Здания на упругих эластомерных опорах
Новые здания всё чаще строятся на участках, подвергающихся воздействию вибраций. Часто их источником являются близко расположенные железнодорожные пути или промышленные установки. Вибрации в здании могут быть причиной возникновения колебаний недопустимо высокого уровня и/или вследствие отражения от примыкающих элементов конструкций (например, полов и потолков), приводить к повышению уровня воздушного шума. Перед проектировщиками встаёт задача построить здание таким образом, чтобы соблюсти требования заказчика и не превысить допустимые нормативами показатели.
Вызовут ли вибрации основания недопустимые уровни отрицательных воздействий в построенном здании, зависит от силы и частоты вибрации, типа основания и структуры здания. Зная конструкцию здания и характер взаимодействия с основанием, и измерив вибрацию как функцию частоты, можно оценить предполагаемое воздействие. В этом случае компьютерный расчёт модели вибрационной системы может дать представление об ожидаемых вибрациях в здании. Если вибрации или вторично отражённый воздушный шум превышают допустимые значения, их возникновение или передача в здание должны быть ограничены.
Изоляция вибрации может быть реализована как в источнике помех, так и приёмнике. В принципе, более предпочтительным является снижение вибрации в источнике. Известен широкий ряд методик снижения воздействия железнодорожного транспорта и виброизоляции промышленных установок. Однако во многих случаях изоляция источника вибраций по самым различным причинам невозможна. Тогда проектировщику остаётся единственная возможность: снизить передачу вибраций в проектируемом здании. Путём сооружения здания на упругих опорах из материала SYLOMER® можно эффективно снизить
Материал
Материал SYLOMER® даёт возможность проектировщику создать множество различных конструкций. Возможна реализация полноплоскостной, ленточной или точечной конструкций изолирующей опоры. При применении материала SYLOMER® не существует жестких требований к тому, в каком месте здания (конструкции) должна находиться упругая прослойка. Упругое разделение реализуется там, где это наиболее благоприятно для проектирования.
Свойствами, необходимыми для реализации эффективной виброзащиты здания, материал обладает уже "сам по себе". SYLOMER® характеризуется объемной сжимаемостью, т.е., даже покрытый оболочкой, материал не теряет своей упругости. Широкий ряд стандартных марок материала позволяет осуществить оптимальный выбор в зависимости от площади опоры и приложенной нагрузки. Демпфирование составляет, в зависимости от типа SYLOMER®, от 7% до 11%.
Дополнительные амортизирующие элементы, как правило, не требуются. Динамическая жёсткость материалов SYLOMER® практически не зависит от амплитуды возбуждения колебаний. Даже при самых малых амплитудах нельзя ожидать увеличения жёсткости опор. Таким образом, эффективность действия опорной подушки обеспечивается для всех возможных в практике амплитуд возбуждения колебаний. Динамическая жёсткость лишь незначительно зависит от частоты возбуждения колебаний. Материал отличается благоприятным соотношением динамической и статической жест костей.
Материалы SYLOMER® не подвержены гидролизу, а также к воздействию обычно встречающихся на стройке химических соединений, разбавленных щелочей и масел. Так как маты SYLOMER® имеют смешанную ячеистую структуру, они могут поглощать некоторое количество воды. Воздействие влаги на статическую и динамическую жёсткость очень незначительно даже при полном погружении материала в воду. Какое-либо повреждение материала под действием воды практически невозможно. Частицы грязи также не могут попасть внутрь материала благодаря малости размеров пор на поверхности материала.
Расчет
Определяющим параметром для выбора подходящего типа материала SYLOMER® является долговременная статическая нагрузка. Нагрузка определяется площадью опоры и эффективным весом построенного здания. Путем варьирования площади опоры удельная нагрузка подбирается максимально близко к пределу долговременной статической нагрузки. Если изменение площади опоры невозможно (полноплоскостная конструкция опоры), давление можно оптимизировать комбинацией различных типов материала SYLOMER®. В качестве нагрузки принимают фактически ожидаемый вес здания, а также часть нагрузки от движения транспорта. Нагрузки, воздействующие лишь периодически, такие, как, например, нагрузки от ветра и снега, не учитываются. Фактически действующая нагрузка составляет, в зависимости от типа здания и его использования, как правило, от 60% до 80% нагрузок, принятых для статических расчётов. Кратковременные пиковые нагрузки, достигающие четырёхкратной величины статической долговременной нагрузки, могут без проблем восприниматься материалом SYLOMER®. Характеристикой ожидаемой эффективности применяемых мер является собственная частота упругой опоры. С увеличением толщины опоры она уменьшается. Наряду с толщиной опоры, собственная частота зависит также от динамически эффективной массы здания. Динамически эффективной является та часть массы здания, в которой возбуждаются колебания при возникновении вибраций. При этом, чем большая масса эффективна, тем ниже собственная частота. Для того, чтобы возбудить колебания в массе как можно большей величины, здание в области опор должно быть очень жёстким. Основой для определения собственной частоты является спектр частот возбуждения.
