При определении сейсмических сил динамическая модель здания и сооружения выбирается в зависимости от вида деформаций и перемещений, которые приобретают в этом здании (сооружении) во время землетрясений. Под действием сейсмических сил здание может испытывать следующие виды перемещений и деформаций.
А) поступательные перемещения – сдвиг как единого жесткого целого относительно основания (не путать со смещением вместе с основанием);
Б) качение – поворот как единого жесткого целого относительно основания;
В) поперечный сдвиг – горизонтальная деформация сдвига здания;
Г) поперечный изгиб – деформация изгиба в вертикальной плоскости.
Любое здание или сооружение получает все 4 вида деформаций и перемещений одновременно. При расчете их можно все учитывать, но практически этого не делают, т.к. преобладает 1, реже 2 вида деформаций. Остальными можно пренебречь. Например, чаще всего пренебрегают поступательным перемещением, поскольку фундаменты здания, как правило, имеют большую площадь, вес здания также достаточно велик => по подошве развиваются значительные силы трения, препятствующие смещениям => смещение незначительное.
Учитывать качение необходимо для массивных, очень жестких сооружений (силосы, элеваторы, резервуары, дымовые трубы, памятники, постаменты). Для зданий меньшей жесткости качение необходимо учитывать, если в основании залегают глинистые грунты, насыщенные водой песчаные пеки (плывуны).
Например, во время землетрясения в 1964г. в Японии Новж монолитные пятиэтажные дома наклонились на 30-40%, одно опрокинулось не разрушившись, некоторые погрузились в разжиженную толщу грунта. Причиной явилось поднятие УГВ, которое превратило песчаные основания домов в плывуны. При этом здания испытывали качение.
|
|
Большинство зданий массового количества возводят на достаточно прочных, мало деформативных грунтах, и не могут рассматриваться как абсолютно жесткие системы. В них, как правило, преобладают деформации сдвига и изгиба. Что больше проявляется, сдвиг или изгиб зависит от характеристик здания. Различают 2 конструктивные схемы сооружений:
Жесткая схема: Здание преимущественно работает на сдвиг (
). Сюда относятся здания со значительными размерами в плане, одноэтажные производственные бескрановые здания, водонапорные башни, здания с несущими стенами до 5-ти этажей. Расчетная схема таких зданий принимается либо виде одномассового консольного стержня, защемленного в основании, либо виде стержня с распределенной массой.
При гибкой схеме преобладает изгиб (период колебаний 
). Сюда относятся высокие каркасные сооружения с распределенной массой и отношением высоты к меньшему размеру в плане > 5. ОПЗ с тяжелыми мостовыми кранами. Для таких зданий расчетная схема принимается виде многомассового консольного стержня, заделанного в основании. При этом, консоли приписывается жесткость равная суммарной жесткости стоек каркаса. Перекрытия и покрытия считаются жесткими в своей плоскости и абсолютно гибкими из плоскости. Масса здания приводится к эквивалентным массам, сосредоточенным в уровне перекрытий и покрытия.
Если в консольных системах вместо жесткой заделки вести упруго-податливые связи, то можно учесть взаимодействие сооружения с основанием. А следовательно, одновременно учесть помимо сдвига (изгиба) поступательное смещение и качение здания.
|
|
Консольная схема допускает иные модификации, позволяющие учитывать жесткие свойства перекрытий. Например, если считать, что перекрытия являются абсолютно жесткими на изгиб (из плоскости) можно использовать р. сх. (рис. в). Здесь в узлы с сосредоточенными массами вводятся связи – заделки, аналогичные по своему смыслу узловым связям, основной системы метода перемещений.
Наряду с консольной схемой в практике расчетов используются и другие типы расчетных схем:
- плоские
- пространственные
Эти расчетные схемы, в свою очередь, тоже могут быть уточнены. Например, если хотим учесть взаимодействие основание с сооружением необходимо ввести упруго-податливые связи, наделенные соответствующими жесткостями (жесткость упруго-податливых связей определяется в зависимости от свойств грунта, величины нагрузки на грунт от здания).
Если необходимо учесть вертикальную составляющую сейсмического воздействия часть массы сосредотачивают на ригелях. Сложные расчетные схемы могут приниматься, если расчет производится на ЭВМ.
Рассмотрим примеры выбора расчета схем здания для определения горизонтальных сейсмических сил.