Komputerowy system "DAMB" analizy dynamicznej budynków wysokich

usztywnionych konstrukcjami ścianowymi

W

Politechnice

Poznańskiej

opracowano

komputerowy system analizy dynamicznej budynków

wysokich

o

dowolnym

rzucie,

usztywnionych

konstrukcjami ścianowymi i/lub trzonami. Wykorzystanie

systemu umożliwia wyznaczenie spektrum częstości

i postaci drgań własnych oraz odpowiedzi dynamicznej

od wymuszeń wpływami sejsmicznymi i parasejsmicznymi

dla szerokiej klasy budynków wielokondygnacyjnych.

Wykorzystywane obecnie w praktyce projektowej metody analizy dynamicznej

budynków wysokich usztywnionych konstrukcjami ścianowymi umożliwiają wyznaczanie

spektrum częstości i postaci drgań własnych tylko ze znacznym przybliżeniem. Konsekwencją

tego faktu jest to, że uzyskiwana z obliczeń odpowiedź dynamiczna budynku jest również

przybliżona.

W Instytucie Technologii i Konstrukcji Budowlanych Politechniki Poznańskiej

w zespole kierowanym przez prof. dr. hab. inż. K. Wrześniowskiego opracowano komputerowy

system programów dla analizy dynamicznej budynków wysokich usztywnionych konstrukcjami

ścianowymi i/lub trzonami w celu umożliwienia bardziej dokładnej analizy tych złożonych

ustrojów. System pierwotnie eksploatowany był na maszynach ICL 1900 i Odra serii 1300.

Obecnie wykorzystanie systemu jest możliwe przy użyciu komputerów zgodnych z IBM PC

z pamięcią operacyjną średniej wielkości, zarówno pod nadzorem standardowego systemu

operacyjnego DOS, jak i w środowiskach Windows 3.1, Windows 95 oraz Windows NT.

Możliwe jest analizowanie konstrukcji, których rzut zawiera dowolnie rozmieszczone

ściany, złącza podatne i nadproża. Ponieważ ponad połowa masy budynku skupiona jest na

poziomie stropów, przyjęto dynamiczny model konstrukcji z masami dyskretnymi w postaci

tarcz o bezwładnościach translacyjnych i rotacyjnych. Tarcze stropowe mogą znajdować się na

dowolnych rzędnych wzdłuż wysokości budynku, zgodnie z rzeczywistym rozkładem stropów

w budynku. Każdy strop może być innego kształtu i mieć inną masę jednostkową. Sztywność

konstrukcji określana jest na podstawie ścisłego rozwiązania równań różniczkowych

opisujących przemieszczenia modelu ciągłego konstrukcji przestrzennej. Analizuje się

sprzężone giętno-skrętne drgania obiektu.

Dane wejściowe do obliczeń przy wykorzystaniu systemu obejmują informacje

dotyczące układu ścian, nadproży i złączy podatnych, geometrii i cech wytrzymałościowych

konstrukcji, możliwe do bezpośredniego odczytania z rysunków budynku. W celu określenia

masy budynku wystarczy podać : jedną liczbę charakteryzującą masę objętościową materiału

ścian i nadproży oraz dla każdego typu stropu masę stropu o powierzchni jednostkowej i zbiór

punktów określający kontur tarczy stropowej. Dopuszcza się tarcze stropowe z dowolnym

brzegiem i z dowolnymi otworami.

Ruch podłoża określa się przez podanie parametrów projektowego spektrum

odpowiedzi.

Na podstawie tak określonych danych system automatycznie generuje macierz

bezwładności oraz macierz podatności konstrukcji. Dzięki zastąpieniu całkowania

numerycznego

całkowaniem

według

wyprowadzonych

analitycznie

wzorów

i zoptymalizowanym wykorzystaniu pamięci na dyskach magnetycznych uzyskano krótkie

czasy obliczeń.

Opracowanie makrokomendy systemu operacyjnego DOS, której jedynym parametrem

jest numer danych sprawia, że obsługa operatorska systemu jest szczególnie prosta.

Wykorzystanie systemu pozwala na wyznaczenie spektrum częstości i postaci drgań własnych,

a także dynamicznej odpowiedzi konstrukcji poddanej wpływom sejsmicznym lub

parasejsmicznym, w krótkim czasie i przy stosunkowo niewielkim koszcie.

Opisany system programów komputerowych o nazwie DAMB (Dynamic Analysis of

Multistorey Buildings) został opracowany w latach 1980-1983, częściowo w ramach Problemu

Węzłowego 05.12, koordynowanego przez Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN

w Warszawie. W latach 1983 i 1984 system poddano testowaniu. Wyniki obliczeń uzyskane

przy wykorzystaniu systemu porównano m. in. z wartościami otrzymanymi na drodze

doświadczalnej, podanymi w literaturze. W roku 1984 rozpoczęto użytkową eksploatację

systemu. Od tego czasu wykonano obliczenia projektowanych i istniejących budynków,

wznoszonych lub zagrożonych drganiami w Wielkopolsce, w Warszawie i w Sofii. System jest

w sposób ciągły udoskonalany i rozwijany.

Aktualnie prace zostały ukierunkowane na rozszerzenie analizy przez uwzględnienie

nieliniowego modelu materiału konstrukcji i obciążeń impulsowych.

2