ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: BUDOWNICTWO z. 60
________1985 Nr kol. 841
Zdziśław TR03AN Zbigniew LIPSKI Roman RACZEK
OBLICZENIA NIEKTÓRYCH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH NA WPŁYW WSTRZĄSÓW GÓRNICZYCH I TRZą SI EŃ ZIEMI
Streszczenie. Przedstawiono porównanie wyników obliczeń sześciu konstrukcji szkieletowych na wpływ wstrząsów górniczych i trzę
sień ziemi. "
1. WPROWADZENIE
Obecnie proponowane sposoby obliczania konstrukcji na wpływ wstrząsów górniczych bazują na daleko idących uproszczeniach,dotyczących modelu ob
ciążenia, budowli i ich oddziaływania. Na przykład w [l] wspomniano o sta
tycznej metodzie obliczania konstrukcji na takie obciążenie, a w projek
cie regionalnej normy branżowej [2] zaproponowano przeprowadzenie obliczeń takiego rodzaju według sposobu stosowanego dla obliczeń budowli w rejo
nach sejsmicznych, prowadzonych według odpowiednich norm. Parametry cha
rakteryzujące wstrząs górniczy, będące podstawą obliczeń według [2] , to maksymalne wartości przemieszczeń, prędkości lub przyspieszenia ruchu po
wierzchni ziemi pochodzącego od wstrząsu oraz częstotliwość tych drgań.
Jako parametr syntetyczny stosuje się intensywność według skali MSK.
PoniZsza praca zawiera próbę porównania wyników obliczeń przeprowadzo
nych dla wybranych sześciu konstrukcji szkieletowych obciążonych wstrząsa
mi górniczymi oraz trzęsieniami ziemi o zbliżonej intensywności.
2. PODSTAWA OBLICZEŃ
Konstrukcje szkieletowe obliczano na wpływ wstrząsów górniczych za po
mocą programów na EMC Odra 1305 pod nazwą GENEWSE3S i SAMPOL [3] . Założo
no, Ze:
- konstrukcja jest układem liniowo srpęZystym, z tłumieniem wiskotycznyo o wartości 5% krytycznego,
- wstrząs górniczy działający na konstrukcje miał miejsce w Bytomiu, Jego intensywność według skali MSK wynosiła około 7°, co oszacowano na pod
stawia maksymalnego przyspieszenia 1 skutków wywołanych przez przyspie
szenie.
216 Z. Trojan, Z. Lipski, R. Raczek
Konstrukcje wymienionych budynków obliczono następnie na wpływ trzęsień ziemi o intensywności 7° i 8° w skali MSK. Posłużyły do tego celu normy następujących krajów: Izraela ft] , RFN [5] , ZSRR [6] , CSRR [7] i Austra
lii [8] . Zastosowano w nich sposób dynamiczny obliczenie sił bezwładno
ści działajęcych na konstrukcję poddanę wpływowi trzęsienia ziemi. Ujęcie to pozwala w sposób przybliżony uwzględniać własności dynamiczne konstruk
cji, charakterystykę wymuszenia sejsmicznego, a także warunki posadowie
nia, tłumienia drgań i uplastycznienia budowli. W opisywanych obliczeniach posłużono się układem zastępczym konstrukcji nośnych budynków w postaci ramy jednonawowej utwierdzonej w podłożu, z masami skupionymi w poziomie stropów.
3. CHARAKTERYSTYKA ANALIZOWANYCH BUDYNKÓW
Poniżej podano najważniejsze informacje o budynkach będęcych przedmio
tem analiz.
Budynek 1*. biurowiec o jedenastokondygnacyjnej konstrukcji stalowej wy
sokości 37,8 m i wymiarach rzutu poziomego 16,6 x 24,0 m.
Budynek 2: hotel o jedenastokondygnacyjnej konstrukcji stalowej wysokości 36,7 m nad poziomem terenu i wymiarach rzutu 15,3 x 36,0 m.
Budynek 3: biurowiec o jedenastokondygnacyjnej konstrukcji żelbetowej wy
sokości 36,4 m i wymiarach rzutu 15,3 x 40,5 m.
Budynek 4: obiekt mieszkalno-usługowy o Jedenastokondygnacyjnej konstruk
cji stalowej wysokiej na 35,3 m i wymiarach rzutu 18,0 x 18,0 n.
