Файл: Шахназарян С.Х. Возведение зданий методом подъема этажей и перекрытий. Исследования, проектирование, строительство.pdf

ми и расчетными величинами также имеется расхожде­ ние (см. табл. VI.5), причем особенно заметное при ис­ пытаниях в продольном направлении. Вместе с тем не­ обходимо отметить, что расчетная форма упругих линий, при колебаниях в поперечном направлении практически совпадает с экспериментальной, тогда как при колеба­ ниях в продольном направлении наблюдается значитель­ ное отклонение расчетной кривой от опытной.

В табл. VI.6 приведены экспериментальные значения собственных частот высших форм нзгибно-сдвиговых ко­ лебаний 9-этажного здания № I. Там же даны расчет­ ные значения частот при шести различных расчетных схемах (см. рис. VI.16). Для всех рассмотренных схем без исключения при высших формах колебаний расчет­ ные значения собственных частот существенно отклоня­ ются от экспериментальных. Аналогичная картина на­ блюдается также при сопоставлении опытных и расчет­ ных упругих линий (рис. VI.18). Обнаруженное несоот­ ветствие между результатами эксперимента и расчета в основном обусловлено недооценкой сопротивляемости отдельных элементов здания. Вследствие этого затрону­ тый вопрос был подвергнут более детальному анализу. При этом за основу была принята рамио-связевая си­ стема.

3. Расчетная оценка изгибно-сдвиговой жесткости элементов здания

с учетом экспериментальных данных

Для решения рассматриваемой задачи на основании (VI.5) определим изгибную жесткость здания по экспе­ риментальным данным основного тона колебаний

а\н*т

— (VI.8)

Т\

а по формуле (VI.6) сдвиговую жесткость здания

231

cti= 1,28; Л=1,5; Гі = 0,6 сек. Поэтому, согласно (ѴІ.8), имеем Взд=28,7-106 тм2 и, согласно (VI.9), эксперимен­ тальное значение С3Э«С = 8 ,2 6 -ІО4г. Нетрудно заметить, что изгибная жесткость 9-этажного здания примерно та­ кая же, как и изгибная жесткость отдельно стоящей шахты.

Следовательно, в поперечном направлении единствен­ ным изгибным элементом является железобетонная шахта. Отношение экспериментального значения сдвиго­ вой жесткости здания к расчетной, определенной по фор­ муле (ѴІ.7), составляет:

оЭКС

С 3 Д

Несоответствие между экспериментальными и расчет­ ными значениями сдвиговых жесткостей обусловлено значительным влиянием ненесущего заполнения карка­ са, не учтенного в формуле (ѴІ.7). Применение ненесущих стен и перегородок в рассматриваемых типах кар­ каса здания с монолитными железобетонными перекры­ тиями ощутимо увеличивает сдвиговую жесткость конструкций. Уточненная расчетная схема здания в попе­ речном направлении представляется в виде рамно-свя- зевой системы, в которой изгибным элементом является шахта, а сдвиговым — рамный каркас с заполнением.

При колебаниях в продольном направлении влияние сдвиговых деформаций значительно более существенно, чем в поперечном направлении. В рассматриваемом слу­ чае по результатам экспериментальных исследований (см. § 21, п. 1) аі = 0,77; Я.=4; Тх= 0,53 сек. Поэтому, сог­ ласно (ѴІ.8), изгибная жесткость в продольном направ­ лении Взд=11,4-104 тм2 и, согласно (VI.9), сдвиговая жесткость С ^с =23,4- К)4 т.

Сопоставляя экспериментальное значение изгибной жесткости здания с соответствующим значением для от­ дельно стоящей шахты (см. §18), можно, как и для по­ перечного направления, констатировать, что единствен­ ным изгибным элементом и в продольном направлении является железобетонная шахта. Согласно § 21, п. 2, сдвиговая жесткость каркаса здания без учета запол­ нения С3д=2,9-104 т. Сдвиговая жесткость каркаса с заполнением будет:

/<СзапСзд = 2,25-2,9.104 т= 6,5-ІО4 т.

232

Следовательно, сдвиговая жесткость, приходящаяся на долю диафрагм,

Сд = Сзд0 — К зяпС зЯ — 16,9- ІО4 у.

В рассматриваемых конструкциях диафрагмы образо­ вываются установкой по всем этажам здания железобе­ тонных стенок в конструкцию каркаса с точечным сое­ динением стенок к колоннам и плитам перекрытий.

