

80. Рашидов Т.Р. Сейсмические воздействия на здания и заглубленные сооружения. М., 1996 г.

81. Руководство по проектированию одноэтажных и многоэтажных производственных зданий со стальным каркасом в сейсмических районах. ЦНИИпроектстальконструкция, Казахское отделение Госстроя СССР, 1977 г.

82. Сафаргалиев СМ. Сейсмостойкость зданий из индустриальных кирпичных изделий. М., 1988 г.

83. Складнев Н.Н. Высотные здания с жестким стволом и подвешенным на предварительно напряженных вантах этажами, предназначенные для сейсмических районов. М., 1994 г.

84. Снитко Н.К. Устойчивость стержневых систем в упруго- пластичной области. Ленинград, 1968 г.

85. Такманов А.Ф. Повышение сейсмостойкости стальных каркасов одноэтажных промзданий предварительным напряжением стенового ограждения. М., 1986 г.

86. Шашуков Г.К. Малоцикловая усталостная прочность свариваемых алюминиевых сплавов при плоском напряженном состоянии применительно к листовым конструкциям. М., 1970 г.

87. Шикида И.Ф. Колебания зданий при сейсмическом воздействии. М., 1956 г.

88. Ширманов B.C. Устойчивость и прочность стенок металлических балок при локальных нагрузках. М., 1990 г.

89. Шорохов Г., Курмаев А. Справочник по антисейсмическим мероприятиям в гражданском строительстве. Кишинев, 1979 г.

90. Эткин Л.А. Исследование коррозионной стойкости несущих стальных конструкций и покрытия цехов. М,, 1987 г.

91. Амосов А.А., Синицын СБ. Основы теории сейсмостойкости сооружений. Изд-во «АС Вузов. М. 2001 г. ИЗ. Бений Х.А. Архитектурное проектирование общественных зданий в Афганистане. Кабул. Стройиздат, 1990 г.

92. Салим Мохамед, Бенай Х.А. Географические условия Афганистана. Справочник. Стройиздат, 1979 г.

93. Энциклопедия стран мира. Электронная версия. Разработчик Кор-Ах. Издательство Media. 2000 г.

94. Dynamical characteristics of seismic waves responsible editor. Acadi. Sci. covr. member, n.n, Puzirev. M,, 1973 a,

95. Plant and prosess dynamic characteristics proceedings of a conferens hand of Cambridge 4-6, April 1956 a. London: Butterths scientific publications.

96. Cloudh R.W. Dynamics of structures. Tokyo. Megrawniukogakusha, 1975 a.