Распределение амплитуд виброускорений в многоэтажном административном здании от источников техногенного происхождения

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АМПЛИТУД ВИБРОУСКОРЕНИЙ В МНОГОЭТАЖНОМ АДМИНИСТРАТИВНОМ ЗДАНИИ ОТ ИСТОЧНИКОВ ТЕХНОГЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

В.Л. Мондрус, Л.Т.Т. Хуэн

МГСУ Д.К. Сизов

ООО «ВИБРОСЕЙСМОЗАЩИТА»

Статья посвящена рассмотрению вопроса о распространении вибрации техногенного происхождения по несущим конструкциям многоэтажного здания.

The article is devoted to consideration of a question on distribution of vibration of a technical origin on carrying designs of a multi-storey building.

В настоящее время строительный комплекс сталкивается с проблемой освоения тех городских территорий, которые ранее не рассматривались как участки пригодные для застройки жилыми и общественными зданиями. В качестве таких зон чаще всего выступают участки с повышенным уровнем техногенной вибрации, основными источниками которой служат как линии железных дорог, линии метрополитена неглубокого заложения, так и автомобильные магистрали, пронизывающие всю территорию городской застройки [1],[2].

В статье рассматривается поведение многоэтажного административного здания под действием вибрационного воздействия как со стороны линии железной дороги, так и линии метрополитена неглубокого заложения, расположенной непосредственно под подземными конструкциями здания. Таким образом, на здание действует многокомпонентное поличастотное внешнее динамическое воздействие, которое может негативно отразиться на здоровье людей. Основное внимание в статье уделяется определению характера распределения амплитуд виброускорений по высоте здания в зависимости от частот вынуждающего воздействия. Рассматриваемая проблема является достаточно актуальной, так как позволяет, в частности, производить проектирование более эффективных систем виброзащиты зданий, либо возводить здания с таким функциональным назначением помещений, которое является допустимым при данном уровне вибрации основания.

На рис. 1 приводятся характерный разрез административного здания и план одного из подвальных этажей. Конструктивной особенностью здания является наличие трех этажей ниже уровня земли с расположенными в них помещениями автостоянки. С целью уменьшения величин передаваемой вибрации в здании предусматривается отрезка несущих конструкций подземных этажей здания от вибрирующего основания. Восприятие горизонтальной нагрузки со стороны грунтового основания производится за счет использования специальных анкеров, воспринимающих всё горизонтальное воздействие. Таким образом, основная часть вибрационного воздействия передается на конструкции здания в уровне -3-его подземного этажа. В непосредственной близости от фундаментной плиты располагаются туннели действующей линии метрополитена. На расстоянии менее 20 метров от контура здания проходит линия окружной железной дороги.

ВЕСТНИК 1/2010

Рис.1. План подземного этажа здания, характерный разрез

С целью определения распределения величин амплитуд виброускорений построена пространственная конечно-элементная модель здания с использованием программного комплекса МаБ^ап. Наибольший практический интерес представляет распределение виброускорений именно в высотной части здания, в различных по высоте точках при заданных частотах внешнего воздействия основания. Как показано в статье [3], в зданиях, располагающихся в непосредственной близости от источников техногенной вибрации возможным является возрастание амплитуд колебаний точек перекрытий верхних этажей. Моделирование несущих железобетонных ядер жесткости, а также конструкции монолитных перекрытий производится с использованием пространственных оболочечных конечных элементов; а колонн—с использованием пространственных стержневых элементов. Внешний вид конечно-элементной модели здания представлен на рис.2.

Рис.2. Конечно-элементная модель

На площадке строительства были выполнены натурные измерения уровней вибрации, на основе которых и производится формирование функциональной зависимости амплитуды виброускорения от частоты внешнего воздействия.

Особенностью решаемой в программном комплексе модели является учет вибрирующего основания. Учитывая реальное расположение проектируемого здания относительно как линии метрополитена неглубокого заложения, так и линии железной дороги, в расчете принимаем величины виброускорений одинаковыми для всех точек колеблющегося основания. Учет вибрирующего основания производим, соединяя все точки в уровне опирания конструкций здания на фундаментную плиту с телом большой массы, к которому производим приложение изменяющейся в зависимости от частоты величины виброускорения.

Внешний вид конечно-элементной модели с присоединенной массой показан на рис. 3, где явно видны используемые для обеспечения жестких связей Rigid элементы.

В качестве результатов расчета рассматривается снижение логарифмического уровня виброускорения одной выбранной точки перекрытия, расположенной в плане согласно рис. 4. относительно точки перекрытия -3-го этажа здания.

На рис.5 приводятся графики снижения логарифмического уровня виброускорения точек перекрытия по этажам, полученные для характерной точки здания (см. рис.4). Отрицательные величины характеризуют увеличение амплитуд компонент виброускорения.

Как показывают результаты выполненных расчетов здания на действие горизонтальной и вертикальной составляющей вибрации, в здании развивается сложное напряженно-деформированное состояние, при этом в колебательный процесс вовлекаются все конструктивные элементы здания по высоте. Полученные графики уменьшения логарифмических уровней виброускорения иллюстрируют частичное затухание колебаний в конструкциях при увеличении частоты внешнего воздействия. Этот эффект в наибольшей степени наблюдается при рассмотрении горизонтально колеблющегося основания. Но при расчете здания на вертикальные колебания основания эффект затухания проявляется в значительно меньшей степени. При определенных частотах внешнего воздействия возможно даже дополнительное возрастание амплитуд виброускорений конструкция—дополнительная раскачка конструктивных элементов. Это связано с возможным наступлением резонанса вынуждающей силы и собственных колебаний отдельных конструктивных элементов.

Рис. 3. Вид конечно-элементной

модели здания снизу

Рис.4. Месторасположение исследуемой точки относительно несущих конструкций типового этажа

ВЕСТНИК МГСУ

1/2010

Рис.5. Уменьшение логарифмического уровня виброускорения точки перекрытия. Литература

1. М.А.Дашевский М.А., Миронов Е.М., Моторин В.В, Виброзащита зданий—теория и реализация. - Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений (ССБС). Москва. 2002, №5, с. 37-46.

2. Дашевский М.А., Глазков Д.А., Моторин В.В. Защита от транспортной вибрации. Высотные здания, 2008, №5, с. 92-97.

3. Дашевский М.А., Ковальчук O.A., Мондрус В.Л. Влияние поездного состава метрополитена на поведение крупнопанельных зданий повышенной этажности. Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений (ССБС), Москва, 2004, №3.

Ключевые слова: виброускорение, здания, этаж, вибрация, конструкция, фундамент, план, расчет, величина.

Рецензент: Сергеев М.В., доктор технических наук, профессор, генеральный директор фирмы «октава+»