Budynek 5: biurowiec o czterokondygnacyjnej konstrukcji żelbetowej o wy
sokości 13,5 m 1 wymiarach rzutu 13,2 x 18,0 m.
Budynek 6s biurowiec o czterokondygnacyjnej konstrukcji żelbetowej o wy
sokości 14,5 m i wymiarach rzutu 13,2 x 18,0 m.
Budynki 1-5 posiadaję fundament w postaci monolitycznej skrzyni żelbe
towej, a budynek 6 fundament ławowy*
4. WYBRANE WYNIKI OBLICZEŃ
Rezultatem przeprowadzonych obliczeń były obwiednie momentów zginają
cych w elementach układu zastępczego wywołane działaniem wstrząsu górni
czego, wykresy momentów zginających wywołane obciążeniem sejsmicznym oraz siły bezwładności powstałe w konstrukcji na skutek działania obu typów obciążeń.
Poniżej podano wybrane rezultaty obliczeń.
W tablicy 1 zamieszczono maksymalne wartości momentów zginających w niektórych przekrojach przywęzłowych elementów układu zastępczego budynku 3. Przyjęto, że intensywność wstrząsu górniczego i trzęsienie ziemi wy-
Obliczenia niektórych konstrukcji.. 217
Tablica 1 Wartości maksymalnych momentów
zginających [kNnf
Nr Nr
Lp. Rodzaj prze
kondyg. elementu kroju dla wstrząsu dla trzęsienia
górniczego ziemi
i parter slup 3 11.9 58,0
2 ■ 1 . slup 1 5.2 8,5
3 4
rygiel
slup 2
3 6,6
11,8 27,9
36,4
5 2 elup 1 5.1 12,3
6 7
rygiel
slup 2
3 11.1
9.8 38,1
25,8
8 4 slup 1 11.5 23,4
109 rygiel
siup 2
3 10,2
5.8 38,5
15,1
11 5 slup 1 11.1 23,2
1312 rygiel
slup 2
3 7.2
7,7 35,1
11,9
14 10 8 lup 1 15,5 14,6
15 rygiel 2 16,0 12,3
16 slup 3 1.2 2,3
17 11 słup 1 13,6 9,4
18 rygiel 2 13,6 9,4
Uwaga: przyjęto następujące zasadę numeracji przekrojów przywęzłowych ele
mentów układu zastępczego:
h
3 iTablica 2
Nr prze
Wartości maksymalnych momentów
Lp. Nr Rodzaj zginających jjtNm]
kondyg. element u kroju dla wstrząsu górniczego
dla trzęsienia ziemi
1 parter słup 3 40,2 190,5
2 1 słup 1 31,4 53,5
3 rygiel
slup 2 19.4 139,2
4 3 26,3 85,7
5 2 słup 1 33,8 90,6
6 rygiel 2 15,0 133,9
7 słup 3 29,4 43.3
8 3 słup 1 22,8 84,7
9 10
rygiel
słup 2
3
31,8 41,4
96,610,9
11 4 słup 1 36,4 55,1
rygiel 2 36,4 55,1
Tablica
218 Z. Trojan« Z. Lipski« R. Raczek
'Z'
JK3 C>*
TJ3 -D
O Oc -aa rM 15O -O
«0 *H
e f-i U Oo u C u
3(0
J3C a O (0
aj o 5 Ł- 0) E
O O C - C
oo
No
03
CD O
E O U -rl O N
c -a 4.aj
OJ
E <D a o
l - -H O E C O
CO E r-ĄO t- a>
O co c s.
