Сейсмические нагрузки на здания в Германии
Техническая статья
Сейсмические нагрузки в Германии определяются по национальному приложению DIN EN 1998-1/NA нормы DIN EN 1998-1. Данный норматив применяется для строительства в сейсмических зонах.
Специальные конструкции, такие как АЭС, морские сооружения и высокие плотины, данным предписаниям не подлежат [1]. Главная цель настоящих правил заключается в том, чтобы в случае землетрясения,
- была обеспечена защита человеческой жизни,
- был ограничен ущерб
- и чтобы все сооружения, необходимые для защиты населения, остались в функциональном состоянии.
Землетрясение представляет собой воздействие на конструкцию, вызванное грунтом. Следовательно, данное воздействие соответствует группе наложенных деформаций или ускорений. Для его удобного сочетания с другими воздействиями (напр., приложенная нагрузка, снег и т.д.) в определенных расчетных ситуациях согласно нормативу DIN EN 1990, будет воздействие, возникающее в результате сейсмической активности, классифицироваться как сейсмическое воздействие.
Функциональные требования
Конструкции, находящиеся в сейсмических зонах, должны соответствовать определенным требованиям устойчивости и обеспечения ограничения ущерба.
С точки зрения устойчивости конструкции необходимо обеспечить, чтобы система сооружения выдерживала определенное расчетное землетрясение без местного и общего обрушения и даже после сейсмической активности сохраняла свою конструктивную прочность и остаточную несущую способность. В данном случае, соответствующее расчетное землетрясение определяется с помощью номинального периода повторения = 475 лет [2], который соответствует 10% вероятности появления землетрясения или нарушения конструкции в течение 50 лет.
Далее, требуется, в целях ограничения ущерба, обеспечить, чтобы здание выдерживало землетрясения с высшей вероятностью появления, чем расчетное землетрясение, без ущерба или других ограничений в использовании, затраты на отстранение которых могут быть непропорциональными по сравнению со стоимостью самой конструкции [1]. Тем не менее, данный аспект в немецком национальном приложении для сейсмических воздействий не учитывается.
Желаемая надежность конструкции по отношению к требованиям устойчивости и обеспечению ограничения ущерба достигается путем распределения конструкций по разным классам ответственности. Каждому классу ответственности назначен соответствующий коэффициент надежности по ответственности γI, который используется в качестве модификационного значения для оценки сейсмического воздействия при определении расчетного землетрясения [1]. Класс ответственности II соответствует TNCR опорного землетрясения.
Класс ответственности | Конструкция | Коэффициент ответственности γI |
---|---|---|
I | Конструкции, не имеющие значение для общественной безопасности (сельскохозяйственные здания и т.д.) | 0,8 |
II | Обычные конструкции, не принадлежащие к другим категориям (небольшие жилые и офисные здания, мастерские и т.д.) | 1,0 |
III | Конструкции, сейсмостойкость которых, важна для минимизаций последствий в случае обрушения (крупные жилые комплексы, школы, актовые залы, торговые центры и т.д.) | 1.2 |
IV | Конструкции, сейсмостойкость которых имеет крайне важное значение для защиты населения (больницы, важные помещения гражданской обороны, пожарная служба, служба охраны и т.д.) | 1.4 |
Критерии соответствия - предельные состояния
Для удовлетворения определенных требований, диктуемых функциональным назначением здания во время сейсмических действий, необходимо проверить аварийное предельное состояние и предельное состояние по пригодности к эксплуатации.
Аварийные предельные состояния описывают возможные сценарии потери несущей способности строительной конструкции рассматриваемого здания [1]. Для обеспечения соответствия, необходимо сначала обеспечить требуемую пластичность и конструктивную устойчивость всего здания включительно всех компонентов фундамента и грунта.
С другой стороны, предельные состояния по пригодности к эксплуатации относятся к ущербу, ограничивающему пригодность конструкции к эксплуатации [1]. Для надежной защиты от ущерба требуется обеспечение соответствующих лимитов деформации. Кроме того, все важные здания должны быть достаточно жесткими, чтобы смогли защитить население и достаточно устойчивы, чтобы смогли поддержать предоставление наиболее важных услуг.
