Расчет сейсмической нагрузки на фундамент

Расчет фундаментов в сейсмичных районах

Доброе утро. Проблема. Необходимо сделать расчет в сейсмичном районе в 9 баллов при набухающих и просадочных (Iтип) грунтах. Проблема заключается в сборе нагрузок на особое сочетание, а конкретно сейсмической нагрузке. Подскажите в какой лучше программе это делать.

Просмотров: 3823
Регистрация: 18.03.2005
Сообщений: 1,641
Сообщение от Natysya

Доброе утро. Проблема. Необходимо сделать расчет в сейсмичном районе в 9 баллов при набухающих и просадочных (Iтип) грунтах. Проблема заключается в сборе нагрузок на особое сочетание, а конкретно сейсмической нагрузке. Подскажите в какой лучше программе это делать.

На своем опыте могу сообщить следующее:
1. В зависимости от назначения сооружения, особое внимание надо обратить на структуру (пигог) грунтов основания и выполнить необходимые мероприятия по устранению (уменьшению) влияния неблагоприятных факторов.
2. Я полагаю, что Вас интересуют фундаменты. т.е. расчет фундаментов на заданные нагрузки, а последние пока неизвестны? Замечу, что в зависимости от типа фундаментов, применяются и соответствующие методики расчета (для плитных, для столбчатых, ребристых и т.д.).
Еще: согласно СНиП расчет выполняется на основное и особое сочетание. Если с основным сочетанием более-менее вопрос решается ручками, то особое сочетание требует особого подхода, с учетом совместной работы О-Ф-З (на форуме куча сообщений. ).
3. Какие программы это решают? Многие: от АНСИСА до BASE . (то же много сообщений на форуме).
4. Вопросы на форум лучше выставлять более конкретно с акцентированием проблемы, своего мнения и выводов (собственных), т.е. наполовину ответ знать. иначе — никто интерес не возбудится.

__________________
В поисках истины приходится напрягаться
Регистрация: 24.10.2008
Санкт-Петербург
Сообщений: 43

..идет проектирование ОРУ. все оборудование устанавливается на металлических стойках, нагрузка не большая,но высота от 3-х и более метров. предполагались изначально столбчатые фундаменты, но так как строители умудрились напортачить на площадке(срезали плодородный слой где-то 3 м и засыпали непонятным мелким песком, совсем не строительным. Это привело сейчас к определенным проблемам). программа «Фундамент» есть, возможность учета набухающих грунтов и просадочных, а также учет сейсмики возможен. основной вопрос скорее всего заключается в расчете сейсмической нагрузки..

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

ФУНДАМЕНТЫ В УСЛОВИЯХ СЕЙСМИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Шошитаишвили Н.Г. 1
1 Московский государственный строительный университет
Работа в формате PDF

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Сейсмические воздействия на фундаменты зданий и сооружений обусловлены землетрясениями, происходящими в результате тектонических разломов и других процессов в земной коре. От гипоцентра во всех направлениях распространяются упругие колебания, характеризуемые сейсмическими волнами: продольными (сжатия и растяжения) и поперечными (сдвиговые, перпендикулярные продольным). Кроме того, от эпицентра по поверхности земли распространяются во все стороны поверхностные волны, приводящие к наиболее сильным вертикальным колебаниям поверхностного слоя [1] .

Вертикальные колебания существенны для сооружений вблизи эпицентра землетрясения. По мере удаления от него они затухают значительно быстрее горизонтальных, поэтому основную опасность представляют горизонтальные колебания. Продолжительность землетрясений чаще всего измеряется несколькими секундами и реже минутами.

Силу землетрясения оценивают в баллах. В России принята 12-балльная шкала. Список населенных пунктов, расположенных в сейсмических районах страны, с указанием принятой для них сейсмичности в баллах и повторяемости сейсмического воздействия приведен в СНиП II-7-81 * «Строительство в сейсмических районах» [2] .

Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Сейсмическое воздействие — движение грунта, вызванное природными или техногенными факторами (землетрясения, взрывы, движение транспорта, работа промышленного оборудования), обусловливающее движение, деформации, иногда разрушение сооружений и других объектов.

Сейсмическая (инерционная) сила, сейсмическая нагрузка — ила (нагрузка), возникающая в системе «сооружение-основание» при колебаниях основания сооружения во время землетрясения [3] .

Сейсмические воздействия, как и любые динамического характера нагрузки на основания сооружений, приводят к изменению свойств грунтов: увеличиваются сжимаемость, особенно несвязных грунтов; уменьшается их предельное сопротивление сдвигу. При определенных условиях может происходить разжижение водонасыщенных песчаных грунтов оснований, приводящее к полному исчерпыванию их несущей способности. Эти изменения строительных свойств грунтов и специфический характер взаимодействия сооружения с основанием определяют особенности проектирования фундаментов в условиях сейсмики. По действующим в России нормам, сейсмические воздействия учитываются при проектировании зданий и сооружений в районах с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов. На площадках, сейсмичность которых превышает 9 баллов, возводить сооружения, как правило, не допускается [4] .

Основное требование сейсмостойкости фундаментов состоит в том, чтобы при совместном действии на них обычных нагрузок и сейсмических сил фундаменты не разрушились, не сдвигались и не опрокидывались, а основание не теряло устойчивости, тем самым обеспечивая общую устойчивость и прочность системы «сооружение — основание». К сейсмическим силам относятся силы взаимодействия между грунтом основания, испытывающим колебания при землетрясениях, и сооружением. По природе они являются инерционными, по характеру — динамическими. Величина сейсмической нагрузки зависит не только от интенсивности колебаний, но и от динамических характеристик сооружения и его собственных колебаний, обусловленных начальными условиями движения грунта.

