Жесткость многоэтажных зданий при воздействии ветровой нагрузки
Жесткость здания - отсутствие изменений в его структуре при качании здания от динамических воздействий и воздействия ветра или под влиянием других видов колебательных воздействий. Далее представлены наиболее важные критерии надежности.
Высотное здание постоянно находится в движении. В некоторых случаях жители многоэтажных зданий даже при допустимых пределах колебаний воспринимают это воздействие, вызывающее негативные ощущения. Поэтому помимо прочности необходимо обеспечить достаточную жесткость здания.
Здание испытывает неизбежные колебательные движения под воздействием шквальных ветровых и сейсмических нагрузок. Целью проектирования в этих условиях является создание многоэтажного здания, обладающего возможностью к восприятию действующих нагрузок в соответствии с требованиями норм и удовлетворяющих требованиям комфортного проживания.
Комфортность проживания и пределы изменения ветровых колебаний
Большим числом исследований влияния колебательных воздействий на человека установлено, что главным параметром в оценке этого фактора является ускорение. Количественное влияние ускорения на жизнедеятельность человека отражено на рис. 2.2.3. Здесь А - порог чувствительности; В - психологический порог; С - двигательный порог; D - предел допустимого колебания здания.
Пределы значений ускорений колебательного движения позволяют выделить восемь уровней воздействия на человека, как показано в табл. 2.2.2. На рис. 2.2.4 определены пределы комфортности проживания при различных значениях ускорений, амплитуды и периода колебательного движения. Проблема комфортности при восприятии колебательных движений исследовалась также во многих других странах, включивших результаты своих научных изысканий в положения нормативных документов.
Уровни воздействия колебательных процессов на жизнедеятельность человека
|
Уровень |
Значение ускорения (м/сг) |
Влияние на человека |
|
1 |
2 |
3 |
|
1 |
<0,05 |
За порогом чувствительности |
|
2 |
0,05-0,10 |
Легкое покачивание подвешенных предметов |
|
3 |
0,10-0,25. |
Ощутимое качание, вызывающее чувство дискомфорта |
|
4 |
0,25-0,4 |
Колебательное воздействие вызывает трудности при письме |
|
5 |
0,4-0,5 |
Потеря равновесия |
|
6 |
0,5-0,6 |
Большинство людей не могут сами ходить |
|
7 |
0,6-0,7 |
Критическое воздействие на организм человека |
|
8 |
>0,85 |
Падение предметов, угроза возникновения обрушений и завалов |
Влияние ускорения на жизнедеятельность человека
Кривые комфортности проживания при различных значениях ускорений, амплитуды и периода колебательного движения
В «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ3-2002) и «Технической инструкции по проектированию металлических конструкций высотных зданий» (JGJ99-98) определены условия к комфортности для помещений высотных зданий повышенной этажности. Согласно нормам «Нагрузки на строительные конструкции» (GB50009-2001) предусматривается проводить расчет ветровой нагрузки не реже 1 раза в 10 лет. На основании опытов со специальными отверстиями внутри высотных Изданий было определено максимальное предельное ускорение аmax.
Предельные ускорения колебательного движения
|
Назначение |
amах (м/с2) |
|
Жилой дом |
0,15 |
|
Офис, гостиница |
0,25 |
Определение ускорения ветрового колебания
При определении ускорения ветрового колебания небоскреба по ветру учитываются максимальное ускорение по ветровому направлению, максимальное ускорение против ветрового потока, угловая скорость.
- Ускорение ветрового колебания в направлении ветра
Несмотря на то, что многие страны проводят исследования ускорения ветрового колебания до сегодняшнего дня еще не получена его единая расчетная формула.
В «Технической инструкции по проектированию конструкций высотных зданий» (JGJ3-2002) и «Технической инструкции по проектированию металлических конструкций высотных зданий» (JGJ99-98) приводится следующая формула максимального ускорения по ветровому направлению:
- Максимальное ускорение колебаний здания против ветрового потока
В общем случае максимальные горизонтальные нагрузки и перемещения наблюдаются по направлению ветра, но существуют особые случаи, когда максимальные ускорения здания могут возникать при действии поперечных ветров, т. е. ускорения ветрового колебания при поперечных ветрах aw превышают ускорения ветрового колебания по ветру ad.
Максимальное ускорение колебаний здания против ветрового потока аw по нормам Канады NBCC, определяется следующим образом:
В «Технической инструкции по проектированию металлических конструкций высотных зданий» (JGJ99-98) принимаются следующие формулы:
В общем случае суммарные перемещения, максимальное ускорение в направлении ветра у высотных зданий больше, чем в поперечном направлении. Но в случае, если здание более тонкое и высокое, то максимальное ускорение по направлению ветра может быть меньше ускорения, возникающего в поперечном направлении, игнорировать которое уже нельзя.
Колебания перекрытий и влияние их на человека
Колебания перекрытий могут быть вызваны движением человека (людские потоки, занятия танцами и спортом) или работающим оборудованием. Колебания перекрытий и влияние их на человека в Китае мало исследованы и еще не нашли отражения в нормах проектирования. В США, Японии и других странах такие нормы уже существуют. При написании этого параграфа использован справочник проектирования «Об уменьшении колебании перекрытий», который издан в США АТС (Applide Technology Council) в 1999 году. На основании данных этого справочника в сочетании с практикой проектирования железобетонных и металлических перекрытий строятся соответствующие расчетные методы учета и регулирования указанных воздействий.
Ограничение колебаний перекрытий
Сильные колебания перекрытий оказывают немалое влияние на нашу жизнь и работу. Ограничение колебаний перекрытий зависит от чувств человека. Человеческая чувствительность колебаний перекрытий зависит от амплитуды колебания и их продолжительности, а также зависит от окружающей среды и деятельности человека в помещении. Все это оказывает физиологическое воздействие на человека.
При разных средах и разных частотах колебания комфортность определяется максимальным ускорением колебаний, которое не должно превышать значений, указанных на рисунке.
Уровни ускорения вершины при разных назначениях помещений
При проектировании гражданских зданий принимают частоту собственных колебаний перекрытий 4-8 Гц, при этом комфортность сохраняется при максимальном ускорении колебаний.
Максимальные ускорения колебаний перекрытий
|
Среда |
Максимальные ускорения |
|
Операционные больницы |
0,0025g |
|
Офисные помещения |
0,005g |
|
Торговые помещения, дискотека, коридоры |
0,015g |
|
Галереи, воздушные переходы |
0,05g |