Визначення еквівалентних сейсмічних навантажень

Критерій еквівалентності Міжнародних будівельних норм вимагає, щоб значення реакцій будівлі на сейсмічні навантаження були щонайменше рівними таким, що визначені нормами. При оцінці сейсмічних навантажень інженер повинен враховувати і вимоги норм, і результати досліджень.

Проблематичним моментом є те, що передбачені у будівельних нормах сейсмічні навантаження визначаються лише у загальних поняттях, а отже неможливо більш точно визначити нормативні сейсмічні навантаження. Частково причина цього у тому, що діючі правила проектування для різних сейсмічних систем можуть дуже сильно відрізнятись. Ще одна причина у тому, що припущення, які використовуються для визначення сейсмічних навантажень – ґрунтові зрушення, властивості ґрунту основи та конструкції, нелінійні вимоги, деформативні властивості і т. ін. – всі не є чітко визначеними. Ця невизначеність викликана природною неоднорідністю землетрусів та матеріалів, а також обмеженістю наших знань щодо найкращих методів та припущень, які слід використовувати для прогнозування сейсмічних навантажень.

З причин, наведених вище, передбачення сейсмічних навантажень є складним та невизначеним, а отже рекомендації норм базуються лише на загальних поняттях. Таким чином, якщо при проектуванні керуватись лише вимогами норм, важко буде судити, чи є "еквівалентними нормам" значення зусиль при проектуванні не за нормами. Відповідно, при проектуванні було б доцільно використовувати не лише рекомендації норм, але і сейсмічні навантаження, отримані в результаті досліджень непередбаченого нормами проектування.

Врахування останнього може бути корисним при визначенні еквівалентних навантажень для частин конструкції, що не мають прямого відношення до передбачених виключень та проектуються за альтернативними методами. При цьому важливо пам'ятати, що норми проектування недосконалі. Тому існує можливість того, що навіть у висотній будівлі, запроектованій з урахуванням усіх передбачених будівельними нормами вимог, виникатимуть неадекватні і непередбачувані зусилля і реакції під час землетрусу. (Наприклад, виникнення косих тріщин у несучих стінах разом з концентрацією нелінійних деформацій лише на декількох поверхах). Така реакція не може вважатись еквівалентною, оскільки вона не відповідає вимогам норм. Не можна вважати еквівалентними незадовільні зусилля, навіть якщо вони виникають у будівлі, спроектованій за нормами.

 

Порівняльна характеристика методів перевірки рівня сейсмічної витривалості та конструктивної перевірки плану

При використанні обох цих методів робота інженера підлягає незалежній та об'єктивній оцінці іншого кваліфікованого інженера. Метод конструктивної перевірки планувключає в себе довготривалий процес отримання дозволу для дослідження більшості будівель, тому метод перевірки рівня сейсмостійкості набув більш широкого застосовування протягом останньої декади, оскільки проектанти розуміють, що задовільна реакція на сейсмічні навантаження може залежати не лише від відповідності будівельним нормам. Різницю між двома методами можна побачити з таблиці 2. Асоціація інженерів-конструкторів Каліфорнії видала практичні рекомендації щодо перевірки сейсмостійкості.

Жоден з розглядуваних методів не звільняє інженера від відповідальності за конструктивне проектування об'єкту. У випадку використання обох методів необхідно забезпечити об'єктивність, неупередженість та незалежність перевірки роботи інженера-проектувальника.

Перевірку сейсмічної витривалості слід починати на ранніх етапах проектування. До неї включаються процеси дослідження базових концепцій проектування, мета і критерії проектування. Основні рішення, прийняті відносно сейсмостійкості, перевіряються впродовж всього процесу проектування, зважаючи на очікуваний рівень сейсмічних навантажень. Коментарії інженера, що перевіряє проект, документуються у журналі коментарів, разом із відповідями інженера-проектанта, посиланнями на споріднені коментарі та рішеннями щодо врахування кожного коментаря.

Замовник сам вирішує, чи застосовувати вищезгаданий метод, вповноважені будівельники можуть запросити використання цього методу, або ж він може бути необхідний для забезпечення вимог норм. Міжнародні будівельні норми 2006 року вимагають використання методу перевірки сейсмостійкості (перевірки проекту) у випадках, коли використовується конструктивний аналіз нелінійної історії реакцій або використовують певні проектувальні рішення, як ізолювання основ або прилади розсіювання енергії. Авторитетні будівельники часто потребують виконання перевірки сейсмостійкості коли пропонується використання альтернативних (тобто, не передбачених нормами) методів проектування.

