Мы прошли 10 баллов - испытания сейсмостойкости ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко !
- Опубликовано:
- Блог: Подсистема вентфасада
- Редактировалось: 1 раз — 29 декабря 2017
0
Голосов: 0
342
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ И ОЦЕНКА СЕЙСМОСТОЙКОСТИ
В связи с широким применением навесных фасадных систем для зданий различного назначения, возводимых в районах РФ с сейсмичностью 7-9 баллов, вопрос о методике оценки их сейсмостойкости является одним из вопросов, стоящих перед проектировщиками при оценке эксплуатационной надежности зданий.
Проблема безопасности навесного вентилируемого фасада при сейсмических воздействиях включает в себя решение таких вопросов, как:
* сейсмостойкость стенового ограждения здания, в которое крепятся несущие элементы подконструкции вентфасада ;
* сейсмостойкость анкерного крепежа, при помощи которого несущие элементы вентфасада крепятся к основанию;
* сейсмостойкость самой фасадной системы , включающей в себя такие элементы как кронштейны, направляющие и различные виды облицовки.
И если вопросы сейсмической надежности стенового ограждения зданий достаточно подробно исследованы в работах отечественных и зарубежных специалистов, имеются нормативные и рекомендательные документы в части расчета и конструирования зданий, возводимых в сейсмических районах, то применительно к оценке сейсмостойкости анкерного крепежа и непосредственно самих вентилируемых фасадов нормативная документация по их проектированию полностью отсутствует.
К сожалению, механический перенос рекомендаций действующих нормативных документов на оценку сейсмостойкости анкерного крепежа и вентилируемого фасада достаточно проблематичен. Это подтверждает и зарубежный опыт исследований сейсмостойкости вентфасадов .
В настоящее время при содействии ведущих зарубежных специалистов в области анкерного крепежа в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко разработана методика испытания анкеров на действие динамических (статических) сил и прошла апробацию на анкерах фирмы "Fischer" и "МКТ" в исследовательских центрах Германии (Научно-исследовательский центр компании Fischer - г. Тумлинген) и Швейцарии (специализированная AC-Spiez Лаборатория - г. Spiez). Указанные исследования проводились с участием специалистов ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко по разработанной в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко методике.
В ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством д. т. н., проф. A. M. Курганова разработана экспериментальная методика оценки сейсмостойкости навесных фасадных систем с использованием виброплатформы ВП-100. В предложенной методике использованы результаты экспериментальных исследований отечественных ученых в области сейсмостойкости конструкций и данные анализа литературных источников о динамических воздействиях при имевших место землетрясениях.
Параметры динамических воздействий на фасадную систему при проведении испытаний принимались, исходя из следующего:
1. Длительность сейсмического воздействия. По данным продолжительность основной части процесса колебаний составила от 10 до 40 сек. (землетрясение в Сан-Франциско 18. 04. 1906 г. - колебания продолжались 25-30 сек., в Мехико 28. 07. 1957 г. - 15 сек.).
2. Периоды (частота колебаний).
По наблюдениям Б. К. Карапетяна максимальное ускорение почвы при землетрясениях соответствовали периодам 0, 5 и 0, 1 сек. (f = 2 Гц и f = 10 Гц).
По данным С. В. Полякова и И. Л. Корчинского :
* при жестких системах (Т = 0-0. 5 сек.). Максимальное ускорение возникает почти мгновенно с началом колебаний (зона наиболее высоких значений коэффициента динамичности);
* наиболее характерные периоды сейсмического воздействия находятся в диапазоне короткопериодного спектра от 0, 1 до 0, 5 сек. (от 10 до 2 Гц);
* по результатам многочисленных экспериментальных исследований установлено, что, независимо от частоты внешнего воздействия, сооружение обычно колеблется с часто-той, отвечающей частоте их собственных колебаний. Периоды же свободных колебаний большинства зданий составляют 0, 1-0, 2 сек. То есть частота динамической нагрузки на сооружение в условиях землетрясения может находиться, в основном, в пределах 0, 5-10 Гц.
Схема возбуждения колебаний связана с использованием специальной виброплатформы, к которой жестко крепится рама с навешенными на нее элементами навесных вентилируемых фасадов .
ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко при экспериментальных исследованиях вентилируемых фасадов используется виброплатформа инерционного действия ВП-100, которая позволяет создать инерционные нагрузки в диапазоне частот от 0 до 20 Гц при амплитуде колебаний платформы в горизонтальной плоскости от 0 до 30-50 мм. В настоящее время за рубежом для испытаний вентфасад используется аналогичная методика с применением многокомпонентных виброплатформ, имеющих 3 и 6 степеней свободы.