Расчет оснований и фундаментов сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах, должен выполняться на основные и особые сочетания нагрузок (с учетом сейсмических воздействий). Особое сочетание нагрузок определяется с учетом коэффициентов сочетаний я_с, равных для постоянных нагрузок 0,9, временных длительных — 0,8 и кратковременных (на перекрытия и покрытия) — 0,5 [5] .

При этом не учитываются горизонтальные нагрузки от масс на гибких подвесках, температурные климатические воздействия, ветровые нагрузки, динамические воздействия от оборудования и транспорта, тормозные и боковые усилия от движения кранов.

При определении расчетной вертикальной сейсмической нагрузки необходимо учитывать массу моста крана, тележки, а также массу груза, равного грузоподъемности крана с коэффициентом 0,3. Горизонтальную сейсмическую нагрузку от массы мостового крана учитывают в направлении, перпендикулярном к оси подкрановых балок. При этом снижение крановых нагрузок, рекомендуемое СНиП по нагрузкам и воздействиям, не учитывается.

Основания и фундаменты рассчитывают на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий исходя из того представления, что сейсмические нагрузки могут иметь любое направление в пространстве. Действие сейсмических нагрузок в рассматриваемых направлениях принимают отдельно и определяют по формуле.

При расчете подпорных стенок учитывают раздельно сейсмическое давление грунта и давление, вызванное изменением напряженного состояния фунтовой среды при прохождении в ней сейсмических волн (продольных и поперечных). Активное q_{a t} и пассивное q давление грунта на подпорные стенки с учетом сейсмического воздействия определяются по формулам Далматова [6] .

где К — коэффициент сейсмичности, значение которого принимают 0,025: 0,05 и 0.10 соответственно для расчетной сейсмичности 7,8 и 9 баллов; ϕ — расчетный угол внутреннего трения при расчете по устойчивости; а_а и а_р — активное и пассивное давление грунта при статическом состоянии.

Одним из общих принципов обеспечения сейсмостойкости сооружений является принцип монолитности и равнопрочности всех элементов зданий и сооружений. Поскольку при прохождении сейсмической волны поверхность основания может испытывать растяжение в том или ином направлении, целесообразно колонны каркасных зданий располагать на сплошных фундаментных плитах, перекрестных ленточных фундаментах или соединять отдельные фундаменты и свайные ростверки железобетонными балками-связями (Рис.1).

В фундаментах и стенах подвалов из крупных сборных блоков нужно производить перевязку блоков в каждом ряду, пересечения стен усиливать путем закладки в горизонтальные швы арматурных сеток, по верху сборных фундаментов (подушек) предусматривать железобетонные пояса (Рис.2). Продольные железобетонные пояса должны быть связаны поперечными железобетонными стойками.

Для зданий повышенной этажности также следует применять монолитные железобетонные ленточные, сплошные плитные фундаменты и фундаменты из перекрестных лент. В зданиях выше 9 этажей необходимо предусматривать монолитный вариант подземной части (Рис.3).

Рис. 1,2,3. Конструкции фундаментов при сейсмических воздействиях: 1 — план ленточного фундамента; 2 — план и разрез отдельных (столбчатых) фундаментов; 3 — подвальная часть здания с плитным фундаментом из монолитного железобетона; 1 — арматурные сетки; 2 — железобетонные балки-связи

В условиях сейсмики применяют как забивные, так и набивные сваи. Набивные сваи рекомендуется устраивать в маловлажных связных грунтах при диаметре свай не менее 40 см и отношении их длины к диаметру не менее 25. В структурно-неустойчивых грунтах применять набивные сваи можно только с обсадными неизвлекаемыми трубами. Армирование набивных свай является обязательным при минимальном относительном армировании, равном 0,05.

В сейсмических районах нашли применение свайные фундаменты с промежуточной распределительной песчаной подушкой (Рис.4). Для того, чтобы свайные фундаменты с промежуточной подушкой обеспечивали распределение сейсмических нагрузок, необходимы определенные соотношения между размерами свай, оголовков и промежуточной подушки. В связи с этим толщина подушки над оголовками свай назначается в зависимости от расчетной нагрузки на одну сваю и составляет 40 см при нагрузке 600 кН и 60 см — при нагрузках более 600 кН. Размеры фундаментного блока в плане должны быть не менее размеров свайного куста по наружным граням оголовков. Размеры промежуточной подушки в плане принимают больше размеров фундаментного блока не менее чем на 30 см в каждую сторону.

Рис.4. Свайный фундамент с промежуточной подушкой: I — фундаментный блок: 2 — промежуточная подушка: 3 — железобетонный оголовок; 4 — железобетонная свая; 5 — дно котлована

Чем могут быть вызваны динамические воздействия на сооружения?

Причины могут быть различными: уплотнение грунта трамбовками, забивка свай и шпунта, работа машин с неуравновешенно вращающимися частями — компрессоров, лесопильных рам, прокатных станов, копров, мельниц; движение наземного и подземного транспорта; порывы ветра, сейсмические воздействия, взрывы и др.

