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

Сш^б- ІО4 г; Сзд=23,4- ІО4 т; е— 0,78 м; с? = 3,8 м. Поэто­

Отсюда видно, что крутильная жесткость здания в делом, вычисленная по формуле (VI.15), близка по величине жесткости шахты, а крутильная жесткость каркаса без учета заполнения по сравнению с жесткостью шахты пренебрежимо мала. При размерах плит здания в плане

получим расчетное значение периода основного тона свободных крутильных колебаний здания Тір—0,8 сек. Соответствующее экспериментальное значение равно Гіэ = 0,58 сек. Таким образом, между расчетными и экс­ периментальными значениями периодов свободных кру­ тильных колебаний имеется существенное расхождение.

Возможность применения расчетной схемы в виде консольной балки с равномерно распределенной массой для определения периода крутильных колебаний зда­ ний была проверена на модели многоэтажного каркас­ ного здания. Модель здания была выполнена из армиро­ ванного гипса, при этом поэтажное заполнение каркаса отсутствовало. Опытное значение частоты основного то­ на крутильных колебаний модели 57 Гц практически сов­ падало с расчетной частотой 58 Гц, вычисленной по пре­ образованной формуле (VI.13). Следовательно, структу­ ра формулы (VI. 13) не вызывает возражений, однако при наличии ограждающих ненесущих конструкций в каркас­ ных зданиях рассматриваемого типа взамен /Сзд в выра­ жении (VI. 13) следует ввести К'зл — іЧапКзр.- Весьма за­ метное влияние заполнения на крутильную жесткость каркаса было выявлено при испытании модели 9-этажно- го здания. Частота колебаний модели каркаса с заполне­ нием (см. табл. ѴІ.7) составляет 60 Гц, а той же модели без заполнения — 23,8 Гц.

Удовлетворительная сходимость между расчетными значениями периодов крутильных колебаний основного тона с экспериментальными применительно к 9-этажно­ му зданию получается при значении коэффициента Язап=1,9. Сказанное относится не только к основному тону колебаний, но и к высшим тонам, поскольку отно­

237

шение экспериментальных значений частот при кру­ тильных колебаниях здания 1,72:5,1:8,8 очень близко к отношению известного ряда сдвиговых колебаний для консольной балки (1:3:5).

Резюмируя результаты исследований динамических характеристик 9-этажных зданий, необходимо отметить следующее:

1. В качестве расчетной схемы для данного типа кар­ касных зданий можно принять рамно-связевую систему. Изгибным элементом в системе является железобетон­ ная лестнично-лифтовая шахта, сдвиговым элементом в поперечном направлении здания — каркас с заполнени­ ем; в продольном направлении — каркас с заполнением

идиафрагмами.

2.Периоды изгибно-сдвиговых колебаний основного

ивысших тонов в продольном направлении здания ока­

граммам затухающих свободных колебаний и по резонан­ сным кривым, находятся в пределах ф=ОД2-ьО,2. Для шахты и для каркаса здания получились практиче­ ски одинаковые значения ф. Периоды колебаний кар­ каса здания и шахты также совпадают, что свидетель­ ствует об их совместной работе в пространственной системе.

4.При изгибно-сдвиговых и крутильных колебаниях перекрытия могут рассматриваться как жесткие диски, распределяющие горизонтальную нагрузку между верти­ кальными элементами (каркас, шахта, диафрагмы).

5.При определении сдвиговой жесткости каркасных зданий рассматриваемого типа формулу (VI.7), приве­ денную в [51], необходимо умножить на коэффициент Л!заіі=2,25, учитывающий влияние заполнения ненесущих ограждающих конструкций.

6.При определении крутильной жесткости здания вы­

ограждающих конструкций. Применительно к рассматри­ ваемым 9-этажным зданиям, где крутильная жесткость

238

каркаса без заполнения незначительна, крутильная жест­ кость здания определяется по формуле.

^ з д = ^'зап = 1 >9/Сщі

§ 22. И ССЛ ЕД О ВАН И Е 12-ЭТАЖ НЫХ ЗД А Н И Й

Объектом исследования являлись три однотипных каркасных 12-этажных зданий высотой 37,5 м, постро­ енные в Норкском жилом массиве Еревана. Основанием фундаментов зданий служат скальные породы — базаль­ ты. Архитектурно-планировочное и конструктивное ре­ шения зданий приведены в § 11.

1. Метод и результаты исследования зданий в натуре

Исследования, преимущественно экспериментальные, имели целью определение динамических характеристик здания, состоящего из каркаса и шахт при воздействии горизонтальных сил. Испытания были проведены по ме­ тоду, примененному ранее при изучении 9-этажных зда­ ний (см. §21).

Здание № 95—96. Испытания здания проводились при различных стадиях строительства.

Первое испытание здания было проведено до нача­ ла монтажа санитарно-технического оборудования и от­ делочных работ. Испытания проводились резонансным методом с помощью вибромашины В-1. Схема расста­ новки вибродатчиков и место установки вибромашины представлены на рис. VI.19. Стрелками указаны направ­ ления регистрируемых колебаний. Вибродатчики были установлены в десяти точках по высоте здания на уров­ не междуэтажных перекрытий.