Конструктивна перевірка плану фокусується на визначенні відповідності вимогам діючих будівельних норм документації щодо конструювання. Конструктивна перевірка плану відрізняється від перевірки сейсмостійкості тим, що перша заключається в перевірці конструювання будівлі за дією навантажень від власної ваги, вітру та інших, разом із сейсмічним впливом. Даний метод є в основному перевіркою кінцевої документації, він зосереджений не на оцінці сейсмічної дії, а на кінцевій оцінці проекту в цілому на відповідність нормативним вимогам.

Вповноважений будівельник може використовувати конструктивну перевірку плану для затвердження чи відхилення проекту будівництва. Натомість, перевірка сейсмостійкості не дає повного права для цього. Задачею того, хто перевіряє сейсмостійкість, є висунення його авторитетної думки щодо цього питання.

 

Табл. 2

Порівняльна характеристика методів перевірки рівня сейсмічної витривалості та конструктивної перевірки плану

Перевірка сейсмостійкості	Конструктивна перевірка плану
· Проводиться інженерною фірмою або ланкою інженерів, незалежних від інженера-проектувальника, з експертною оцінкою сейсмічного проектування.	· Проводиться з юрисдикції вповноважених будівельників або консультантом від третьої сторони.
· В ідеалі починається на етапі схематичного проектування.	· Перевіряє кінцеву документацію щодо конструювання.
· Перевірка сейсмічних критеріїв, рівня навантажень, концепцій та методів проектування, початкового та кінцевого проектування.	· Перевірка відповідності розпорядчим конструктивним вимогам будівельних норм.
· Включає лише сейсмічне проектування.	· Включає проектування за навантаженнями від власної ваги, вітру та ін.
· Інженер, що проводить перевірку надає професійне рішення вищим органам	· Перевіряючий має право приймати або відхиляти проект.
· Рекомендується для використання, коли сейсмічні критерії, методи проектування чи навантаження не є попередньо визначеними або можуть бути складними. Необхідна для певних типів сейсмічних систем або методів сейсмічного аналізу.	· Виконується у більшості випадків для перевірки деталей проектування в усіх типових проектах.
· Оплачується власником.	· Оплачується лише дозвіл на проведення аналізу.

 

Анотаційний переклад

Стаття "Визначення несучої здатності стальних колон-балок під дією вогню" написана Спенсером Е. Кваєтом, Марією Е. Морейро Гарлок та Ігнасіо Пайа-Зафортеза, членами Американської спілки цивільних інженерів. Стаття була опублікована в "Журналі конструктивної інженерії", випуску 137, номері 9 від 1 вересня 2011 року[2].

Стаття присвячена проблемі аналізу вогнестійкості металевих конструкцій. Розкриваючи дану тему, автори зупиняються на таких питаннях:

- зусилля, які виникають в колоні під час дії вогню, та які зумовлюють її роботу як колони-балки;

- прототип для дослідження вогнестійкості металевої колони;

- порівняльна характеристика значень аналітичного моделювання конструкції та експериментального дослідження реальної конструкції.

Головним питанням статті є опис аналітичного моделювання конструкції. Висвітлюючи дане питання, автори значну увагу приділяють підхіду до проектування конструкції за вимогами вогнестійкості, що базується на моделюванні роботи конструкції. Цей підхід включає в себе три фази моделювання – модель вогняної дії, модель розповсюдження тепла та модель конструкції. У статті детально описується кожен етап моделювання та надається порівняльна характеристика аналітичних та експериментальних даних.

Ця стаття може становити значний інтерес для інженерів-проектувальників, оскільки ймовірність виникнення пожежі існує в будь-якій будівлі, особливо у промислових будівлях значних розмірів, де найчастіше використовується металевий каркас.

 

Реферативний переклад

Стаття "Сіднейський будинок опери" Йорна Утцона була опублікована у травні 2002 року в буклеті "Сіднейський будинок опери. Принципи проектування Утцона"[3].

Стаття описує основні рішення щодо зовнішнього та внутрішнього вигляду Будинку опери в Сіднеї, а також засоби досягнення бажаного результату. Розкриваючи дану тему, автор детально зупиняється на декількох основних моментах.