Виды динамических воздействий

при землетрясении, в результате осадков, песчаная толща увлекла за собой сваи, вдавив их в подстилаемую глинистую толщу (явление отрицательного трения). Осадка сооружения превысила все допустимые величины

при движении тяжелого транспорта (железнодорожные, трамвайные пути) создается вибрационный фон, который передаваясь по грунтовой среде, оказывает негативное воздействие на здания, сооружения. Вибрационные воздействия от движущегося транспорта могут превышать допустимый уровень вибрации по санитарным нормам проживания людей в здании

Динамические воздействия от движения транспорта

в соответствии со строительными правилами забивка свай в городах на расстоянии ближе 30 м от существующей застройки запрещена.

при динамических воздействиях пески уплотняются, разжижаются

Глины проявляют тиксотропные свойства

Работа машин, механизмов (строительство промышленных объектов, где возможны динамические воздействия: молоты, прессы, компрессоры, фундаменты пилорам и т.д.)

Динамические нагрузки могут прикладываться как к сооружению (воздействие ветра на высокое здание, прибоя на набережную), так и непосредственно к основанию (сейсмические толчки, строительные работы, связанные с уплотнением или разрыхлением грунта, в том числе с помощью взрывов, забивки свай и т. п.). Однако ввиду того, что все сооружения так или иначе контактируют с грунтом, расчеты на динамические воздействия производятся как для сооружений, так и для грунтов. При этом для тех и других должны быть выполнены условия прочности, а динамические перемещения, скорости и ускорения должны быть в допустимых пределах.

Величина распространения колебаний в грунте зависит от источника колебаний и состояния среды. Любое сооружение, попавшее в зону вибрации, начинает само вибрировать. Опасны резонансные явления, т.е. совпадение собственных частот колебаний с вынужденными колебаниями в грунтовой среде [5][4] .

Как известно, для сред, сопротивление сдвигу которых отлично от нуля, характерно наличие как продольных, так и поперечных волн, распространяющихся с разными скоростями. При существовании поверхностей раздела (твердое тело — воздух, жидкость, твердое тело) вдоль них распространяются поверхностные волны. Последние могут быть как волнами Рэлея, так и волнами Лява, если область, примыкающая к поверхности раздела, состоит из двух физически различных областей, то есть слоистая.

Результатом передачи грунтом колебаний на сооружение являются колебательные движения как отдельных конструкций, так и сооружения в целом. Даже при очень малых (в доли микрона) амплитудах колебаний конструкций их сколько-нибудь продолжительное воздействие на человеческий организм может быть неблагоприятным, что требует ограничения амплитуд. Такое же или даже более строгое ограничение предъявляют некоторые современные производства. При совпадении частот колебаний грунта с собственными частотами конструкций зданий возможны явления резонанса, представляющего угрозу прочности всего сооружения.

Совпадение собственной частоты колебаний системы с частотой вынужденных ее колебаний. Амплитуда колебаний всей системы при этом возрастает, иногда резко

резким возрастанием амплитуды колебаний всей системы

Именно под воздействием резонанса разрушались такие масштабные сооружения, как мост через реку Такома в США, Египетский мост в Питере. Он рухнул на лёд Фонтанки в 1905 году, когда по нему проходил эскадрон гвардейской кавалерии, навстречу которому двигались 11 саней с возницами [3] . Именно поэтому для военных существует неписаный закон: не ходить «в ногу» по мостам, чтобы уменьшить вероятность возникновения резонанса.

Для рыхлых несвязных грунтов характерно явление виброкомпрессии.

Виброкомпрессия несвязных грунтов — это их дополнительное уплотнение при вибрационных или часто повторяющихся ударных нагрузках. При увеличении частоты вибрации перемещение частиц напоминает явление ползучести и называется виброползучестью. При увеличении частоты колебаний возможно виброразжижение грунта [2] .

Однако! Глинистые грунты ввиду наличия связности более устойчивы к динамическим воздействиям, чем песчаные. Однако при пластичной и текучей консистенции этих грунтов динамические нагрузки могут вызывать разрушение их структуры, что необходимо исключать при проектировании и строительстве.

Вместе с тем необходимо отметить, что наблюдаемые при сильных землетрясениях явления разжижения песков и разрушения структуры связных грунтов не могут исчерпывающе объяснять случаи опрокидывания жестких зданий, принимающих после окончания сейсмических толчков почти горизонтальное положение [6] .

Какие виды фундаментов рекомендуется применять при наличии динамическихнагрузок?

Применяются фундаменты мелкого заложения и свайные. Они могут быть монолитными, сборно-монолитными и сборными. Статические нагрузки на такие фундаменты от оборудования обычно небольшие. Практически применяют фундаменты массивные в виде плиты или блока, стенчатые из поперечных и продольных стен, связанных с фундаментной плитой, и рамные, представляющие пространственную конструкцию из верхней плиты, балок и стоек, опирающихся на фундаментную плиту. Для машин ударного действия с большими нагрузками применяют массивные фундаменты, а для других — облегченные фундаменты [2][4] .

Рис.5. Примеры устройства фундаментов под машины: а — фундамент под вертикальный компрессор (плита в плане 3´ 4,2 м); б — фундамент под горизонтальный компрессор (плита в плане 4,4´ 7,6 м, заглублена на 2,0 м); в — стенчатый массивный фундамент под мотогенератор (расположен на высоте 6,3 м, размеры в плане 4 х 7,9 м): 1 — плита; 2 — подготовка

Фундаменты обычно проектируются отдельными, под каждую машину или группу машин. От фундаментов зданий фундаменты машин отделяются швами. Целесообразно предусматривать виброизоляцию механизмов и машин, гасящую импульсы. Прецезионное оборудование, требующее спокойного режима, отделяется от остального массива и в данном случае гасящие устройства носят оградительный характер [1] .