Часто на разные части здания воздействуют различные нагрузки. Для упругих опор применяются, в зависимости от нагрузки, разные типы материала SYLOMER®. Путём выбора типа опоры и варьирования площади опоры расчёт производится таким образом, чтобы нагрузка в каждом случае была близка к предельной величине долговременной нагрузки. Тогда при одинаковой толщине для всех опор получается единая упругая деформация и приблизительно одинаковая собственная частота.
| Толщина опоры, мм | Собственная частота, Гц |
| 25 | 13 |
| 37 | 11 |
| 50 | 9 |
| 75 | 8 |
Типичные показатели собственной частоты для опор зданий из материала SYLOMER®.
Долговременная статическая нагрузка для упругих опор зданий из материала SYLOMER® должна составлять от 10 кН/м2 до 1000 кН/м2.
Кратковременные пиковые нагрузки, превышающие долговременную статическую нагрузку до 4 раз, могут легко восприниматься материалом SYLOMER®.
Конструкция
Опора на материал SYLOMER® может быть полноплоскостной, ленточной или точечной. Какой вид опор является для здания наиболее благоприятным, зависит от требуемой собственной частоты и особенностей конструкции. Примыкающие элементы конструкций, такие как стены или потолки, могут быть изготовлены как из монолитного бетона, так и из сборных блоков. При изготовлении из монолитного бетона площадь опоры обычно используется в качестве неснимаемой опалубки.
Арматуру можно монтировать непосредственно на матах. Для очень мягких типов материала SYLOMER® площадь опоры распорных элементов нужно увеличить с помощью подкладок таким образом,чтобы арматура не вдавливалась в маты. Готовые блоки просто устанавливают на опору. Устройство перекрытий на упругих опорах обычно производится с помощью армированных плит. Для полной изоляции здания от воздействия вибраций необходимо всю поверхность стен, расположенных над упругой опорой и соприкасающуюся с грунтом, отделить упругими прокладками.
Полноплоскостная опора
Преимуществами полноплоскостной опоры являются простота строительного исполнения и минимальный риск образования акустических мостиков из-за ошибок при укладке матов. Разделение обычно устраивается между плитой пола и основанием или слоем бетонной подготовки. Для большей эффективности основание должно быть как можно более жёстким. Воздействующие на здание нагрузки, распределяясь на большей площади благодаря полноплоскостной опоре, передаются в основание. Специальные конструкции для перераспределения нагрузок на ленточные или точечные опоры не требуются. Структурных колебаний плиты пола при реализации полноплоскостной опоры в значительной мере удаётся избежать.
Ленточная опора
Применение ленточной опоры рекомендуется при реализации линейной передачи нагрузки. Упругая прослойка при этом располагается, как правило, в области фундамента или непосредственно под перекрытием подвала. Пол или потолок подвала, а также стены над ними можно монтировать непосредственно на ленточных опорах. Для эффективной изоляции структурных вибраций примыкающие к упругой прослойке элементы конструкций должны быть очень жёсткими и не обладать выраженными резонансными свойствами.
Преимуществом расположения упругой прослойки в области фундамента является возможность сооружения здания традиционными способами после завершения работ в области фундамента. Появление акустических мостиков вследствие строительных дефектов практически исключается.
Изоляция стен подвала не нужна при размещении упругой прослойки под плитой перекрытия подвала. Однако все соединения между подвалом и элементами здания на упругих опорах (например, лестницы и технические проемы) нужно отделить упругими элементами.
Точечные опоры
Упругое разделение точечного вида обосновано в конструкциях на свайном основании или при опирании на отдельные стойки/колонны. Приложенная нагрузка является определяющей при выборе типа применяемого упругого материала. Оптимальное сжатие выбранного типа материала SYLOMER® достигается изменением площади опоры с помощью свайных наголовников. Для точечной опоры, как правило, применяются материалы с высокими объёмными массами. Точно так же, как и при полноплоскостной и ленточной опорах, основание для опор, а также примыкающие элементы конструкций должны быть очень жёсткими.
Требование к основанию / приклеивание
Маты из материала SYLOMER® отличаются гибкостью и хорошо подгоняются к основанию при укладке. Жесткость применяемого материала возрастает с ростом объемной массы и определяется приложенной нагрузкой.
Поверхность, на которую укладывают маты, должна быть ровной, без углублений и выступов с острыми краями. Бетонные поверхности нужно грубо затереть или выровнять. Допустимая чистота поверхности (размер неровностей) определяется толщины материала опоры. Для опор толщиной до 25 мм допустимы неровности величиной 3 мм, для опор большей толщины неровности поверхности не должны превышать 5 мм. Опоры толщиной менее 8 мм требуют более высокого качества обработки поверхности.
Материалы SYLOMER® обычно просто укладываются на поверхность без дополнительной фиксации, однако могут быть очень легко приклеены. На стройках обычно применяются двухком-понентные полиуретановые клеи или клеи на битумной основе. Поверхности, на которые наклеиваются маты,должны быть чистыми и сухими.
Укладка
Опоры из материала SYLOMER® поставляются на стройку в виде матов или в виде готовых отдельных опор. Подгонка на месте легко производится с помощью стандартного инструмента.
Если опоры полноплоскостные, маты сначала распределяют на основании согласно плану раскладки и раскатывают. Необходимо дать матам отлежаться в раскатанном состоянии до тех пор, пока материал не расправится и не приспособится к окружающим условиям. Затем маты можно окончательно укладывать на нужное место и подгонять путем обрезки. Стыковые соединения необходимо закрывать клеящей лентой. В многослойных опорах маты нужно укладывать со смещением. Чтобы маты не сдвигались, рекомендуется зафиксировать их положение путём точечного приклеивания. Упругие ленточные и точечные опоры поставляются на стройплощадку пронумерованными в соответствии с планом укладки, раскладываются в указанных местах и, при необходимости, приклеиваются. Для уменьшения опасности образования акустических мостиков поверхности, не полностью закрываемые упругими опорами, нужно проложить волокнистым изоляционным материалом (например, изоляционной плитой для защиты от ударных шумов). Укладку бетона можно производить прямо по матам, при необходимости изолировав вертикальные поверхности опалубки. При этом необходимо избегать проникновения бетона в щели соединений, что приводит к образованию акустических мостиков. При использовании мягких типов материала SYLOMER® с большим количеством открытых пор необходимо полностью закрывать поверхность материала защитной полиэтиленовой пленкой.
Эффективность и длительная прочность при статической нагрузке
Ожидаемая эффективность упругих опор является системной величиной, которая определяется динамическими свойствами опоры, динамически эффективной массой здания, сопротивлением вибрации основания (высокое начальное механическое сопротивление). Собственная частота определяется эластичностью опоры и эффективной массой здания. Вибрация с частотой более д/2-кратной величины собственной частоты гасится в различной степени. Вибрации, равные или меньшие л/2-кратной величины собственной частоты, усиливаются. Это усиление можно значительно снижать благодаря высокой демпфирующей способности материала SYLOMER®. При приложении динамических нагрузок и увеличении частоты наблюдается эффект повышения жесткости упругого слоя. Благодаря высокоэластичной природе материала SYLOMER® данное повышение жесткости значительно меньше обычного. Для того, чтобы как можно большая масса зданий могла быть динамически эффективной, здание в области опор должно быть как можно более жёстким. Обычно специфицируется собственная частота упругого слоя для изоляции более низких частот возбуждения.
Для эффективной виброизоляции собственная частота упругой опоры должна быть рассчитана очень тщательно и быть основана на измерении всего частотного спектра возбуждения колебаний, действия. Расчет эффективности предложенного решения по сравнению с неизолированной конструкцией должен быть проведен заранее на основе испытаний материала. Необходимо также учитывать резонансные частоты других компонентов конструкции, например, полов и стен. Применение высокоэластичных опор для изменения собственной частоты здания не должно оказывать обратного эффекта на компоненты конструкции.
Результаты измерений, проведённых в здании с ленточными опорами в области фундамента из материала SYLOMER®, показаны на приведённых диаграммах.
Длительная прочность при статической нагрузке
Длительная прочность при статической нагрузке материала SYLOMER® была подробно исследована и описана как фирмой Getzner, так и независимыми испытательными центрами. Увеличение жёсткости эластичной опоры при правильном расчёте применения не установлено. Дополнительное сжатие под воздействием длительной статической нагрузки (ползучесть) точно известно и специфицировано для каждого типа материала SYLOMER®. Точные показатели, в зависимости от нагрузки, указаны в технических характеристиках на продукт.
Существенных изменений свойств материала не смогли обнаружить в выполненных объектах даже через 20 лет эксплуатации. Поскольку опоры из материала SYLOMER® обладают очень хорошими свойствами длительной прочности и не нуждаются в техническом обслуживании, после монтажа к ним не нужен доступ. Дорогостоящие конструкции для технического обслуживания или последующей замены опор не требуются.
Объекты с применением материала SYLOMER®
Барселона. Театро
Насьональ де Каталуньа
Стокгольм. Жилой дом Sodrastation
Мюнхен. Комплекс домов-новостроек
