|
|
 |
|
 |
Калькулятор НДС онлайн: nds.com.ru
Главная Публикации
Железобетонные каркасы высотных зданий
Высотные здания как правило характеризуются неравномерностью распределения силовых элементов в плане, определяющих их горизонтальную жесткость. Тем не менее конструктивная схема здания представляет собой единое геометрическое тело, близкое к башне или пластине, если элементы, работающие на сдвиг (перекрытия, распорки, ригели, диафрагмы, связи), достаточно регулярно распределены по высоте. Как известно, континуализацию можно проводить при пяти и более регулярных факторах системы, для консольных схем этот параметр может быть снижен до четырех. Таким образом, дискретными по высоте следует считать связи при их количестве три и менее.
Зданием сложной макроструктуры следует называть сооружение, состоящее из двух и более объемов, дискретно связанных между собой. Высотные здания сложной макроструктуры стали применяться в последние десятилетия по разным причинам. Прежде всего — по функциональным и эстетическим. Двухбашенные здания, объединенные перемычкой, эффектно оформляют магистраль в виде арки, обеспечивают внутренние коммуникации, во многом решают проблему противопожарной безопасности. Примером таких зданий может служить арка в районе Дефанс (Париж) или башни концерна «Петронас» в Куала-Лумпуре (Малайзия).
Общая жесткость таких зданий, характер поведения в ветровом потоке и при сейсмических воздействиях зависят от макроструктуры здания и параметров его элементов (башен, перемычек между башнями). Исследуем влияние этих факторов на динамические свойства системы. Рассмотрены двух-, трех- и четырехбашенные здания.
Во-первых, рассмотрена группа двухбашенных 25-этажных зданий. Размер каждой башни — 18x18 м в плане, высота — 75 м, расстоянии между башнями — 18 м. Здания моделировались пластинами по периметру и квадратным ядром жесткости в центре. Толщина всех пластин принята 200 мм. Момент инерции сечения одного корпуса равен 805,8 м4. Анализ проведен с помощью конечно-элементной программы. В процессе перебора вариантов варьировалась высота ригельной перемычки: 3, 6, 9 и 12 м на отметке 16 этажа. Характерные для двухбашенных зданий крутильные формы собственных колебаний проявляются при 3-й и 6-й частотах, что еще раз подчеркивает склонность зданий данного типа к кручению. Частоты, соответствующие крутильным формам, возрастают с увеличением высоты ригеля. Как видно, 2-я частота, соответсвующая изгибной форме колебаний относительно оси, перпендикулярной галерее, возрастает от 1-го до 4-го варианта с 1,5 до 2 Гц, что вполне закономерно (табл. 1).
Табл. 1. Результаты для двухбашенных зданий
Геометрическая схема галерей-диафрагм (размеры в м)
1
2
3
-
4
3х6
6х6
9х6
-
12х6
Момент инерции сечения галереи Iy, m4 при стенке 200 мм
6,3
28,8
78,3
-
166
Относительная жесткость Iу галереи / Iу корпуса (%)
0,782
3,574
9,717
-
20,551
Собственные частоты (Гц)
-
-
-
-
-
характер формы
1
1,219
1,2
1,187
1,177
изгиб из пл.
2
1,505
1,736
1,914
2,04
изгиб в пл.
3
2,228
2,34
2,4
2,44
кручение целиком
4
5,3
5,58
5,53
5,49
изгиб из пл.
5
5,66
5,71
6,04
6,33
изгиб в пл.
6
5,96
6,616
6,3
6,41
кручение отд. корп.
Одиночные перемычки для оказания влияния на совместную работу башен должны иметь изгибную жесткость, составляющую 10–20 % от жесткости отдельных точечных зданий (табл. 1), а при связях, распределенных по высоте, — суммарную жесткость такого же порядка. При этом на кручение оптимально работают коробчатые связи, имеющие собственную крутильную жесткость, которая противодействует взаимным изгибным колебаниям башен [1].
Крутильные формы колебаний часто недооцениваются при расчетах. Двухбашенные здания проявляют склонность к крутильным колебаниям в первых формах. При несовпадении центра приложения ветровых нагрузок (неравномерный обдув из-за соседних зданий) с центром изгиба системы образуется эксцентриситет и, как следствие, кручение здания целиком. С учетом пульсационной ветровой нагрузки на первые формы крутильных колебаний накладываются вынужденные колебания вследствие срыва потока по граням корпусов и пульсации ветра, что при приближении частот собственных и вынужденных колебаний может приводить к резонансу.
При увеличении числа башен до четырех (при аналогичных перемычках) жесткость системы несколько повышается, первая частота возрастает с 1,2 до 1,5 Гц. Однако и здесь сохраняется склонность к крутильным колебаниям (3-я форма, 1,92 Гц). Также возникают формы, ромбовидные в плане, при которых возникают взаимные сближения башен по диагонали (4-я форма, 2,62 Гц).
Далее проведен анализ трехбашенной модели здания. Жесткостные параметры системы варьируются характером связей. Первый тип здания — три башни, связанные пластинами, равномерно распределенными по высоте. Второй тип здания — дополнительная связь сдвига на отметке 25-го этажа (стена толщиной 200 мм на высоту этажа по периметру). Третий тип — аналогичные связи сдвига на отметках 5, 10, 15, 20 и 25 этажей.
Табл. 2. Результаты расчета для трехбашенных зданий
Собственные частоты (Гц) и перемещения (см)
Тип
f1
f2
f3
UxUl
UxS
UxP
UxSumm
1
0,383
0,428
1,134
15
16,73
10,71
27,46
2
0,404
0,456
1,016
15
9,3
5,76
15,3
3
0,692
0,773
1,414
15
3,44
1,87
5,22
Для данной группы зданий получены собственные частоты и перемещения верха от статической и пульсационной ветровой нагрузки (табл. 2). Анализ показывает, что уже при установке связи сдвига на верхнем этаже перемещения снижаются с 27 до 15 см, что отвечает требованию СНиП (Uxul). При установке дополнительных связей сдвига по высоте здания перемещения снижаются до 5 см. Что касается собственных частот, то в треугольном типе зданий, в отличие от 2-х и 4-башенных, частота, соответствующая крутильной форме колебаний, существенно выше первых 2-х частот, соответствующих изгибным формам. Из результатов, приведенных в таблицах, следует, что наибольший эффект дают связи сдвига на отметке верхнего этажа, объединяющие отдельные башни и сокращающие депланацию сечения здания целиком.
На основе приведенных результатов и анализа по характеру работы связи могут быть разделены на три обобщенных случая: 1) связи-распорки или платформы без изгибной жесткости; 2) отдельные связи сдвига, совместность работы башен на сдвиг; 3) связи, регулярные по высоте, совместность работы башен на изгиб.
Влияние горизонтальных нагрузок на динамическое и статическое поведение высотных зданий увеличивается при увеличении высот, падении массы здания, в результате применения новых материалов и рационального использования несущей способности. Для отдельных зданий с оптимизированной структурой падают одновременно и жесткость и масса, что ведет к падению собственной частоты колебаний и приводит к зыбкости верхних этажей. Для гарантирования прочностных свойств достаточна меньшая материалоемкость, чем для гарантирования нормированных ускорений и перемещений [2].
Поэтому выходом служит объединение комплекса зданий в здание сложной макроструктуры, при этом особое внимание следует уделить характеру связей между отдельными корпусами.
Литература 1. Дроздов П. Ф., Лишак В. И. «Пространственная жесткость и устойчивость различных конструктивных схем». — М., 1976. 2. Козак Ю. «Конструкции высотных зданий»./Пер. с чеш. Г. А. Казиной. — М.: Стройиздат, 1986. 3. Johami Etsele mid Ellen К loft, Hochhausatlas, Verlag D.W.Callwey GmbH & Co.KG, 2002.
 Чистую воду обеспечит «Акваметосинтез». Компания «ЭМК» — ваш надежный партнер. ЮСУПОВСКИЙ ДВОРЕЦ: ЖИВОЙ, НО ОЧЕНЬ СТАРЫЙ ОРГАНИЗМ. Весь спектр электротехнического оборудования. AquaStop-2006: гидроизоляция метрополитенов — в центре внимания. Нетканые материалы от лидера отрасли!. Топливно-энергетический комплекс России: задачи и перспективы.
Главная Публикации
|
|