При наличии слабых грунтов толщиной до 1,5 м производится их замена, а при большей мощности – укрепление или устройство свайных фундаментов. Подошва фундаментов обычно прямоугольная в плане, а смежные фундаменты следует закладывать на одной отметке. Среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления R, вычисленного обычным способом, умноженного на два понижающих коэффициента, один из которых зависит от вида грунта, а второй от вида машины. Это произведение изменяется от 1 до 0,35.

Машина вместе с фундаментом представляет жесткое тело с массой, расположенной в центре тяжести действующих статических нагрузок. В расчетах основание не имеет массы и деформируется упруго вязко. Пружины деформируются упруго, а поршни с цилиндрами воспроизводят вязкое сопротивление. Действующие усилия раскладываются на вертикальную и две горизонтальных составляющих, а также на три момента. Считается, что эти воздействия вызывают соответственно три линейных перемещения и три поворота в соответствующих плоскостях [5] .

Фундаменты должны быть запроектированы таким образом, чтобы обеспечить нормальную работу машины и исключить влияние вибрации на конструкции и оборудование. Фундаменты рассчитывают на действие статических и динамических нагрузок. К статическим нагрузкам относят: вес фундамента, вес грунта на уступах фундамента, вес машины, вес оборудования. Динамические нагрузки могут быть периодические, импульсные, ударные, случайные. Также могут быть длительные и кратковременные. Значение динамических нагрузок и частично статических, определяется заводом-изготовителем в техническом задании на проектирование.

СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах СНиП II-7-81*

Берлинов М.В. «Основания и фундаменты». 1999 (2011)

«Справочник проектировщика. Основания и фундаменты». 1964.

А. Сорочан «Основания, фундаменты и подземные сооружения». 1985.

ASCE 7-16 Пример расчета сейсмической нагрузки

Полностью проработанный пример ASCE 7-16 Расчет сейсмической нагрузки с использованием процедуры эквивалентной боковой силы

Генератор нагрузки SkyCiv недавно добавил расчет сейсмической нагрузки в соответствии с ASCE7-16.. Это включает в себя интеграцию сейсмических данных Геологической службы США и их обработку для создания базового сейсмического сдвига с использованием раздела 12.8 Эквивалентная боковая процедура. В этой статье, мы углубимся в процесс расчета сейсмических нагрузок на здание с помощью ASCE 7-16.

SkyCiv теперь интегрировала сейсмические данные сайта из веб-API Геологической службы США.. Попробуйте наши Генератор нагрузки SkyCiv!

Данные структуры

В этом примере, при расчете сейсмической нагрузки будем использовать следующие данные:

Стол 1. Данные о здании, необходимые для нашего расчета сейсмической нагрузки.

Расположение	8050 ЮЗ Бивертон Хиллсдейл Хайвей, Портленд, ИЛИ 97225, Соединенные Штаты Америки
Заполняемость	Жилой дом
Размеры	64 фут (4 заливы) × 104 фут (6 заливы) в плане Высота этажа 15 фут Высота крыши на отм.. 75 фут Плоская крыша Столбец: 20″х20″ Луч: 14″х20″ Плита: 8″ толщина
загрузка	Вес бетонной единицы : 156 pcf Наложенная статическая нагрузка (на полу): 100 PSF Наложенная статическая нагрузка (на крыше): 50 PSF

фигура 1. Местонахождение площадки (из Google Maps).

фигура 2. Структура для этого примера.

Сейсмические данные Геологической службы США

USGS имеет сейсмические данные сайта с открытым исходным кодом который можно использовать из их API веб-сервисов дизайна. В этом расчете, нам понадобятся только следующие данные:

• \(_\) – расчетные параметры ускорения спектрального отклика на периоде 1.0 s
• \(_\) — отображаемый максимум рассматриваемых параметров ускорения спектральной реакции землетрясения
• \(_\)- расчетный параметр ускорения спектрального отклика в короткопериодном диапазоне
• \(_\) это длительный переходный период

фигура 3. Веб-службы USGS для проектирования сейсморазведки.

Чтобы запросить вышеуказанные данные, нам потребуются следующие данные:

• Широта, Долгота, которую мы можем получить из Google Maps
• Категория риска конструкции на основе раздела 1.5 ASCE 7-16
• Класс сайта на основе таблицы 20.3-1 ASCE 7-16

Процедура эквивалентной боковой силы

Расчетный базовый сдвиг сейсмостойкости можно рассчитать по уравнению 12.8-1 ASCE 7-16:

\( В = _ W \) (уравнение. 12.8-1)

куда:
\( V \) сейсмический расчетный базовый сдвиг
\( _ \) – коэффициент сейсмического отклика, основанный на разделе 12.8.1.1
\( W \) – эффективный сейсмический вес согласно разделу 12.7.2

Формула для определения коэффициента сейсмического отклика::

куда:
\( _ \) — расчетный параметр ускорения спектрального отклика в короткопериодном диапазоне (из данных Геологической службы США)
\( р \) — коэффициент модификации отклика в соответствии с таблицей 12.2-1
\( _ \) – фактор важности, определяемый из раздела 11.5.1

тем не мение, нам нужно удовлетворить уравнения 12.8-3 в 12.8-6:

Значение \(_\) не должен превышать 12.8-3 или 12.8-4

более того, \( _ \) не должно быть меньше, чем уравнение 12.8-5

\( _ знак равно 0.044 _ _ ≥ 0.01 \) (уравнение. 12.8-5)

К тому же, для сооружений, расположенных там, где \( _ ≥ 0,6 г):

куда
\( _ \) – расчетный параметр ускорения спектрального отклика на периоде 1.0 s (из данных Геологической службы США)
\( T \) является фундаментальным периодом структуры
\( _ \) это длительный переходный период (из данных Геологической службы США)
\( _ \) – отображаемый максимум рассматриваемого параметра ускорения спектральной реакции землетрясения (из данных Геологической службы США)

После того, как мы рассчитаем значение сейсмического расчетного базового сдвига \( V \), нам нужно распределить силы по высоте конструкции с помощью сечения 12.8.3 ASCE 7-16. В этом примере, будем считать, что конструкция не имеет вертикальных или горизонтальных неровностей.

\( _ знак равно_ V \) (уравнение. 12.8-11)

куда
\( _ \) — коэффициент вертикального распределения
\( _ \) и \( _ \) — доля от общего эффективного сейсмического веса сооружения \( W \) расположен или назначен на уровень я или Икс
\( _ \) и \( _ \) это высота от основания до уровня я или Икс
\( К \) определяется следующим образом:

• \( к = 1 \) для конструкций с \( Т ≤ 0.5 с)
• \( к = 2 \) для конструкций с \( Т ≥ 2.5 с)
• линейная интерполяция \( К \) для \( 0.5 < T < 2.5 s \)

К тому же, Силы диафрагмы пола и крыши можно определить с помощью раздела 12.10.1 ASCE 7-16. Расчетная сила может быть рассчитана с помощью уравнений 12.10-1 в 12.10-3:

куда
\( _ \) расчетная сила диафрагмы на уровне Икс
\( _ \) расчетная сила, приложенная на уровне я
\( _ \) является весовым притоком уровня я
\( _ \) вес, приходящийся на диафрагму на уровне Икс

Ниже мы углубимся в эти параметры и применим концепцию к нашей структуре..

Фактор важности, \( _ \)

Фактор важности, \( _ \), для структуры можно определить из раздела 11.5.1 который указывает на таблицу 1.5-2 ASCE 7-16.

фигура 4. Стол 1.5-2 ASCE 7-16 с указанием значений факторов важности для каждой категории риска.

Так как структура подпадает под Категория риска II, соответствующий фактор важности \( Я_ \) равно 1.0 на основании таблицы 1.5-2.

\( _ знак равно 1.0 \)

Фактор модификации отклика, \( р \)

Коэффициент модификации отклика, \( р \), можно определить из таблицы 12.2-1 в зависимости от используемой конструктивной системы. В этом примере, будем считать, что используемая структурная система “Специальные железобетонные рамы «Момент»” для обоих направлений X и Z. Из этого, мы можем определить это значение \( р \) равно 8 согласно таблице 12.2-1.

фигура 5. Усеченные значения таблицы 12.2-1 ASCE 7-16 с указанием коэффициента модификации отклика, \( р \), на структурную систему.

Класс сайта

Для расчета нашей сейсмической нагрузки, место, которое мы будем использовать, находится в Роли Хиллз, Портленд, ИЛИ, Соединенные Штаты Америки на основе сейсмических нагрузок: Руководство по положениям ASCE о сейсмических нагрузках 7-16 (Чарни и др., 2020) который классифицируется как Сайт класса C.

Сейсмические данные Геологической службы США

.Сейсмические данные Геологической службы США для этого местоположения следующие::

SkyCiv теперь интегрировала сейсмические данные сайта из веб-API Геологической службы США.. Попробуйте наши Генератор нагрузки SkyCiv!

фигура 6. Сейсмические данные сайта из веб-сервисов USGS.

\(_ знак равно 0.402 \)
\(_ знак равно 0.402 \)
\(_ знак равно 0.708 \)
\(_ знак равно 16 s \)
\(_ знак равно 0.114 \)

Категория сейсмического проектирования

Раздел 11.6 ASCE 7-16 Подробно описана процедура определения расчетной категории сейсмостойкости конструкции на основе категории риска и класса площадки для конструкции..

• Для \(_ ≥ 0.75 \) и Категория риска I, II, или III, категории сейсмостойкости присваивается расчетная категория сейсмостойкости E
• Для \(_ ≥ 0.75 \) и Категория риска IV, категории сейсмостойкости присваивается расчетная категория сейсмостойкости F
• В противном случае, Стол 11.6-1 и таблица 11.6-2 должен использоваться, в зависимости от того, что более серьезно.

фигура 7. Категория сейсмического проектирования из раздела 11.6 ASCE 7-16.

Для этой структуры, с категорией риска II, \(_ знак равно 0.402 \), и \(_ знак равно 0.708 \) Категория сейсмостойкости — D на основании обеих таблиц. 11.6-1 и 11.6-2 ASCE 7-16. Категория сейсмостойкости будет использоваться для коэффициента избыточности. \( р \) при расчете расчетных усилий диафрагмы.

Фундаментальный период структуры \( T \)

Фундаментальный период конструкции можно определить из модального анализа конструкции.. ASCE 7-16 позволяет аппроксимировать основной период конструкции с помощью раздела 12.8.2.1.