Пластичность
Землетрясение, как правило, приводит к созданию энергии в здании и вызывает вибрации [2]. Соответствующие колебания зданий, а также сейсмическая нагрузка зависят от характеристических свойств здания. По отношению к землетрясении можно спроектировать такие здания, которые смогут вынести либо относительно высокие действующие силы с небольшой упругой деформацией, либо меньшие действующие силы с большими пластическими деформациями. Второе решение приводит к значительно высшей диссипации энергии, что требует проведение физически нелинейного расчета системы сооружения. На практике, равновесие между нагрузкой и диссипацией энергии достигается с помощью коэффициента поведения q в зависимости от определенной классификации пластичности [1]. Чем выше класс пластичности, тем меньше эквивалентная сейсмическая нагрузка. Однако, в то же время, чем выше класс пластичности, тем выше требования к строительным конструкциям для обеспечения нужной пластичности.
Класс пластичности конструкции | Коэффициенты поведения q | |
---|---|---|
Низкодиссипативное поведение конструкции | СРС (низкий) | ≤ 1,5 |
Поведение диссипативных конструкций | УРС (средний) | Железобетонные конструкции по норме DIN EN 1998-1, раздел 5 Стальные конструкции по норме DIN EN 1998-1, раздел 6 Составные конструкции из стали и железобетона по норме DIN EN 1998-1, раздел 7 Деревянные конструкции по норме DIN EN 1998-1, раздел 8 Каменные конструкции по норме DIN EN 1998-1, раздел 9 |
ЗРС (повышенный) |
Сейсмическое воздействие
Норматив для землетрясения описывает земные движения, происходящие в определенной точке земной поверхности с упругим спектром отклика ускорения грунта (также известного как спектр упругого отклика). По отношению к установленным требованиям касательно устойчивости конструкции и ограничения ущерба, спектр упругого отклика идентичен.
Поскольку у большинства конструкций сейсмическое воздействие уменьшается посредством нелинейной реакции, требуется для его определения нелинейный расчет [1]. В целях упрощения, можно упругое поведение зданий определить с помощью линейного расчета на основе спектра упругого отклика, модифицированного фактором поведения q. Спектр отклика, измененный с помощью коэффициента q, называется расчетным спектром [1]. Коэффициент поведения q соответствует 5% вязкому затуханию конструкции.
Диапазон действия | Функция расчетного спектра Sd(T) |
---|---|
0 ≤ T ≤ TB | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2,5/q - 1)] |
TB ≤ T ≤ TC | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2.5/q |
TC ≤ T ≤ TD | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2.5/q ⋅ TC/T |
TD ≤ T | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2.5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2 |
Sd(T) = ордината расчетного спектра
T = длительность линейного колебания единичной массы
γI = коэффициент надежности по ответственности сооружения
q = коэффициент поведения
agR = номинальное значение пикового ускорения грунта
TB, TC, TD = контрольные сроки спектра отклика
S = коэффициент грунта
Номинальное значение пикового ускорения грунта agR является характерным значением для данной площадки. В нашем случае, данное значение определяется на основе оценки сейсмической опасности в Федеративной Республике Германии. В зависимости от местной сейсмической опасности, страна подразделяется на соответствующие сейсмические зоны от 0 до 3. Сейсмическая опасность в рамках каждой зоны предполагается как постоянная и сохраняется с соответствующим номинальным значением пикового ускорения грунта agR [1].
Сейсмическая зона | Номинальное значение пикового ускорения грунта agR в м/с2 |
---|---|
0 | Не указано |
1 | 0,4 |
2 | 0,6 |
3 | 0,8 |
Не применимо | Не указано |
Pисунок 02 - Схема сейсмических зон
Контрольные сроки TB, TC, TD и коэффициент грунта S, определенные для расчетного спектра, являются также характерными значениями данной площадки, которые основаны на сочетании класса грунта и класса грунтового основания [1], на месте строительства.
