CC BY
96
ВЕСТНИК
5/2012
УДК 699.842
А.А. Румянцев, Е.Ю. Сергеевцев
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ВИБРАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ 16-ЭТАЖНОГО ЖИЛОГО ДОМА
объемно-блочной конструкции
Посвящена оценке сейсмостойкости 16-этажного жилого здания объемно-блочной конструкции на основе его натурных вибрационных испытаний с использованием мощной вибромашины дебалансного типа, установленной на грунте возле здания. Приведены результаты испытаний и порядок их пересчета на расчетное землетрясение.
Ключевые слова: 16-этажное здание, объемно-блочная конструкция, вибромашина, динамические характеристики, колебания, собственные частоты и формы, натурные исследования, оценка сейсмостойкости.
Исследованию подлежали две секции 16-этажного здания объемно-блочной конструкции. Общая длина здания составила 48,2 м, высота — 44,8 м, ширина — 14,46 м. Фундаментная конструкция здания — свайный ростверк (свайное поле из железобетонных свай, связанное поверху железобетонной плитой). Общий вид здания в период испытаний приведен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид здания в период испытаний
Целью исследования была проверка сейсмостойкости такого типа зданий, возводимых в районе 9-балльной сейсмичности. Вибрационные испытания проводились с использованием мощной вибромашины дебалансного типа направленного действия. Вибромашина размещалась на грунте (на специальном железобетонном фундаментном блоке) в 5 м от здания (рис. 2). Она может развивать нагрузку до 3000 кН в диапазоне частот 0,5.. .20 Гц.
98
© Румянцев А.А., Сергеевцев ЕЮ., 2012
Инженерные изыскания и обследование зданий. Специальное строительство
ВЕСТНИК
МГСУ
В качестве первичных приборов использовались маятниковые магнитоэлектрические виброметры (велосиметры). При этом была принята следующая схема размещения виброметров на здании:
по высоте посредине длины здания: отметка пола на 1-м этаже, отметка пола на 7-м этаже, отметка пола на 13-м этаже, верхняя отметка 16-го этажа; на верхней отметке 16-го этажа: в четырех точках по длине здания. в экспериментах изучались горизонтальные поперечные, горизонтальные продольные и вертикальные колебания здания. Все виброметры соединялись специальным виброзащитным кабелем с блоком аналого-цифрового преобразователя, который соединялся с ПК типа ноутбук. Такая схема позволяла синхронно регистрировать вибрации от восьми виброметров.
В нашем случае с помощью вибромашины произведено сканирование по частоте в диапазоне 0,5.. .5 Гц и по характеру записей были определены резонансные частоты. Затем последовательно на этих частотах вибромашина работала некоторое время в установившемся режиме, и синхронная запись колебаний здания в нескольких точках позволяла при их обработке строить формы его колебаний. Образец записей поперечных колебаний здания, создаваемых вибромашиной, в режиме набора оборотов до 1 Гц и последующего сброса оборотов приведены на рис. 3. Характерным для этих записей является резонансное возбуждение колебаний здания на частоте 1 гц.
О.ООЕ-ОО Э 40С *00 I 8вЕ -СП 2.В2Е»01 3.7SE^)1 4 70Е>01 564Е-ОП 6 58Е»01 7 52Е<01 В4БЕ-СХ 9. АОЕ-СП
Рис. 3. Запись поперечных колебаний по высоте здания, мм/с; сверху вниз: эт. 16, 13, 7, 1
Фрагмент записи смещений, полученных интегрированием функции скоростей при установившемся режиме работы вибромашины на частоте 1 Гц, приведен на рис. 4. Построенная по смещениям форма поперечных колебаний приведена на рис. 5.
ВЕСТНИК
5/2012
Аналогичным образом были построены формы колебаний на резонансных частотах 4,2 и 4,6 Гц.
Рис. 4. Фрагмент записи смещений по высоте здания на частоте 1 Гц при 12 грузах на валу вибромашины (сверху вниз: эт.16, 13, 7, 1)
Рис. 5. Формы поперечных смещений, мм, по высоте здания
Эксперименты показали, что кроме направленного действия вибраторы создают и концентрические сейсмические волны, вызывающие и продольные колебания здания. Полученные две формы продольных колебаний и соответствующие им частоты приведены на рис. 6.
1АГЙ 4-ЙГЦ
Рис. 6. Формы продольных колебаний здания в смещениях, мм, на частотах 1,4 и 4,6 Гц, полученные при возбуждении колебаний вибромашиной (12 грузов на валу)
Для оценки сейсмостойкости здания по результатам вибрационных испытаний была произведена экстраполяция сейсмического эффекта, создаваемого вибромаши-
100
КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5
Инженерные изыскания и обследование зданий. Специальное строительство
ВЕСТНИК
МГСУ
ной (7 баллов), на расчетное сейсмическое воздействие для района строительства в 9 баллов. Для этого был использован СНиП-П-7—81 (издание 2000 г.) и спектры ускорений максимальных расчетных землетрясений, построенные для района строительства в Центре службы геодинамических наблюдений в электроэнергетической отрасли (ЦСГНЭО).
