Об использовании эффекта динамического гашения колебаний в некоторых конструктивных системах высотных зданий

DOI: 10.37153/2618-9283-2025-1-11-27

Авторы:  
Рубрики:    Проектирование, строительство и реконструкция сейсмостойких зданий и сооружений   
Ключевые слова: высотные здания, подвесные конструкции, динамические гасители колебаний, сейсмостойкие конструктивные решения
Аннотация:

Введение. Необходимость возведения высотных зданий в условиях плотной городской застройки в 1960-х годах привела к внедрению новой конструктивной системы высотных зданий – ствольной. Одной из ее разновидностей является ствольно-подвесная конструктивная система, которая была воплощена во многих зданиях по всему миру. Кроме архитектурных достоинств здания ствольно-подвесного типа системой обладают рядом конструктивных особенностей, связанных со значительной податливостью несущих элементов. Данная особенность высотных зданий позволяет снизить сейсмическую нагрузку на их конструкции. Трудности, связанные с технической реализацией подвески перекрытий, а также методы расчета, не позволявшие отразить поведение подвесных конструкций при динамических воздействиях, препятствовали применению ствольно-подвесной системы при возведении высотных зданий в сейсмически активных районах. Другим подходом к обеспечению сейсмической защиты высотных зданий является устройство динамических гасителей колебаний. Это требует внедрения в конструкцию сооружения дополнительных массивных элементов, занимающих его внутреннее пространство. Подвесные конструкции в зданиях с несущим стволом потенциально могут выполнять роль элементов динамических гасителей колебаний. Современные методы расчета математических моделей и вычислительные комплексы позволяют проверить это предположение, так как они способны выполнять сложные задачи в области динамических линейных и нелинейных колебаний, в частности колебаний подвесных конструкций зданий. В данной статье представлено новое конструктивное решение ствольно-подвесного здания, а также дана оценка влияния инженерных параметров подвешенной части здания на его сейсмостойкость.

Материалы и методы. Для оценки эффективности предлагаемого конструктивного решения здания в условиях сейсмического воздействия проведено численное моделирование здания в программном комплексе ЛИРА во временной области в шаговой нелинейной постановке.

Результаты. Выявлено, что перемещения и ускорения ствольно-подвесного здания при землетрясении зависят от величины продольной жёсткости упругих связей и массы верхнего подвешенного блока этажей. Определены рациональные параметры подвешенных конструкций, позволяющие снизить колебания всего здания.

Выводы. Изменение массы подвешенных этажей и жёсткости связей между элементами ствольно-подвесного здания может привести к снижению перемещений и ускорений несущих конструкций, гашению колебаний системы. Дальнейшие исследования могут быть посвящены аналитическому определению оптимальных параметров подвешенных конструкций, обеспечивающих восприятие и рассеивание колебательной энергии сейсмического воздействия.

Список литературы:

1.      Савинов О.А. О применении динамического гасителя колебаний. Труды Научно-исследовательского сектора Ленинградского отделения треста глубинных работ. 1940. № 2. С. 30–35.

2.      Коренев Б.Г. Динамические гасители колебаний / Б.Г. Коренев, Л.М. Резников. Москва: Наука, 1988. 303 с.

3.      Уздин А.М. Сейсмостойкие конструкции транспортных зданий и сооружений: учебное пособие / А.М. Уздин, С.В. Елизаров, Т.А. Белаш. Москва: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2012. 501 с.

4.      Уздин А.М. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений / А.М. Уздин, Т.А. Сандович, Аль-Насер-Мохомад Самих Амин. Санкт-Петербург: ВНИИГ, 1993. 175 с.

5.      Цейтлин А.И. Сейсмические колебания многоэтажного здания с «гибким» верхним этажом. Снижение материалоемкости и трудоемкости сейсмостойкого строительства: тезисы докладов Всесоюзного совещания / А.И. Цейтлин, Л.И. Ким. Москва: Стройиздат, 1982. 85 с.

6.      Хачиян Э.Е. Сейсмическое воздействие и прогноз поведения сооружений / Э.Е. Хачиян. Ереван: «Гитутюн» НАН РА, 2005. 555 с.

7.      Белаш Т.А. Сейсмоизоляция. Современное состояние / Т.А. Белаш, В.С. Беляев, А.М. Уздин [и др.] // Избранные статьи профессора О.А. Савинова и ключевые доклады, представленные на четвертые Савиновские чтения. Санкт-Петербург: Ленинградский Промстройпроект, 2004. С. 95 –128.

8.      Уздин А.М. Особенности расчетного обоснования параметров динамических гасителей колебаний для сейсмозащиты зданий и сооружений / А.М. Уздин, О.П. Нестерова, М.Ю. Федорова [и др.] XIV Российская национальная конференция по сейсмостойкому строительству и сейсмическому районированию. Материалы научно-практической конференции. Москва: Российская ассоциация по сейсмостойкому строительству и защите от природных и техногенных воздействий, 2021. С. 135–136.

9.      Нестерова О.П. Особенности применения динамических гасителей колебаний для сейсмозащиты зданий и сооружений / О.П. Нестерова, А.М. Уздин, М.Ю. Федорова. IX Поляховские чтения. Материалы международной научной конференции по механике. Санкт-Петербургский государственный университет. Санкт-Петербург: ООО «Издательство ВВМ», 2021. С. 119–121.

10. Нестерова О.П. Учет демпфирования при подборе параметров динамических гасителей колебаний / О.П. Нестерова, А.М. Уздин, М.В. Фрезе // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2022. № 5. С. 35–42.

11. Нестерова О.П. Особенности подбора динамических гасителей колебаний (ДГК) сейсмических колебаний при сильных землетрясениях / О.П. Нестерова, А.М. Уздин. Архитектура–строительство–транспорт. Материалы 74-й научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов университета, в 2-х частях. Том. Часть I. Архитектура и строительство. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 2018. С. 43–48.

12. Нестерова О.П. Об одном способе повышения сейсмостойкости портовых причалов / О.П. Нестерова, А.М. Уздин, Н.Ю. Ухова [и др.] // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2022. № 3. С. 26–28.

13. Сафронова В.Ю. Эффективность надстройки гибкого верхнего этажа для повышения сейсмостойкости зданий на нескальных основаниях / В.Ю. Сафронова, А.А. Пронина, А.М. Уздин // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2022. № 1. С. 483–487.

14. Желиостов Д.А. Некоторые особенности подбора параметров двухмассовых динамических гасителей сейсмических колебаний / Д.А. Желиостов, А.А. Медведева, А.М. Уздин, Н.Ю. Ухова, О.П. Нестерова // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2023. № 1. С. 27–31.