Преимущества данного метода динамических испытаний вентилируемого фасада с использованием виброплатформ заключаются в следующем:
1. Виброплатформа позволяет установить реальный уровень ускорения основания экспериментальной модели и соответствующий этому значению нормативный уровень сейсмического воздействия.
2. Наличие электронного пульта управления, работающего как в ручном, так и в автоматическом режимах, позволяет создать заранее запрограммированное расчетное сочетание спектра частот и амплитуд платформы, создать режимы работ виброплатформы, соответствующие резонансным колебаниям рамы и фасадной конструкции.
В настоящее время в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством д. т. н., проф. A. M. Курганова создана экспериментальная модель виброплатформы, конструкция которой позволяет увеличить амплитуды колебаний системы до 150 мм и добавить к горизонтальному перемещению платформы вертикальную составляющую перемещений.
С учетом отмеченного выше программа динамических испытаний вентфасадов на виброплатформе ВП-100 включает в себя следующие этапы.
1. На основе использования любого программного вычислительного комплекса определяются динамические характеристики экспериментальной модели вентилируемого фасада (собственные частоты вентфасадов и т. д.) и возможные режимы нагружения опытного образца, соответствующие силовым динамическим воздействиям на сооружения при землетрясениях различной интенсивности (от 7 до 9 баллов).
2. Проводятся испытания системы с изменением частотного спектра от 0 до 18-20 Гц при фиксированной амплитуде перемещения виброплатформы. Далее изменяется значение амплитуды и осуществляется задание частот в указанном выше спектре. Длительность каждого из указанных этапов динамического нагружения (при фиксированных амплитуде и частоте) системы составляет от 15 до 20 сек.
3. По результатам 2-го этапа испытаний (п. 2) устанавливаются уровни воздействий, соответствующие резонансным колебаниям системы, и уровни ускорений виброплатформы, соответствующие 7-9-балльным воздействиям по шкале MSK-64.
4. После завершения испытаний вентилируемых фасадов в соответствии с заданной программой изменения амплитудно-частотного спектра виброплатформы проводятся повторные испытания вентфасадов при сочетаниях амплитудно-частотных параметрах виброплатформы, соответствующих резонансным колебаниям системы и 7-9-балльным воздействиям. Длительность динамических испытаний при указанных выше сочетаниях составляет 40-50 сек.
5. Если в процессе испытаний имеют место разрушения или изменения конструктивной схемы фентилируемых фасадов, совместно с заказчиком разрабатываются способы повышения надежности вентфасадов , и испытания повторяются согласно п. п. 3, 4.
В связи с широким применением навесных фасадных систем для зданий различного назначения, возводимых в районах РФ с сейсмичностью 7-9 баллов, вопрос о методике оценки их сейсмостойкости является одним из вопросов, стоящих перед проектировщиками при оценке эксплуатационной надежности зданий.
Проблема безопасности навесного вентилируемого фасада при сейсмических воздействиях включает в себя решение таких вопросов, как:
* сейсмостойкость стенового ограждения здания, в которое крепятся несущие элементы подконструкции вентфасада ;
* сейсмостойкость анкерного крепежа, при помощи которого несущие элементы вентфасада крепятся к основанию;
* сейсмостойкость самой фасадной системы , включающей в себя такие элементы как кронштейны, направляющие и различные виды облицовки.
И если вопросы сейсмической надежности стенового ограждения зданий достаточно подробно исследованы в работах отечественных и зарубежных специалистов, имеются нормативные и рекомендательные документы в части расчета и конструирования зданий, возводимых в сейсмических районах, то применительно к оценке сейсмостойкости анкерного крепежа и непосредственно самих вентилируемых фасадов нормативная документация по их проектированию полностью отсутствует.
К сожалению, механический перенос рекомендаций действующих нормативных документов на оценку сейсмостойкости анкерного крепежа и вентилируемого фасада достаточно проблематичен. Это подтверждает и зарубежный опыт исследований сейсмостойкости вентфасадов .
В настоящее время при содействии ведущих зарубежных специалистов в области анкерного крепежа в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко разработана методика испытания анкеров на действие динамических (статических) сил и прошла апробацию на анкерах фирмы "Fischer" и "МКТ" в исследовательских центрах Германии (Научно-исследовательский центр компании Fischer - г. Тумлинген) и Швейцарии (специализированная AC-Spiez Лаборатория - г. Spiez). Указанные исследования проводились с участием специалистов ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко по разработанной в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко методике.
В ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством д. т. н., проф. A. M. Курганова разработана экспериментальная методика оценки сейсмостойкости навесных фасадных систем с использованием виброплатформы ВП-100. В предложенной методике использованы результаты экспериментальных исследований отечественных ученых в области сейсмостойкости конструкций и данные анализа литературных источников о динамических воздействиях при имевших место землетрясениях.