Грунтовые условия | S | TB в s | TC в s | TD в s |
---|---|---|---|---|
A-R | 1,00 | 0,01 | 0,20 | 2,0 |
B-R | 1,25 | 0,01 | 0,25 | 2,0 |
C-R | 1,50 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
B-T | 1,00 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
C-T | 1,25 | 0,01 | 0,40 | 2,0 |
C-S | 0,75 | 0,01 | 0,50 | 2,0 |
Грунт, зависящий от скорости сдвиговых волн, подразделяется на классы A, B и C [1]:
- Грунт типа А
- Неэродированный скалистый грунт (свежий) с высокой прочностью
- Преобладающая скорость сдвиговых волн превышает приблизительно 800 м/с
- Грунт типа B
- Частично эродированные скалистые грунты или скалистые грунты низкой прочности
- Крупнозернистая (зернистая) или смешанная, неуплотнившаяся почва с высокими фрикционными свойствами плотной или твердой консистенции (например, каменная осыпь)
- Преобладающая скорость сдвиговых волн находится в диапазоне с 350 м/с до 800 м/с
- Грунт типа C
- Сильно или полностью эродированный скалистый грунт
- Крупнозернистая (зернистая) или смешанная, средне плотная почва твердой или хотя бы густой консистенции
- Мелкозернистая (связная) почва твердой или хотя бы густой консистенции
- Преобладающая скорость сдвиговых волн находится в диапазоне с 150 м/с до 350 м/с
Изменения грунтового основания между скалистой областью и областью отложений подразделяются на классы грунтового основания R, T и S [1]:
- Класс грунтового основания R
- Области со скалистым грунтом
- Класс грунтового основания T
- Области перехода между классами грунтового основания R и S, а также районы с относительно мелкими осадочными бассейнами
- Класс грунтового основания S
- Области глубоких бассейновых структур с мощным осадочным заполнением
Pисунок 03 - Схема классов недр
Определение местного номинального значения пикового ускорения грунта и класса грунтового основания
Инструмент геолокации на сайте фирмы Dlubal по снеговому, ветровому и сейсмическому зонированию включает в себя нормативные требования, а также технологические решения, доступные в Интернете. Данный инструмент с помощью карты Google Maps отзонирует требуемую область на основе выбранного типа нагрузки (снег, ветер, землетрясение) и определенного норматива. Для получения соответствующих данных необходимо ввести в поисковик требуемое местоположение, его географические координаты или местные условия. Затем инструмент с помощью точной высоты над уровнем моря и введенных данных о зоне, определит нормативную нагрузку или ускорение в заданном местоположении. В случае, если требуемое местоположение нельзя определить с помощью адреса, можно данную карту увеличить и выбрать правильное местоположение вручную. После выбора требуемого местоположения на карте, расчет приспособится новой высоте и отобразит обновленные нагрузки.
Сетевые средства доступны на сайте Dlubal в секции Применения → Сетевые средства.
Определив следующие параметры...
1. Тип нагрузки = землетрясение
2. Норматив = EN 1998-1
3. Тип карты = сейсмические зоны или классы грунта
4. Приложение = Германия | DIN EN 1998-1
5. Адрес = Domkloster 4, Кельн
... будут для выбранного местоположения получены следующие результаты:
6. Сейсмическая зона
7. Класс грунтового основания
8. Дополнительная информация (при необходимости)
9. Номинальное значение пикового ускорения грунта agR
Автор

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.
Г-н Нимейер отвечает за разработку RFEM, RSTAB и дополнительных модулей для натяжных мембранных конструкций. Кроме того, он обеспечивает также контроль качества наших программ и поддержку пользователей.
Ключевые слова
Сейсмические воздействия Сейсмическая нагрузка Ускорение грунта Коэффициент фона Класс основания Класс грунта Сейсмическая зона Класс ответственности Коэффициент поведения Пластичность Коэффициент важности здания
Литература
Загрузки
Ссылки
- Инструменты для быстрого создания конструкций в программе RFEM
- Инструменты для быстрого создания конструкций в программе RSTAB
- Онлайн-сервис Dlubal: Зоны снеговой, ветровой и сейсмической нагрузок
Добавить комментарий...
Добавить комментарий...
- Просмотры 11250x
- Обновления 7. июня 2022
Контакты
У вас есть дополнительные вопросы или вам нужен совет? Свяжитесь с нами по телефону, электронной почте, в чате или на форуме или найдите предлагаемые решения и полезные советы на странице часто задаваемых вопросов, доступной круглосуточно.

Новый
Учет коробления сечения при расчете устойчивости стержневых конструкций
В этой статье будет показано, как использовать надстройку Torsion Warping (7 DOF) в сочетании с надстройкой «Стабильность конструкции», чтобы рассматривать деформацию поперечного сечения как дополнительную степень свободы при выполнении анализа устойчивости.