N
0 0 OT OT O * CD CM OT 0 0 OT
CM en OJ OJ N CM OT O OT OJ fN OT
• CM OT 0 0 OT N 00 O ri CM OJ ro
0) • • • • • • • • • • •
CM OT 00 O CM OT N OJ CM ro
rl H Ti Ti rl CM CM
OJ CD IN 0 0 O CM * OT 0 0 OJ co
tH OJ * 0 0 OT tO O N CO IN
• H CM CM ro * OT OT OT M OT
CD • • • • • • • • • • •
rl CM to < OT OT N 0 0 OJ ri
ri rl ri
CO O OT 0 0 CM W Q CM o ■M’
OT 1 0 to IN rl * OT OT ro OT ro
CO OJ to o CM O OJ OJ OJ CM N
O • • • • • • • • • • •
co 0 0 OT o |n OT 00 O Ti rl IN OT
H CM rl rl rl CM CM CM CM CM
OT 0 0 o j OT T-i OT rl IN O n
ro OT OT ro O CM IN 00 OT ro OT
o OJ rl OT rl O M- OJ OJ OT CO
N • • • « • • • • « • •
rO fN O 0 0 CD OJ O o O ro CM
H ri rl rl H d
in OT OT 00 co N rN OT ro GO CO
OT N OT N to CM to rl OJ CM N
O 0 0 N CM 00 rl OT OT ro GO 0 0 ro
co • • • • • • • • • • •
H N OT OT OT 00 ro ro OT ro OJ
CM ro ro to ro •M * OT ■*
rl OT to IN ro OT CM OJ OT N N
o tO OT OT CM 0 0 IN CM CD ro OJ CM
i n •H OT N H OT rl H OJ H CM OT
• « • • • • • • • • •
N OT rl CM rl ro OT OT 00 CM OJ
H CM CM CM CM CM CM CM ro CM
** ro 0 0 0 0 OT to OT * OJ OJ 00
rl ro 0 0 o 00 OT 1 0 • Ti OJ N ■M-
o O H CD In OJ OJ N 0 0 00 N rl
a) • • • • • • • • • • •
H OT to O CM OT OT CM O O
H CM ro ro ro to ro ro to * OT
N rl OT co H ro OJ » 3 OT CD ro
o rO 0 0 co OT ro ro 0 0 O
rs. * rl co OT CM Ti CM OT OT
• • • • • • • • • • •
1 0 0 0 o o OJ O rl rl O CM OT
rl ri ri r-ł rl rl
ro rl N •M ro CM OT fN
OJ tO N CM OJ OT * OJ O ro
o in * ro N to rl OT CM IN OT OT
CD • • • • • • • • • • •
rl OT M - OT 0 0 OJ 0 0 CM M “
rl rl rl rl Ti rl T-l ri CM CM
CM O i n rl OJ OT CD 0 0 ro CO
o OT CM ro OJ i CM CM o OT
0 0 O OT CM 0 0 OT N 00 OT o 1 0
1 • • « • • • • • • • •
o K> |N O o» OJ O CM CM CM OT OT
IN H Ti Ti rl rl Ti ri.
«"■V 00 Q
00 ■M1 CM 00 0 0 O 0 0 CM *
1 N o CD rl rl ro * ro OT ro N
"w* OT OJ 0 > r-i rl OT ri IN * •*
£ • • • • • • • • • • •
■H OT . rl OJ OT 0 0 OT OJ 0 0 r| OT
e CM CM rl ro to ro ro CM ri ro
CM O * O o CM O O OT Q GO
♦ H rl rl CM rl OT ro N OT O
OT t o * O OT Ti O IN O OT fN
X • • • • • • • • • • ” •
a 0 0 OT * CM CM Ti CM N ! 3
6 ro rl CM to to * CM rl CM *
>* o
OT N
O» O
N -H U C
+» 1.
1 O)0 -O
c —
° o c I
.
Obliczenia niektórych konstrukcji... 219 nosiła 7°. Obliczeń dla wpływu trzęsienia ziemi dokonano według normy izraelskiej [4] . W tablicy 2 zestawiono analogiczne wartości maksymalnych momentów zginających dla budynku 5. W tablicy 3 zestawiono wartości sił bezwładności dla poszczególnych kondygnacji budynku 1 obliczone dla wstrzą
su górniczego i trzęsienia ziemi według norm [4] - [8] .
5. WNIOSKI
Na podstawie analizy wyników wykonanych obliczeń moZna sformułować kil
ka spostrzeżeń:
a. Wartości momentów zginających występujących w przekrojach istotnych z punktu widzenia nośności konstrukcji obliczone dla wstrząsu górniczego o intensywności ok. 7° są zasadniczo różna (do 5 razy) od ich warto
ści otrzymanych dla trzęsienia ziem. zgodnie z podanymi normami sejs
micznymi. Obserwuje się równieZ zastYniczo róZny przebieg wykresów mo
mentów zginających wzdłuZ wysokości bidynku dla obu typów obcięZeń.
b. Siły bezwładności wykazują mniejsze róAilce wartości dla obu typów ob- ciąZeń i identycznych konstrukcji niż pochodzące od nich momenty zgi
nające. Osiągają one w przypadkach skrajnych około 100%.
c. Stosunkowo wysoką zgodność sił bezwładr.c.óci dla wstrząsu górniczego i trzęsienia ziemi o intensywności 8° otr.yuono dla budynków 1, 2 i 6 z zastosowaniem normy radzieckiej, a dla bitynków 3, 4 i 5 - normy izrael
skiej. Nie oznacza to oczywiście. Ze zapewttono w ten sposób zgodności wielkości wewnętrznych w konstrukcjach.
