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

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

/ г

4

и

и

а — 1,4 Гц;

6 — 1,55 Гц;

в— 4,8 Гц;

а—5,1 Гц; Ö—5,5 и 6,9 Гц;

е — 10,5 Гц

лении, близко к частоте 1,5 Гц, соответствующей кру­ тильным колебаниям здания вокруг центра изгиба.

Здесь необходимо отметить, что при первом тоне резонансных колебаний деформации перекрытия в сво­ ей плоскости оказались пренебрежительно малы. При частотах 4,6—4,9 Гц (зона второго тона колебаний) от­ мечены три резонансных пика (см. рис. ѴІ.20, б ) .

2 4 5

Результаты испытания показали, что здание № 95— 96 совершало сложные колебательные движения. Однако полученных результатов недостаточно для четкого пред­ ставления о поведении здания при поперечных и кру­ тильных колебаниях. Этот пробел был в некоторой ме­ ре восполнен при испытании остальных двух однотипных 12-этажных зданий.

Здание № 38—39. Испытания здания проводили пос­ ле завершения строительных работ. Колебания возбуж­ дались двумя различными способами: мгновенным ос­ вобождением здания от нагрузки, создаваемой натяну­ тым стальным канатом с вставкой в виде эталонного стержня, разрывающегося при заданном усилии, а так­ же вибрационным методом с помощью вибромашины В-1. Колебания регистрировали с помощью вибродатчи­ ков типа ВЭГИК и С5С, подключенных к осциллографу Н700.

По первому способу здание испытывалось как в про­ дольном, так и в поперечном направлениях. При вто­ ром способе испытания возбуждающая сила была на­ правлена перпендикулярно продольной оси здания. Схе­ ма расстановки вибродатчиков и место установки виб­ ромашины при этом способе испытания представлены на рис. VI.25. Записи производились как при установив­ шихся колебаниях здания, так и при свободных затуха­ ющих колебаниях при торможении вибромашины в зо­ не резонансных частот. Результаты проведенных испы­ таний представлены в табл. VI.8. Значения декрементов затухания и величины частот свободных колебаний зда­ ния определялись по осциллограммам.

По показаниям вибродатчпков были построены уп­ ругие линии колебания здания по вертикали (рис. VI.26), а также графики горизонтальных перемещений пе­ рекрытия— 12-го этажа здания при различных частотах резонансных колебаний (рис. VI.27). Сопоставляя эк­ спериментальные данные (см. табл. VI.8), приходим к выводу, что по динамическим характеристикам здание № 38—39 и здание № 95—96 идентичны.

Здание № 14—15. В конструктивном отношении дан­ ное здание отличалось от двух предыдущих только тем, что балконные перила на всех этажах вместо металлических были выполнены железобетонными. Колебания возбуж­ дались с помощью вибромашины. При этом в первом цикле испытаний здания вибромашина была установле­

246

на в центре тяжести перекрытия и возбуждающая сила была направлена в продольном направлении. Во втором цикле испытаний здания вибромашина также устанав­ ливалась в центре плиты перекрытия, однако возбуждаю­ щая сила была направлена по поперечной оси здания. При третьем цикле испытаний вибромашина была ус­ тановлена у шахты по продольной оси здания, причем возбуждающая сила была направлена в поперечном направлении (см. рис. VI. 25). При всех циклах испыта­ ния вибромашина устанавливалась на уровне перекры­ тия 12-го этажа.

По полученным экспериментальным данным были построены упругие линии крутильных, а также изгибносдвиговых деформаций здания в продольном и попереч­ ном направлениях при основной и высших формах ко­ лебаний. Экспериментальные значения резонансных час­ тот при крутильных и изгибно-сдвиговых деформациях, а также величины декрементов затухания основной и

колебании здания в поперечном направлении имеют не­ одинаковые перемещения в отличие от первого тона ко­ лебаний, где каркас и шахта работают совместно. Это можно объяснить деформацией плит в своих плоскос­ тях. При колебании же здания № 14—15 в продольном направлении при любом тоне колебания шахта и кар­ кас работали совместно. Напомним, что аналогичный результат был получен ранее при испытании здания № 95—96.

