Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1. Опыт объемно-блочного домостроения в РФ и за рубежом, в том числе для сейсмических районов 10
1.2. Анализ теоретических и экспериментальных исследований сейсмостойких объемно-блочных конструкций 23
2. Методика определения напряженного деформированного состояния объемно-блочных конструкций с учетом пространственного характера 31
2.1. Аналитический обзор теоретических работ 31
2.2. Исследования точности расчета МКЭ и сопоставление с экспериментальными данными 35
2.3. Пример расчета одноэтажного жилого дома из объемных блоков на сейсмические нагрузки 43
3. Теоретический анализ напряженно-деформированного состояния объемных блоков при различно направленных статических воздействиях 55
3.1. Учет пространственной работы объемных блоков 55
3.2. Влияние толщины горизонтальных граней на характер напряженно-деформированного состояний объемных блоков... 69
3.3. Исследование жесткости междуэтажных перекрытий тонкостенных объемно-блочных систем 76
4. Экспериментальные исследования поведения объемно-блочных конструкций при динамических воздействиях 87
4.1. Цели, объект и методика экспериментальных исследований 87
4.2. Основные результаты испытаний 95
4.3. Выбор расчетной модели стены объемного блока. Сопоставление опытных данных с теоретическими 109
4.4. Колебания стен объемных блоков из плоскости при воздействиях, заданных акселерограммами реальных землетрясений 112
5. Предложения и рекомендации по конструктивным решениям сейсмостойких зданий из объемных блоков для строительства в сейсмических районах Сирии 133
Общие выводы 142
Список использованной литературы
- Опыт объемно-блочного домостроения в РФ и за рубежом, в том числе для сейсмических районов
- Исследования точности расчета МКЭ и сопоставление с экспериментальными данными
- Учет пространственной работы объемных блоков
- Выбор расчетной модели стены объемного блока. Сопоставление опытных данных с теоретическими
Введение к работе
Строительство жилых и общественных зданий из объемных блоков можно
считать вполне сложившейся тенденцией в мировой строительной практике.
Объемно-блочное домостроение существует в России, Германии, Болгарии,
Венгрии, Румынии, США, Канаде, Японии, Швейцарии, Италии и многих
других странах.
г7 Этот вид домостроения позволяет превратить строительное производство в
высокомеханизированный процесс сборки и монтажа зданий на строительной
площадке, перенести основные трудовые процессы в заводские условия,
повысить заводскую готовность сборных элементов зданий до 85 — 90 % при
полной механизации всех основных процессов в условиях стационарного
заводского производства, снизить по сравнению с крупнопанельным
домостроением общие затраты труда примерно на 15 %, в том числе на
строительной площадке - 2,8-3 раза, сократить сроки строительства в 3-4 раза,
ф уменьшить его стоимость на 5-8%.
Объемно-блочное домостроение является качественно новым, по сравнению с крупнопанельным домостроением этапом не только в связи с резким повышением степени индустриализации и архитектурной выразительности строительства, но и повышением антисейсмической надежности зданий, строящихся в районах, подверженных землетрясениям.
Последний фактор явился определяющим при определении актуальности
f~ постановки данной исследовательской темы.
Недавние сильные землетрясения (1995-2002 гг.), происшедшие в Турции и Сирии еще раз продемонстрировали, что ущерб нанесенный зданиям зависит как от расстояния до эпицентра, так и от надежности запроектированных сооружений.
В Сирии большинство существующих и вновь возводимых зданий не отвечает современным требованиям антисейсмического строительства.
5 Несмотря на известные факты происшедших землетрясений, начиная с VII века, регулярные инструментальные наблюдения в Сирии начались только в 1995 году, когда была создана национальная сейсмологическая сеть (SNSN) с центром в г. Дамаске.
