Проектиране и стратегии за сеизмична устойчивост на стоманобетонни рамкови конструкции

Основни сеизмични характеристики на RC рамкови конструкции

За разлика от структурите на срязващи стени и тръби, RC рамковите конструкции разчитат изцяло на греди и колони, за да устоят на странични сеизмични натоварвания. Първичните сеизмични слабости включват прекомерно странично изместване при сеизмично възбуждане, крехко срязване на колони и съединения греда-колона и прогресивни рискове от срутване, причинени от небалансирано разпределение на силите. За разлика от зиданите конструкции с ниска пластичност или стоманените конструкции с гъвкава деформация, RC рамките имат умерена пластичност, което позволява целенасочена сеизмична оптимизация чрез оптимизиране на структурните детайли и спомагателни сеизмични устройства.

Основният принцип на проектиране за сеизмична устойчивост на RC рамка ездрава колона-слаба гредамеханизъм, който дава приоритет на повредата на гредата на пластмасовите панти пред повредата на колоната. Този контролиран режим на повреда гарантира, че конструкцията разсейва сеизмичната енергия чрез деформация на лъча, като същевременно поддържа общата вертикална носеща способност, ефективно предотвратявайки внезапно структурно срутване по време на земетресения.

1. Конвенционална сеизмична настройка: Стандартен проект за структурна оптимизация

За RC рамкови сгради в зони с нисък до среден сеизмичен интензитет (укрепване от 6 до 7 градуса) и обикновени граждански сгради, конвенционалното сеизмично проектиране е най-рентабилното решение, което се фокусира върху оптимизирането на структурната система и укрепването на детайлите на конструкцията.

Първо, оптимизирайте структурното оформление, за да осигурите равнинна и вертикална редовност. Неравномерното усукване, внезапните промени в твърдостта и вертикалните прекъсвания ще усилят сеизмичните реакции. Дизайнерите трябва да подредят колоните и гредите равномерно, да избягват големи отвори и асиметрични оформления и да поддържат постоянна вертикална коравина на рамката. Ограничаването на структурната височина и аспектното съотношение също е критично; разумното съотношение ефективно намалява структурните рискове от преобръщане при земетресения.

Второ, стриктно прилагайте критериите за проектиране на силна колона-слаба греда, силно срязване-слабо огъване и силна връзка-слаб елемент. Подобрете съотношението на капацитета на огъване на колоните към гредите, за да гарантирате, че пластмасовите панти се формират върху гредите, а не върху колоните. Подобряване на армировката при срязване за греди и колони, за да се предотврати крехко разрушаване при срязване преди огъване при огъване. Фугите греда-колона, като ключови части със съсредоточена сила, се нуждаят от плътна армировка на стремето, за да се подобри ограничаването на сърцевината и да се избегне напукване и повреда на ставите.

Освен това стандартизираните конструктивни детайли са от съществено значение. Непрекъснатите подови плочи действат като твърди диафрагми за равномерно пренасяне на сеизмичните натоварвания към всяка рамка. Разумното разстояние между стремената, дължината на закрепване на надлъжната армировка и степента на якост на бетона директно определят пластичността и сеизмичната издръжливост на RC рамките. Тази конвенционална схема е подходяща за повечето обикновени жилищни и офис сгради с ниски разходи за поддръжка и стабилна работа.

2. Сеизмична настройка за разсейване на енергията: Схема за амортизираща армировка

За средноетажни RC рамкови сгради в зони с висок сеизмичен интензитет (укрепване от 8 до 9 градуса) и важни обществени сгради като училища и болници, простият конвенционален дизайн не може да отговори на изискванията за сеизмична безопасност на високо ниво. Добавянето на устройства за разсейване на енергия е предпочитаното оптимизирано решение за RC рамкови структури.

