CC BY
64
ВЕСТНИК 4/2011
НАТУРНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ
FIELD DYNAMIC RESEARCHES THE HIGH-RISE BUILDINGS
B.B. Кузнецов, Е.Ю. Сергеевцев, Д.А. Зубков V.V. Kuznetsov, E.Yu. Sregeevtsev, D.A. Zubkov
ГОУ ВПО МГСУ
В статье излагается методика и результаты динамического исследования высотного здания расположенного в Москве по адресу Кудринская пл., д.1. Результаты динамического исследования были включены в технический паспорт этого здания.
The article describes methods and results of dynamic research high-rise building located in Moscow at Kudrinskaya Sq., 1. Dynamic research results were included in the technical passport of the building.
Динамические характеристики строительных конструкций являются очень важными параметрами таких ответственных объектов как высотные здания, позволяющими в интегральной форме оценивать их состояние в процессе эксплуатации. Даже относительно небольшие изменения динамических характеристик строительных конструкций по сравнению с исходными данными зафиксированными, например, сразу после окончания строительства, указывают на серьезные нарушения в них.
В данном случае изучены колебания высотного здания старой постройки. Это одна из т.н. «сталинских высоток», возведенных в начале 50-х годов прошлого века в Москве (Кудринская пл., д.1, рис.1). Основной несущей конструкцией здания является стальной каркас, работающий совместно с кирпичной кладкой. Фундаментная часть здания представляет очень жесткую и массивную конструкцию с обширным подвалом. Это жилое здание подлежало комплексному обследованию его строительных конструкций и инженерных сетей. В связи с этим предстояло решить две последовательных задачи:
1. Установить возможность определения динамических характеристик для такого характерного объекта по записям его микроколебаний возбуждаемых техногенными факторами.
2. В случае успешного решения 1-ой задачи, привязать полученные динамические характеристики к результатам общего обследования здания т.к. подобная работа выполняется для этого здания впервые.
Измерения колебаний здания проводились в 3-х точках по высоте центральной части здания (на уровнях 33-го, 23-го и 1-го этажей) и в 4-х точках по высоте правого крыла здания с фасадной стороны (на уровнях 18-го, 11-го, 6-го и 1-го этажей). В каждой точке центральной части здания измерения проводились по трем взаимно перпендикулярным направлениям:
- горизонтальному в продольном направлении (ось X);
горизонтальному в поперечном направлении (ось У); ■ вертикальному (ось X).
Рис. 1. Общий вид здания со стороны Садового кольца
В правом крыле здания измерения проводились синхронно в 4-х точках по высоте здания. При этом вертикальные колебания измерялись на 18-ом и 1-ом этажах, а горизонтальные колебания измерялись вначале по оси «X», а затем по оси «У».
Измерения проводились модернизированными виброметрами СМ-3 маятникового типа со встроенными усилителями и независимыми источниками питания. Аналоговый сигнал от виброметров, в виде напряжения пропорционального скорости колебаний, поступал по специальным виброзащищённым и помехоустойчивым кабелям через блок многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в память персонального компьютера типа ноутбук. Для обработки показаний виброметров использовался специально разработанный комплекс программного обеспечения.
Фрагмент записи колебаний здания по смещениям приведен на рис.2.
При визуальном анализе можно отметить, что горизонтальные колебания имеют четко выраженные преобладающие частоты при весьма небольших амплитудах. Так продольные и поперечные колебания здания на уровне 33-го этажа не превышали 4 мкм и 7 мкм соответственно. Вертикальные колебания имеют более сложный и высокочастотный характер, амплитуды которых не превышали 1мкм. Спектральные плотности полных записей горизонтальных смещений здания на уровне 23-го этажа приведены на рис. 3. Как видим, получены очень узкие спектры с преобладающими частотами 0,9 Гц в продольном направлении и 0,7 Гц в поперечном направлении. Аналогичного вида спектры получены в точках на уровне 33-го этажа центральной части здания и на 18-ом, 11-ом и 6-ом этажах его правого крыла. Это указывает на то что получены низшие собственные частоты всего здания в продольном и поперечном направлениях. Для построения форм колебаний соответствующих указанным частотам были использованы синхронные записи смещений по высоте правого крыла здания. Фрагмент такой записи приведен на рис. 4. Визуальный анализ этой записи показыва-
ет, что продольные колебания на 18-ом, 11-ом и 6-ом этажах здания имеют синфазный характер с уменьшением амплитуд смещений до практического нуля на 1-ом этаже. При этом следует отметить, что максимальная амплитуда смещений на 18-ом этаже составляет всего около 2,5 мкм. Аналогичный характер имеют записи смещений по «У» (поперечные колебания). Максимальные смещения в этом направлении на 18-ом этаже здания достигали 3,5 мкм. По записям смещений по высоте правого крыла здания были построены соответствующие формы колебаний, которые приведены на рис. 5 и 6.
1.82Е-03
-6.54Е-03 4ЭВЕ-04
-4.99Е-04
6.05Е+01 6.26Е+01 6.46Е+01 6.67Е+01 6.87£+01 708Е+01 7.Ж+01 7 4ЭЕ+01 769Е+01 7.89Е+С1 810Е+01,
Рисунок'2,-1®^шлеш-за1шетколебанМ,ш-23-ем'Этажещент|Шьной-чвста
ЕшраЕлеЕие-колебашшг-СЕерху-вш1з:,1зродольнь1е.-поперечнь1е,-Еертикальнь1е.Т|
Как видим, в продольном и поперечном направлениях получены первые формы колебаний здания. При этом особенности форм колебаний и соответствующие им частоты характеризуют здание как массивную, но относительно гибкую конструкцию. В продольном направлении форма колебаний указывает на преобладание сдвиговых деформаций в конструкции здания. Форма колебаний в поперечном направлении указывает на изгибно-сдвиговый характер деформаций конструкции здания в этом направлении.
ВЕСТНИК 4/2011
Выводы
1. Проведенное исследование показало уверенную возможность определять динамические характеристики даже таких конструктивно сложных высотных зданий по записям их микроколебаний вызываемых техногенными факторами. Собственные частоты и соответствующие им формы колебаний получены для данного здания впервые после его строительства.
2. Динамические характеристики характеризуют здание как относительно гибкую, но весьма массивную конструкцию, для которой фундаментная часть является как бы жестким основанием.
3. Результаты комплексного обследования здания совместно с его динамическими характеристиками будут внесены в его технический паспорт. В дальнейшей эксплуатации здания путем периодических проверок его динамических характеристик можно будет оценивать стабильность состояния его строительных конструкций.
Литература
1. Шаблинский Г.Э., Исайкин А.С., Зубков Д.А. Мониторинг динамических характеристик зданий и сооружений для оценки стабильности состояния их конструкций / Сборник материалов Международной конференции-выставки «Уникальные и специальные технологии в строительстве», Москва, 12-13 апреля 2005 года. М., 2005.
2. Шаблинский Г.Э., Исайкин А.С., Зубков Д.А., Старчевский А.В. Экспериментальные исследования динамических характеристик строительных конструкций АЭС в натурных условиях // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2005, №6.
3. Shablinsky G., Zoubkov D., Isaikin A. Frequency Response Analysis of Novovoronezhskaya NPP main Building // 18 The International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMIRT 18) August 7-12, 2005, Beijing, China.
4. Dmitriy Zoubkov, Alexander Isaykin, Alexsey Lopanchuk, Sergey Nefedov «Measurement of dynamic parameters of nuclear power plant reinforced concrete framing after prolonged operation», European Symposium on Service Life and Serviceability of Concrete Structures ESCS - 2006, Finland.
Literature
1. Shablinskij G. Je., Isajkin A.S., Zubkov D. A. Monitoring dinamicheskih harakteristik zdanij i sooruzhenij dlja ocenki stabil'nosti sostojanija ih konstrukcij / Sbornik materialov Mezhdunarodnoj konferencii-vystavki «Unikal'nye i special'nye tehnologii v stroitel'stve», Moskva, 12-13 aprelja 2005 goda. M., 2005.
2. Shablinskij G. Je., Isajkin A.S., Zubkov D. A., Starchevskij A. V. Jeksperimental'nye issle-dovanija dinamicheskih harakteristik stroitel'nyh konstrukcij AJeS v naturnyh uslovijah // Sejsmostoj-koe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzhenij. 2005, №6.
Ключевые слова: динамические характеристики, натурные динамические исследования формы колебаний, колебания, микроколебания, вертикальные колебания, горизонтальные колебания, спектральные плотности, высотные здания, виброметр, аналого-цифровой преобразователь
Key words: dynamic characteristics, dynamic field research mode shapes vibration, microvibrations, vertical vibration, horizontal vibrations, spectral density, high-rise buildings, vibrometer, analog-digital converter
Адрес 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, тел./факс: +7(495) 781-80-07, e-mail: [email protected]
Рецензент: Исайкин А.С., к.т.н., директор ООО «Инждсстройсервис-1»