1. Автор, який є також і головним архітектором проекту Сіднейського оперного театру, розповідає про те, що проект цієї будівлі не схожий на жоден з досі відомих. У процесі проектування, інженери передивились безліч рисунків, креслень, моделей, зразків та макетів, доки прийшли до спільної думки щодо неординарного дизайну театру. "Крила" театру виконані відповідно до сферичної геометрії та розділені ребрами на дрібніші елементи, які можна було б влаштувати зі збірних залізобетонних елементів. Будинок опери є не лише дуже архітектурно виразним завдяки своїм скульптурним обрисам, але є також і функціональним.

2. Для зовнішнього оздоблення оперного театру проектанти обрали кольори природи. Бажаного ефекту було досягнуто за допомогою таких матеріалів як бетон, граніт, кераміка. Зовнішні обриси будівлі виконані таким чином, що лише при фарбуванні їх певним чином можна досягти ефекту цілісності та нерозривності композиції.

3. Інтер'єр театру виконаний таким чином, щоб у відвідувачів виникало враження деякої інтимності та комфорту. Меблі та інші дрібні деталі інтер'єру вибирались згідно до вихідних креслень, побажань замовника та загальної ідеї щодо атмосфери театру, яку хотіли забезпечити автори проекту.

4. Автор статті також відзначає, що нещодавно виникло питання про перебудову театру відповідно до проекту, запропонованого всередині 1960-х років. На думку автора це не є доречним, адже Будинок опери будувався та використовувався саме таким чином, який задовольняє і жителів Сіднею, і гостей міста. Тим не менше, будівля має деякі незначні недоліки, як, наприклад, певні проблеми з акустикою в Концертній залі. Частково перебудови вже було зроблено, коли простір під сценою головної зали перетворили на студійну сцену.

Значну увагу в своїй статті автор приділяє опису джерел, з яких він черпав натхнення для створення неповторного проекту Сіднейської опери. Проектуючи цю будівлю, він прагнув створити видовищний архітектурний ансамбль. Все у ньому підпорядковано одній меті – викликати захоплення у глядачів. Усі елементи будівлі невіддільні один від одного, незважаючи на все різноманіття виглядів і форм. Автор звертає увагу на те, що будівля запроектована таким чином, щоб люди отримували незабутнє враження при вході у будівлю, підніманні сходами, вході до аудиторії, увесь цей час прямуючи в напрямку затоки і спостерігаючи краєвид Сіднейської затоки.

Ще один важливий момент, на мою думку, у тому як автор описує засоби досягнення функціональності будівлі. Проектанти керувались необхідністю забезпечення хорошої акустики і гарного вигляду. Зали і "крила" мають форму, зорієнтовану на сцену, для забезпечення найкращих акустичних якостей і видимості.

Стаття не описує конкретних рішень, прийнятих щодо даної будівлі, оскільки це лише уривок з буклету, а основні принципи проектування перераховані в інших статтях. Дана стаття має на меті надати читачеві загальне уявлення про роботу архітекторів і проектантів, які працювали над створенням Сіднейського будинку опери.

Словник термінів

1. alloy сплав

2.anchor анкер

3.axial strain поперечні напруження

4.beam поперечна балка

5.bending moment згинальний момент

6.brace в'язь

7.building code будівельні норми

8.camber ребро жорсткості

9.cantilever консоль

10.capacity несуча здатність

11.cement цемент

12.cement mortar цементний розчин

13.collapse руйнування

14.column колона

15.compression стиск

16.concrete бетон

17.construction будівництво

18.construction site будівельний майданчик

19.crack тріщина

20.dead load постійні навантаження

21.deformation деформації

22.to demolish зносити

23.design проектування

24.ductility податливість

25.durability довговічність

26.erection зведення

27.flat slab плита

28.footing основа

29.foundation фундамент

30.frame рама

31.high-rise structure висотна конструкція

32.live load тимчасові навантаження

33.longitudinal force поздовжні зусилля

34.outrigger консольна балка

35.pier опора

36.plastic hinge пластичний шарнір

37.performance робота (конструкції)

38.reinforced concrete залізобетон

39.response реакція

40.resistance опір

41.seismic-force-resisting system сейсмостійка система

42.shear зріз

43.slenderness гнучкість

44.steel сталь

45.stiffness жорсткість

46.strength міцність

47.strengthening підсилення

48.structure конструкція

49.tension напруження

50.timber деревина