Сегодня в Сирии действуют две системы мониторинга за землетрясениями. Первая - короткопериодная телеметрическая сеть, состоящая из 20 станций, распределенных по всей стране и оборудованных короткопериодными цифровыми сейсмометрами Kinemetrics SSL Каждая станция связана радиорелейной линией с центральным компьютером в г. Дамаске. Вторая система мониторинга создана для регистрации сильных землетрясений и состоит также из 20 станций, оборудованных акселерометрами Kinemetrics SSA-I. Цель второй системы мониторинга — обеспечить проектировщиков Сирии банком данных локальных цифровых акселерограмм для оценки динамического поведения строительных конструкций. Это дало возможность в короткие сроки осуществить сейсморайонирование страны и по-новому подойти к оценке балльности территории.
Полученные на основе микросейсморайонирования данные легли в основу рекомендаций по массовой застройке сейсмически опасных районов новыми типами домов, ранее не применявшихся в Сирии.
К их числу относятся объемно-блочные модули, разработанные во Владимирском Государственном Университете и нашедшие применение в сейсмически опасных зонах Таджикистана еще в 1985 году.
Одновременно, японской фирмой "Misawa" создан новый тип объемно-блочных домов из автоклавного ячеистого бетона. Конструкция объемного блока была испытана на различное сочетание статических и динамических воздействий, включая испытания на огнестойкость.
Проведенные испытания на натурных фрагментах позволили определить их действительные динамические характеристики и рекомендовать такие
конструкции для строительства в западных районах Сирии, где наблюдаются землетрясения с магнитудой М>7 и интенсивностью ММ>1Х.
Практический опыт возведения объемно-блочных жилых домов в районах, где сейсмическая активность составляет 8-9 баллов (РФ, Япония, Румыния, Таджикистан) показал, что такие конструкции неоднократно выдерживали подобные воздействия без видимых повреждений.
Тем не менее, специфические условия сейсмически активных зон Сирии, где могут возводиться объемно-блочные здания, накладывают свой отпечаток на поведение строительных конструкций. Сюда относятся такие неисследованные вопросы, как работа новых конструктивных решений объемных блоков из ячеистых бетонов, а также работа объемных блоков, составленных из ребристых элементов с болтовыми соединениями, учет пространственного характера работы объемно-блочных зданий и др.
Поэтому целью настоящей работы являются:
Разработка методики определения напряженно-деформированного состояния объемно-блочных конструкций от воздействий сейсмических нагрузок, с учетом пространственного характера их работы.
Исследование влияния конструктивных решений объемных блоков на характер их напряжено-деформированного состояния.
Исследование специфики поведения тонкостенных объемно-блочных конструкций при динамических воздействиях.
Разработка предложений по конструктивным решениям объемных блоков сейсмостойких зданий.
Научная новизна работы заключается в определении влияния тонкостенности объемных блоков на общий характер поведения здания при сейсмических воздействиях, получении экспериментальных данных на объемно-блочных зданиях новых конструктивных решений при динамических воздействиях, сопоставлении опытных динамических характеристик объемно-
7 блочных конструкций с предложенной и обоснованной методикой пространственного расчета тонкостенных объемных блоков.
Практическое значение работы заключается в том, что проведенные исследования позволяют учесть особенности работы тонкостенных объемных блоков новых конструктивных решений в системе зданий, возводимых в последнее время в сейсмически опасных зонах Сирии и могут быть положены в основу оценки вновь разрабатываемых решений для малоэтажных и многоэтажных зданий.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и списка литературы, содержащего 89 наименований.
Во введении выдвигается цель предстоящих исследований, их новизна и практическая значимость для Сирии.
В первой главе рассматривается опыт объемно-блочного домостроения в России и за рубежом, в том числе для сейсмических районов. Анализируются различные конструктивные решения, получившие наиболее широкое распространение в республиках бывшего СССР и некоторых зарубежных странах, территория которых подвержена сейсмическим воздействиям.
Проведен анализ выполненных теоретических и экспериментальных исследований по сейсмостойкости объемно-блочных конструкций, где обосновываются цели и задачи предстоящей работы.
Вторая глава посвящена методике определения напряженно деформированного состояния объемно-блочных конструкция с учетом пространственного характера их работы. Рассматриваются и анализируются выполненные различными авторами, теоретические работы на основе аналитических и численных методов расчета объемных блоков как замкнутых призматических оболочек. Существенное внимание уделено точности расчета МКЭ и сопоставлению его с известными экспериментальными данными для различных конструктивных решений объемных блоков, выполнен пример
8 расчета на сейсмические нагрузки одноэтажного жилого дома из объемных элементов, запроектированного японской фирмой "Misawa".
В третьей главе проведен теоретический анализ напряженно деформированного состояния объемных блоков при различно направленных статических воздействиях. Рассматриваются различные конструктивные решения объемных блоков, получившие внедрение в сейсмически активных зонах Сирии в соответствие с действующими нормативными документами России.
В расчетах показано влияние на напряженно деформированное состояние объемных элементов дверных проемов, толщины горизонтальных граней и стен.
Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям поведения объемно-блочных конструкций при динамических воздействиях. Рассмотрена методика проведения экспериментальных работ, схема расстановки приборов, особенности обработки и анализ показаний приборов, произведена оценка полученных экспериментальных данных на основе их сопоставления с расчетными положениями. Проведен расчет зданий из объемных блоков на акселерограммы реальных землетрясений.
В пятой главе на основании проведенных исследований вносятся предложения и рекомендации по конструктивным решениям сейсмостойких зданий из объемных блоков для застройки сейсмических районов Сирии. Рассматриваются различные конструктивные схемы несущих объемно-блочных зданий, получивших внедрение в сейсмически активных зонах различных стран и выносится суждение о возможности их применения в конкретных условиях Сирии.
В заключительной части работы приведены общие выводы.
Диссертация выполнялась на кафедре "Строительное производство" Владимирского государственного университета под руководством доктора технических наук, профессора Жива А.С.
.#
9 Автор выражает признательность коллективу кафедры "Строительное производство" ВлГУ, и сотрудникам национальной сейсмологической службы Сирии за оказанную помощь при выполнении данной работы.
# 10
Опыт объемно-блочного домостроения в РФ и за рубежом, в том числе для сейсмических районов
Объёмно-блочное домостроение — индустриальный метод возведения зданий, в котором основным строительным элементом является не панель, как в крупнопанельном домостроении, а объёмный пространственный блок, ,-% включающий одну или несколько объёмно-планировочных ячеек: общую комнату, спальню, кухню, санитарный узел, лестничную клетку и др. Объёмный блок обладает необходимой прочностью, жёсткостью и трещиностоикостью при перевозке, установке в проектное положение во время монтажа здания и его эксплуатации.
В основе объёмно-блочного домостроения лежит изготовление в условиях промышленного производства укрупнённых конструктивных элементов зданий (объёмно-пространственных блоков) с наибольшей степенью _, заводской готовности, включая установку оборудования и отделку.
Особенность этого вида полносборного строительства-разрезка зданий на несколько самостоятельных пространственных ячеек-блоков. Это приводит к значительным качественным изменениям комплекса работ, связанных с возведением зданий, которые компонуются из объемных пространственных блоков из двух или четырёх типоразмеров.
Планировка таких домов с нормальным шагом несущих стен, как правило, лучше, чем крупнопанельных, и только несколько уступает планировке квартир с широким шагом несущих стен.
Объёмные блоки можно располагать в системе здания довольно свободно: можно сдвигать блоки одного ряда относительно другого, помещать их с раздвижкой, рядом или в шахматном порядке. Это позволяет значительно разнообразить объёмно-планировочные решения и архитектуру фасадов. Используя небольшие конструктивные дополнения, можно устраивать балконы, лоджии, эркеры, галереи при незначительных дополнительных затратах.
Одним из важнейших конструктивных качеств объёмных блоков является пространственный характер их статической работы. При воздействии всевозможных силовых факторов на любую из плоскостей объёмных блоков в работу включаются также все незагруженные плоскости блока, существенно снимая нагрузки с зон их непосредственного приложения. Эта особенность объёмных пространственных блоков является значительным резервом снижения расхода конструктивных материалов в жилищном строительстве, в частности арматурной стали.
