Сейсмостойкое здание

 

1. СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ по авт. св. № 675138, отличающееся тем, что, с целью повьшения сейсмостойкости за счет гашения крутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличения возвратно-поступательного движенин здания, надфундаментная кон струк1дая выполнена с вертикальными . каналами, размещенными по периметру конструкции и по ее вертикальной оси симметрии, а сейсмоизолирующий элемент - с наклонными и вертикальным каналами, соединенными с каналами надфундаментной конструкции и сходящимися в точке пересечения вертикальной оси симметрии с выпуклой поверхностью сейсмоизолирующего элемента, при этом здание снабжено арматурными пучками, заанкеренными в фундаменте, пропущенными в каналах сейсмоизолирующего элемента и надфундаментной конструкции и прикрепленными к последней в ее верхней части посредством пружинных амортизаторов. 2. Сейсмостойкое здание по п. 1, (Л отличающееся тем, что арматурные пучки установлены с начальный вьфавнивающим напряжением в пределах 0,05-0,1 нормативного . сопротивления.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИчЫ НИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (I l) 4(sg> Е 04 В 9/02

ВВИДЕ

4 МЕ а аа„, j

t

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (54) (57) 1 . СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ по авт. св. У 675138„о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью о- вьппения сейсмостойкости за счет гашения крутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличения возвратно-поступательного движения здания, надфундаментная кон струкция выполнена с вертикальными каналами, размещенными по перимет(61) 675138 (21) 3645682/29-33 (22) 06.06.83 (46) 28.02.85. Бюл. Ф 8 (72) А.И. Соловьев и А.С. Жив (71) Владимирский политехнический институт (53) 699.841(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 675138, кл. Е 02 D 27/34, 1978 (прототип). ру конструкции и по ее вертикальной оси симметрии, а сейсмоизолирующий элемент — с наклонными и вертикальным каналами, соединенными с канала" ми надфундаментной конструкции и сходящимися в точке пересечения вертикальной оси симметрии с выпуклой поверхностью сейсмоизолирующего элемента, при этом здание снаб" жено арматурными пучками, заанкеренными в фундаменте, пропущенными в каналах сейсмоизолирующего элемента и надфундаментной конструкции и прикрепленными к последней в ее верхней части посредством пружинных амортизаторов.

2. Сейсмостойкое здание по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что арматурные пучки установлены с начальньМ выравнивающим напряжением в пределах 0,05-0,1 нормативного сопротивления.

1142608

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям сейсмостойких зданий, в том числе и высотных.

По основному авт. св. 9 675138 известно сейсмостойкое здание, включающее фундамент и надфундаментную конструкцию, между которыми размещен сейсмоизолирующий элемент, обращенная к фундаменту по- . 10 верхность которого выполнен@ сферической с вертикальной осью симметрии и с переменным радиусом, увеличивающимся от оси симметрии к краям поверхности, а центр кривизны 15 любой ее точки расположен выше центра тяжести здания 1.13.

Недостатками этого сейсмостойкого здания являются низкие сейсмоизолирующие свойства и неэначитель- 20 ная возвращающая способность конструкции при действии и затухании сейсмического воздействия.

Известно, что здания небольшой высоты (в 2-3 этажа) при сейсмичес- 25 ком воздействии испытывают в основном вертикальные и горизонтальные колебания, В зданиях значительной этажности при сейсмическом воздействии наряду с указанными колебаниями возникают значительные крутильные колебания, возникающие в горизонтальной плоскостИ относительно вертикальной 6си здания, Это приводит к кручению центрального ствола здания, например коробчатого ядра жесткости, с преждевременным его разрушением. ния.

Надфундаментная конструкция 2 выполнена с вертикальными каналами

- 8, размещенными по периметру конструкции и по ее вертикальной оси

5 симметрии. Сейсмоизолирующий элемент 3 выполнен с наклонными каналами 9 и с вертикальным каналом 10, соединенными с каналами

8 надфундаментной конструкции 2 и сходящимися в точке 11 пересечения вертикальной оси 5 симметрии со

Таким образом, в высотном сейсмостойком здании совершенно не по40 гашаются крутильные колебания, возникающие в горизонтальной плоскости относите .ьно вертикальной оси сооружения при сейсмическом воздействии.

45.

