книги из ГПНТБ / Шахназарян С.Х. Возведение зданий методом подъема этажей и перекрытий. Исследования, проектирование, строительство

значений логарифмических декрементов, полученных по показаниям датчиков в точке В шахты и в точках 1—4, находящихся на плитах междуэтажных перекрытий, по­ казывает, что они по величине близки друг к другу. Из опытных данных видно, что средние значения логариф­ мического декремента затухания при увеличении ампли­ туды колебаний в исследуемом диапазоне динамических воздействий изменяются незначительно. Их значения не меняются также по высоте здания. Логарифмические декременты затухания, определенные при колебаниях, возбужденных мгновенным снятием нагрузки, приложен­ ной к зданию, находятся в пределах 0,08—0,10 и сопо­ ставимы по величине с декрементами затухания здания, колебания которого были вызваны в стадии выключен­ ной вибромашины.

Коэффициенты поглощения энергии колебаний (г|э = = 2 6), определенные при двух различных способах на­ чальных возмущений для здания № 1, находятся в диа­ пазоне 0,12—0,20.

Следуя [36], коэффициент поглощения энергии коле­ бания был определен также по формуле

В табл. VI.4 приводятся значения коэффициентов по­ глощения энергии колебания, определенные по ширине резонансного пика ф2, а'также коэффициенты ф і= 2 8, определенные на основании данных табл. VI.3. Коэффи­ циенты поглощения по затухающим свободным колеба­ ниям приводятся для тех осциллограмм, у которых на­ чальная амплитуда затухающих колебаний равна высо­ те резонансного пика.

Из табл. ѴІ.4 видно, что между значениями фі и ф2, определенными двумя различными методами, имеется существенное расхождение. В данном случае более до­ стоверными следует считать значения ф2, определенные по осциллограммам затухающих свободных колебаний.

Здание № 3. Динамические испытания здания прово­ дились после завершения строительных работ в период, когда отсутствовал настил полов. Колебания здания воз-

220

221

буждались в продольном и поперечном направлениях мгновенным удалением горизонтальной нагрузки, прило­ женной к свободному концу железобетонной шахты.

При первом цикле испытаний горизонтальная сила при разрыве каната была равна 0,39 тс, а при последу­ ющих шести циклах испытаний горизонтальная сила по­ степенно увеличивалась до величины 4,2 тс.

Колебания записывали при всех циклах испытания вибродатчиками, установленными в разных точках меж­ дуэтажных перекрытий и по высоте здания Для полу­ чения достоверных результатов' испытания по каждому

222

циклу и соответствующие осцпллографические записи повторялись несколько раз.

Анализ осциллограмм показал, что частота первой горизонтальной формы колебаний в поперечном направ­ лении равняется 1,8 Гц, а в продольном— 2,2 Гц. Отме­ тим, что частота колебаний оставалась неизменной да­ же при изменении начального возмущающего усилия примерно в 11 раз. По полученным осциллограммам бы­ ли определены изгибно-сдвиговые и крутильные дефор­ мации и построены кривые упругих колебаний зданий (рис. VI.13).

Упругие линии колебаний здания № 3 были построе­ ны также по осциллографическим записям микросейсмы колебаний, вызванных ветровой нагрузкой и движени­ ем городского транспорта (рис. ѴІ.14).

Значения логарифмических декрементов при этих опытах находились в пределах 0,09—0,12 при попереч­ ных колебаниях и 0,07—-0,08 — при продольных колеба­ ниях. Следовательно, коэффициент поглощения энергии для здания № 3 в исследуемом диапазоне динамических воздействий колеблется в пределах ф—0,14-^0,24.

Здание Лг° 4. Динамические испытания проводились после завершения строительно-монтажных работ до на­ чала отделочных работ и устройства полов. Колебания здания создавались резонансным методом вибромаши­ ной (см. § 18, п. 1). Вибромашину устанавливали на плите кровли здания по оси симметрии на расстоянии 0,65 м от шахты. Для устранения люфтов и возможных смещений вибромашины ее раму по контуру привари­ вали к закладным деталям, предусмотренным в кровель­ ной плите. Испытания проводились в продольном на­ правлении при величине эксцентрикового груза на виб­ раторе, равной 14,7 кг. Вибродатчики были установлены в нескольких точках междуэтажных перекрытий треть­ его, четвертого, восьмого и девятого этажей, а также на кровле здания. Исследования проводились по методике, примененной ранее при испытании здания № 1. Собст­ венная частота при первой форме колебаний оказалась равной 1,98 Гц. Построенная при резонансной частоте, уп­

энергии изменялась в пределах 0,12—0,18. Исследования по зданию № 4 были продолжены в период его эксплуата­ ции. Динамические характеристики здания определялись

223

при свободных поперечных колебаниях, возбужденных мгновенным разрывом стальных оттяжек по методу, опи­ санному в п. 1 § 18.

Вибродатчикп были установлены в проемах железо­ бетонной шахты в пяти точках по высоте здания. Вибро­ датчикп были приведены к единой фазе колебаний и ори­ ентированы по направлению колебаний. Результаты ис­ пытания здания представлены на рис. Ѵ.15. Частота пер­ вой формы свободных колебаний здания оказалась рав­ ной 1,6 Гц, коэффициент поглощения энергии колебания находился в пределах 0,16—0,2.

Резюмируя экспериментальные данные по динамиче­ ским испытаниям исследованных 9-этажных зданий, прежде всего надо отметить, что по всем трем объектам (здания № 1,3, 4) были получены идентичные резуль­ таты. При горизонтальных колебаниях зданий между­ этажные перекрытия оказались практически недеформи­ руемыми, и поэтому их можно рассматривать как жест­ кие диски. Жесткость зданий в продольном направле­ нии, по опытным данным, больше, чем в поперечном.