куда \( _ \) конструктивная высота конструкции (расстояние по вертикали от основания до верхнего уровня сейсмостойкой системы сооружения), и \( _ \) и \( Икс \) можно определить из таблицы 12.8-2.

фигура 8. Значения \( _ \) и \( Икс \) из таблицы 12.8-2 ASCE 7-16.

Поскольку конструкция представляет собой бетонный каркас, сопротивляющийся моменту:

\( _ знак равно 0.016\)
\( х = 0.9\)

Следовательно, используя высоту конструкции \( _ \) равно 75 футов, приблизительный фундаментальный период структуры \( _ \) можно определить:

\( _ знак равно _ _>^ знак равно (0.016) ^\)
\( Т = _ знак равно 0.7792 с)

Коэффициент сейсмической реакции \(_\)

Из значений выше, мы уже можем рассчитать коэффициент сейсмической реакции \(_\):

поскольку \( Т ≤ _\):

К тому же, минимальное значение \( _ \) не должно быть меньше чем:

\( _ знак равно 0.044 _ _ ≥ 0.01 \)
\( _ знак равно 0.044 (0.402) (1.0) ≥ 0.01 \)
\( _ знак равно 0.0312 \)

Окончательное значение \( _ \) для использования в расчетах должно быть:

\( _ знак равно 0.0645\)

Эффективный сейсмический вес \( W \)

В этом примере, мы рассчитаем эффективную сейсмическую нагрузку с использованием статической и дополнительной статической нагрузки, приложенной к перекрытиям. Предполагается, что наружные и внутренние стены принимают на себя действующую нагрузку перекрытия, равную 100 PSF. Используя удельный вес бетона, равный 156 фунт/куб.фут:

Для типового уровня пола (без учета уровня земли и крыши):

Столбец: Стандартная высота этажа х площадь поперечного сечения х удельный вес бетона х общее количество. столбцов = 15 футов х 156 фунт/куб.фут. Икс (20″х20″) Икс 35 знак равно 227.5 кипы
Плита: Площадь пола х толщина х удельный вес бетона = 64 фута (104 фут) х 8″ Икс 156 фунт/куб.фут. знак равно 692.224 кипы
Балки: Общая длина x площадь поперечного сечения x удельный вес бетона = 968 футов х 156 фунт/куб.фут. Икс (14″х20″) знак равно 293.627 кипы
Наложенная статическая нагрузка: Площадь пола x нагрузка = 64 фута (104 фут) Икс 100 psf= 665.6 кипы
Общая статическая нагрузка на уровень: 1878.951 кипы

Для уровня крыши:

Столбец: Стандартная высота этажа х площадь поперечного сечения х удельный вес бетона х общее количество. столбцов = 7.5 футов х 156 фунт/куб.фут. Икс (20″х20″) Икс 35 знак равно 113.75 кипы
Плита: Площадь пола х толщина х удельный вес бетона = 64 фута (104 фут) х 8″ Икс 156 фунт/куб.фут. знак равно 692.224 кипы
Балки: Общая длина x площадь поперечного сечения x удельный вес бетона = 968 футов х 156 фунт/куб.фут. Икс (14″х20″) знак равно 293.627 кипы
Наложенная статическая нагрузка: Площадь пола x нагрузка = 64 фута (104 фут) Икс 50 psf= 332.8 кипы
Общая статическая нагрузка на уровне крыши: 1432.401 кипы

Уровень пола	высота, фут	Масса, wx, кипы
крыша	75	1432.401
5уровень	60	1878.951
4уровень	45	1878.951
3уровень	30	1878.951
2й уровень	15	1878.951
Эффективный сейсмический вес, W		8948.203

\( Вт = 8949.203 кипы )

Сейсмический базовый сдвиг \( V \)

Используя уравнение 12.8-1 ASCE 7-16, сейсмический базовый сдвиг может быть рассчитан:

\( В = _ Вт = (0.0645)(8948.203) \)
\( В = 577.159 кипы \)

Вертикальное распределение сейсмических сил \( _ \)

Нам нужно распределить сейсмическую нагрузку по всей конструкции. Поскольку основной период структуры \( Т = _ знак равно 0.7792 с), следовательно:

\( к = 1.1396\)

Для расчета сейсмической силы \( _ \) за уровень, наилучший подход заключается в табулировании сейсмических весов по уровням:

«>Уровень пола	«>\( _ \) кипы	«>\( _ \) фут	«>\( _ <_>^ \)	«> \( _ \)	«>\( _ \) кипы
» data-sheets-formula=»=R[0]C[-6]»>крыша	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]»>1432.401	» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>75	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-2]*(R[0]C[-1]^R27C8)»>196303.644	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]/R14C[-1]»>0.2923	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]*R28C9″>168.6950
» data-sheets-formula=»=R[0]C[-6]»>5уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]»>1878.951	» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>60	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-2]*(R[0]C[-1]^R27C8)»>199681.715	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]/R14C[-1]»>0.2973	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]*R28C9″>171.5980
» data-sheets-formula=»=R[0]C[-6]»>4уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]»>1878.951	» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>45	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-2]*(R[0]C[-1]^R27C8)»>143865.010	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]/R14C[-1]»>0.2142	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]*R28C9″>123.6315
» data-sheets-formula=»=R[0]C[-6]»>3уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]»>1878.951	» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>30	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-2]*(R[0]C[-1]^R27C8)»>90631.141	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]/R14C[-1]»>0.1349	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]*R28C9″>77.8845
» data-sheets-formula=»=R[0]C[-6]»>2й уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]»>1878.951	» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>15	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-2]*(R[0]C[-1]^R27C8)»>41135.482	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]/R14C[-1]»>0.0612	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]*R28C9″>35.3501
«>	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=SUM(R[-5]C[0]:R[-1]C[0])»>С = 671616.992	«>	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=SUM(R[-5]C[0]:R[-1]C[0])»>\( V \) знак равно 577.1591

