ДЕМПФЕР

Автор: Королева Кристина Геннадьевна, Худякова С.В. - преподаватель ГБПОУ АО АТСиЭ

Демпфером в строительстве называют устройство, которое предназначено для гашения, демпфирирования, предотвращения пульсаций или колебаний, появляющихся в машинах, механизмах, приборах, разнообразных системах, во всевозможных зданиях и сооружениях.

Чтобы обеспечить комфорт и единство конструкций здания нужно обеспечить наименьший разрешенный уровень вибрационного фона, особенно при строительстве в сейсмоактивных зонах.

Благодаря использованию виброизоляции можно уменьшить уровень вибраций и уровень шума до установленных действующих норм.

В настоящий момент активно используется сейсмическая защита, которая тесно связана с применением специальных устройств – энергопоглотителей. Они предназначены для предотвращения колебаний при сейсмической активности за счет развития в материале конструкций неупругих деформаций. Такие системы устанавливаются в узлах конструкций с большой вероятностью возникновения зон упругих деформаций. Большим плюсом таких систем является то, что они компактны их можно использовать в зданиях любой сложности при этом они легки в замене при необходимости.

Главным элементом устройства могут быть стальные балки, которые при деформациях могут поглощать большее количество энергии. Но при этом срок их эксплуатации не велик и составляет один, два землетрясения.

Устройства для поглощения энергии с наиболее существенным сроком эксплуатации были изобретены в Новой Зеландии так называемый - экструзионный поглотитель энергии, представляющий собой «Кулонов демпфер». Существует цилиндр с толстыми стенками подвешенный и установленный на поршни, соединенных стержнем. Посередине цилиндра предусмотрено местное сужение сечения. Расстояние соединения поршней со стенками цилиндра заполнено свинцом. При движении конструкции, к которой присоединен поглотитель, происходит вытягивание свинца через экструзионное отверстие, образованное стенками цилиндра в его суженном сечении и стержнем. Так как вытягивание связано с процессом пластических деформаций, то по мере продвижения поршня в цилиндре происходит распад энергии. Было установлено что поглотитель выдерживает большой ряд землетрясений.

Примером подобного поглотителя является здание «Тайбэй 101» в Китае его высота составляет 509 м. Здание должно обладать упругостью, гибкостью, а для противостояния сильным ветрам ему нужна жесткость. Для этого в верхней части здания расположен большой противовес в виде шара, состоящего из 41 отдельной стальной пластины. Диаметр шара составляет 5,5 метра, а вес — 728 тонн. Шар способен гасить колебания небоскреба, даже если скорость ветра составляет 240 км/час.

Человек не замечает изменение положения конструкции, но все высотные здания меняют свое положение на ветру. При сильных порывах ветра верхушка небоскреба может накренится от своего вертикального положения на несколько метров. Для высотных зданий это нормальное явление. Чем выше здание, тем больше становится амплитуда его колебаний.

В тот момент пока огромный демпфер спасает основную часть здания, два более мелких демпфера обеспечивают целостность 60-метрового шпиля башни смягчая сильные порывы ветра на высоте почти 500 м.

Если оставить эти колебательные движения без внимания, то через десятилетие конструкция разрушилась. В небольшом пространстве на поперечные балки, окружающие внутренние колонны шпиля, помещены четырехтонные демпферы. Накопленная этими демпферами энергия колебаний шпиля передается и гасится с помощью, расположенной ниже системы пружин.

Небоскребы в местах сильных сейсмоопасных зон строятся таким образом, что при воздействии на них внешних угрожающих факторов они изгибаться для поглощения сейсмической энергии. Большим отрицательным фактором таких башен является то что в районах сильных ветров в то время, когда вы находитесь на верхних этажах здания, по ощущениям это, напоминает качку на судне – не слишком приятное ощущение, когда находишься на высоте около 450 м над землей.

Чтобы устранить это негативное явление специалисты нашли выход из ситуации и установили крупнейший в мире пассивный монолитный демпфер, который настроен на колебания с определённой частотностью. Он представляет собой 800-тонный маятник, закрепленный на 92 этаже и играющий роль поглотителя энергии здания. При сильном ветре, устройство движется, но при этом небоскреб остается в своем вертикальном положении. При нормальных условиях амплитуда колебаний этого шара, подвешенного на шестнадцати высокопрочных стропах, находится в пределах 10 см. Протяженность этого демпфера составляет высоту с 87 по 92 этаж.

К шару крепятся восемь вязкостных демпфирующих устройств, представляющих собой гидравлические амортизаторы. Во время раскачивания демпфера из этих устройств через маленькие отверстия выдавливается вязкая жидкость, что и поглощает энергию ветра.

В случае сильнейшего землетрясения или тайфуна, шар будет раскачиваться с амплитудой в 1,5 м и встретит кольцо буфера-ограничителя, который в сою очередь снабжен восемью дополнительными вязкостными демпферами, именуемыми задержниками. Здание может выдержать шквалистый ветер в 60 м/с и землетрясение, достигающее семи баллов.

«Тайбэй 101» является одним из самых устойчивых зданий, построенных человеком.

Здание установлено на 380 сваях. Длина свай составляет 80 м, около 30 метров свай из общей длинны входит в скальное основание. Диаметр свай составляет 1,5 м они могут вынести нагрузку в 1300 тонн. В центральной части здания располагаются 16 колонн. По мере «роста» здания эти колонны становятся все более тонкими. Начиная с 66-го этажа колонны сделаны полностью из стали.

При возведении Тайбэй 101 впервые использовалась гибкая система стальных решеток, которая обеспечивает наружный уклон всего сооружения и защищает его от опрокидывания.

Каждые 8 этажей чередуются с техническим отсеком. В нем находятся мощные стропильные системы, которые придают зданию дополнительную прочность.