Расчёт на сейсмические воздействия ведётся по СП 14.13330.2018 и охватывает линейно-спектральный метод, прямой динамический расчёт по акселерограммам, обоснование расчётной сейсмичности площадки по картам ОСР и результатам микрорайонирования, а для существующих зданий — оценку сейсмостойкости и расчёт сейсмоусиления по фактическому состоянию конструкций.
Когда нужен расчёт на сейсмические воздействия
Формальный порог — нормативная сейсмичность района 6 баллов и выше по картам общего сейсмического районирования ОСР-2015. Но расчёт начинается не с этой цифры, а с выбора карты, и выбор этот не свободный: карта А (вероятность превышения 10 % за 50 лет, средний период повторяемости 500 лет) предназначена для одних категорий объектов, карта В (5 %, 1000 лет) — для других, карта С (1 %, 5000 лет) — для третьих, по таблице 4.2 СП 14.13330.2018. Заказчик вправе при обосновании принять более жёсткую карту, но не более мягкую.
Второй шаг — расчётная сейсмичность площадки. Для объектов повышенного уровня ответственности при нормативной сейсмичности 6 баллов и более она устанавливается по результатам сейсмического микрорайонирования (СМР), выполняемого в составе инженерных изысканий, с учётом сейсмотектонических, грунтовых и гидрогеологических условий (4.4). Только при отсутствии карт микрорайонирования сейсмичность определяют по таблице 4.1 — через категорию грунтов. Разница между «взяли по таблице» и «есть отчёт по микрорайонированию» — это часто балл, а балл — это двукратное изменение нагрузки.
Для объектов пониженного уровня ответственности, разрушение которых не связано с гибелью людей и не останавливает производство, необходимость учёта сейсмики устанавливает заказчик (5.19).
Исходные данные для сейсмического расчёта
- Нормативная сейсмичность района по картам ОСР-2015 и обоснование выбранной карты; категория объекта по таблице 4.2 СП 14.
- Отчёт по сейсмическому микрорайонированию, если он выполнялся; при его отсутствии — категория грунтов по сейсмическим свойствам из инженерно-геологических изысканий.
- Архитектурные и конструктивные решения, конструктивная схема, расположение диафрагм, связей и ядер жёсткости.
- Материалы изысканий с характеристиками грунтов, уровнем подземных вод, данными о специфических грунтах.
- Технологические требования, ограничивающие перемещения: оборудование, чувствительное к ускорениям, инженерные системы, примыкания.
- Для реконструкции и обследования — техническое заключение с фактическими характеристиками и отклонениями от проекта.
- Наличие сейсмоизолирующих систем и их параметры, если они предусмотрены.
Состав расчётов
Две расчётные ситуации
СП 14 требует рассматривать две ситуации, и это ядро всей работы (5.2).
Расчётное землетрясение (РЗ) — расчёт, цель которого не допустить частичной или полной потери зданием эксплуатационных свойств. Расчётные модели принимаются соответствующими упругой области деформирования. Именно по РЗ конструируются сечения и элементы. Расчёт на РЗ выполняется для всех зданий и сооружений без исключений (5.2.1).
Контрольное землетрясение (КЗ) — проверка уже законструированных по РЗ сечений. Цель другая: оценить общую устойчивость, неизменяемость и однородность конструкций, допустимость уровня ускорений, перемещений и скоростей, способность конструкции перераспределить воздействие за счёт образования пластических шарниров и других нелинейных эффектов. Расчёт на КЗ выполняется не для всех объектов, а для перечисленных в позициях 1 и 2 (перечисления а, б, в, д) таблицы 4.2 — то есть для наиболее ответственных.
Расчёт на расчётное землетрясение
- Линейно-спектральный метод (ЛСМ): определение форм и частот собственных колебаний, конденсация масс, отбор существенных форм, суммирование модальных вкладов.
- Три компоненты воздействия и их сочетания.
- Коэффициенты по СП 14: К₀ по таблице 4.2 в зависимости от категории объекта, К₁, учитывающий допускаемые повреждения, Кψ, учитывающий конструктивные решения и демпфирование.
- Коэффициенты условий работы по таблице 5.4: 1,3 для стальных, деревянных и железобетонных с жёсткой арматурой; 1,2 для железобетонных со стержневой и проволочной арматурой, кроме проверки наклонных сечений; 1,0 при проверке прочности наклонных сечений; 1,1 для болтовых и заклёпочных соединений и 1,0 для сварных; для стальных элементов — от 1,2 при гибкости до 20 до 1,0 при гибкости свыше 100, между ними по интерполяции.
- Расчёт ведётся по первой группе предельных состояний; по второй группе — в случаях, установленных 6.17 СП 14, или по технологическим требованиям (5.18).
Расчёт на контрольное землетрясение
- Во временной области с применением инструментальных или синтезированных акселерограмм, по теории предельного равновесия либо иными научно обоснованными методами (5.2.2).
- Жёсткостные характеристики конструкций задаются соответствующими прогнозируемому или назначаемому уровню деформирования и повреждения элементов — то есть модель для КЗ отличается от модели для РЗ не только воздействием.
- Нелинейность учитывается прямым заданием диаграмм деформирования либо обоснованной линеаризацией.
- Максимальные амплитуды ускорений в уровне основания принимаются не менее 1,0, 2,0 и 4,0 м/с² при сейсмичности площадки 7, 8 и 9 баллов соответственно, с умножением на коэффициент К₀ по таблице 4.2.
