НИРМ 24.12.24

1.

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ Им. К.И. Сатпаева
Образовательная программа: 7М07303
«Строительство и производство строительных материалов и конструкций»
ОТЧЁТ ПО НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
Магистранта 1-го курса
Кафедры «Строительство и строительные материалы»
Тема диссертации (по приказу):
Исследование эффективности различных методов сейсмоизолирующих конструкций зданий и
сооружений
Выполнил: Шабанов С.А.
Научный руководитель:
Кандидат технических наук,
доцент ВАК, ассоциированный профессор,
Наширалиев Жанкелди Туртемирович
Алматы, 2024
1

2.

Содержание
1. Актуальность работы
3
2. Цель работы
4
3. Объект исследования
6
4. Предмет исследования
15
5. Ожидаемые результаты
24
Список литературы
25
Список научных работ
26
2

3.

1. Актуальность работы
Строительные материалы всё чаще не могут удовлетворить растущие запросы целевых характеристик
несущих конструкций зданий и сооружений. Увеличение технологичности строительства позволяет максимально
использовать прочностные характеристики материалов. Вкупе с увеличением стоимости строительных работ ряда
сооружений, использование сейсмоизоляторов становится целесообразным. А зачастую это становится
безальтернативным способом увеличения этажности зданий повышенной ответственности, таких как школы и
больницы в условиях плотной городской застройки, и увеличения надёжности особо ответственных сооружений,
таких как атомные электростанции.
На данный момент применение сейсмоизолирующих систем (СИС) в Республике Казахстан ограничено,
несмотря на введение нормативной документации, проблемой остаются методика расчётов и подбор оптимальных
систем.
Полезным для движения в направлении более широкого использования СИС было бы ранжирование их
многообразия по предпочтению использования в различных типах зданий и сооружений с учётом условий
применения в Республике Казахстан на сегодняшний день.
Производитель сейсмоизоляторов, как правило, сам подбирает СИС по вводным данным, однако, более
широкое использование подбора на стадии проектирования делает подбор более прозрачным, с уже заданными
проектировщиком и заказчиком характеристиками и позволяет сократить сроки проектирования.
3

4.

2. Цель работы
В данной работе производится расчёт и сравнение результатов работы различных способов сейсмоизоляции
по отношению к пятиэтажному зданию больницы в городе Алматы и к 26-этажному жилому дому в городе
Шымкент.
Основная концепция исследования состоит в определении точки пересечения целевых функций надёжности
и экономичности, в которой находится оптимальное проектное решение. Также, подводится условное
ранжирование систем сейсмоизоляции по приоритету использования в условиях Республики Казахстан в данный
момент.
В данной работе рассматривается проект разрабатываемой пристройки ЦЕНТРА ГЕМАТОЛОГИИ И
ТРАНСПЛАНТАЦИИ КОСТНОГО МОЗГА АО «КАЗНИИОР» по адресу: г.Алматы, проспект Абая, 91, между
улицами Шарипова и Шагабутдинова.
Кроме выбранного генеральным проектировщиком ТОО «ПС Акцент», разработчиком СТУ АО
«КазНИИСА» и компании производителя сейсмоизоляторов «MAURER» типа сейсмоизолятора в данной работе
сравниваются альтернативные виды сейсмоизоляторов. Исследование проводится с целью определения плюсов и
минусов различных видов сейсмоизоляторов, определение предпочтительных и негативных характеристик для
того или иного случая.
4

5.

5

6.

3. Объект исследования
Рассматриваются фундаментные изоляторы с полной сейсмоизоляцией, как неоспоримо эффективные. Основным
параметром сейсмоизолятора, формирующий его качества, является значение эффективного вязкого
демпфирования.
Эффективное демпфирование(системы сейсмоизоляции в главном направлении) (Effective damping (of the isolation
system in a principal direction)) – значение эффективного вязкого демпфирования, соответствующее энергии,
диссипированной системой сейсмоизоляции при циклической реакции на расчетное перемещение. [НТП РК 0801.6-2022], [СП РК EN 1998-1:2004/2012]
Нормами закреплено положение о том, что использование сейсмоизоляторов является оправданным при
гарантированном уменьшении сейсмических воздействий не менее чем в два раза [п. 3.2.4 НТП РК 08-01.6-2022].
В данный момент в Республике Казахстан разработаны нормативные документы для проектирования
сейсмоизолирующих систем. Для повышения привлекательности и эффективности их использования полезным
является их классификация по эффективности для разных типов зданий и сооружений.
НТП РК 08-01.6-2022. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕЙСМОСТОЙКИХ ЗДАНИЙ. Часть 1. Проектирование
гражданских зданий. Сейсмоизолирующие фундаменты. Общие положения
НТП РК 08-02.1-2013. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕЙСМОСТОЙКИХ КОНСТРУКЦИЙ. ЧАСТЬ 2. МОСТЫ.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВ С СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ
6

7.

.
7

8.

Используемые научные труды
8

9.