Выводы в отношении заметного влияния диафрагм и заполнения на сдвиговую жесткость здания были прове­ рены прямыми опытами па моделях 9-этажных зданий, изготовленных в масштабе 1:50 по отношению к ориги­ налу из армированного гипса. На моделях последова­ тельно изучались динамические характеристики каркаса:

без заполнения и диафрагм;

сплитами диафрагм, уложенными на перекрытиях;

сдиафрагмами при точечном креплении стенок к пе­ рекрытиям и колоннам;

сдиафрагмами при креплении стенок к перекрытиям

иколоннам по всему контуру;

сдиафрагмами и. наружными стеновыми плитами, уложенными на перекрытиях;

сдиафрагмами и заполнением.

Заполнением служили гипсовые плиты, соединенные поэтажно с консолями перекрытий по контуру модели. При этом первый этаж был оставлен свободным от за­ полнения. Собственные частоты основного тона изгибносдвиговых и крутильных колебаний модели представлены в табл. VI.7. Анализ результатов последовательных ис­ пытаний модели показывает, что в продольном и попереч­ ном направлениях частота основного тона изгибно-

данием в форме колебаний деформаций сдвига. Созда­ ние в каркасе двух вертикальных диафрагм при поэтаж­ ном точечном соединении стенок с колоннами и плитами перекрытий увеличивает собственную частоту изгибносдвиговых колебаний в продольном направлении с 20 до 35 Гц и почти не влияет на частоту колебаний в попе­

лебаний каркаса. Поэтажные соединения стенок диаф­ рагм с колоннами и перекрытиями по всему контуру

233

увеличивают собственную частоту первого тона изгиб- но-сдвиговых колебаний в продольном направлении модели с 20 до 50 Гц и незначительно увеличивают ча­ стоту изгибно-сдвиговых колебаний в поперечном нап­ равлении, а также частоту крутильных колебаний. В про­ дольном направлении вследствие крепления стенок диаф­ рагм по всему контуру наблюдается возрастание влияния изгибных деформаций, что в рассматриваемом случае обусловлено работой диафрагм в системе каркаса на из­ гиб. Поэтажные заполнения в виде стенок по контуру здания заметно увеличивают частоту изгибно-сдвиговых и крутильных колебаний. При этом формы упругих линий колебаний в обоих направлениях имеют явно выражен­ ный сдвиговый характер. Заполнение каркаса наруж­

кальные диафрагмы в системе каркаса являются преиму­ щественно сдвиговыми элементами, а не изгибными в случае, когда стенки диафрагм имеют точечное соеди­ нение с колоннами и перекрытиями каркаса.

В свете изложенного для расчетной оценки сдвиго-. вой жесткости диафрагм предлагается следующая фор­ мула:

вданном направлении;

Ея— модуль упругости материала диафрагмы;

/д— момент инерции сечения одной диафрагмы с высотой сечения, равной расстоянию между

Отметим, что для 9-этажных зданий сдвиговая же­ сткость диафрагм, вычисленная по формуле (VI.10),рав­ няется 16,0-ІО4 г, что практически совпадает с экспе­ риментальным значением жесткости — 17,0-104 т.

В результате проведенных исследований рекоменду-

234

Т а б л и ц а VIЛ

Экспериментальные значения частот основного топа изгибно-сдвиговых и крутильных колебаний модели каркаса 9-этажного здания

рекрытиями по всему контуру

Изгибно-сдвиговые ко­ лебания в Гц:

впродольном на­

впоперечном на­

ется при расчетной оценке сдвиговой жесткости каркас­ ных зданий с диафрагмами и заполнением взамен вы­ ражения Сзд, входящего в (VI.6), принять

Для рассматриваемого нами случая формула (VI.11) остается в силе при расчете здания в продольном на­ правлении. При расчете здания в поперечном направле­ нии в выражении (VI.11) следует принять Сд= 0, так как по этому направлению в 9-этажных зданиях диаф­ рагмы не предусмотрены. /<заП для 9-этажных зданий можно принять равным 2,25. Значение Сд определяется по формуле (VI.10). Остальные буквенные обозначения были приведены выше.

4. Расчетная оценка крутильной жесткости здания

с учетом экспериментальных данных

При изучении колебаний зданий в натуре, а также при испытании моделей шахт и зданий наряду с изгибносдвиговыми колебаниями были выявлены крутильные колебания. При расчетной оценке крутильной жесткос-

2 3 5

тм зданий с учетом экспериментальных данных в каче­ стве расчетной схемы принимается консольный брус с равномерно распределенной массой. Периоды свобод­ ных крутильных колебаний основного топа для консоли определяются по известной формуле

g — ускорение силы тяжести.

Всоответствии с [10] крутильную жесткость здания

сучетом эксцентриситета е, жесткостей шахты и кар­

каса можно определить по формуле

236