О методах виброзащиты фундаментов зданий в условиях города


Н.А. Козлова, В.М. Мишина DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10044

N.A. Kozlova, V.M. Mishina

О методах виброзащиты фундаментов зданий в условиях города About methods of vibration protection of the buildings'foundations in a city

Ключевые слова: виброзащита, конструкции, метрополитен. Keywords: vibration protection, construction design, underground.

Аннотация: В работе рассматриваются доступные методы механической виброзащиты фундаментов здания, использование которых возможно в условиях г. Москвы.

Abstract: The paper considers available methods of mechanical vibration protection of building foundations, which are possible to use in the conditions of Moscow.

Что такое вибрация? С точки зрения физики, это малые механические колебания, возникающие в упругих телах под воздействием переменных сил, характеризующиеся спектром частот и кинематическими параметрами.

Вибрация классифицируется по способу передачи человеку (от инструмента, транспорта, стационарного механизма и т.д.), по источнику возникновения, по частотному составу и источнику (низкочастотная, средне-частотная и высокочастотная для общей и локальной вибрации), по направлению основных осей, по характеру спектра (узкополосная и широкополосная), по временным характеристикам (постоянная, непостоянная).

Продолжительное воздействие вибрации на человека несет отрицательный характер, так как каждая отдельная часть человека (голова, глазные яблоки и т.д.) имеет собственную амплитуду колебания и при совпадении частот начинает резонировать, что может привести к ухудшению самочувствия (вибрационная болезнь) или даже летальному исходу.

В данной работе рассмотрена защита фундаментов сооружений от волн, излучаемых колеблющейся обделкой тоннелей метрополитена вследствие движения поездов. Актуальность вопроса обусловлена увеличением провозной способности транспорта и необходимостью многоуровневого освоения площади ограниченного участка городского подземного пространства в связи с развитием инфраструктуры. Вибрация, созданная работой метрополитена, считается одной из самых вредных для жилых домов и общественных построек.

Виброзащита - это инженерные мероприятия по уменьшению вредного воздействия вибрации на человека, приборы и механизмы. Защита может быть индивидуальной или, что более желательно, коллективной. На сегодняшний день защитная зона линий метрополитена - 40 м по кратчайшему расстоянию до стенки тоннеля. Однако в условиях, когда изначально невозможно использовать наиболее эффективные конструкции самого здания (монолитный железобетонный фундамент или каркас) или санитарной зоны недостаточно, современные строительные технологии позволяют инженерам и архитекторам применить и другие методы: снижение виброактивности источника, демпфирование, активную и пассивную виброизоляцию, динамическое и активное гашение вибрации.

Рассмотрим некоторые из них.

Для нивелирования возникающих колебаний метрополитена в первую очередь изолируют место возбуждения -

то есть основания рельсового пути. Подобные решения включают использование высокоупругих прокладок для рельсовых креплений (а также для деревянных и железобетонных шпал, брусьев стрелочных переводов в условиях эксплуатации скоростного и совмещенного со скоростным движения); упругих опор (рис. 1) для пути на плитах и с балластным корытом (рис. 2), подбалластных матов, системы «масса - пружина» (рис. 3) и т.д. Виброизолирующие свойства должны охватывать как можно больший диапазон частот, в то время как резонансная частота должна быть минимум в два раз ниже.

Вторым решением является установление однослойных и двухслойных пустотных стенок - экранов по периметру здания. Суть их устройства заключается во введении в грунтовый массив существенной неоднородности, обеспечивающей отражение волн, распространяющихся от заглубленного транспортного источника. Для однослойных стенок эффективность (снижение колебания в два или более раза) обеспечивается при толщине экрана более 1/6 длины падающей продольной и 1/3 падающей поперечной волн. Углы падения на экран должны быть больше значения совпадения следов падения волн с длиной изгиба волны на экране.

Пустотные экраны более эффективны, т.к. снижают уровень вибрации до 10 дБ и представляют собой две плиты с воздушным промежутком между ними, однако их свойства легко нарушаются при попадании внутрь грунта или воды.