Параметры динамических воздействий на фасадную систему при проведении испытаний принимались, исходя из следующего:
1. Длительность сейсмического воздействия. По данным продолжительность основной части процесса колебаний составила от 10 до 40 сек. (землетрясение в Сан-Франциско 18. 04. 1906 г. - колебания продолжались 25-30 сек., в Мехико 28. 07. 1957 г. - 15 сек.).
2. Периоды (частота колебаний).
По наблюдениям Б. К. Карапетяна максимальное ускорение почвы при землетрясениях соответствовали периодам 0, 5 и 0, 1 сек. (f = 2 Гц и f = 10 Гц).
По данным С. В. Полякова и И. Л. Корчинского :
* при жестких системах (Т = 0-0. 5 сек.). Максимальное ускорение возникает почти мгновенно с началом колебаний (зона наиболее высоких значений коэффициента динамичности);
* наиболее характерные периоды сейсмического воздействия находятся в диапазоне короткопериодного спектра от 0, 1 до 0, 5 сек. (от 10 до 2 Гц);
* по результатам многочисленных экспериментальных исследований установлено, что, независимо от частоты внешнего воздействия, сооружение обычно колеблется с часто-той, отвечающей частоте их собственных колебаний. Периоды же свободных колебаний большинства зданий составляют 0, 1-0, 2 сек. То есть частота динамической нагрузки на сооружение в условиях землетрясения может находиться, в основном, в пределах 0, 5-10 Гц.
Схема возбуждения колебаний связана с использованием специальной виброплатформы, к которой жестко крепится рама с навешенными на нее элементами навесных вентилируемых фасадов .
ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко при экспериментальных исследованиях вентилируемых фасадов используется виброплатформа инерционного действия ВП-100, которая позволяет создать инерционные нагрузки в диапазоне частот от 0 до 20 Гц при амплитуде колебаний платформы в горизонтальной плоскости от 0 до 30-50 мм. В настоящее время за рубежом для испытаний вентфасад используется аналогичная методика с применением многокомпонентных виброплатформ, имеющих 3 и 6 степеней свободы.
Преимущества данного метода динамических испытаний вентилируемого фасада с использованием виброплатформ заключаются в следующем:
1. Виброплатформа позволяет установить реальный уровень ускорения основания экспериментальной модели и соответствующий этому значению нормативный уровень сейсмического воздействия.
2. Наличие электронного пульта управления, работающего как в ручном, так и в автоматическом режимах, позволяет создать заранее запрограммированное расчетное сочетание спектра частот и амплитуд платформы, создать режимы работ виброплатформы, соответствующие резонансным колебаниям рамы и фасадной конструкции.
В настоящее время в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством д. т. н., проф. A. M. Курганова создана экспериментальная модель виброплатформы, конструкция которой позволяет увеличить амплитуды колебаний системы до 150 мм и добавить к горизонтальному перемещению платформы вертикальную составляющую перемещений.
С учетом отмеченного выше программа динамических испытаний вентфасадов на виброплатформе ВП-100 включает в себя следующие этапы.
1. На основе использования любого программного вычислительного комплекса определяются динамические характеристики экспериментальной модели вентилируемого фасада (собственные частоты вентфасадов и т. д.) и возможные режимы нагружения опытного образца, соответствующие силовым динамическим воздействиям на сооружения при землетрясениях различной интенсивности (от 7 до 9 баллов).
2. Проводятся испытания системы с изменением частотного спектра от 0 до 18-20 Гц при фиксированной амплитуде перемещения виброплатформы. Далее изменяется значение амплитуды и осуществляется задание частот в указанном выше спектре. Длительность каждого из указанных этапов динамического нагружения (при фиксированных амплитуде и частоте) системы составляет от 15 до 20 сек.
3. По результатам 2-го этапа испытаний (п. 2) устанавливаются уровни воздействий, соответствующие резонансным колебаниям системы, и уровни ускорений виброплатформы, соответствующие 7-9-балльным воздействиям по шкале MSK-64.
4. После завершения испытаний вентилируемых фасадов в соответствии с заданной программой изменения амплитудно-частотного спектра виброплатформы проводятся повторные испытания вентфасадов при сочетаниях амплитудно-частотных параметрах виброплатформы, соответствующих резонансным колебаниям системы и 7-9-балльным воздействиям. Длительность динамических испытаний при указанных выше сочетаниях составляет 40-50 сек.
5. Если в процессе испытаний имеют место разрушения или изменения конструктивной схемы фентилируемых фасадов, совместно с заказчиком разрабатываются способы повышения надежности вентфасадов , и испытания повторяются согласно п. п. 3, 4.