Кроме того, указанное здание при сейсмическом воздействии, отклоняясь на определенную величину, не вернется точно в свое исходное положение из-за несимметричного расположения временной нагрузки (снег, люди и т.д.) на половине здания, а также вследствие местного искривления сферической поверхности сейсмоизолирующего элемента в результате возникновения значительных контактных напряжений.

Цель изобретения — повышение сейсмостойкости здания за счет гашения крутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличение возвратно-поступательного движения здания.

Указанная цель достигается тем, что в сейсмостойком здании надфундаментная конструкция выполнена с вертикальными каналами, размещенными по периметру конструкции и по ее вертикальной оси симметрии, а сейсмоизолирующий элемент - с наклонными и вертикальным каналами, соедИненными с каналами надфундаментной конструкции и сходящимися в точке пересечения вертикальной оси симметрии с выпуклой поверхностью сейсмоизолирующего элемента, при этом здание снабжено арматурными пучками, заанкеренными в фун-, даменте, пропущенными в каналах сейсмоизолирующего элемента и надфундаментной конструкции и прикрепленными к последней в верхней части посредством пружинных амортизаторов.

Арматурные пучки могут быть установлены с начальным выравнивающим напряжением в пределах 0,05-0,1 нормативного сопротивления.

На фиг. 1 схематически изображено здание, общий вид; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 и 5 — кинематические схемы здаСейсмостойкое здание включает фундамент 1 и надфундаментную конструкцию 2, между которыми разме- щен сейсмоизолирующий элемент 3, обращенная к фундаменту поверхность

4 которого выполнена сферической с вертикальной осью 5 симметрии с переменным радиусом, увеличивающимся от оси 5 симметрии к краям поверхности 4, с центром 6 кривизны любой ее точки, расположенным выше центра 7 тяжести здания. °

3 1142 сферической поверхностью 4 сейсмоизолирующего элемента 3.

В каналах 8, 9 и 10 пр=,щены арматурные пучки 12 заанкеренные в фундаменте 1 и прикрепленные к надфундаментной конструкции 2 в ее верхней части, например в техни"ческом этаже 13, посредством пружинных амортизаторов 14, верхний конец которых заанкерен в покрытии 10

15 технического этажа 13.

Для того, чтобы здание при незначительных сейсмических толчках не раскачивалось, могут быть установлены дополнительные опоры 16 в виде ломающихся при большой нагрузке подпорок или сильных пружин сжатия.

Арматурные пучки 12 установлены с предварительным выравнивающим 20 напряжением в пределах 0,05-0,1 нормативного сопротивления с целью придания им строгой геометричности относительно оси пучка и оси каналообразователя, например для пучков, 25 включающих несколько сотен проволок, и для обеспечения выравнивания всех прядей пучков, например из семипроволочных прядей, при применении их в сейсмостойких зданиях.

Принцип работы сейсмостойкого здания отражен в кинематических схемах на фиг. 3 и 4 и заключается в следующем.

608 4 матурных пучках 12 при отклонении вертикальной оси надфундаментной конструкции 2 на угол. с4.

В точке 11 усилие N раскладывается на вертикальное N и горизонтальное Nð составляющие. Из строительной.механики известно, что если на здание действует усилие N„ с .эксцентриситетом а„, то в этом случае возникает момент М1 = N„ а, который возвращает здание в первоначальное состояние вследствие упругих деформаций стали в.пружинах и стальных пучках.

Но так как в сейсмостойком здании центр 7 тяжести расположен ниже центра 6 кривизны сферической поверхности 4 сейсмоизолирующего элемента 3, то возвращению в исходное положение будет способствовать суммарный момент

Ho + M$ где M — момент от действия собственного веса и временной нагрузки, M„ — дополнительный возвращательный момент от действия усилий, развиваемых в напрягаемых пучках и пружинах при отклонении вертикальной оси здания на угол при сейсмическом воздействии.

Действие двух возвращательных

35 моментов повышает сейсмостойкость здания и восстанавливает его в первоначальное состояние. В случае значительных и длительных сейсмических воздействий (фиг. 4) возникнет соот- ветствующее горизонтальное усилие

Т ) Т под воздействием которого

Ъ вертикальная ось 5 здания отклонится на величину d z, при этом первоначальная точка 11 опоры поднимает45 ся вверх на величину @ 2 > Р и переместится влево по горизонтальной оси на величину а > а1 и соответственно этому в точке 11 будет действовать усилие

2 = И„ а Nàà где N q, N 2 — усилия, развиваемые в пружинных амортизаторах 14 и арматурных пучках 12 при отклонении вертикальной оси 5 надфундаментной н т к и 2 на угол о г .

