Устойчивость сооружений при аварийных нагрузках

В данной статье рассматриваются вопросы локальной (местной) и общей устойчивости многоэтажных зданий и высотных сооружений при аварийных (взрывы, торнадо, цунами, землетрясения) нагрузках. Приведены дифференциальные уравнения, описывающие трехмерные поступательные и вращательные колебания. Получены зависимости оценки локальной и общей устойчивости. Приведен численный пример, учитывающий локальную устойчивость по высшим формам колебания. При этом анализируется поведение реального 16-этажного каркасного здания в г. Ленинакане при землетрясении в Спитаке 7 декабря 1988 г. Приведены основные причины потери устойчивости и разрушения.

Многомассовые динамические системы
В статье даны результаты исследования устойчивости зданий повышенной этажности, моделируемых многомассовой динамической системой. Трехмерные поступательные и вращательные колебания многомассовой системы при аварийных нагрузках описаны дифференциальными уравнениями. При проведении динамического анализа учитывались высшие формы колебаний конструкций с учетом затухания.

Анализ последствий разрушительных землетрясений в городах Спитак (Армения, 1988); Кобе (Япония, 1995); Консепсьон (Чили, 2010); Порт-о-Пренс (Гаити, 2010); Крайстчер (Новая Зеландия, 2011); в штате Калифорния (США, 1992) и др. показывает, что во многих случаях причиной разрушения является потеря устойчивости (местной и общей) здания, каркаса или отдельных ярусов.

На рисунке приведена фотоиллюстрация потери устойчивости строений при землетрясении в результате крена (наклона) и поворота со сдвигом зданий. Сценарии потери устойчивости в строительной механике делятся на два основных типа: местная и общая. Некоторые авторы эти типы потери устойчивости характеризуют как в «малом» и в «большом»; локальном и глобальном и т. д.

В строительной механике и теории бифуркации принято, что потеря устойчивости в «локальном» имеет место только при некратной критической нагрузке. Таким образом, потеря устойчивости в этом случае происходит при минимальной критической нагрузке Рmin. В докритическое состояние система может вернуться при внутренней накопленной энергии, возможно за счет энергии соседних звеньев или донакопительной, обратно действующей внутренней энергии. Далее, если конструкция (элемент) не вернется в докритическое состояние, по мере увеличения внешней нагрузки с развитием закритического состояния в системе происходит вторичный этап потери устойчивости при нагрузке Ркр2. В этом случае происходит общая потеря устойчивости.

С полным содержанием этого номера Вы можете ознакомиться здесь

Полную версию статьи Вы можете прочитать в нашем печатном издании или подписавшись на электронную версию нашего журнала

Текст: ОЛЕГ ПОНОМАРЕВ, канд. техн. наук, советник РААСН, зам. директора по науке,
АРМАН МИНАСЯН, мл. науч. сотр. сектора железобетонных конструкций Лаборатории кирпичных блочных и панельных зданий (ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко ОАО «НИЦ «Строительство»)