На рис. VI.20, а приведена характерная диаграмма резонансных кривыхколебания каркаса, а на рис. ѴІ.21— упругая линия точки К . Из приведенных данных вид­ но, что в исследуемом диапазоне частот 1—10 Гц име­ ются три формы колебаний с собственными частотами 1,42, 4,9 и 9,6 Гц. По показаниям датчиков установлено, что для любых точек по высоте шахта н каркас имеют идентичные горизонтальные перемещения. Отсюда моле­ но прийти к выводу о практической недеформируемости

239

плит перекрытий и работе здания как цельной простран­ ственной системы при колебаниях здания в продольном направлении.

Следующие испытания здания № 95—96 были прове­ дены после полного окончания строительно-монтажных работ, перед сдачей объекта в эксплуатацию. Схема'расстановкн вибродатчиков и вибромашины была сохра­ нена такой же, как и в предыдущих испытаниях. Однако масса эксцентрикового груза вибромашины была уве­ личена с 21 до 56 кг, а наблюдения вели как при уста­ новившихся, так и при свободных затухающих колеба­ ниях здания, начиная с момента торможения вибратора. Резонансные пики в диапазоне 1—10 Гц в данном слу­ чае получились при частотах 1,39, 4,83 и 9,08 Гц.

На рис. VI.21 штриховой линией обозначены упругие линии, построенные для точки каркаса К и шахты А при резонансных колебаниях и массе эксцентрикового гру­ за 56 кг. Сопоставление кривых, показанных на рис. VI.21, приводит к выводу, что горизонтальные перемещения по высоте здания при всех трех формах колебаний за­ висят от величины эксцентрикового груза. По показа­ ниям приборов установлено, что в случае, когда возму­ щающая сила направлена по продольной оси симмет­ рии здания, поперечные и крутильные колебания в здании не возникают, а выявленные резонансные пики соответствуют первым трем тонам изгибно-сдвиговых колебаний. В продольном направлении логарифмические

Рис. VI. 19. Схема расстановки вибро­ датчиков и место установки виброма­ шины при испытаниях 12-этажного здания № 95—96 в продольном на­ правлении

1 — вибромашина; 2 — внбродатчнки; 5—же­ лезобетонная шахта; 4 — плита перекрытия; А , Б , К — места установки вибродатчиков

декременты затухания для выявленных форм колебаний, а также значения резонансных частот приведены в табл. ѴІ.8. При обработке соответствующих осцилло­ грамм была использована методика, приведенная в [56].

Для иллюстрации на рис. ѴІ.22 приведены осцилло­ граммы первых трех тонов свободных затухающих ко­ лебаний здания в продольном направлении. По осцил­ лограммам видно сравнительно быстрое затухание коле­ баний с повышением их тона. Например, затухание

240

Рис. VI.20. Характерные резонансные кривые 12-этажных здании

а, 6 — здание № 95—96; ѳ — здание* № 36—39

Рис. V1.21. Уп­ ругие линии при колебаниях 12этажного зда­ ния № 95—96 в продольном на­ правлении.

Сплошная ли­ няя относится к эксцентриково­ му грузу массой 21 кг; штрихлиния — к грузу массой 56 кг

третьей формы колебаний здания настолько велико, что после остановки вибромашины третья форма через несколько колебаний полностью затухает и далее коле­ бания здания переходят во вторую форму. Колебания уз­

242

ловых точек настолько малы, что после остановки виб­ ромашины они начинают колебаться с частотой более низкой формы. Затухающие колебания в зоне узловых то­ чек представляют собой сумму двух пли более гармоник. Обнаружено, что с удалением от узловых точек доля пер­ вой гармоники значительно уменьшается. Несмотря на описанный характер затухающих колебаний при каждой форме колебаний значения логарифмических декремен­ тов остаются для всех точек здания почти одинаковыми. Судя по показаниям приборов, горизонтальные перемеще­ ния фундаментов с повышением тона колебаний возрас­ тают, однако даже при третьем тоне колебаний они ос­ таются весьма малыми.

Рис. VI.22. Осциллограммы свободных изгибно-сдвиговых колебаний здания № 95—96

а — первый топ; б — второіі топ; в — третий тон

Рис. VI.23. Схема расстановки вибродатчиков и место установки виб­ ромашины при крутильных колеба­ ниях 12-этажного здания № 95—96

перекрытия

Рис. VI.24. Горизонтальные пере­ мещения перекрытия двенадцатого этажа здания № 95—96 при часто­ те резонансных колебаний

При третьем цикле испытаний здание № 95—96 под­ вергалось не только изгибно-сдвиговым, но и крутиль­ ным колебаниям. Схема расстановки вибродатчиков и место установки вибромашины показаны на рис. ѴІ.23. Испытания проводились последовательно при массе эк­ сцентриковых грузов на вибромашине 28 и 56 кг. Коле­ бания записывали при установившихся режимах рабо­ ты вибромашины (см. рис. ѴІ.20) и, кроме того, при за­ тухающих свободных колебаниях после выключения виб­ ратора на резонансных частотах.

На рис. ѴІ.24 показаны горизонтальные деформации здания в плане при резонансных частотах. Анализируя полученные результаты, легко убедиться, что значение 1,4 Гц, соответствующее первой резонансной частоте из- гибно-сдвиговых колебаний здания в поперечном направ-

244