Опытные данные показали, что частота свободных ко­ лебаний практически не зависит от характера началь­ ных возмущений. Для отдельных зданий частота первой формы свободных колебаний в поперечном направлении находилась в пределах 1,6— 1,8 Гц\ в продольном на­ правлении— 1,7—2,2 Гц. Частота второй формы про­ дольных изгибно-сдвиговых II крутильных колебаний на­ ходилась в пределах 5,1—6,0 Гц. Коэффициент поглоще­ ния энергии колебания для всех зданий находился в пре­ делах ф= 0,12-=-0,24.

Горизонтальные перемещения зданий в их резонанс­ ном состоянии возрастали с увеличением массы эксцен­ триковых грузов вибратора, при этом величины компо­ нентов крутильных колебаний были в 1,4—2 раза боль­ ше компонентов изгибно-сдвиговых колебаний.

2. Определение расчетной схемы здания при изгибно-сдвиговых колебаниях

Одним из основных условий обеспечения нормальных эксплуатационных качеств здания является его надеж­ ное сопротивление действию горизонтальных нагрузок, в том числе сейсмических, которое проверяется расче­ том. Для рассматриваемого многоэтажного каркасного

224

(см. рис. VI.16) здание рассматривается как рамно-свя- зевая система, при этом податливость основания не учи­ тывается, так как в данном случае основанием для зда­ ний служат скальные породы. По этим расчетным схе­ мам горизонтальную нагрузку в поперечном направле­ нии воспринимают шахта и рамный каркас; в продоль­ ном— шахта, вертикальные диафрагмы и каркас зда­ ния. Шахты на рис. VI. 16 выделены двойной штрихов­ кой, а диафрагмы — одинарной. В расчетных схемах рамно-связевой системы соединение шахт с каркасом

226

предполагается шарнирное; диафрагм с каркасом для схемы 5 — шарнирное, для схемы 6 — рамное.

Результаты расчета периодов изгибно-сдвиговых ко­ лебаний основного тона для трех 9-этажных зданий, воз­ веденных методом подъема перекрытий, и соответству­ ющие экспериментальные данные, полученные при ис­ пытании зданий в натуре, представлены в табл. VI.5. При определении расчетных значений периодов свобод­ ных колебаний зданий с учетом результатов проведен­ ных опытов (см. § 18, п. 5) суммарная изгибная жест­ кость и суммарная жесткость при сдвиге железобетон­ ных шахт и вертикальных диафрагм принимались:

впоперечном направлении

ЕІ = 28,2-10° тм2 и GF = 2,6■ ІО6 т\

впродольном направлении

ЕІ = 35,8-10Gтм* и GF = 4,94ІО6 г.

Значения периодов свободных колебаний для пер­ вых трех расчетных схем определялись по следующим формулам:

при изгибных колебаниях (см. рис. VI. 16, а)

Ynp— коэффициент, учитывающий повышенную деформативность элементов системы;

К і — коэффициент, учитывающий форму и разме­ ры сечения конструкций при сдвиге.

Значения А, уПр, К і приняты согласно [10]. Значение периодов свободных колебаний для рамно-

стей соответственно ригелей и стоек одного этажа. Ори­ ентировочное расчетное значение жесткости каркаса на сдвиг, определенное по формуле (VI.7), в поперечном направлении равняется Сзд=3,67-104 т, а в продольном направлении Сзд= 2,9- ІО4 г. Значения параметров Я, вы­ численные по формуле (VI.6), оказались равными в по­ перечном направлении 51=1,0; в продольном направле­ нии Я=0,8.

В продольном направлении расчеты выполнены так­ же при представлении расчетной схемы здания в виде рамно-связевой системы с рамной диафрагмой (см.

228

рис. VI.16, е). В этом случае величина сдвиговой жестко­ сти С3д определяется, согласно [37], по формуле

Зг ( г + 12s) (1 -Ь т|п)

С ЗД —

/ (г + 3s)

где ііо= — (см. рис. VI.16, е).

h

Результаты расчета периодов и форм колебаний в этом случае практически совпадают с результатами рас­ чета рамно-связевой системы (см. рис. VI.16, д).

Упругие линии основного тона колебаний 9-этажных зданий представлены на рис. VI. 17. Здесь сплошные кривые вычислены, согласно [10], по расчетным схемам,

Нетрудно заметить, что при колебаниях в поперечном направлении расчетные изгибные и изгибно-сдвиговые упругие линии (см. рис. VI. 16) практически совпадают с экспериментальной упругой линией. Однако для рас­ смотренных схем между расчетными значениями перио­ дов первого тона колебаний и экспериментальными зна­ чениями имеется существенное расхождение (см. табл. VI.5).

При основном тоне колебаний здания в продольном направлении между экспериментальными и расчетными значениями имеются существенные отклонения не толь­ ко по периодам, но и по формам упругих линий (см. рис. VI. 17,б)- Следовательно, в качестве расчетной для изученных 9-этажных зданий нельзя принять шарнирносвязевую схему вследствие значительного влияния же­ сткости каркаса.

Если в качестве расчетной схемы принимается рам- но-связевая система, то и в этом случае между опытны-

Ри с. V I . 17. У пруги е линии ос­ новного типа изги бно-сдвиговы х колебаний 9 -этаж н ого здания

а — в поперечном направлении;

б—в продольном направлении. Циф­ ры соответствуют номерам расчет­

ных схем, приведенных в табл. V I.5. Штрнхлинин построены по экспери­ ментальным данным

229