Zaobserwowane prawidłowości skłaniają do generalnego wniosku,ża zasto
sowanie zaadaptowanych norm sejsmicznych do obliczenia konstrukcji noś
nych budynków na wpływ wstrząsów górniczych nie Jet, zabiegiem właściwym.
Spowodowane to jest, jak się wydaje, następującymi ptzyczynami:
- normowy sposób obliczenia sił bezwładności nie pozwał' na analizę ich oddziaływania na konstrukcję w czasie, natomiast właśc.'*.' uwzględnienie czasu, miejsca i kierunku występowania ich wartości eksti ■V'>lnych umoż
liwia 1 tylko analiza dynamiczna,
- w normach, do oceny mechanizmu działania trzęsienia ziemi na budowlę, wprowadzono kilka syntetycznych parametrów, co jest niewystarczające w przypadku obliczenia konstrukcji na wstrząsy górnicze,zwłaszcza na eta
pie słabego rozeznania ich wpływu na budowle,
- normy opracowano dla określonych, lokalnych warunków budownictwa i wy
stępowania trzęsień ziemi.
Stwierdzić więc możne. Ze w przyszłości, po wyczerpujących i systema
tycznych obserwacjach, pomiarach i analizach słuszne będzie dostosowanie wybranej, normowej metody obliczania konstrukcji na wpływ wstrząsów gór-
220 2. Troian, 2. Lipski, R. Raczek
niczych. Na razie właściwe wydaje się wykonywanie obliczeń dynamicznych z zastosowaniem zastępczego wymuszenia kinematycznego, nawet w przybliżonej postaci, bo zapewne jest to bardziej poprawne niż inne postępowanie. Sę
dzi się także, że uściślanie warunków i parametrów będęcych podstawę okre
ślania zastępczego wymuszenia kinematycznego oraz schematu dynamicznego analizowanej konstrukcji, tj. wykorzystanie wspomnianych programów,mogło
by dopomóc w ustaleniu odpowiedniego normatywu.
LITERATURA ,
[i] Lewicki B. : Oddziaływanie sejsmiczne na budynki wznoszone w Polsce na terenach działalności górniczej, Przeględ Budowlany nr 8, 1983, ss.
308-312.
£2] Ledwoń 3.A., Nosol B . : Projektowanie budowli na górniczych terenach sejsmicznych w rejonie Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Pro
jekt regionalnej normy branżowej, Polit. Częet. 1984.
[3] Lipski 2., Trojan 2.« Warunki stosowania budownictwa szkieletowego na terenach górniczych poddanych między innymi wpływowi wstrzęsów gór
niczych. Praca neuk.-bad. IKB Pol. SI. Gliwice 1984 (mat. niepubl.).
£4] Norma,izraelska, SI 413 "Characteristic Loads in Buildingst earthqua
kes" 1975.
£5] Norma RFN, DIN 4149 "Bauten in deutschen Erdbebengebieten", 1981.
£6] Norma 2SRR, RS261-74 “Stroitelstwo v sejsmiczeskich rejonach.Osnownye polozenija proektirowanija", 1974.
£7] Norma CSRR, CSN 730036. Seismicka zetiźeni staved, 1973.
£81 Norma australijska, AS 2121 "The Desing of Earthquake-Resistant Buil
dings", 1979.
PAO'ffiTU HEKOTOPbtX KAPKACHHX KOHCTPyKIJlft 110ABEPrAKEjiXCH rOPHBM yjHAPAM H SEMJIETPHCEHHRli P e a s it e
IIpHBOAHica cpaBHeHHe pe3yzBtaiOB p ack etob neosx xapaacHttx moHcxpyxipS noflBeprajnnHxca; ropmat y^apaw b settzeTpaceiULHJi.
CALCULATIONS OF SOME SKELETON CONSTRUCTIONS ON INFLUENCE OF VIOLENT MINING SHOCKS ANO EARTHQUAKES
S u m m a r y
Comparison of results of calculations of six skeleton structures on influence of violont mining shocks and earthquakes has bsen presented.