Мембранные силы \( _ \)

Расчет сил диафрагмы показан ниже.. Поскольку мы предположили, что нарушений нет, коэффициент избыточности \( р \) установлен в 1.0. Этот параметр умножается на \( _ \):

«>Уровень пола	«>\( _ \) кипы	«>\( Σ _ \)	«>\( Σ _ \)	«>\( _ \)	«>\( _ \)	«>\( _ \)	«>дизайн \( _ \)
» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>крыша	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>1432.401	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-1]»>1432.401	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]»>168.6950	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.2*R23C2*R20C2*R[0]C[-3]»>202.8279	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.4*R23C2*R20C2*R[0]C[-4]»>405.6559	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=(R[0]C[-3]*R[0]C[-5])/R[0]C[-4]»>168.6950	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=max(min(R[0]C[-1],R[0]C[-2]),R[0]C[-3])»>202.8279
» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>5уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>1878.951	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[-1]C[0]+R[0]C[-1]»>3311.351	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]+R[-1]C[0]»>340.2930	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.2*R23C2*R20C2*R[0]C[-3]»>266.0594	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.4*R23C2*R20C2*R[0]C[-4]»>532.1188	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=(R[0]C[-3]*R[0]C[-5])/R[0]C[-4]»>193.0915	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=max(min(R[0]C[-1],R[0]C[-2]),R[0]C[-3])»>266.0594
» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>4уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>1878.951	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[-1]C[0]+R[0]C[-1]»>5190.302	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]+R[-1]C[0]»>463.9245	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.2*R23C2*R20C2*R[0]C[-3]»>266.0594	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.4*R23C2*R20C2*R[0]C[-4]»>532.1188	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=(R[0]C[-3]*R[0]C[-5])/R[0]C[-4]»>167.9461	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=max(min(R[0]C[-1],R[0]C[-2]),R[0]C[-3])»>266.0594
» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>3уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>1878.951	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[-1]C[0]+R[0]C[-1]»>7069.253	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]+R[-1]C[0]»>541.8090	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.2*R23C2*R20C2*R[0]C[-3]»>266.0594	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.4*R23C2*R20C2*R[0]C[-4]»>532.1188	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=(R[0]C[-3]*R[0]C[-5])/R[0]C[-4]»>144.0085	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=max(min(R[0]C[-1],R[0]C[-2]),R[0]C[-3])»>266.0594
» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>2й уровень	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-7]»>1878.951	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[-1]C[0]+R[0]C[-1]»>8948.203	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=R[0]C[-5]+R[-1]C[0]»>577.1591	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.2*R23C2*R20C2*R[0]C[-3]»>266.0594	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=0.4*R23C2*R20C2*R[0]C[-4]»>532.1188	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=(R[0]C[-3]*R[0]C[-5])/R[0]C[-4]»>121.1923	» data-sheets-numberformat=»» data-sheets-formula=»=max(min(R[0]C[-1],R[0]C[-2]),R[0]C[-3])»>

Генератор нагрузки SkyCiv

Все эти расчеты уже включены в генератор нагрузки SkyCiv.. Упростите свои расчеты с помощью нашего бесплатного калькулятора сейсмической нагрузки для ASCE 7-16!

Сейсмические данные площадки

Сейсмические данные Геологической службы США могут быть получены после того, как категория риска, Класс сайта, и адрес проекта определены. Обратите внимание, что параметры \(_ \), \(_ \), \(_ \), и \(_ \) должны иметь значения для продолжения расчета сейсмической нагрузки.

фигура 9. Параметры, необходимые для получения сейсмических данных Геологической службы США для местоположения.

фигура 9. Результаты сейсмических данных USGS.

Пользователи могут изменять параметры, полученные от веб-служб USGS, чтобы получить наиболее подходящую сейсмическую нагрузку для конструкции..

Данные структуры

На вкладке Данные структуры, вам просто нужно определить стандартные данные здания: Профиль крыши, Длина здания, Ширина здания, Средняя высота крыши, и угол наклона крыши.

фигура 10. Ввод данных о здании.

Сейсмические данные

Приступить к сейсмическим расчетам, требуются следующие:

• Структурная система – для определения значений \(_ \) и \(Икс \) который будет использоваться при расчете приблизительного фундаментального периода конструкции \(_ \)
• Приблизительный фундаментальный период конструкции \(_ \) – может быть определен пользователем для более подходящего расчета сейсмической нагрузки
• Фактор модификации отклика \( р \) – значение по умолчанию 8.5 и быть изменены для более подходящих сейсмических результатов
• Коэффициент резервирования, \( р \) – значение по умолчанию 1.0 и может быть изменен. Используется при расчете сил диафрагмы
• Вес пола – используется для вертикального распределения базового сдвига и усилия диафрагмы. Требуемые данные для каждого уровня:: Уровень (для обозначения), высота, и вес

фигура 11. Сейсмические параметры, необходимые для сейсмического расчета.