Рис. 1. Конструкции пути с плитным основанием на упругих опорах: 1 - железобетонная плита основания тоннеля; 2 - монолитный бетон; 3 - амортизирующие подкладки; 4 - корытообразная плита; 5 - путевой бетон; 6 - водоотводный лоток; 7 - контактный рельс; 8 - ходовой рельс; 9 - боковой упор

Методы

209

Схоже действуют экраны, защищающие от сейсмических воздействий: ряды скважин, заполненных поглощающим колебания материалом размещающихся вокруг здания, а также траншеи, заполненные жидкостью (уплотняющий раствор или аэрированная водогрунтовая пульпа с цементом, полиуретановым веществом, гранулами пенополистирола и др.) и газом для регулирования их давления и перекрытые демпфирующей прокладкой.

а

Рис. 2. Балластное корыто: а - амортизаторами под конструкцией

верхнего строения пути; б - амортизаторами под лежнями. 1 - балластное корыто; 2 - рельс; 3 - шпала; 4 - щебеночная постель; 5 - амортизатор; 6 - обделка тоннеля; 7 - лежень; 8 - стальные связи

1 1

1 !

^ ^ ^

1

3

к I О ЧО | \

(I

\~и '|>\7

X /\ 2

4 /X X —

Рис. 3. Система «масса-пружина»: 1 - подвижная часть виброплощадки; 2 - пружинный виброизолятор; 3 - неподвижная часть виброплощадки; 4 - основание

Учитывая высокую стоимость сооружения экрана, а также необходимость в большинстве случаев перекладки подземных коммуникаций и обширных земельных работ (для ощутимого снижения вибрации порядка 10 дБ траншеи и экраны должны достигать глубины 4-5 м), эти способы в современных условиях плотной городской застройки применяются мало.

Третий способ - вибродемпфирование. Его суть в рассеивании энергии колебаний, путем пропускания ее через деформирующуюся прослойку материала и превращения в тепловую.

Существует несколько методов вибродемпфирования:

- Производство элементов с использованием материалов, имеющих большой коэффициент потерь (чугун, сплавы меди и марганца, пластмассы).

- Нанесение на конструкцию вибродемпфирующих покрытий: жестких - важно отсутствие воздушных зазоров и непроклеев; армированных - слой вязкоупруго-го материала, с нанесением тонкого армирующего слоя жесткого материала; мягких - вязкоупругих материалов; комбинированных.

- Применение вибродемпфирующих гранулированных засыпок из сухого песка, чугунной дроби или использование жидкостной прослойки.

Виброизоляция располагается либо на источник колебаний, либо на предмет защиты (приемнике), поэтому четвертый метод - защита самого здания. Она бывает двух типов - внутренняя (то есть использование подкладок, плавающего пола и др. в помещениях) и внешняя, заключающаяся в размещении виброизолятора, т.е. специальных прокладок (на основе резины, металло-резины или эластомеров) под свайные или ленточные фундаменты, у основания несущих колонн или сводов, тем самым ослабляя связь с источником возбуждения.

При качественном перекрытии всех путей распространения колебаний это приведет к значительному снижению вибрации, однако вызовет некоторые проблемы с увеличением статических смещений объекта относительно источника и ростом амплитуд в определенных ситуациях.

Все вышеперечисленные технические способы защиты приводят к значительным дополнительным финансовым затратам, что необходимо учитывать архитекторам, градостроителям и инвесторам при принятии решений о размещении тех или иных зданий и сооружений вблизи линий метрополитена.

Список цитируемой литературы:

1. ГОСТ 34078-2017. Прокладки рельсовых скреплений железнодорожного пути. Технические условия / Межгосударственный стандарт прокладки рельсовых скреплений железнодорожного пути. Технические условия. Дата введения 2018-01-01 / разработан ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении», [принят] Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации. - Москва, Стандартиформ, 2017. - 26 с.

2. Кашина С.Г. Защита от вибрации: учебное пособие / С.Г. Кашина; М-во образования и науки Российской Федерации, Казанский гос. архитектурно-строительный ун-т, каф. производственной безопасности и права. - Казань: Казанский гос. архитектурно-строительный ун-т, 2012. - 132 с.: ил. - ISBN 978-5-7829-0370-1.

