Определение сейсмических сил в зданиях со стенами из природного камня в Федеративной Демократической Республике Непал, Российской Федерации и Республике Таджикистан

DOI: 10.37153/2618-9283-2022-6-18-45

Авторы:  
Рубрики:    Теоретические и экспериментальные исследования, научно-технические разработки   
Ключевые слова: кладка из природного камня, параметры сейсмических требований, сейсмические нормы, сейсмическая сила в основании сооружения, сейсмический вес, комбинации нагрузок, максимальное ускорение грунта
Аннотация:

Введение. Действующие нормы Российской Федерации запрещают возведение зданий из природного камня в сейсмических районах. Для восстановления и реконструкции исторических зданий, сооружений и объектов культурного наследия, расположенных в сейсмоопасных регионах, необходимо, в первую очередь, определить сейсмические воздействия на данные сооружения. Примеры определения сейсмической силы в основании сооружения с расчетными параметрами для зданий со стенами из тяжелого природного камня в литературе отсутствуют.

Материалы и методы. Проведены расчеты и анализ сейсмических требований для двух объектов исследования: здания дома и школы со стенами из природного камня, которые обычно строятся в Непале. Проведено детальное сравнение нормативных документов трех стран: Федеративной Демократической Республики (ФДР) Непал, Российской Федерации и Республики Таджикистан (РТ).

Результаты. Представлено подробное сравнение формул для определения сейсмической силы в основании сооружения и распределения сейсмических сил; представлены сравнения плотностей материалов, сейсмических весов, сейсмического районирования, собственных периодов колебаний, спектров отклика, коэффициентов ответственности и комбинаций сейсмических нагрузок. Наблюдаются большие различия между подходами и коэффициентами. Далее, используя метод эквивалентной поперечной силы (ELF) и упрощенный спектральный метод (S-Modal), рассчитываются сейсмические силы для расчетного пикового ускорения грунта 0,2 g, а также рассматривается влияние различных вариантов критических комбинаций нагрузок на продольные и поперечные силы и моменты. Особое внимание уделяется возможным разночтениям и толкованиям отдельных положений нормативных документов РФ и РТ, в связи с чем в настоящем исследовании также предложены определения метода двойного (МДП) и единичного приложения (МЕП) коэффициентов сочетаний.

Выводы. В целом можно заметить, что системы «тяжелая кладка – легкое перекрытие» ведут себя при сейсмическом воздействии иначе, чем большинство других несущих систем. Учитывая наблюдения, сделанные в данной работе, применимость традиционных методов ELF и S-Modal для зданий из тяжелой кладки вызывает некоторые сомнения. Однако рассмотренные нормы не предусматривают использование модифицированных подходов, учитывающих эти различия. В завершении работы содержится призыв к международному сотрудничеству в рамках исследовательского проекта SMARTnet. Настоящая работа также призывает инженерные и академические сообщества РФ и стран СНГ начать конструктивную дискуссию о необходимости корректировки и уточнения некоторых противоречивых положений нормативной документации, а также предложить возможные пути её модернизации.

Используемая литература:

1. Arya A.S. Non-engineered construction in developing countries – An approach toward earthquake risk reduction. Bulletin of the New Zealand Society for Earthquake Engineering. 2000, Vol. 33 (3), pp. 187–208. DOI: 10.5459/bnzsee.33.3.187-208.

2. Schildkamp M., Silvestri S., Araki Y. Rubble Stone Masonry Buildings with Cement Mortar: Base Shear Seismic Demand Comparison for Selected Countries Worldwide. Frontiers in Built Environment. 2021. DOI: 10.3389/fbuil.2021.647815.

3. Schildkamp M., Araki Y. Cost Analysis of Mountain Schools in Nepal: Comparison of Earthquake Resistant Features in Rubble Stone Masonry vs. Concrete Block Masonry. Frontiers in Built Environment. 2019. DOI: 10.3389/fbuil.2019.00055.

4. Schildkamp M., Silvestri S., Araki Y. Rubble Stone Masonry Buildings with Cement Mortar: Design Specifications in Seismic and Masonry Codes Worldwide. Frontiers in Built Environment. 2020. DOI: 10.3389/fbuil.2020.590520.

5. Schildkamp M., Araki Y. School Buildings in Rubble Stone Masonry with Cement Mortar in Seismic Areas: Literature Review of Seismic Codes, Technical Norms and Practical Manuals. Frontiers in Built Environment. 2019. DOI: 10.3389/fbuil.2019.00013.

6. Абаев З.К., Кодзаев М.Ю., Валиев А. Д. Оценка дефицита сейсмостойкости кирпичной дымовой трубы в соответствии с актуальными нормами проектирования // Строительство и техногенная безопасность. 2020. № 19 (71). С. 13–25. DOI: 10.37279/2413-1873-2020-19-13–25.

7. Официальный сайт Министерства культуры Российской Федерации. Сведения из Единого государственного реестра объектов культурного наследия (памятников истории и культуры) народов Российской Федерации. URL: https://opendata.mkrf.ru/opendata/7705851331-egrkn/. Дата обращения: 24.11.2022.

8. Гольдштейн А.Ф. Средневековое зодчество Чечено-Ингушетии и Северной Осетии. Изд-во «Наука»; 1975. 157 с.

9. Гольдштейн А.Ф. Башни в горах. М.: Советский художник; 1977. 335 с.

10. Сумиленко С.Д. Башни Северного Кавказа. Владикавказ: Проект-Пресс; 1997. 150 с.

11. A Comparative Study of Seismic Isolation Codes Worldwide. In: Response Control and Seismic Isolation of Buildings. Routledge; 2006,     pp. 47–74.

12. Sergio Hampshire De C Santos, Zanaica L., Bucur C., Silvio S Lima.. Comparative Study of Codes for Seismic Design of Structures. Mathematical Modelling in Civil Engineering. 2013, Vol. 9, no. 1, pp. 1–12. DOI: 10.2478/mmce-2013-0001.

13. Dhanvijay V., Telang D., Nair V. Comparative Study of Different Codes in Seismic Assessment. International Research Journal of Engineering and Technology. 2015, Vol. 6, no. 2, pp. 1371­–1381.

14. Ali M.U., Khan S.A., Anwar M.Y. Application of BCP-2007 and UBC-97 in seismic vulnerability assessment of gravity designed RC buildings in Pakistan. Frontiers of Structural and Civil Engineering. 2017, pp. 396–405.

15. Zeynalov L., Polukhov I., Gölalmş M. Comparison of Azerbaijan and other seismic codes. ERES 2013, Vol. 132, pp. 205–217. DOI: 10.2495/ERES130171.

16. Massumi A., Imashi N., Massumi A. A Comparative Study of the Seismic Provisions of Iranian Seismic Code (Standard No. 2800) and International Building Code 2003 [Internet] Asian Journal of Civil Engineering (Building and Housing). 2011, Vol. 12 URL: https://www.researchgate.net/publication/232703221.

17. Neupane P., Shrestha S. Comparative Analysis of Seismic Codes of Nepal and India for RC Buildings. International Journal of Engineering Trends and Technology. Vol. 28 (2), 2015, pp. 102–105. DOI:10.14445/22315381/IJETT-V28P220.

18. Tamrakar A., Chen S. Comparison of the Seismic Design Code for Buildings of Nepal with the Chinese, European and American Seismic Design Codes. 2017. URL: https://www.researchgate.net/publication/321133131.

19. Chock G. Comparison of the USA, China and Japan Seismic Design Procedures [Internet]. 2016. URL: https://www.researchgate.net/publication/296706982.

20. Xiaoguang C, Jingshan B, You-wei S, Jianyi Z, Yudong Z. Comparison of Seismic Fortification Criterion of Eight Asian Countries. 2012.

21. Khose V.N., Singh Y., Lang D. A Comparative Study of Design Base Shear for RC Buildings in Selected Seismic Design Codes. Earthquake Spectra. 2012, Vol. 28, no. 3, pp. 1047–1070.