Полученные результаты

Результатом расчета являются используемые сейсмические параметры и расчетный базовый сейсмический сдвиг. \(V \), сейсмические силы на уровень, и силы диафрагмы на уровне.

фигура 12. Входные параметры и результаты для расчета сейсмической нагрузки.

фигура 13. Табулированные сейсмические силы по уровням, включая расчетные силы диафрагмы.

Детальный отчет

После генерации результатов, Пользователи профессиональных аккаунтов и те, кто купил автономный модуль генератора нагрузки может произвести подробный сейсмический расчет. В отчете отображаются все параметры и допущения, использованные в сейсмическом расчете, чтобы сделать его прозрачным для пользователя.. Доступ к сгенерированному отчету для этого примера расчета можно получить через этот ссылка на сайт.

фигура 14. Подробный расчет сейсмической нагрузки генератора нагрузки SkyCiv.

Воспользуйтесь этой функцией, регистрация профессионального аккаунта или при покупке автономный модуль генератора нагрузки! Для существующих пользователей, а БЕСПЛАТНАЯ ДЕМО также доступен, если вам требуется более комплексное решение для расчета нагрузки.

Для дополнительных ресурсов, вы можете использовать эти ссылки:

• Введение в генератор нагрузки SkyCiv
• ASCE 7-16 Расчет сейсмической нагрузки

Патрик Эйлсворт Гарсия
Инженер-строитель, Разработка продукта
MS Гражданское строительство
LinkedIn

Ссылки:

• Американское общество гражданских инженеров. (2017, июнь). Минимальные расчетные нагрузки и соответствующие критерии для зданий и других конструкций. Американское общество гражданских инженеров.
• Чарни, Ф., Хойслер, Т., и Маршалл, J. (2020). Сейсмические нагрузки: Руководство по положениям ASCE о сейсмических нагрузках 7-16. Американское общество гражданских инженеров.
• = Расстояние с подветренной стороны от гребня до места, где перепад высот составляет половину высоты холма или откоса.

Фундаменты в сейсмических районах. Определение сейсмических нагрузок на фундаменты. Расчет оснований на сейсмические нагрузки.

Основания зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов, должны проектироваться с учетом требований СП14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах

В районах сейсмичностью менее 7 баллов основания проектируются без учета сейсмических воздействий.

Уточнение размеров фундамента с учетом сейсмических нагрузок выполняется путем расчета несущей способности оснований.

Целью расчета несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок является обеспечение их прочности в случае скальных грунтов и устойчивости в случае нескальных грунтов, а также недопущение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Деформации основания (абсолютные и неравномерные осадки, крены) могут превышать предельные значения, допустимые при основном сочетании нагрузок, и поэтому при особом сочетании нагрузок с учетом сейсмических воздействий расчету не подлежат.

Расчет оснований по несущей способности выполняется на действие, как правило, только вертикальной составляющей от нагрузки, передаваемой фундаментом, исходя из условия:

где N _в — вертикальная составляющая от нагрузки; Ф — несущая способность основания; k _н — коэффициент надежности, принимаемый равным не менее 1,5; m _c — сейсмический коэффициент условий работы, принимаемый равным:

для скальных, крупнообломочных и песчаных (кроме рыхлых) маловлажных грунтов, а также глинистых грунтов с консистенцией I _L≤0,5- m _c = 1,2;для песков рыхлых, насыщенных водой, и глинистых грунтов с консистенцией I _L≥0,75- m _c = 0,7;для остальных грунтов m _c = 1,0.

Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается лишь при проверках устойчивости зданий на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента.

При использовании условия (12.1) следует учитывать, что оно определяет максимальную величину нагрузки N _в, при которой несущая способность основания при сейсмическом воздействии оказывается достаточной.

Проверка на сдвиг по подошве является обязательной при наличии длительно действующих горизонтальных нагрузок в основном сочетании. В этом случае учитывается трение подошвы фундамента о грунт, и коэффициент надежности принимается равным не менее 1,5.

Для незаглубленных, малозаглубленных фундаментов и фундаментов мелкого заложения при относительном заглублении h / b ≤1,5 (h — глубина заложения подошвы фундамента; b — ширина подошвы в плоскости действия горизонтальных сил и опрокидывающих моментов) несущая способность основания из нескальных грунтов определяется по схеме одностороннего сдвига с учетом влияния сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта.

Для фундаментов глубокого заложения при h / b >1,5 расчет несущей способности основания при сейсмических воздействиях можно не производить, так как при этом не наблюдается выпирания грунта на поверхность.

При действии нагрузок, создающих моменты сил в обоих направлениях подошвы фундамента, несущая способность основания Ф должна определяться раздельно на действие сил и моментов в каждом направлении, независимо друг от друга.

Рис. 12.1. Эпюра предельного давления под подошвой фундамента при сейсмическом воздействии

Глубина заложения фундаментов в грунтах, относимых по их сейсмическим свойствам к I и II категориям, принимается, как правило, такой же, как и для фундаментов в несейсмических районах.

При грунтах III категории по сейсмическим свойствам рекомендуется принимать специальные меры по устройству надежного основания, в том числе водопонижение и искусственное упрочнение грунтов (уплотнение, химическое закрепление и пр.).

Для зданий высотой более пяти этажей рекомендуется глубину заложения их фундаментов увеличивать путем устройства подвальных этажей.

Подвальные этажи должны располагаться под всем зданием или его отдельными отсеками симметрично относительно осей здания или отсека.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: