К вопросу о методике испытаний и оценке сейсмостойкости навесных фасадных системВ связи с широким применением навесных фасадных систем (НФС) для зданий различного назначения, возводимых в районах нашей страны с сейсмичностью 7—9 баллов, вопрос о методике оценки их сейсмостойкости является одним из главных, стоящих перед проектировщиками при оценке эксплуатационной надежности зданий. Как отмечалось в статье [1], проблема безопасности фасадной системы при сейсмических воздействиях включает в себя оценку сейсмостойкости:
Вопросы сейсмической надежности стенового ограждения зданий достаточно подробно исследованы в работах отечественных и зарубежных специалистов. Кроме того, имеются нормативные и рекомендательные документы в части расчета и конструирования зданий, возводимых в сейсмических районах. Однако оценка сейсмостойкости анкерного крепежа и непосредственно самих НФС вызывает затруднения, так как нормативная документация по их проектированию полностью отсутствует. К сожалению, механический перенос рекомендаций действующих нормативных документов на оценку сейсмостойкости анкерного крепежа и НФС достаточно проблематичен. Это подтверждает и зарубежный опыт исследований сейсмостойкости НФС. В настоящее время при содействии ведущих зарубежных специалистов в области анкерного крепежа [2] в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко разработана методика испытания анкеров на действие динамических (статических) сил. Она прошла апробацию на анкерах фирм «Fischer» и МКТ в иссле довательских центрах Германии (Научно-исследовательский центр компании «Fischer», г. Тумлинген) и Швейцарии (специализированная лаборатория АС- Spiez, г. Spiez). Исследования проводились по разработанной в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко методике с участием специалистов этого института. В настоящее время в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством д-ра техн. наук, проф. А. М. Курзанова разработана экспериментальная методика оценки сейсмостойкости навесных фа-садных систем с использованием виброплатформы ВП-100. В этой 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 [3, 4] продолжительность основной части процесса колебаний составила от 10 до 40 с (землетрясения в Сан-Франциско 18.04.1906 г. — колебания продолжались 25—30 с, в Мехико 28.07.1957 г. — 15 с). 2. Периоды (частота колебаний). По наблюдениям Б. К. Карапетяна [5], максимальные ускорения почвы при землетрясениях соответствовали периодам 0,5 и 0,1 с (при частоте 2 и 10 Гц). По данным С. В. Полякова и И. Л. Корчинского [3, 4]:
Прежде чем описать методику испытаний НФС, остановимся на применяемых в настоящее время экспериментальных моделях возбуждения колебаний исследуемых систем, ибо от принятой схемы возбуждения колебаний НФС зависит и методика проведения испытаний. Одна из схем возбуждения колебаний рамы, на которую навешивается фасадная система, заключается в установке специальной вибромашины на верху рамы, которая, в свою очередь, жестко закреплена в основании (рис. 1). Рис. 1. Схема возбуждения колебаний рамы с помощью вибромашины.
Эта модель была использована кандидатами техн. наук В. И. Смирновым и Р. Т. Акбиевым при испытании фасадных систем MAVent и ДИАТ в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко в 2007 г. Суть методики испытаний, которую отстаивают ее авторы, называя испытания «масштабными исследованиями» и утверждая себя «основными разработчиками методики», заключается в следующем:
Недостаток данной методики состоит в том, что из-за наличия жесткой заделки рамы в основание установленные приборами величины ускорений элементов фасадной системы нельзя сравнивать с нормативными значениями ускорений и соответствующей им балльности воздействий. При этом инерционная нагрузка в уровне низа защемленной рамы равна нулю. Полученные в эксперименте величины перемещений скоростей и ускорений элементов рамы и облицовки НФС зависят от динамической жесткости экспериментальной модели. Поэтому говорить о нормативной балльности воздействия в данной методике на основе анализа полученных величин ускорений элементов НФС некорректно, и по результатам испытаний делать выводы о сейсмостойкости НФС весьма затруднительно. Авторы статьи проводили сравнительные испытания НФС на виброплатформе при различных жесткостях элементов рамы и облицовки. При установленных по показаниям акселерометров ускорениях элементов НФС и рамы в уровне их верха, равных (0,5...3)g, значения ускорений непосредственно виброплатформы не превышали 0,3g. Таким образом, результаты испытаний НФС по данной методике достаточно условны. Эта методика в более грамотной постановке использовалась отечественными учеными при натурных сейсмических испытаниях зданий, однако никто из них не претендовал на ее авторство. Другая схема возбуждения колебаний связана с использованием специальной виброплатформы, к которой жестко крепится рама с навешенными на нее элементами НФС. Рис. 2. Общий вид платформы с установленной пространственной рамой.
ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко при экспериментальных исследованиях НФС использует виброплатформу 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. На рис. 2 показан общий вид виброплатформы с установленной на ней пространственной рамой, к элементам которой прикреплены конструкции НФС. В настоящее время за рубежом [1] для испытаний НФС используется аналогичная методика с применением многокомпонентных виброплатформ, имеющих 3 и б степеней свободы. Преимущества данного метода динамических испытаний НФС с использованием виброплатформы перед описаной ранее методикой возбуждений колебаний конструкций с помощью вибромашины заключаются в следующем:
В настоящее время в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко под руководством А. М. Курзанова создана экспериментальная модель виброплатформы, конструкция которой позволяет увеличить амплитуды колебаний системы до 150 мм и добавить к горизонтальному перемещению платформы вертикальную составляющую перемещений. Так, при испытаниях НФС «РОНСОН» были достигнуты ускорения платформы, составляющие 1g в горизонтальной и 0,3g в вертикальной плоскостях. Программа динамических испытаний НФС на виброплатформе ВП-100 включает в себя следующие этапы.
В настоящее время по предложенной методике проведены динамические испытания более чем 20 систем и подсистем НФС. ЛИТЕРАТУРА
А.В. ГРАНОВСКИЙ, канд. техн. наук
— Журнал "Промышленное и гражданское строительство" №10 / 2009 |