По результатам испытания здания № 14—15 уста­ новлено, что в случае когда вибратор устанавливался в центре тяжести плиты и горизонтальная возбуждаю­ щая сила была направлена по осям симметрии, кру­ тильные колебания в здании не возникали. Это вполне естественно, так как здание в плане имеет две оси сим­ метрии и по вертикали центры тяжести плит совпадали с центрами изгиба. При остальных случаях, когда вибро­ машина устанавливалась не в центре тяжести плиты и направление силы не совпадало с осью симметрии, наря­ ду с изгибно-сдвиговыми наблюдались и крутильные колебания. При этом возникали деформации плит в своих плоскостях, особенно при высших формах коле­ баний.

247

По результатам испытания трех однотипных 12-этаж­ ных зданий можно отметить, что при любом тоне изгиб- но-сдвиговых колебаний в продольном направлении, а также при основном тоне колебаний в поперечном нап­ равлении железобетонный каркас с заполнением, являющийся сдвиговым элементом, и шахты, яв­ ляющиеся преимущественно нзгибными элементами, работают как единая пространственная система. В этом случае упругие линии шахты и каркаса по вертикали практически совпадают. Установлено, что динамические характеристики зданий в поперечном и продольном на­ правлениях имеют близкие значения. Следовательно, жесткости здания в поперечном и продольном направле­ ниях примерно одинаковые. И поскольку в обоих направ­ лениях жесткости шахт равны (см. § 19, п. 1), приходим к выводу, что каркас с заполнением по этим направлениям также имеет примерно одинаковую жесткость.

Несмотря на различные начальные возмущения, в исследованном диапазоне частот колебаний от 1 до 10 Гц, характерных для условий сейсмики, динамичес­ кие показатели всех трех зданий оказались идентичными (см. табл. VI. 8).

При высших формах колебаний зданий в поперечном направлении, а также при крутильных колебаниях наб­ людаются деформации плит перекрытий в своих плос­ костях. Судя по показаниям приборов, при крутильных колебаниях шахты, вследствие их значительной жестко­ сти, претерпевают изменения в основном изгибно-сдвиго- вые деформации в противофазе друг с другом. Поэтому крутильные деформации плит перекрытий в своих плоско-

Рис. ѴІ.28. Упругие линии трех однотипных 12-этажных зданий при изгибно-сдвиго- вых колебаниях

248

стях обусловлены гибкостью перекрытий и соединений. Поэтому собственные частоты крутильных колебаний (см. табл. VI.8) были довольно близки к частотам изгибносдвиговых колебаний (1,5 и 1,4 Гц). Деформируемость плит перекрытий приводит к появлению новых форм ко­ лебаний и тем самым к сгущению спектра собственных частот, в результате чего происходит сложение различ­ ных форм колебаний. Упругие линии основных тонов изгибно-сдвиговых колебаний трех 12-этажных однотип­ ных зданий как в поперечном, так и в продольном на­ правлениях практически совпадают (рис. ѴІ.28). Экспе­ риментальные данные, приведенные в табл. VI.8, показывают, что наиболее стабильные результаты по логарифмическим декрементам получаются при дейст­ вии возмущающей силы в направлении продольной оси симметрии здания, поскольку в этом.случае другие ви­ ды колебаний не возникли. В случае же возникновения сложных форм колебаний наблюдаются нестабильные значения логарифмических декрементов. Следует отме­ тить, что на данную форму колебаний влияние других форм не будет одинаковым, так как спектры собствен­ ных частот зданий в какой-то мере отличаются друг от друга. Так, например, при первой форме изгибно-сдви­ говых колебаний здания № 95—96 в поперечном направ­ лении, где имело место сложение колебаний, значение логарифмического декремента составляло 0,11, а для

Т а б л и ц а V I.9

Значения логарифмических декрементов, вычисленные по ширине резонансных кривых и по осциллограммам затухающих колебании

249