Ограничените скоби с изкълчване (BRB) са най-широко използваните компоненти за разсейване на енергия за RC рамки. За разлика от обикновените стоманени скоби, които лесно се огъват при натиск, BRB поддържат стабилен капацитет на опън и натиск и напълно разсейват сеизмичната енергия чрез пластична деформация при земетресения. Инсталирани между колоните и гредите на рамката, BRB значително подобряват структурната странична коравина, контролират междуетажното отклонение и намаляват предаването на сеизмичния товар към основната рамка. Това предпазва оригиналните RC греди и колони от повреда и значително подобрява възможността за възстановяване на конструкцията след земетресение.

Амортисьорите с вискозни течности са друг идеален избор за сеизмично укрепване на RC рамка. Като зависещи от скоростта устройства за разсейване на енергия, те консумират сеизмична енергия чрез вискозно съпротивление на флуида, като ефективно потискат структурните вибрации и намаляват ускорението на пода и междуетажното изместване. Вискозните амортисьори се характеризират с малки структурни повреди, без остатъчна деформация след земетресения и са подходящи за рамкови конструкции, изискващи висок комфорт и нормална употреба след земетресение.

Основното предимство на сеизмичната настройка за разсейване на енергия е, че тя прехвърля потреблението на сеизмична енергия от основната RC структура към допълнителни устройства за затихване. Основната рамка остава еластична по време на умерени и малки земетресения и претърпява минимални щети по време на силни земетресения, реализирайки базираната на производителност сеизмична цел на проектирането „без повреди при леки земетресения, поправими при умерени земетресения и без срутване при големи земетресения“.

3. Основна изолационна сеизмична настройка: Схема за сеизмична защита на високо ниво

Технологията за изолация на основата е приложима за ниско и средноетажни RC обществени сгради с високи изисквания за сеизмично укрепване. За разлика от структурите за разсейване на енергията, които намаляват сеизмичния отговор чрез потреблението на енергия, основните изолационни структури удължават структурния естествен вибрационен период чрез изолиращи лагери, избягвайки резонанс със земните сеизмични вълни и изолирайки по-голямата част от сеизмичната енергия от надстройката.

Общата изолационна система за RC рамки приема оловни гумени лагери (LRB) или гумени лагери с висока амортизация (HDRB), разположени в горната част на основата. Изолационният слой ефективно прекъсва предаването на сеизмична сила, поддържайки RC рамката на надстройката в почти твърдо състояние с изключително малка деформация и почти никакви структурни повреди след земетресения.

Важно е да се отбележи, че базовата изолация има строги граници на приложимост. Не е подходящ за високоетажни RC рамки и конструкции с големи съотношения на височината и ширината, тъй като прекомерният момент на преобръщане може да причини напрежение и повреда на лагера. За обикновени нискоетажни RC рамкови сгради изолацията на основата е най-надеждната сеизмична схема, особено подходяща за ключови сгради, които се нуждаят от нормална експлоатация след земетресения.

4. Насоки за избор на схема за сеизмично проектиране на RC рамка

Разумният избор на сеизмични схеми въз основа на строителните условия е ключът към балансирането на безопасността и икономичността. За обикновени жилища с нискоетажна RC рамка в сеизмични зони от 6–7 градуса, оптимизирайте конвенционалните структурни детайли и възприемете стандартен дизайн със силни колони със слаби греди, за да отговаряте на изискванията на спецификацията. За средноетажни рамки в зони с висок интензитет и важни обществени сгради, предпочитайте схеми за разсейване на енергията с BRB или вискозни амортисьори, за да подобрите икономически сеизмичните характеристики.

За ключови обществени сгради, изискващи спешно използване след земетресение, системите за изолация на основата са приоритетни за постигане на свръхвисока сеизмична защита. Неправилните RC рамкови конструкции с торсионни ефекти и неравномерна твърдост трябва да приемат устройства за разсейване на енергията за целево регулиране на твърдостта и контрол на вибрациите за елиминиране на сеизмични слаби части.