Основная задача в подборе оптимального вида сейсмоизолятора, кроме экономической, является сохранение
качественной картины поведения сейсмоизолированного сооружения по отношению к исходному зданию во
избежание чрезмерных кинематических перемещений. То есть, требуется чтобы здание вело себя предсказуемо.
Для этих целей вместо использования дополнительных дорогостоящих вязких демпферов производят
моделирование поведения в нелинейной постановке.
Подбор эластомерных сейсмоизоляторов допустимо подбирать моделированием линейных вязко-упругих свойств
изоляторов . Изоляторы, работающие по принципу качения с вязким трением необходимо подбирать
исключительно по результатам нелинейного анализа
9

10.

Проектирование, расчёт и подбор сейсмоизоляторов укрупнённо проходит в три этапа:
1. Расчёт конструкций без сейсмоизоляторов, определение реакций в основных и особых сочетаниях нагрузок
суперструктуры – без учёта работы основания. На этом этапе конструктивная схема здания должна
удовлетворять требованиям НТП РК 08-01.1-2017 «Проектирование сейсмостойких зданий и сооружений.
Общие положения» в условиях регулярности в плане и по высоте. Оценка пригодности к сейсмоизоляции.
Для этой цели производится линейный анализ с использованием спектра упругих реакций при задании
сейсмических нагрузок. Также, на этом этапе проектируется субструктура.
1.С.В. [1. Основная задача: C1. Основная задача; D1. Основная задача]
1
2
3
4
5
5/1
1.С.В. [1. Основная задача: C1. Основная задача; D1. Основная задача]
1
2
3
4
5
5/1
6
22
6
7
3.9
19.4
1.2 1.4
20.6
7
3.9
15.5
Г
Г
В
В
-0.1Б
Б
11.6
Г
3.9
Г
7.7
В
3.9
В
3.8
Б
3.9
Б
3
-0.1
А
-3.1
-4.3
X
1
2
3
4
5
5/1
6
7
А
-5.9
ZY
1.6
-4.3
Y
1.2
-3.Z1
1.2
3
А
X
1
2
3
4
5
5/1
6
7
А
Общий вид суперструктуры и субструктуры в линейной постановке используя ПК «Лира».
10

11.

2. Промежуточный этап, при котором определяются требуемые параметры сейсмоизоляторов с запросом
паспортных данных подходящих сейсмоизоляторов от потенциальных поставщиков-производителей. В этот
этап входит нелинейный анализ.
Петли гистерезиса. Нелинейный анализ.
Амплитудные перемещения изоляторов
11

12.

Моделирование на втором этапе производилось на основании трёхкомпонентных акселлелограм адаптированные
для региона города Алматы по схожести грунтовых условий:
В направлении X (PGA=0.627g):
В направлении Y (PGA=0.49g):
В направлении Z (PGA=0.461g):
Нелинейная постановка в программе Etabs 22 и Stark ES 2017.
12

13.

Одномаятниковый изолятор.
3. На этом этапе производится анализ системы «Грунт-Субструктура-Сейсмоизолятор-Суперструктура», при
котором проверяются и корректируются размеры антисейсмических швов, проверяется адекватность
динамической модели в целом. Проектные решения суперструктуры, завершение проектирования
суперструктуры. Оценкой MAURER оптимальным типом изолятора принят одномаятниковый,
основанный на принципе качения совместно с трением скольжения.
В развитие проекта в данной научной работе будет дана оценка прочим типам сейсмоизоляторов. Как для
больницы, так и для 26-и этажного жилого дома.
13

14.

14

15.

4.
Предмет исследования
Предметом исследования является сравнение различных видов сейсмоизоляторов для двух разных зданий:
пятиэтажной больницы в г. Алматы и 26и этажного жилого дома в г. Шымкент. Сравнение их работы в разных
типах зданий на площадках с высокой .сейсмичностью. Ниже приведены типы систем полной сейсмоизоляции
присутствующие в нормах РК на данный момент, их всего 6, подразделяются на два вида: элестомерные и
маятниковые. Первые работают за счёт вязко-упругих свойств резиновых материалов, вторые – за счёт качения
по типу маятника и сил трения поверхностей скольжения.
15

16.

1. Эластомерная или слоистая резинометаллическая опора
16

17.

Главной особенностью эластомерных опор является
их простота в проектировании и монтаже, относительная
дешевизна и высокая надёжность. Нередко используются
совместно
с
вязкими
демпферами
для
гашения
паразитных колебаний. Принцип действия таких систем,
очевидно, основывается на упругих свойствах резины,
связанных металлом противодействующих разрушению.
Могут переносить относительные деформации до 200350% их высоты.
17

18.

2. Эластомерные опоры со свинцовым сердечником
Свинцовый сердечник обеспечивает повышенную жёсткость в вертикальном направлении, низкую
жёсткость в горизонтальном направлении. Коэффициент демпфирования данных систем доходит до 35%.
Переносят до 200% горизонтальных перемещений по отношению к высоте изолятора. Данный тип изоляторов
является наиболее распространённым в районах с высокой сейсмичностью.
18

19.

3. Фрикционно-подвижная опора с плоскими горизонтальными поверхностями скольжения
19

20.

Данные системы отличаются низким порогом срабатывания, за счёт невысокого трения, высокой
диссипацией энергии,