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

S)

г»

0,8

рис. V I.16, г при Я=9; 5 —Я.=5,5

230

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

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