3. Справочник по защите от шума и вибрации жилых и общественных зданий / В.И. Заборов [и др.]; под ред. В.И. Заборо-ва. - Киев: Будивэльнык, 1989. - 157 с.: ил. - (Охрана окружающей среды). - ISBN 5-7705-0162-6.

4. Титов Е.Ю. Разработка методов оценки и способов снижения уровней вибраций сооружений вблизи метрополитенов и железнодорожных трасс: специальность 05.23.11. Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Титов Евгений Юрьевич. - Москва, 2006. - 134 с.: ил.

В.И. Ламбрихт DOI: 10.24411/9999-034A-2020-10045

V.I. Lambrikht

Образ исторического города как инструмент современного формообразования Image of a historical city as a tool of contemporary formgiving

Ключевые слова: преемственность, современная архитектура, историческая среда, архитектурное наследие, современное формообразование, взаимодействие с историей, образ города.

Keywords: continuity, contemporary architecture, historical site, architectural heritage, contemporary formgiving, interaction with history, image of the historical city.

Аннотация: В статье рассмотрены приемы формообразования, направленные на установление взаимосвязи между старыми и новыми частями исторического архитектурного ансамбля, на примере работ архитектурных бюро Tadao Ando Architecture & Associates и David Chipperfield Architects.

Abstract: The article is devoted to the contemporary formgiving techniques aimed at establishing the relationship between the old and new parts of the historical architectural ensemble, using the example of the architectural bureaus Tadao Ando Architecture & Associates and David Chipperfield Architects.

Сохранение исторических объектов сегодня тесно связано с современным формообразованием. Противоречия между потребностями ценностей прошлого и настоящего [5] зачастую решаются в практике путем адаптации исторического здания к новой функции с сохранением материальных аспектов его подлинности. Новое целое возникает на основе взаимодополнения - современная архитектура реабилитирует исторический объект, включая его в жизнь города, в то время как исторический объект создает смысловую привязку современной архитектуры к контексту. Каждый элемент этой системы работает на новую общую целостность, основанную на синхронном сосуществовании прошлого и будущего. «Конфликтующие системы не отменяют друг друга, а вступают в структурные отношения, порождают новый тип упорядоченностей» [4]. Подобное взаимодействие современности с прошлым невозможно без внимания архитектора к духу места и его культурно-историческому контексту.

В рамках статьи рассмотрим два примера продолжения исторического архитектурного ансамбля с помощью современного формообразования, опирающегося на образы исторического города: проекты Тадао Андо - Fábrica (исследовательский центр Benetton, Тре-визо, Италия) и Дэвида Чипперфильда - расширение кладбища Сан-Микеле (Венеция, Италия).

Центр исследования коммуникаций Benetton Group Fábrica и образы римских площадей

Задача архитекторов здесь заключалась в адаптации палладианской виллы XVII века к новой функции образовательного центра, рассчитанного на студентов раз-

личных художественных дисциплин: архитектуры, дизайна, графики, кино, фотографии и т.д. Центру были необходимы лаборатории и мастерские по работе с деревом, текстилем, керамикой и металлом, библиотека, выставочная галерея, зал для лекций, ресторан и кафетерий. Для размещения всех этих функций требовалось создать дополнительные площади, поэтому к вилле было пристроено два небольших бетонных объема (амфитеатр и лифтовой узел) и один стеклянный переход от корпуса к корпусу. Большая часть новых площадей разместилась в пристройке, утопленной в ландшафт рядом с основным историческим комплексом [7].

Самая запоминающаяся часть Исследовательского центра Fábrica - его подземный овальный двор. Попасть в овальный двор можно по большой лестнице. Пространственный опыт преодоления рельефа с помощью плавной и протяженной лестницы, переход из открытого наружного пространства в более замкнутое пространство двора-площади напоминает нам ансамбль римской площади Капитолия и лестницу Кордоната, которые были построены по проекту Микеланджело в XVII веке. Некоторые ключевые элементы структуры овального двора совпадают и с другими римскими площадями. Например, в структуре площади Святого Петра также можно увидеть эллиптическую форму плана, обелиск и обрамление колоннадой. Однако основополагающее структурное сходство заключается именно в сочетании Кордонаты с площадью, в характере взаимодействия протяженного пути, преодолевающего природный ландшафт, с переходом в замкнутое камерное пространство.