Объёмно-блочная конструкция зданий и технология объёмно-блочного домостроения впервые были разработаны в России. В ее основе лежало формование объёмного блока размером на комнату. Формование монолитных бетонных блоков размером на две комнаты (на ширину здания) оказалось неэффективным и развития не получило. В дальнейшем преимущественно выпускались монолитные бетонные объёмные блоки размером на одну комнату, изготовляемые машинным формованием пятиплоскостного монолитного железобетонного элемента с плоскими и ребристыми стенками.
В результате проведения широкого эксперимента по строительству зданий из объёмных блоков выделены две конструктивные схемы зданий - блочная и блочно-панельная; два конструктивных типа объёмных блоков -"колпак" и "лежащий стакан" и три технологических метода формования объемных блоков — кассетное бетонирование, непрерывная укладка бетона при подвижных сердечниках и кассетное бетонирование с последующим вакуумированием бетонной смеси.
В зависимости от различных сочетаний конструктивно-технологических решений действующие предприятия сгруппированы в шесть технических направлений, связанных в основном с принципами изготовления объемных железобетонных блоков: Краснодарское, Минское, Кременчугское, Приднепровское, Вологодское и Хабаровское (по местонахождению головных заводов).
По Краснодарскому техническому направлению из объемных блоков построены и строятся жилые дома, санаторно-курортные и гостиничные здания в Краснодаре, Сочи, Ростове-на-Дону, Москве, Пятигорске, Белореченске, Николаеве, Воркуте, Верхней Салде и других городах, а также сёлах Краснодарского края.
По Минскому техническому направлению разработаны проекты на жилые дома и общежития блочной системы. Объёмные блоки -монолитные железобетонные пятиплоскостные размером на комнату, типа "колпак", с угловым опиранием. Они производятся кассетным методом, вставная панель пола изготовляется стендовым методом.
Хабаровское техническое направление — здания объёмно-панельной системы с объёмными монолитными железобетонными блоками типа "колпак", с линейным опиранием. Они изготовляются кассетным методом с последующим вакуумированием бетонных смесей.
Задачей данного производственно-промышленного эксперимента, проводимого по шести техническим направлениям, явилась отработка всех вопросов объёмно-блочного производства и строительства с последующим отбором лучших решений для создания типовых заводов объёмно-блочного домостроения. Если в начале из объёмных блоков строили в основном отдельные экспериментальные здания, то затем была осуществлена комплексная застройка такими зданиями жилых микрорайонов, поселков городского типа и сёл.
Экспериментальное строительство и производственные испытания блоков и фрагментов зданий позволили проектным организациям приступить к корректировке проектов основных серий с целью совершенствования конструктивно-планировочных решений и снижения их материалоёмкости: уменьшения расхода стали, цемента и т.д.
Исследования точности расчета МКЭ и сопоставление с экспериментальными данными
Точность метода расчета объемных блоков не является величиной постоянной и в значительной степени определяется способностью дискретной модели воспроизводить свойства заменяемого континуального участка, а также частотой разбиения исходной конструкции на конечные элементы.
Существуют различные пути уменьшения погрешностей, обусловленных первым фактором. Однако, вне зависимости от точности дискретной модели (или матрицы жесткости конечного элемента) абсолютно точное решение задачи практически невозможно, так как рассчитывается не исходная конструкция, а некоторая эквивалентная система.
Оценка точности способа расчета выполнялась путем решения ряда контрольных задач, для которых имеется точное аналитическое решение, а также сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными, полученными другими авторами.
В качестве одной из контрольных задач был выполнен расчет железобетонной балки-стенки (Е=3,15.102 МПа, =0,18), свободно подвешенной на боковых сторонах и загруженной объемными силами собственного веса. Из рассмотрения графика на рис. 2.2. видно, что полученные результаты незначительно отличаются от аналитического решения, приведенного в /42/ и даже при сетке 8x8 имеют погрешность порядка 3%.
