Сейсмостойкие навесные стены с остекленными панелями
Изобретение относится к навесным стенам, способным выдерживать воздействие сейсмических сил значительных землетрясений без разрушения стеклянных панелей и без деформации или искажения несущей конструкции таких стен. Сейсмостойкая навесная стена с подвешиваемыми стеклянными панелями, в которой конструкция навесной стены каждого из этажей полностью отделена от конструкции навесных стен смежных этажей, в области окон отсутствуют стойки, а стеклянные панели подвешены только на горизонтальных балках конструкции, при этом окна свободно подвешены по всей длине этажа посредством пары зацепляющихся крюков, причем один крюк установлен на верхней горизонтальной балке перемычки окон этажа, принадлежащих конструкции этажа, расположенного выше, а второй крюк расположен на верхнем профиле оконной рамы, линия, образованная крюками, составляет горизонтальную линию скольжения, при посредстве которой смещение этажа, вызванное землетрясением, становится полностью независимым от смещений других этажей, при этом окна завершаются нижним профилем оконной рамы на нижней горизонтальной опорной балке окон этажа, к которой они жестко прикреплены, в результате чего окна повторяют движения конструкции и образуют закрепленный единый сектор этажа, взаимодействующий в плане сейсмостойкости с соответствующим сектором этажа, расположенного выше. 12 з.п. ф-лы, 41 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области разработки, производства и установки навесных стен с подвешиваемыми стеклянными панелями, способных выдержать воздействие сейсмических сил значительных землетрясений без разрушения остекленных панелей и деформации или искажения конструкции стен.
Уровень техники
Хорошо известно разрушительное воздействие значительных землетрясений на различные сооружения, в частности здания, а также влияние таких разрушений, связанное с потерей человеческих жизней и материально-экономическим ущербом, как на отдельные лица, так и на целые государства.
Именно поэтому столь многие научные организации, университеты, исследовательские центры и институты участвуют в работах в области сейсмической защиты зданий, главной целью которых является строительство зданий, конструктивные элементы которых были бы способны выдерживать воздействие значительных землетрясений, тем самым ограничивая опасность обрушения.
Задача эффективного уменьшения сейсмической опасности путем строительства сейсмостойких зданий особенно сложна, т.к. ее решение требует учета большого числа параметров и многих других факторов.
С одной стороны, имеется землетрясение, характеристики которого (сила, удаление, направление, глубина расположения центра) в сочетании с характеристиками грунта, на котором построено здание (составом, состоянием, влажностью), определяют величину воздействия землетрясения на здание (ускорение, скорость, длительность, частоту колебаний). С другой стороны, необходимо учесть параметры самого здания, подвергающегося воздействию сейсмических сил и оказывающего им сопротивление, в зависимости от характеристик его конструкции (геометрии здания, формы, массы, расположения конструктивных элементов, жесткости, основного периода колебаний и т.д.).
Конструкция здания образует его основные несущие элементы. Именно несущая конструкция непосредственно принимает на себя воздействие всех сейсмических сил и реагирует на него. Степень сохранности здания после землетрясения зависит от его реакции и суммарного взаимодействия с такими силами.
Однако несущая конструкция бывает дополнена компонентами, не являющимися конструктивными, подогнанными к конструкции и реагирующими на воздействие параллельно с ней в соответствии с их индивидуальными характеристиками. Общепризнано, что функциональные возможности здания и его принадлежность к числу пригодных для жилья зависит от размера ущерба, нанесенного таким дополнительным компонентам здания, независимо от возможно неповрежденного состояния конструкции.
Наиболее важными из неконструктивных компонентов здания считают навесные остекленные стены фасадов, которые обладают наибольшей уязвимостью к землетрясениям по сравнению со всеми другими компонентами.
Высокая уязвимость навесных остекленных стен вызвана неспособностью стеклянных панелей к повторению деформаций, вызываемых в конструкции здания сейсмическими силами в ходе землетрясения, и к компенсации межэтажных сдвигов. Говоря более конкретно, они не могут адаптироваться к смещениям, параллельным их поверхности, т.к. стеклянные панели не могут деформироваться в данном направлении.
Однако, как уже упоминалось, независимо от того, что конструкция здания может перенести землетрясение неповрежденной, хрупкость остекленных панелей, в особенности при ударном воздействии и приложении давления к их краям, приводит к их разрушению первыми из компонентов фасада.
Наибольшее напряжение под воздействием сейсмических сил, вызываемое сейсмическим ускорением и межэтажным сдвигом, испытывают соединения, при помощи которых навесные стены крепят к конструкции здания.
На фиг.1А представлен чертеж, иллюстрирующий деформацию и межэтажный сдвиг (δ), образующиеся в конструкции здания между двух смежных этажей в ходе землетрясения. На фигуре представлена плита пола данного этажа, обозначенная как (1.1), плита потолка того же этажа или плита пола этажа, расположенного над ним, обозначенная как (1.2), и вертикальные опоры (1.3) этажа в состоянии покоя (без сотрясений). Фиг.1 В иллюстрирует деформацию элементов и межэтажный сдвиг (δ) между плитами двух этажей (1.4) под воздействием сейсмического толчка.
На фиг.1C представлена в разрезе та же часть конструкции здания с добавлением навесных стен, выполненных по известным технологиям, в состоянии покоя (без сотрясений), а на фиг.1D представлены те же элементы в условиях землетрясения, в ходе которого конструкция навесных стен повторяет деформацию конструкции здания. На фиг.1Е представлена конструкция по фиг.1C с добавлением остекленных панелей в состоянии покоя (без сотрясений), а фиг.1F иллюстрирует состояние сейсмического толчка. Видно, что остекленные панели не могут повторять деформацию поддерживающей их конструкции навесных стен, что приводит к их разрушению.
Указанная конструкция навесных стен и ее поведение в условиях землетрясения приняты в настоящее время во всех имеющихся на международном рынке системах остекленных навесных стен, конструкция которых состоит из вертикальных балок (стоек), непрерывно проходящих по всей высоте навесной стены, и коротких горизонтальных балок (поперечин), закрепленных между вертикальными балками. Стеклянные панели или панели навесной стены прикрепляют непосредственно к вертикальным балкам и коротким горизонтальным балкам, которые поддерживают такие панели.
В соответствующих исследованиях, проведенных в Соединенных Штатах Америки, был сделан вывод о том, что существующие системы могут выдерживать небольшие сдвиги (δ) путем увеличения зазора, оставляемого между стеклянными панелями и алюминиевыми профилями, или путем округления углов стеклянных панелей. Однако такие решения остаются неудовлетворительными в случае значительных землетрясений, в которых к зазорам между панелями и рамами предъявляются более жесткие требования, особенно в случае зданий со стальными несущими конструкциями.
Раскрытие изобретения
Указанные недостатки могут быть устранены при осуществлении настоящего изобретения, которое обеспечивает отсутствие влияния межэтажных сдвигов этажей здания в ходе землетрясения на стеклянные панели, при этом не только остаются неповрежденными стеклянные панели, но и вся навесная стена возвращается в прежнее положение, причем ее конструкция не претерпевает под действием сотрясений каких-либо изменений или повреждений. Это было подтверждено при помощи лабораторных испытаний, проведенных в Лаборатории сейсмических технологий Национального технического университета в Афинах на интегрированном наборе навесных стен, который испытывали 16 июня 2006 г. на стенде сейсмического моделирования при полностью закрытых окнах навесной стены. Испытания были повторены при открытых окнах 27 числа того же месяца. В обоих случаях испытания оказались успешными, что подтверждается прилагаемым лабораторным сертификатом; окончательный протокол испытаний и сертификат должны быть выпущены в течение двух месяцев.
Для обеспечения устойчивости к землетрясениям остекленная навесная стена должна обладать способностью к полному поглощению межэтажного сдвига, образующегося во всех направлениях между смежными этажами, а ее компоненты должны быть способны выдерживать ускорения (g), возникающие в процессе землетрясения, без остаточных деформаций, независимо от спектра сотрясений.
Данная способность должна быть присуща всем остекленным навесным стенам на всех уровнях и во всех направлениях, в т.ч. угловым стенам на всех углах, краях или уступах, угловым стенам, расположенным между зданиями, а также навесным стенам, поддерживающим цельные стеклянные панели и распространяющимся на несколько этажей.
Кроме того, сейсмическая устойчивость навесной остекленной стены не должна влиять на ее функциональные возможности или ее воздухо- и водонепроницаемость, а также не должна снижать ее устойчивость к воздействию давления ветра и других внешних сил по окончании землетрясения.
Решение всех вышеперечисленных задач может быть достигнуто путем функционального отделения навесной остекленной стены каждого из этажей от навесных остекленных стен смежных этажей, верхнего или нижнего, с обеспечением независимости сдвигов навесной стены каждого из этажей от сдвигов навесных стен других этажей.
Осуществление изобретения
Для этого, как показано на фиг.2А, навесную остекленную стену каждого из этажей оптимально разделяют на две отдельные секции (2.1) и (2.2) по горизонтальной разделительной линии, проходящей по всей длине фасада данного этажа на уровне оконной перемычки (2.3).
Каждая из секций (2.1) и (2.2) состоит из двух частей: жесткой части (2.4), которая содержит конструкцию навесной стены данного этажа и жесткие стеклянные панели, прикрепленные к такой конструкции (подоконные стенки), и части (2.5), содержащей окна данного этажа.
Две части (2.4) и (2.5) простираются по всей длине этажа и соединены между собой так, чтобы обеспечить их совместное функционирование для сопротивления землетрясению в виде объединенных секций (2.1) или (2.2), в то же время обеспечивая независимое функционирование окон и возможность открывания окон ((2.6) на фиг.2В) по всей длине этажа.
На фиг.3А и 3В представлены в разрезе секции конструкции двухэтажной навесной остекленной стены, причем на фиг.3А представлена в разрезе конструкция, предусмотренная на плите пола одного этажа, а на фиг.3В - конструкция, предусмотренная на плите пола этажа, расположенного над ним. Обе конструкции содержат в качестве основных компонентов стойки (3.1), горизонтальные балки (3.2) и (3.3), предусмотренные на каждом из этажей, и крепежные элементы (3.4).
Стойки (3.1) на своих концах поддерживают горизонтальные балки (3.2) и (3.3) каждого из этажей. Высота стоек соответствует высоте конструкции каждого из этажей; стойки прикреплены к плитам пола соответствующих этажей при помощи крепежных элементов (3.4), имеющих вид кронштейнов, выступающих с обеих сторон.
Крепежные элементы (3.4) образуют соединение между конструкцией навесной остекленной стены и конструкцией здания; они способны выдерживать воздействие любых сил, создаваемых землетрясением, а также других сил, порождаемых постоянной нагрузкой и давлением ветра.
Как показано на фиг.3А, одна из горизонтальных балок (3.2) и (3.3), а именно балка (3.2), принадлежит конструкции данного этажа и образует опорную балку окон данного этажа, поддерживающую нижнюю сторону таких окон (2.5), а также балку, к которой подвешены закрепленные остекленные панели (2.4) данного этажа, в то время как балка (3.3), представленная на фиг.3В, принадлежит конструкции этажа, расположенного выше, и образует балку перемычки окон данного этажа, к которой подвешены окна (2.5) этажа и которая поддерживает нижнюю сторону закрепленных остекленных панелей этажа, расположенного выше.
