А. В. ДЕРОВ, Г. А. МАКСИМОВ, С. Г. ПОЗДНЯКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
РАСЧЕТ ВИБРАЦИЙ ЗДАНИЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ
СЕЙСМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ПРИ НАЛИЧИИ
ТОНКОСЛОЙНЫХ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ОПОР
В рамках среды SAP-2000 смоделировано воздействие землетрясения на жилое здание при наличии демпфирующих элементов в конструкции – тонкослойных резино-металлических опор (ТРМО). Явная аналитическая зависимость демпфирующих свойств ТРМО от геометрических размеров опоры и реологических свойств используемой резины позволила определить оптимальные параметры ТРМО, при которых нагрузки на конструкцию здания ниже критических.
Одним из способов сейсмической защиты зданий является использование упругих армированных тонкослойных резинометаллических опор (ТРМО) [1, 2], которые изолируют каркас здания от интенсивных горизонтальных движений грунта при землетрясении. Эффективность такой системы сейсмозащиты может быть оценена при помощи программы «SAP-2000», которая позволяет рассчитать поведение здания под воздействием сейсмической нагрузки.
В рамках программы «SAP2000», использующей метод конечных элементов, на основе строительных чертежей была построена модель железобетонного каркасного здания, имеющего в плане крестообразную форму 30´24 м (рис. 1). Полная высота здания от основания колонн до крыши – ~ 34.45 м, масса ~ 7500 т.
В качестве системы сейсмической защиты здания были выбраны 24 ТРМО, установленные между фундаментом и колоннами каркаса здания. Для описания поведения ТРМО использовалась аналитическая модель, которая позволила определить оптимальные параметры ТРМО – геометрические размеры и реологические свойства резины.
Для демонстрации действия системы сейсмической защиты были проведены расчеты воздействия типичного для центральной Азии сильного землетрясения на модель здания. В качестве землетрясения была выбрана запись ускорений грунтов при землетрясении 2000 г. в северо-восточном Афганистане. Запись ускорений грунта была отнормирована так, чтобы максимальные абсолютные значения ускорений по горизонтальным осям N-S и E-W составляли ~ 3 м/с2, что соответствует сильному землетрясению с магнитудой M ~ 7.
На основе моделирования были выбраны оптимальные параметры ТРМО, которые обеспечивают существенное снижение сейсмических нагрузок на конструкцию здания по сравнению с моделью здания без ТРМО. Типичный результат расчета приведен на рис. 2, на котором представлена временная зависимость амплитуды ускорений грунта и временные зависимости амплитуд ускорений для одного и того же узла обеих моделей (с ТРМО и без ТРМО), расположенного на крыше здания. Поведение моделей зданий с ТРМО и без них, существенно различное. В случае здания без сейсмической защиты происходит заметное увеличение ускорений ~ 2.5 раза, а для здания с ТРМО ускорения сильно уменьшаются в 
раз. При этом значительно уменьшаются максимальные напряжения в элементах конструкции здания: в 
раза в зависимости от их местоположения.
.
Рис. 2. Ускорение крыши здания при наличии ТРМО в конструкции и без них
Список литературы
1. James M. Kelly, Earthquake-Resistant Design with Rubber, University of California, Rich mond, California. 1997.
2. Trevor E Kelly, Base Isolation of Structures, Holmes Consulting Group, Wellington, New Zealand. 2001.