На рис.2.2 представлено также сравнение численных результатов расчёта изгибаемой балки(Е=3,15.10 МПа, р.=0),полученных при помощи дискретных расчетных схем и на основании аналитических методов.
При этом использовались сетки разбиения конструкции на конечные элементы 2x20, 5x15 и 4x20. Расчеты показывают, что даже при разбиении балки по высоте всего на три элемента, результаты вычислений на ЭВМ близки к аналитическим.
Была также рассмотрена квадратная железобетонная плита, защемленная по всему контуру и загруженная равномерно распределенными и сосредоточенными в центре силами. Решение этой задачи было получено при использовании сеток с частотой разбиения 4x4, 8x8, 12x12, 16x16 (Е=3,15.102 МПа, ц=0,15).
Как следует из графика на рис. 2.3 погрешность полученных результатов при самом глубоком разбиении 4x4 не превышает 7% для вертикальных прогибов и 4% - для изгибающих моментов. При разбиении сеткой 8x8 и более погрешность составляет порядка 3%.
Полученные данные наглядно свидетельствуют, что существенного улучшения результатов расчета можно добиться совершенствованием техники расчленения исходной конструкции на конечные элементы. При этом следует учитывать, что применение крупного шага расчленения конструкции на конечные элементы связано с получением менее точных результатов, и в отдельных случаях может привести к принципиальным ошибкам. В то же время использование чрезмерно густой сетки может вызвать трудности, связанные со значительными затратами машинного времени. Наиболее целесообразно применение относительно крупной сетки с местными сгущениями в зонах резкого изменения напряжений. Частота расчленения континуума на конечные элементы и выбор их формы зависит от конкретной конструктивной схемы системы и ее особенностей, т.е. от расположения оконных и дверных проемов, наличия местных утолщений и т.п.
Для оценки достоверности результатов расчета объемных блок-комнат методом КЭ были привлечены результаты испытаний объемных блоков, полученные в ЦНИИСК им. Кучеренко, к.т.н. А.А. Гринером под руководством проф., д.т.н. СВ. Полякова.
Экспериментальные исследования заключались в натурных испытаниях до разрушения объемных блоков типа "лежащий стакан" из керамзитобетона класса в15 с габаритами 5,0x3,0x2,5м с навесной наружной панелью, присоединяющейся на сварке закладных деталей с последующим замоноличиванием швов.
Для сопоставления опытных данных, полученных в ЦНИИСК им. Кучеренко, с результатами теоретических исследований в настоящей работе был выполнен численный анализ деформированного состояния блок-комнат при трех вариантах загружения вертикальными и горизонтальными статическими нагрузками, имевшими место при испытаниях (рис.2.4)
Из условий сопоставимости теоретических данных, получаемых для упругой стадии работы материала конструкций, с опытными данными, вычисления были выполнены для уровня экспериментальных нагрузок на блок, не превышающих 15-20%от разрушающих. Это позволяет рассматривать состояние опытной конструкции в стадии, близкой к линейно-упругой.
Расчетная схема блока (рис.2.5) была образована путем разбиения поверхностей стен и потолка на конечные элементы сеткой с размером ячеек 500x500мм. Плита пола представлена в виде системы конечных полос, расположенных в поперечном направлении. Закрепления в расчетной схеме объемного блока приняты в соответствии с фактической конструкцией связей, в виде линейных шарниров вдоль продольных стен.
Толщина стен потолков, плиты пола и габариты ребер были приняты по результатам натурных обмеров конструкций и составляли для плиты перекрытия - 40 мм, для плиты пола - 50 мм, для монолитной торцевой стены-100 мм, для навесной панели - 60 мм, для продольных стен - 51 мм, для ребер и пола 70x70 мм и угловых ребер 120x100 мм
Учет пространственной работы объемных блоков
Конструктивные решения исследуемых блоков были приняты на основе проектных проработок объёмно-блочных зданий для районов с сейсмичностью 7-9 баллов, выполненных фирмой «Misawa» (рис. 3.1). Пространственный характер работы оценивался путем сопоставительных расчётов объёмных блоков по пространственным и плоским дискретным расчётным схемам, описанным во второй главе настоящей работы. Вычисления выполнялись на ПК IBM по программам «Лира» и «Мираж».