При сейсмических толчках возникает горизонтальное усилие T под воздействием которого здание отклоняется от вертикальной оси 5 на величину й,.(фиг. 3) или соответственно на угол eL,. Сейсмоизолирующий элемент 3 с криволинейной поверхностью 4, жестко связанный с надфундаментной конструкцией 2, отклоняется влево от вертикальной оси

5 на величину а„ и займет новое положение (показано пунктиром) с точкой 17 опоры. При этом первоначальная точка 11 опоры поднимется вверх на величину d"„. Но такое отклонение возможно при условии, что пружинные амортизаторы !4 получают деформации д"„, а арматурные пучки 12 — удлинения d" 1. Соответственно этому в точке 11 возникает суммарное усилие

Nn+ Na i где N„, N „„— усилия, развиваемые в пружинных амортизаторах 14 и арко с ру ци

В точке 11 усилие И раскладываiåòñÿ на составляющие N 2 и N2 и в

r соответствии с ранее изложенной мето1142б08, дикой возникает воэвращательный момент е °

Ма Иг аг численно больший первоначального момента

М = И», ° ач

Таким образом устанавливается определенная закономерность в конструктивном решении здания, а именно: с возрастанием сейсмического воздействия увеличивается отклонение вертикальной оси 5 здания на угол о г >срач и перемещение точки

11 опоры сейсмоизолирующего элемента на большую величину аг > а „, íî 15 одновременно с этим увеличивается суммарный сейсмопогашающий момент .от веса здания с временной нагрузкой и усилий, возникающих в арматурных пучках и пруямнах. 20

В случае если высотное здание испытывает крутильные колебания в горизонтальной плоскости, пучки 12 закручиваются по,спирали, как пру»кина часового механизма, и в них 25 возникают усилия, возвращающие здание в первоначальное положение.

На фиг. 5 показан фрагмент плана сечения сейсмоизолирующего элемен- . та 3, в котором в целях упрощения 3(» показан один канал 8. Там же показано, что напрягаемые пучки 12 ггроходя в вертикальных и наклонных каналах 8, 9 и 10, закручиваются при действии крутильных колебаний

18 на некоторый угол с .

В соответствии с этим вертикальный канал 8 из первоначального положения А перейдет в состояние В. При этом, если длина пучка 12 в исход- 4р ном состоянии на участке 11-A равна 1ч, то при повороте сейсмоизолирующего элемента 3 длина пучка

12 увеличится и составит е=е +л

2 ч уп и укрпр » уnp П УпРУгие деформации растянутых пучков на участке 11-А и по всей высоте здания до пружинных амортизаторов

14 в техническом этаже 13, »упр Пр продольные деформации растянутого пружинного амортизатора 14

В соответствии с этими деформациями в пучке 12 и пружинном амортизаторе 14 развивается усилие И

Г которое будет больше первоначального исходного усилия N„ на учасч Г ке 11-А.

При дальнейшем увеличении сейсмического воздействия, соответственно и крутильного кблебания, сейсмоизолирующий элемент 3 повернется на угол о(г ) Ы, и канал 8 из положения

5 отойдет в местоположение С . Это отклонение вызовет удлинение пружинных амортизаторов 14 и упругих деформаций пучков 12, в соответствии с этим в пучках 12 будут возникать усилия значительно больше, чем усилия в пучке 12 в положении В.

Таким же образом в других пучках

12 (условно не показанных) возникают усилия, которые и создают крутящий момен-. 19, погашающий сейсмическое воздействие в горизонтальной плоскости и возвращающий здание в исходное состояние, Изобретение позволяет повысить сейсмостойкость здания к сейсмическим воздействиям за счет гашения крутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличения возвратно-поступательной способности всего здания в исходное положение.

1142608

1142б08

A-A

О ие. 3

Рог.

1 142608

18

Составитель Г. Иванова

Редактор M. Петрова Техред Т.Дубинчак Корректор И.Mycrca

Заказ 677/30 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4