Результаты вибрационных испытаний систем вентилируемых фасадов Newton Systems


жилой комплекс «каравелла», г. санк-петербург
Жилой комплекс «Каравелла», г. Санк-Петербург
российский университет дружбы народов, г. москва
Российский университет дружбы народов, г. Москва
первая очередь комплекса «волгоград-сити», г. волгоград
Первая очередь комплекса «Волгоград-Сити», г. Волгоград
дк «нефтехимиков», г. кстово
ДК «Нефтехимиков», г. Кстово
стенд для испытаний на сейсмическую устойчивость системы newton systems
Стенд для испытаний на сейсмическую устойчивость системы Newton Systems
При обследовании последствий сильных землетрясений известны многочисленные случаи обрушения и падения с высоты витражей, барельефов, скульптур и др. ненесущих элементов зданий, что может привести к ущербу различной тяжести. В разработанной с учетом требований Федерального закона «О техническом регулировании» процедуре оценки соответствия требованиям сейсмобезопасности навесных фасадных систем ведущая роль принадлежит экспериментальным исследованиям, в том числе с применением динамического нагружения на специальных стендах, виброплатформах и мощными вибраторами [1]. Натурные испытания позволяют определить основные физико-механические, эксплуатационные и др. свойства испытуемых образцов продукции, сопоставить их расчетные и фактические характеристики (включая динамические нелинейности), уточнить назначение и область применения с учетом требований безопасности, надежности и долговечности, сформулированных в федеральном законе и СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах»

Геологическим институтом СО РАН на платформе низкочастотного стационарного сейсмического вибратора дебалансного типа ЦВО-100 создан cтенд для вибрационных испытаний малотоннажных изделий, в т. ч. моделей зданий и сооружений [2]. Вибростенд находится на экспериментальной базе института, расположенной вблизи ж/д станции Мысовая (Бурятия) и федеральной трассы М55 «Байкал». Стенд имеет высокую грузоподъемность (до 30 тонн), что допускает натурные испытания крупногабаритных изделий или их крупных фрагментов с силовой нагрузкой до 1–1,5 g, имитирующей сейсмическое воздействие различной ин-тенсивности в диапазоне частот 2–30 Гц. Компьютерная система управления с обратной связью позволяет менять динамические режимы виброплатформы в соответствии с заданной программой и проводить натурные эксперименты в условиях многокомпонентных колебаний.
По заказу ООО «Ньютон Системс» лабораторией сейсмопрогноза ГИН СО РАН были проведены натурные испытания по оценке и подтверждению пригодности систем вентилируемых фасадов для применения в сейсмических районах России. Для проведения испытаний фасадных систем ООО «Ньютон Системс» на вибраторе было закреплено железобетонное монолитное П-образное основание с размерами в плане 7220 х 2400 х 2440, высотой 3200 мм. Форма и размеры железобетонного основания подобраны так, чтобы обеспечить монтаж «угловых» фрагментов фасада – с сопряжением несущего каркаса и облицовочных плит в двух перпендикулярных плоскостях. Как показывает опыт прежних вибрационных испытаний, прямоугольное сопряжение оказывается наиболее уязвимым элементом большинства тестируемых фасадных систем.
Для измерения нагрузок на железобетонном основании и на испытуемых фасадных системах закреплялись пъезоакселерометры А1638, сертифицированные ГП «ВНИИФТРИ». Трехкомпонентные пъезоакселерометры A1638 имеют максимальное измеряемое (эффективное значение) ускорение 150 м/с2 в рабочем диапазоне частот от 0,1 до 400 Гц и применяются в качестве первичных преобразователей в составе сейсмо - и виброизмерительных систем и комплексов, а также могут быть использованы в различных областях науки и техники при измерениях (регистрации) вибрации. Записи ускорений – акселлерограммы регистрировались цифровым многоканальным инженерно-сейсмометрическим комплексом «ГНОМ», имеющим метрологическую поверку. Для определения соответствия измеренных ускорений сейсмическим баллам применялась инструментальная часть макросейсмической шкалы MSK-64 (ГОСТ Р 22.0.03-95), а в качестве меры повреждений – градация качественных повреждений строительных конструкций, принятая в описательной части этой шкалы.
В процессе подготовки испытаний фрагменты фасадных систем СКГ-ОК-001 с облицовочными плитами из керамогранита размерами 10 х 600 х 600, СКК-СК-003 с облицовочными кассетами из композиционного материала с размерами панели 600 х 800 и СКН-СК-004 с облицовочными плитами из натурального камня размерами 30 х 600 х 300 и с профильным скрытым креплением были смонтированы в соответствии с типовыми альбомами технических решений на железобетонном основании – макете стены, установленном на вибростенде. Монтаж производился специалистами ООО «Ньютон Системс». Несущую конструкцию всех трех испытуемых фасадных систем образуют кронштейны и направляющие из стальных сплавов. Кронштейны крепятся к стене при помощи устойчивых к коррозии анкеров. Для устранения «мостика холода» под кронштейн и анкер устанавливается комплект прокладок ПТ. После монтажа кронштейнов укладывался утеплитель и гидроветрозащитная паропроницаемая пленка, устанавливались вертикальные направляющие. Завершался монтаж креплением к несущей системе облицовочных панелей.
Программа натурных испытаний на сейсмостойкость разработана с учетом жестких требований стандарта ГОСТ 30546,3-98. При вибрационных испытаниях изделий измерения ускорений синхронизировались по времени с кино - и фотодокументацией, что способствует лучшей расшифровке инструментальных записей. В соответствии с разработанной и утвержденной программой испытаний виброускорения ж/б основания фасадных систем постепенно нарастали и на последнем цикле нагрузки достигали 5,50–8,80 м/с2.
При вибрационном воздействии определены резонансы по всем трем координатным осям фасадных систем: для СКК-СК-003 с легкими облицовочными кассетами из композиционного материала – 19–20 Гц; для СКГ-ОК-001 с облицовкой из керамогранита – 18,0–18,5 Гц; для более массивных фасадных систем с облицовочными плитами из натурального камня СКН-СК-004 – 17,5–18,5 Гц. Значения резонансных частот, заметно превышающие частотный диапазон близких землетрясений ( Видимых разрушений крепления плит, анкерных соединений, заклепочных соединений «сталь-сталь», каких-либо перемещений на кляммерах и разрушения плит облицовки после виброиспытаний не произошло. В соответствии с протоколом проведенных испытаний на динамические нагрузки установлено, что СВФ СКГ-ОК-001, СКК-СК-003 и СКН-СК-004 обладают достаточной механической прочностью для восприятия динамических нагрузок интенсивностью до 9 баллов включительно по шкале сейсмической MSK-64 и могут использоваться для зданий массового строительства в 8–9-балльных сейсмических районах.
Удачные результаты испытаний обусловлены следующими преимуществами конструкции.
1. Наиболее опасным и разрушительным эффектом от воздействия вибрационной нагрузки на здание, где смонтирована система НВФ, является усиление ускорения основания фасада (конструкции стены) на элементах облицовки. Коэффициент усиления (динамичности) по всем осям (Х, Y и Z) не должен превышать А1/А2 = 2, где А1 – максимальное ускорение на материале облицовки, А2 – максимальное ускорение основания (стены) вентфасада.
Поэтому основная задача производителей систем НВФ состоит в том, чтобы элементы подконструкции и их соединения обеспечивали максимально высокую жесткость и малую податливость всего фасада в целом.
В системах «Ньютон Системс» эта задача решена максимально эффективно благодаря следующим техническим решениям:
- уникальная конструкция кронштейна (рис. 1) НС обладает высокими моментами сопротивления по всем осям и жесткостью узла крепления «кронштейн-стена» (крепление анкера совпадает с осью консольной части кронштейна);
- все узлы соединения элементов системы являются абсолютно жесткими (нет необходимости решать проблему температурного расширения материала системы, т. к. оно настолько мало, что компенсируется работой всех элементов в стадии упругой деформации). Это многократно повышает надежность всей конструкции в целом.
2. Немаловажная задача разработчиков систем НВФ состоит в обеспечении отсутствия горизонтальных смещений элементов облицовки. Этот фактор очень важен в процессе безремонтной эксплуатации зданий и сооружений (при отсутствии обрушений и нарушения несущей способности конструкции здания и фасада неэффективно постоянно возвращать элементы облицовки в проектное положение), а также в обеспечении безопасности (возможны выпадания торцевых элементов фасада).
В системах НС очень легко устанавливать дополнительные крепежные элементы для предотвращения горизонтального смещения плит облицовки (см. рис. 2).
3. Наиболее опасными участками фасада зданий при сейсмическом воздействии являются угловые зоны. Это происходит вследствие возникновения разных величин ускорений на перпендикулярных плоскостях фасада. В подавляющем количестве систем НВФ облицовка внешнего угла здания решена таким образом, что смежные грани фасада не связаны между собой и «работают» отдельно друг от друга, выдавливая угловые плиты облицовки. В системах НВФ производства «Ньютон Системс» данный узел решен с помощью введения специального элемента – «угловой элемент», который связывает элементы смежных сторон в единый каркас (см. рис. 3).
4. «Ньютон Системс» – первая и единственная компания, которая успешно провела сейсмические испытания НФС с облицовкой натуральным камнем. Именно высокий вес облицовки позволяет выяснить истинную надежность подсистемы. На стенд был смонтирован натуральный камень толщиной 30 мм, вылет кронштейнов 100/80 мм составлял максимальные 140–150 мм. Вес квадратного метра такой облицовки составляет почти 90 кг. При подаче максимального дисбаланса на испытательный стенд, что соответствует 9,5 баллам по шкале МSК-64, и воздействии в течение 20 минут была отмечена только подвижность анкеров на крайних кронштейнах. Сама конструкция осталась абсолютно неповрежденной, а облицовка не сместилась. Такой результат был достигнут благодаря конструктивным особенностям систем «Ньютон Системс», а именно:
а) телескопическая конструкция кронштейна «Ньютон Системс» отличается превосходной жесткостью во всех плоскостях, в том числе в плоскости возникновения горизонтального ускорения. Прочие системы (алюминиевые и оцинкованные), в основе которых лежит L-образный кронштейн, справляются только со статической весовой нагрузкой (если не брать во внимание проворачивание кронштейна вокруг оси анкера). Но при возникновении сейсмической нагрузки – горизонтальному ускорению такой тип кронштейна не может ей противостоять, тем самым мультиплицируя ускорение стены на облицовку еще в большем объеме;
б) в системах «Ньютон Системс» используется паронитовый терморазрыв толщиной 2 мм, который минимально пластичен и при возникновении динамических нагрузок не нарушает общую жесткость системы. В алюминиевых и некоторых оцинкованных системах (из-за теплопроводности) необходимо использовать пластиковые терморазрывы толщиной 5–10 мм, что дает еще большую свободу кронштейнам (при смятии терморазрыва). В результате на системах с L-образными кронштейнами ускорение на облицовке многократно превышает ускорение несущей стены, из чего можно сделать вывод, что подобные системы сами себя разрушают. Наглядно это видно в приугловых зонах, когда 2 перпендикулярные плоскости, каждая двигаясь со своим ускорением, налетают друг на друга и выкрошивают плитку облицовки.
Высокая жесткость и малая горизонтальная податливость угловых сочленений определяют неоспоримые преимущества тестируемых фасадных систем СКГ-ОК-001, СКК-СК-003 и СКН-СК-004. Основные измеренные параметры (стабильность резонансных частот, неизменный коэффициент динамичности для различных сейсмических нагрузок) свидетельствуют о высокой прочности СВФ. Высокие потребительские качества и безопасность тестируемой продукции обеспечиваются рядом усовершенствований разработчиков, в числе которых следует отметить явно удачную конструкцию телескопического кронштейна из нержавеющей стали, существенно усиливающих подфасадный каркас.

Арташин Д. Е., главный конструктор ООО «Ньютон Системс», Татьков Г. И., канд. геол.-мин. наук, Базаров А. Д., Даржаева С. А. (Геологический институт СО РАН)

Литература
1. Акбиев Р. Т. Нормативно-правовые основы экспериментальных исследований в области сейсмостойкого строительства. // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. № 5, 2006 г.
2. Татьков Г. И., Толочко В. В., Базаров А. Д. Стенд для вибрационных испытаний на сейсмостойкость малотоннажных (до 30 тонн) изделий. // Каталог научно-технических разработок и инновационных проектов Республики Бурятия. Улан-Удэ, 2006 г.

ООО Ньютон Системс
603057 Россия, г. Нижний Новгород, ул. Бекетова, 3-Б
Тел.: (831) 465-8564, 465-7193, 462-1843
info@newtonsystems. ru
www. newtonsystems. ru

Представительство в Москве
117105 Россия, г. Москва,
Варшавское шоссе, д.17, стр. 1
Тел.: (495) 786-3994, 648-6512
msc@newtonsystems. ru



Другие новости индустрии:


Монтаж навесных вентилируемых фасадов: основополагающие принципы
«Алютех» – современные решения
Системы Alumil – лицом к клиенту
Kin Long приходит в Россию