При использовании пространственных расчётных схем объёмные блоки рассматривались как монолитные коробчатые конструкции, а плоских - как системы не взаимосвязанных (отдельных) пластин. При выполнении расчётов исключалась возможность потери устойчивости тонких стен и потолков.
В результате проведенных исследований выявлена и проанализирована качественная и количественная картина распределения напряжений и деформаций в стенах объёмных элементов от действия горизонтальных и вертикальных нагрузок.
Установлено, что при учете в расчетах тонкостенных призматических элементов пространственного характера работы, получаемые численные значения их жесткостных характеристик существенно выше, чем это следует из расчетов, выполненных без его учета. Для продольного направления это расхождение составляет от 20 до 40 %, для поперечного - достигает 80% в зависимости от особенностей конструктивного решения объемных блоков и размещения оконных и дверных проемов в плоскостях стен (таблица 3.1).
Как показало выполненное исследование, существенное значение для тонкостенных объемных блоков, применяющихся в сейсмических районах, имеет определение положения их центров жесткости (или центров изгиба) в уровнях плит потолков.
Для нахождения положения центра жесткости к объемному элементу в уровне покрытия, в продольном и поперечном направлениях, прикладывалась система раздельно действующих сосредоточенных единичных горизонтальных сил. Центр жесткости блока находится на пересечении двух взаимно перпендикулярных линий, приложение единичных сосредоточенных нагрузок по которым не вызывает поворота плиты потолка в плане. Получаемые при этом горизонтальные смещения в уровне перекрытия характеризуют жесткость объемных блоков в продольном и поперечном направлениях. Угловая (крутильная) жесткость объемного блока определяется углом поворота диска перекрытия при приложении к нему в центре жесткости единичного крутящего момента.
Проведенное исследование позволило установить принципиальное отличие между положениями центров жесткости объемных блоков, определенным по пространственным и плоским расчетным схемам.
При использовании плоских расчетных схем центр жесткости объемного блока всегда будет находиться в пределах его контура в плане. В случае пространственных расчетных схем центр жесткости объемного блока может находиться и за пределами контура. Последнее является наиболее характерным для объемных блоков с большим раскрытием одной плоскости (рис. 3.2). Здесь может быть проведена аналогия с работой тонкостенных стержней швеллерного сечения, у которых центр изгиба находится также за пределами контура поперечного сечения /24/.
Расстояние между центрами масс и центрами жестокостей объемных блоков, определенно по пространственным расчетным схемам, как правило, существенно больше, чем это следует из плоскостных расчетов и может отличаться на величину до 50%. Практическое значение отмеченного факта достаточно велико, так как расположение центров жесткости вне контура поперечного сечения приводит к значительным дополнительным деформациям и напряжениям в несущих конструкциях объемных блоков, что необходимо учитывать при определении их несущей способности.
Объединение отдельных объемных блоков в единую конструктивную схему здания может в определенной степени предотвратить появление или уменьшить величины этих добавочных напряжений.
Выбор расчетной модели стены объемного блока. Сопоставление опытных данных с теоретическими
Отмеченный в экспериментальных исследованиях неблагоприятный эффект возникновения в стенах объёмных блоков, при их колебаниях из плоскости, ускорений большой величины был получен при внешнем динамическом воздействии на здание, существенно отличающемся по своему характеру от сейсмического. Более полное представление о поведении тонкостенных элементов объёмно-блочных конструкций при землетрясении может дать расчётно-теоретический анализ, основанный на использовании инструментальных записей колебаний грунта и реальных зданий.