- Проверка перемещений — для сейсмоизолирующих систем она обязательна (5.20).
Отдельные конструкции и сооружения
- Подпорные стены: сейсмическое давление грунта допускается определять по квазистатическим расчётным схемам, принимая ускорение грунта равным произведению коэффициентов К₀ и К₁ на ускорение; при отсутствии других данных К₁ принимается равным 0,5 (5.17).
- Сейсмоизолирующие системы рассчитываются на нагрузки уровней РЗ и КЗ и отдельно на эксплуатационную пригодность — на вертикальные статические и ветровую нагрузки; повреждения элементов сейсмоизоляции при РЗ не допускаются.
- Ёмкостные и промышленные сооружения, резервуары, эстакады — с учётом гидродинамических составляющих и особенностей закрепления оборудования.
Порядок выполнения
Сначала определяется исходная сейсмичность: карта ОСР по категории объекта, затем расчётная сейсмичность площадки по микрорайонированию или по категории грунтов. Этот шаг делается до построения модели, потому что от балла зависит и схема здания, и требования к конструктивным решениям.
Затем модель для расчётного землетрясения: пространственная схема с корректным распределением масс, конденсация, анализ форм собственных колебаний. Здесь важнее всего проверить, что отобранные формы действительно описывают работу здания — по сумме модальных масс, а не по номеру формы.
Дальше — линейно-спектральный расчёт, сочетания с другими нагрузками, подбор и конструирование сечений. На этом этапе обычно выясняется, что определяющими стали не сами сейсмические усилия, а требования к конструктивным решениям: симметрия, ограничения по нерегулярности, обязательные связи и антисейсмические швы.
После конструирования — расчёт на контрольное землетрясение для тех объектов, где он требуется. Модель перестраивается под прогнозируемый уровень повреждений, подбираются или синтезируются акселерограммы, выполняется расчёт во временной области и оценивается, перераспределяется ли воздействие так, как предполагалось.
Завершают работу проверки узлов и связей, оформление требований к конструированию и антисейсмическим мероприятиям.
Что входит в результат
Расчётно-пояснительная записка с обоснованием выбранной карты ОСР и расчётной сейсмичности площадки, описанием модели, таблицей форм и частот с модальными массами, результатами линейно-спектрального расчёта, принятыми коэффициентами с обоснованием каждого, результатами расчёта на контрольное землетрясение с использованными акселерограммами. Задание конструкторам с требованиями к армированию, связям, узлам и антисейсмическим швам. Файл расчётной модели ЛИРА 10 (2024). Ответы на замечания экспертизы.
На что смотрит экспертиза
Обоснование выбранной карты общего сейсмического районирования. Карта назначается по категории объекта, и переход к более мягкой — например, с карты В на карту А для объекта нормального уровня ответственности — возможен только решением заказчика, принятым по представлению генерального проектировщика и при обосновании. Если в записке принята карта А, а такого решения в исходных данных нет, эксперт выставляет замечание и расчёт возвращается на доработку. Наличие отчёта по микрорайонированию для объектов повышенного уровня ответственности или обоснование его отсутствия. Достаточность учтённых форм колебаний по сумме модальных масс. Значения К₀, К₁ и Кψ с обоснованием, а не по умолчанию. Наличие расчёта на контрольное землетрясение там, где он требуется по таблице 4.2, и соответствие амплитуд ускорений минимальным значениям. Для КЗ — обоснование заданных жёсткостей и происхождения акселерограмм.
Типовые ошибки сейсмической модели
Массы собраны только с постоянных нагрузок, без длительной части временных, — сейсмические силы занижены. Учтены первые три формы, хотя сумма модальных масс по горизонтальным направлениям не добирает и половины. Крутильная форма пропущена: у здания с несимметричным ядром она часто оказывается первой по значимости. Для контрольного землетрясения взята модель от расчётного, с упругими характеристиками, — и весь смысл проверки теряется. Акселерограмма подобрана без привязки к грунтовым условиям площадки. Коэффициент К₁ принят как 0,5 «по умолчанию» там, где это не подпорная стена и где данные для обоснования есть.
Выполненные работы
Стальной каркас административно-бытового корпуса в сейсмическом районе, рассчитанный на расчётное и контрольное землетрясения по фактическому положению возведённых конструкций с отклонениями от проекта: разбор расчёта — одиннадцать расчётных моделей и сопоставление проектного и фактического положения колонн.
Срок и от чего зависит трудоёмкость сейсмического расчёта
Первое — требуется ли расчёт на контрольное землетрясение. Он удваивает расчётную часть: другая модель, подбор акселерограмм, расчёт во временной области, анализ нелинейной работы. Второе — регулярность здания: симметричная схема считается быстро, нерегулярная в плане и по высоте требует вариантных проработок и проверки крутильных эффектов. Третье — наличие микрорайонирования: без него приходится работать по табличной сейсмичности с запасом, и конструкции получаются тяжелее, а согласование дольше.
Стоимость привязывается к составу работ и фиксируется в предложении. Предложение действует на указанный в нём период и офертой не является.
Нормативная база
СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах» (с изменениями) · СП 283.1325800.2016 «Объекты строительные повышенной ответственности. Правила сейсмического микрорайонирования» · СП 286.1325800.2016 «Объекты строительные повышенной ответственности. Правила детального сейсмического районирования» · СП 268.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах» · СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» · СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» · СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» · СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» · ГОСТ 27751-2014 · Карты общего сейсмического районирования ОСР-2015
