Динамическое исследование опытных конструкций стен-диафрагм, поддерживаемых колоннами и балками нижнего этажа

План и разрез опытной 12-этажной модели, использованной при динамическом исследовании, представлены на рисунке. Конструкция нижнего этажа этой модели симметрична. Стены-диафрагмы, «стоящие на земле», образуют ствол, шаг стен составляет 24 м, что меньше 2,5 В (27 м). Максимальное расстояние между колоннами каркаса и стенами 12 м, переходный этаж установлен на 1-м этаже.

При изготовлении модели были усилены колонны и стены-диафрагмы 1-го этажа. Поэтому в ходе исследования в стенах-диафрагмах каркаса этого этажа разрушения не возникло, а в колоннах каркаса первого этажа образовались незначительные трещины. Разрушение возникало на верхних этажах, расположенных над переходным этажом, особенно на этаже, непосредственно примыкающем к переходному. Поэтому усиление должно выполняться для конструкций переходного этажа и конструкций первого и верхнего этажей. Картина трещинообразования модели показана на рисунке.

План и разрез опытной модели (масштаб модели 1:6)

Картина трещинообразования опытной 12-этажной модели

План конструкции 23-этажного сталежелезобетонного каркаса с ядром жесткости (м)

а - план 1 -2-го этажей; Ь - план 3-го этажа (переходный этаж); с - план 4-22-го этажей; d - план 23-го этажа

Используя программный комплекс TBSA6.0 для исследуемого здания, проведен упругостатический анализ. При этом на 4-м, 8-м, 12-м, 16-м, 20-м, 23-м этажах были приложены горизонтальные нагрузки, составляющие 900 кН, 1800 кН, 2700 кН, 3500 кН, 4500 кН, 5400 кН соответственно. Результаты упругостатического расчета в виде изменения поперечной силы по высоте здания показаны на рисунке (кН). Из рисунка видно, что как во внешнем, так и во внутреннем стволе поперечная сила резко изменяется в уровне переходного этажа. Внутренний ствол воспринимает основную часть поперечной силы, внешний каркас воспринимает незначительную часть поперечной силы, поперечная сила в уровне переходного этажа воспринимается главным образом колоннами внешнего каркаса. На верхних этажах из-за наличия переходного этажа, как во внешнем каркасе, так и внутреннем стволе тоже существует резкое изменение поперечной силы. Расчет и анализ показали, что при воздействиях горизонтальной нагрузки колонны каркаса, «стоящие на земле», выдерживают поперечную силу уже превышающую максимальные расчетные значения. Резкое изменение поперечной силы, возникающее в конструкциях переходного этажа, ослабляет сечения внешнего каркаса и внутреннего ствола верхних этажей. При воздействиях горизонтальной нагрузки в сечениях этих частей здания возникают трещины и начинается разрушение.

Разрез здания и Распределение поперечной силы в стенах внутреннего ствола

Исследование и анализ сталежелезобетонного (стального) здания с ядром жесткости проводится на модели в масштабе 1:20. На 4-м, 8-м, 12-м, 16- м, 20-м и 23-м этажах были приложены горизонтальные нагрузки. Полученное расположение трещин в опытной модели показано на рисунке. Из рисунка видно, что большое количество трещин возникает в конструкциях под переходным этажом и в стенах-диафрагмах внутреннего ствола верхних этажей. Ширина трещин в колоннах нижнего этажа достигла 0,7 мм.

Полученные расчетные значения трещин по программе TBSA6.0 близки к опытным. При проектировании ствола здания, необходимо принимать мероприятия по увеличению жесткости каркаса под переходным этажом и повышению его трещиностойкости.

Схема расположения трещин в элементах модели