Расчет железобетонного каркаса на сейсмические нагрузки с учетом взаимодействия системы «грунт-свая-конструкция» в нелинейной постановке

Введение. В статье применен «метод пластического проектирования на основе эксплуатационных характеристик» (PBPD), который получил широкое распространение в зарубежной практике расчета и проектирования строительных конструкций в сейсмически опасных регионах. В качестве допустимых параметров используются предварительно выбранные значения смещений конструкций и текучести материалов. В данном исследовании были проанализированы специальные железобетонные «моментные» рамы (RC SMF) для высотных зданий, воспринимающих сейсмические нагрузки.
Материалы и методы. Для анализа рассматривалось проектирование двух вариантов конструкций: первый — в соответствии с международными стандартами ACI-318/ASCE-07, второй – в соответствии с методом PBPD. Каркас из железобетонных рам RC SMF был объединен с ростверком и системой свайных фундаментов для создания модели взаимодействия «грунт-свая-конструкция» (SPSI-модель). Нелинейная передача боковой нагрузки от фундамента к грунту моделируется с помощью кривых P-Y (нагрузка – перемещение) для мягкопластичного глинистого грунта, рассматриваемого в данном исследовании.
Результаты исследования. Численные результаты, полученные с использованием условий модели взаимодействия грунта со сваями, сравнивались с результатами, соответствующими условиям неподвижного основания, по таким факторам, как фундаментальный период, прочность конструкции, горизонтальные и вертикальные перемещения узлов на разных этажах. Рамы, спроектированные с использованием метода PBPD, были менее подвержены влиянию взаимодействия системы «грунт-свая-конструкция» SPSI, хотя в целом имели более высокие значения армирования, чем рамы, спроектированные по действующим нормам (кодам).
Обсуждение и заключение. Метод PBPD как метод прямого проектирования конструкций, при котором в расчетной схеме изначально предполагается контроль смещения конструкций, доказал, что он обеспечивает наиболее корректные параметры железобетонных рам, воспринимающих моменты от проектных нагрузок при задании неподвижной опоры здания. 

1. Liao WC, Goel SC Performance-Based Seismic Design of RC SMF Using Target Drift and Yield Mechanism as Performance Criteria. Advances in Structural Engineering, 2014;17(4):529–542. https://doi.org/10.1260/1369-4332.17.4.529

2. Goel SC, Liao WC, Reza Bayat M, Chao SH Performance-Based Plastic Design (PBPD) Method for Earthquake-Resistant Structures: an Overview. The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2010;19(1–2):115–137. https://doi.org/10.1002/tal.547

3. Banihashemi MR, Mirzagoltabar AR, Tavakoli HR Development of the Performance Based Plastic Design for Steel Moment Resistant Frame. International Journal of Steel Structures, 2015;15(1):51–62. https://doi.org/10.1007/s13296-015-3004-6

4. Banihashemi MR, Mirzagoltabar AR, Tavakoli HR Performance-Based P lastic D esign M ethod for S teel C oncentric B raced Frames. International Journal of Advanced Structural Engineering (IJASE), 2015;7(3):281–293. https://doi.org/10.1007/s40091-015-0099-0

5. Goel SC, Chao SH, Leelataviwat S, Lee Soon-Sik Performance-Based Plastic Design (PBPD) Method for Earthquake-Resistant Structures. The 14th World Conference on Earthquake Engineering. (2008, October 12–17). Beijing, China. https://www.iitk.ac.in/nicee/wcee/article/14_05-01-0036.PDF (accessed: 23.03.2024)

6. Lee SS, Goel SC, Chao SH Performance-Based Seismic Design of Steel Moment Frames Using Target Drift and Yield Mechanism. 13th World Conference on Earthquake Engineering. (2004, August) Vancouver, BC: Canada. https://www.researchgate.net/publication/265099359_Performance-based_design_of_steel_moment_frames_using_target_drift_and_yield_mechanism (accessed: 23.03.2024)

7. Zameeruddin M, Sangle KK Review on Recent Developments in the Performance-Based Seismic Design of Reinforced Concrete Structures. Elsevier. Structures, 2016;6:119–133. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2016.03.001

8. Soil-Structure Interaction for Bbuilding S tructures. US Department of Commerce. NISTGCR 12-917-21, 2012. https://www.nist.gov/publications/soil-structure-interaction-building-structures (accessed: 22.03.2024)

9. Federal Emergency Management Agency. Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures. FEMA 440, Applied Technology Council (ATC-55 Project). 2005.

10. Council BSS Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. Report FEMA-356, Washington, DC. 2000.

11. Matlock H. Correlation for D esign of L aterally L oaded P iles in S oft Clay. Offshore Technology in Civil Engineering’s Hall of Fame Papers from the E arly Years, 1970:77–94. https://doi.org/10.4043/1204-ms

12. Boulanger RW, Curras CJ, Kutter BL, Wilson DW, Abghari A. Seismic Soil-Pile-Structure Interaction Experiments and Analyses. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 1999;125(9):750–759. https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(1999)125:9(750)

13. Naggar MHE, Bentley KJ. Dynamic Analysis for Laterally Loaded Piles and Dynamic p-y Curves. Canadian Geotechnical Journal, 2000;37(6):1166–1183. https://doi.org/10.1139/t00-058

14. Applied Technology Council. Quantification of Building Seismic Performance Factors. US Department of Homeland Security, FEMA P-695. 2009. https://nehrpsearch.nist.gov/static/files/FEMA/fema_p695.pdf (accessed: 22.03.2024)

15. Budhu M. Soil Mechanics and Foundations. John Wiley & Sons. 2008