22. Shi G., Hu F., Shi Y. Comparison of seismic design for steel moment frames in Europe, the United States, Japan and China. Journal of Constructional Steel Research. 2016, Vol. 127, pp. 41–53.

23. Vasconcelos G., Lourenço P.B. In-Plane Experimental Behavior of Stone Masonry Walls under Cyclic Loading. Journal of Structural Engineering. 2009, pp. 1269–1277.

24. Haziq D., Kiyotaka M. Afghanistan Building Codes (ABC): Focused on Comparative Analysis and the Viability of Enforcement. In: AEI 2017. Reston, VA: American Society of Civil Engineers. 2017, pp. 138–49.

25. Babarmahal K. Nepal Housing Reconstruction Programme. Aswin. 2015.

26. Nakamura Y., Derakhshan H., Magenes G., Griffith M.C. Influence of Diaphragm Flexibility on Seismic Response of Unreinforced Masonry Buildings. Journal of Earthquake Engineering. 2017, pp. 935–960.

27. Code of Practice for Design Loads (other than Earthquake) for Buildings and Structures, Part 1 Dead Loads – Unit Weights of Building Materials and Stored Materials (Second Revision), 9th Reprint 2010 (Including Amendment No.1), Reaffirmed 2018. New Delhi: Bureau of Indian Standards. 2018.

28. МСН 20-02-2013 Нагрузки и воздействия. МНТКС, 2013. 33 с.

29. СП 20.13330.2016 Нагрузки и воздействия. М., 2016. 95 с.

30. Строительные нормы и правила Республики Таджикистан СНиП РТ 22-07-2018 «Сейсмостойкое строительство» / Комитет по архитектуре и строительству при Правительстве Республики Таджикистан. Душанбе: ГУП «НИИСА» Издательский центр», 2019. 48 с.

31. ЦНИИПромзданий. Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах (к СНиП II-7-81). М.: Стройиздат. 1985. 292 с.

32. Николаев И.И. Проектирование железобетонных конструкций зданий для строительства в сейсмических районах. Ташкент: Укитувчи. 1990. 232 с.

33. Форум «DWG». URL: https://forum.dwg.ru/showthread.php?t=95403. Дата обращения: 24.11.2022.

34. Официальный сайт ООО «Лира сервис». URL: https://rflira.ru/kb/107/656/. Дата обращения: 24.11.2022.

35. EN 1991-1-3 (2003) (English): Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-3: General actions - Snow loads. Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC. 2018.

36. Fardis M., Carvalho E., Elnashai A., Faccioli E., Pinto P., Plumier A., et al. Designers’ Guide to EN 1998-1 and 1998-5. Eurocode 8: Design Provisions for Earthquake Resistant Structures [Internet]. Designers’ Guide to Eurocodes. Thomas Telford Publishing; 2005. 1. Available from: https://doi.org/10.1680/dgte8.33481.

37. Райзер В.Д. Теория надежности сооружений. Научное издание. М.: Издательство ACB. 2010. 384 с.

38. Villaverde R. Fundamental Concepts of Earthquake Engineering. CRC Press. 2009. 960 p.

39. Priestley M.J.N., Calvi G.M., Kowalsky M. J. Displacement Based Seismic Design of Structures. 721 p.

40. Charleson A. Seismic Design for Architects. Routledge. 2008. 296 p.

41. Браштейн М.Ф., Бородачев Н.М., Блюмин Л.Х. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия. Б.Г. Корнев, editor. М.: Стройиздат. 1981. 215 с.

42. Elmenshawi A., Sorour M., Mufti A., Jaeger L.G., Shrive N. Damping mechanisms and damping ratios in vibrating unreinforced stone masonry. Engineering Structures. 2010, pp. 3269–3278.

43. Tomaževič M., Lutman M. Heritage Masonry Buildings in Urban Settlements and the Requirements of Eurocodes: Experience of Slovenia. International Journal of Architectural Heritage. 2007, pp. 108–130.

44. СП 14.13330.2018 «СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах». М., 2018.

45. NBC 202:2015. Guidelines on: load bearing masonry. Kathmandu: Department of Urban Development and Building Construction. 2015.