Здания с сейсмоизолирующим скользящим поясом и динамическими гасителями колебаний
Конструктивные решения зданий с сейсмоизолирующим скользящим поясом и динамическими гасителями колебаний.
Совместное использование двух систем сейсмозащиты (скользящего пояса и динамического гасителя) в одном здании или сооружении позволяет расширить области их рационального применения. Кроме того, можно регулировать в определенных пределах пороги срабатывания отдельных систем, снижать чувствительность системы конструкций к эксцентриситетам распределения масс и жесткостей в плане и по высоте, уменьшать амплитуды перемещений и ускорений, связанных с кручением зданий в плане.
При расчете зданий с сейсмоизолирующим поясом и динамическими гасителями колебаний пониженные величины горизонтальных сейсмических нагрузок Sik, на которые необходимо рассчитывать надземные конструкции здания, рекомендуется определять по формуле [91]:
где К5 — коэффициент, характеризующий суммарное снижение расчетных сейсмических нагрузок.
K5 = 1/(1/К3 + 1/К4) > 0,4, т. е. сейсмические нагрузки снижаются не более, чем в 2,5 раза.
Рис. 6.1. Конструктивная схема динамического гасителя колебаний При этом коэффициенты К3 и К4 определяются в соответствии с рекомендациями по расчету соответственно зданий со скользящим поясом и динамическими гасителями, а коэффициенты K1, К2 и Soik определяются в соответствии с п. 2.5 СНиП 11-7-81.
Первый опыт сочетания двух систем сейсмозащиты относится к проектированию и строительству в г. Фрунзе девятиэтажного экспериментального крупнопанельного дома серии 105, подробно рассмотренного в предыдущей главе.
Рис. 6.2. Схема установки пружин по торцам блока гасителя Динамический пружинный гаситель колебаний размещен в пространстве чердачного перекрытия и предназначен в данном случае для гашения колебаний здания в поперечном направлении, в котором ожидаются максимальные амплитуды колебаний (рис. 6.1). Гаситель выполняется в виде двух железобетонных блоков, расположенных между осями 3-4 и 9-10. Для распределения давления от блоков на чердачном перекрытии устраивается монолитная железобетонная плита толщиной 200 мм, которая рассчитана на нагрузки от массы блока с коэффициентом динамичности 1,5. Железобетонные блоки опираются на пластины из нержавеющей стали с помощью пластин из фторопласта-4 с размером 300x100 мм и толщиной 4 мм. Вдоль боковых граней блоков устанавливаются по три направляющих, обеспечивающих перемещение блоков в определенном направлении. Блоки крепятся хомутами к монолитной железобетонной плите во избежание их отрыва от опорных пластин. По торцам блоков (между блоками со специальными монолитными упорами) устанавливаются упругие связи (пружины), с помощью которых осуществляется настройка динамического гасителя. Вдоль длинных сторон блока предусмотрена установка секций демпферов вязкого трения, которые обеспечивают поглощение энергии колебаний массы гасителя.
Рис. 6.3. Детали крепления пружин к блоку гасителя и упорам Расчет динамического гасителя приведи в примере 2 приложения. Поэтому ограничимся краткой характеристикой конструктивного решения гасителя.
Масса каждого блока гасителя равна 45 т, что в соответствии с выполненным на стадии проектирования расчетом обеспечивает величину общей массы гасителя равной 1,5 % массы надземных конструкций экспериментального дома с учетом временных длительных и кратковременных нагрузок при особом сочетании. Блоки выполнены сборными из восьми элементов каждый.
В качестве упругих связей динамического гасителя на стадии проектирования приняты комплекты из трех пружин от тележки КВЗ-ЦНИИ тип Г для цельнометаллических пассажирских вагонов. Данные по некоторым пружинам даны в табл. 6.1.
Рис. 6.4. Схема демпфера вязкого трения Суммарная жесткость комплекта пружин 3804-Н, 3805-Н и 3806-Н равна 3780 Н/см.
Схема установки и крепления пружин для настройки гасителя показаны на рис. 6.2 и 6.3.
В качестве демпферов вязкого трения использованы демпферы системы проф. В.А. Ивовича и инж. Е.М. Миронова.
Рис. 6.5. Схема установки демпфера вязкого трения Демпферы вязкого трения предназначены для поглощения энергии колебаний путем превращения механической энергии в тепловую и рассеивания ее в окружающую среду.
Достоинство демпферов вязкого трения заключается в том, что с их помощью можно значительно увеличить затухание, практически без увеличения жесткости стальных пружин. Демпфер вязкого трения не обладает ни массой, ни силой упругости.
Демпфирующая сила возникает в случае относительного движения между концами демпфера. Демпфирование в сейсмоизоли-рованной системе необходимо только для подавления резонансных колебаний, характеризующихся большой амплитудой перемещения.
Рис. 6.6. Динамический гаситель колебаний 8-этажного крупнопанельного дома Демпфер вязкого трения (рис. 6.4) состоит из двух цилиндров: неподвижного — статора, закрепляемого на поддерживающей конструкции, и подвижного вибратора, закрепленного на виброизолированном (подпружиненном) основании. Вибратор входит в статер с равномерным кольцевым зазором, заполняемым вязкой жидкостью типа ПМС.
В связи с ограниченностью кольцевого зазора демпферов и необходимостью обеспечения их работы при амплитудах колебаний динамического гасителя порядка 10 см (см. пример 2), проектом предусмотрена система рычагов с соотношением плеч 3:1 (рис. 6.5).
Рис. 6.7. Динамический гаситель колебаний (сечение) Другое решение динамического гасителя в сочетании со скользящим поясом разработано Камчатскгражданпроектом и ЦНИИСК им. Кучеренко для восьмиэтажной экспериментальной блок-секции на основе типовой серии 138 для строительства в г. Петропавловске-Камчатском. В связи с одинаковой жесткостью несущих конструкций в продольном и поперечном направлениях, блок динамического гасителя решен круглым в плане, а его раскрепление принято с помощью радиально ориентированных пружин. На рис. 6.6 и 6.7 приведены схемы динамического гасителя, крепление пружин к блоку и упорам и другие данные по-проектному решению, которое обеспечивает гашение колебаний надземных конструкций в любом возможном направлении.