Для проведения расчётно-теоретического анализа поведения тонких стен объёмных блоков при сейсмических воздействиях их расчётные модели были выделены из общей системы здания, а совместность работы с другими конструктивными элементами учитывалась путем введения соответствующих граничных условий. В общем случае расчётные схемы сплошных стен объёмных блоков могут рассматриваться в виде тонких пластин, защемлённых по трем сторонам и шарнирно опёртых по четвертой (в месте связи с плитой пола). Однако, принимая во внимание, что длина стен, как правило, превышает их высоту (до 2-2,5 раз), можно предположить, что для участков, достаточно удалённых от коротких граней, влияние условий их закрепления может оказаться незначительным и им можно пренебречь. Тогда задача существенно упрощается и сводится к расчёту изгибаемой балки - полоски с пролётом, равным длине короткой грани пластинки.
В соответствии с этим расчётная модель стенки объёмного блока была принята в виде стержня с конечным числом сосредоточенных масс, имеющего по один защемлённый, а другой шарнирно опёртый концы. Внешней нагрузкой на стены объёмных блоков при использовании такой расчётной схемы будут служить записи колебаний междуэтажных перекрытий здания (плит пола и потолка), прикладываемые к балке-полоске в местах ее закрепления. Необходимое число сосредоточенных масс определяется частотным составом внешнего воздействия и желаемой точностью результатов расчёта. Известно, что на характер колебаний конструкции, как это было отмечено и во время экспериментальных исследований, оказывают существенное влияние только низшие частоты.
Как уже указывалось в предыдущем разделе, наибольшие по величине инерционные нагрузки возникают в продольных сплошных стенах объемных блоков, расположенных в верхних этажах здания, Исхода из этого, поставленную задачу можно ограничить рассмотрением колебаний только сплошных стен объемных блоков верхних этажей зданий.
При расчете строительных конструкций на непериодические динамические нагрузки часто возникает необходимость в более детальном учете их прочностных свойств. Это объясняется тем, что основное эксплуатационное требование при таких воздействиях заключается в предохранении сооружения от обрушения, но допускает образование значительных остаточных деформаций.
Возникновение пластических деформаций в стенах объемных блоков от действия местных инерционных нагрузок нормальных к их плоскостям является нежелательным, так как они могут вызвать значительное снижение несущей способности стен при работе в своей плоскости, а соответственно снижение несущей способности всей конструктивной системы в целом.
Особенностью описанной дискретной расчетной схемы является наличие двух опорных точек с заданными законами их движения. Следует отметить, что дискретные расчетные схемы с несколькими опорными точками широко применяются в исследованиях, посвященных изучению пространственной работы сооружений при действии сейсмических нагрузок и, в частности, учету их протяженности в плане. Для решения этой задачи разными авторами были предложены уравнения движения, у которых в правые части в виде внешнего воздействия входят смещения или ускорения основания.
Полученные таким образом уравнения были применены и в данном конкретном исследовании. При этом, учитывая, что к настоящему времени наибольшее количество инструментальных записей землетрясений на грунте и на зданиях имеется в виде акселорограмм, более предпочтительным представляется использование уравнений движения, в правую часть которых входят ускорения. В частности, уравнения движения с ускорениями в правой части, описывающие колебания многомассовой пространственной дискретной системы, находящейся под воздействием многоточечного кинематического возбуждения, вызванного перемещениями опорных точек основания, были получены в работе /56/.
Для оценки правомерности численного исследования колебаний стен объемных блоков из плоскости при помощи стержневой расчетной схемы были привлечены опытные данные, описанные в предыдущем разделе настоящей главы. При этом анализировалась степень достоверности отражения данной расчетной схемы динамических характеристик стенки и сопоставлялись ее опытные и теоретические реакции на внешние динамические загружения.
Сопоставление опытных и теоретических данных выполнялось для продольной стены объемного блока длиной 5.7 м. расположенного в уровне второго этажа натурного фрагмента здания. Определение значений частот свободных колебаний производилось на основе графоаналитического метода проф. А.Ф. Смирнова / 72 / из общих уравнений частот и форм колебаний.
В результате выполненного расчёта была найдена низшая частота собственных колебаний, которой соответствовал период 0,078 сек. Опытные значения периодов колебаний стенки при ее линейно-упругой работе составляли 0,070 сек.
