ВЛИЯНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО ПЕРИОДА СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ НА РАСЧЕТНЫЕ СЕЙСМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается влияние фактического периода собственных колебаний здания на расчетные сейсмические нагрузки. Рассмотрено различие между фактическим и расчетным периодом собственных колебаний.

Ключевые слова: период собственных колебаний, сейсмостойкость, сейсмические нагрузки, коэффициент динамичности.

Для зданий и сооружений, проектируемых и расположенных в сейсмоактивных районах, принципиально важное значение имеет правильное определение динамических характеристик. Тема учета фактического периода собственных колебаний необходима не только для теоретического расчета, но и для практических случаев (обследование, реконструкция, проверка сейсмостойкости).

Период собственных колебаний – это время одного полного цикла свободного колебательного движения конструкции. Величина периода зависит от этажности и конструктивной схемы здания. Согласно ГОСТ 34081-2017 приложение Ж, диапазоны периодов по горизонтальным осям для пятиэтажных крупнопанельных зданий равны 0,18-0,27 с, для двадцатиэтажных каркасных зданий равны 1,01-1,51 с [2]. Эти значения наглядно показывают, что период колебаний чувствителен к типу несущей системы и жесткости конструкции. Следует заметить, что при увеличении жесткости конструкции частота возрастает [4]. Для многоэтажных зданий наибольшее значение имеют первые формы собственных колебаний, так как они во многом определяют общий динамический отклик сооружения [5].

Фактический период определяется по результатам инструментальных измерений. Он характеризует действительное состояние объекта на момент исследования. Разница между расчетным и фактическим периодом может быть вызвана образовавшимися трещинам, локальными повреждениями, снижением жесткости узлов и элементов конструкции в связи со временем.

Согласно СП 14.13330.2018 расчет сейсмической нагрузки по каждой из форм колебаний определяется при помощи коэффициента динамичности β, который в свою очередь напрямую зависит от периода собственных колебаний здания [1]. При этом, влияние периода на нагрузку не является одинаковым во всем диапазоне. Нормативная зависимость β(T) имеет участки роста, плато и снижения, а также зависит от категории грунтов [1]. Следовательно, увеличение или уменьшение коэффициента динамичности β также зависит от того, в какую часть спектра попадает фактический период здания.

Особо важно учитывать ситуацию, когда динамические характеристики конструкции оказываются близки к преобладающим составляющим внешнего воздействия – резонансу. Его связывают с приближением частоты вынуждающей силы к одной из собственных частот системы, при этом замечается резкий рост амплитуды колебаний [4]. В рамках сейсмического расчета это говорит о том, что близость период здания к наиболее интенсивным периодам сейсмического воздействия может привести к возрастанию его динамической реакции.

Также следует учитывать, что если фактически период собственных колебаний оказался больше расчетного, то это не всегда может означать более благоприятную ситуацию. Коэффициент динамичности действительно может уменьшится на ниспадающей ветви спектра, но само увеличение периода довольно часто связано с уменьшением жесткости, накоплением повреждений в конструкциях, изменение условий сопряжения элементов [6], [7]. Поэтому всегда стоит оценивать последствия изменения периода в совокупности с анализом причин, из-за которых этот период мог измениться.

Фактические периоды могут использоваться во многих направлениях. Они позволяют проверять адекватность расчетной модели и дальнейшее ее уточнение. С их помощью возможно выявить изменение жесткости несущей системы, которое не всегда может быть оценено только по визуальным признакам [3], [6]. Фактические периоды следует рассматривать как средство повышения достоверности инженерных расчетов, а не только как вспомогательный уточняющий элемент.

Заключение

Период собственных колебаний является ключевым параметром сейсмического расчета, поскольку влияет на коэффициент динамичности, и, следовательно, и на величину расчетной сейсмической нагрузки [1]. Разница фактического и расчетного периодов может быть связана со снижением жесткости конструкции, изменением условий работы элементов, локальными повреждениями. Поэтому фактический период важно учитывать при оценке существующих зданий [6; 7].

Учет фактических периодов собственных колебаний, повышает достоверность обследования, позволяет уточнить расчетную модель и обосновать инженерные решения по усилению конструкций и проверки сейсмической устойчивости зданий [3].

Список литературы:

1. СП 14.13330.2018. Строительство в сейсмических районах.
2. ГОСТ 34081-2017. Здания и сооружения. Определение параметров основного тона собственных колебаний.
3. ГОСТ 31937-2024. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
4. Динамика и устойчивость сооружений: учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. – 2015. – 120 с.
5. Динамика строительных конструкций при экстремальных природных воздействиях: колебания, прочность, ресурс: монография. – 2022. – 96 с.
6. Исследование динамических характеристик зданий и сооружений при проведении экспертизы промышленной безопасности на опасном производственном объекте // Инновационная наука. – 2015. – № 10.
7. Исследование влияния локальных повреждений на динамические характеристики многоэтажного здания // Проблемы и вопросы современной науки. – 2019.
8. Шакирзянов, Р. А. Динамика и устойчивость сооружений: учебное пособие / Р. А. Шакирзянов, Ф. Р. Шакирзянов. – 2-е изд., перераб. – Казань: Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета, 2015. – 120 с.
9. Рябухин, А. К. Динамика и устойчивость сооружений: учебное пособие / А. К. Рябухин, Д. В. Лейер, Н. Н. Любарский. – Краснодар: КубГАУ, 2020. – 171 с.