В нашем случае оценка сейсмостойкости здания была проведена на основе анализа максимальных смещений, полученных в экспериментах и экстраполированных на максимальное расчетное землетрясение. Анализ показал, что максимальное смещение верхней отметки здания в поперечном направлении составляет 3,50 см, а в продольном — 1,02 см. Смещение в первом случае составляет 7,840-4, а во втором — 2,340-4 от высоты здания, что намного меньше допускаемых прогибов для различных конструкций (СНиП-2.01.07—85 «Нагрузки и воздействия», раздел 10.7, табл. 19). При этом следует особо отметить, что поперечные смещения здания по первой форме определяются в основном покачиванием его как жесткого тела на упругом основании, т.е. не связаны с деформациями его конструктивных элементов.
Выводы. 1. Оценка сейсмостойкости зданий путем вибрационных испытаний их с использованием мощной вибромашины, установленной на грунте, показала высокую эффективность этого метода.
2. Получены значения ускорений и смещений по высоте и длине здания в поперечном и продольном направлениях.
3. Результаты экстраполирования сейсмического эффекта от вибрационных испытаний здания на расчетную 9-балльную сейсмическую нагрузку показали, что здания исследованного типа являются сейсмостойкими.
Библиографический список
1. Экспериментальные исследования динамических характеристик строительных конструкций АЭС в натурных условиях / Г.Э. Шаблинский, А.С. Исайкин, Д.А. Зубков, А.В. Старчевский // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2005. № 6.
2. Натурные исследования собственных колебаний специальных сооружений, возведенных в сейсмически активных районах / Г.Э. Шаблинский, А.С. Исайкин, Д.А. Зубков, А.В. Старчевский // Сб. тр. 7-й Российской национальной конф. по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию с международным участием, г. Сочи, 27.08 — 03.09 2007 г.
3. Шаблинский Г.Э., Исайкин А.С. Ретроспективная оценка особо ответственных сооружений на основе натурных динамических исследований // Промышленное и гражданское строительство. 1997. № 8.
Поступила в редакцию в апреле 2012 г.
Об авторах: Румянцев Антон Андреевич — младший научный сотрудник ИНТЦ «ПрИз», ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г Москва, Ярославское шоссе, д. 26, rumiantsev.anton@gmail.com;
Сергеевцев Евгений Юрьевич — аспирант кафедры ПММ Мытищинского филиала, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), Московская область, г. Мытищи, Олимпийский проспект, д. 50, sergeevcev@gmail.com.
Для цитирования: РумянцевА.А., СергеевцевЕ.Ю. Вибрационные испытания 16-этажного жилого дома объемно-блочной конструкции // Вестник МГСУ 2012. № 5. С. 98—102.
A.A. Rumyantsev, E.Yu. Sergeevtsev
VIBRATION TESTING OF A SIXTEEN-STORIED BUILDING THAT HAS A PRECAST CONCRETE BOX STRUCTURE
This article covers the problems of theoretical assessment of the seismic stability of a
16-storied building made of precast concrete box units by full-scale experimental testing through
ВЕСТНИК 5/2012
the employment of a powerful unbalance-type vibration machine. The authors provide the results of the experimental testing and scale them to assess the effects of an earthquake.
The testing procedure that consists in the assessment of the seismic stability of buildings through employment of the vibration testing performed by a powerful vibration machine installed on the soil surface, have proven its high efficiency.
As a result of the vibration testing, specific values of accelerations and shifts in terms of the building height and length were identified in lateral and longitudinal directions.
The results of extrapolation of the seismic effect of the vibration testing onto the 9-grade seismic load scale have proven that the buildings of this type can be considered seismically stable.
Key words: 16-storied building, precast concrete box units system, vibration machine, dynamical characteristics, vibrations, basic frequencies and wave forms, full-scale research, seismic stability assessment.
References
1. Shablinskiy G.E., Isaykin A.S., Zubkov D.A., Starchevskiy A.V. Eksperimental'nye issledovaniya dinamicheskikh kharakteristik stroitel'nykh konstruktsiy AJeS v naturnyh usloviyakh [Experimental Research of Dynamical Characteristics of Structures of Nuclear Stations]. Seysmostoykoe stroitel'stvo. Bezopasnost' sooruzheniy [Seismic Construction. Safety of Structures], 2005, no.6.
2. Shablinskiy G.E., Isaykin A.S., Zubkov D.A., Starchevskiy A.V. Naturnye issledovaniya sobstvennykh kolebaniy spetsial'nykh sooruzheniy, vozvedennykh v seysmicheski aktivnykh rayonakh [Field Research of Natural Vibrations of Special-purpose Structures Built in Areas of Seismic Activity]. Collected works, 7th Russian Conference dedicated to Seismic Construction and Seismic Zoning. Sochi, 27.08 — 03.09.2007.
3. Shablinskiy G.E., Isaykin A.S. Retrospektivnaya otsenka osobo otvetstvennykh sooruzheniy na osnove naturnykh dinamicheskikh issledovaniy [Retrospective Assessment of Structures of Major Importance on the basis of Dynamic Field Tests]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Civil and Industrial Construction], 1997, no. 8.
About the authors: Rumyantsev Anton Andreevich — junior researcher, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; rumiantsev.anton@gmail.com;
Sergeevtsev Evgeniy Yur'evich — postgraduate student, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), Mytishchi Branch, 50 Olimpiyskiy prospect, Moscow Region, Russian Federation; sergeevcev@gmail.com.
For citation: Rumyantsev A.A., Sergeevtsev E.Yu. Vibratsionnye ispytaniya 16-etazhnogo zhilogo doma ob"emno-blochnoy konstruktsii [Vibration Testing of a Sixteen-Storied Building that Has a Precast Concrete Box Structure]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 5, pp. 98—102.
102
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5