В вышеописанной конструкции стойки (3.1) вообще не соприкасаются со стеклянными панелями. Это позволяет изготавливать их не только из алюминиевых профилей, но и из стальных профилей, например, типов IPE (двутавровый профиль), U (швеллер), Z (зетобразный профиль) или полого профиля, что обеспечивает возможность лучшего и более экономичного выполнения все возрастающих конструктивных требований к сейсмостойкости.
Для обеспечения требуемой контролируемой жесткости соединений стоек с горизонтальными балками конструкции рекомендуется использовать унифицированную систему строительства, т.е. готовые панели, которые могут быть перевезены на строительную площадку и подвешены на заранее укрепленных стандартизированных несущих элементах.
На фиг.4А и 4В представлены заранее укрепленные на плите (4.4) пола этажа несущие элементы и готовые панели (4.1) унифицированной системы. Последние содержат конструктивные элементы, дополненные стандартными покрытиями (4.2), например, из сухой штукатурки, асбестоцементных листов (шифера) или другого подобного материала, а также наполнением из изоляционных материалов (4.3), например, минеральной ваты или другого подобного материала, и необходимыми компонентами (4.5), обеспечивающими жесткость на изгиб.
Как показано на фиг.3А, 3В и 4А, 4В, в области расположения окон стойки не предусмотрены. Таким образом, конструкция каждого из этажей ограничена закрепленной частью (подоконной стенкой), прикрепленной к плите пола соответствующего этажа, вместе с которой она перемещается при смещении под воздействием землетрясения.
Это означает, что несущая конструкция навесной остекленной стены каждого из этажей повторяет только перемещения плиты этажа, к которой она прикреплена. Таким образом, она не влияет на перемещения конструкций смежных этажей, расположенных выше и ниже, и сама не подвержена их влиянию, т.к. установлена независимо от них.
На фиг.5 представлен общий вид в разрезе навесной остекленной стены, охватывающей три этажа; представлены закрепленные секторы этажей (5.1), (5.2), (5.3), их соответствующие закрепленные части (5.4), содержащие элементы несущей конструкции каждого из этажей, а также часть окон (5.5). На фиг.5 представлены нижние горизонтальные опорные балки (5.6) окон, одинаковые на всех этажах, к которым подвешены закрепленные стеклянные панели (5.4) каждого этажа и которые поддерживают нижнюю сторону окон этажа. Также представлены верхние горизонтальные балки (5.7) перемычек окон, одинаковые на всех этажах, к которым подвешены окна каждого этажа и которые поддерживают нижнюю сторону закрепленных стеклянных панелей этажа, расположенного выше.
В частности, следует отметить, что верхние горизонтальные балки (5.7) представляют собой балки, к которым подвешены окна данного этажа. Однако такие балки всегда принадлежат к конструкции этажа, расположенного выше, за исключением случая навесной остекленной стены верхнего этажа, где балка удерживается непосредственно кровельной плитой этажа и принадлежит к конструкции того же этажа. Это же относится к нижнему этажу навесной остекленной стены, где балка опирается непосредственно на плиту пола этажа.
Помимо вышеизложенного, горизонтальная балка (5.7) также представляет собой балку, определяющую, посредством линии подвеса окон, линию оптимального разделения закрепленных секторов навесной стены каждого из этажей (5.1, 5.2) и линию их относительного скольжения.
На фиг.6А, 6В представлен в более крупном масштабе закрепленный сектор (6.1) этажа, соответствующего этажу (5.1) по фиг.5, причем представлены две его части: закрепленная часть (6.4) и оконная часть (6.5). Оконная часть (6.5) расположена между закрепленной частью (6.4), представляющей собой участок закрепленной части этажа (6.1), и закрепленной частью (6.4) закрепленного сектора (6.2) этажа, расположенного выше, к которой принадлежит горизонтальная балка (6.7) и к которой подвешены окна (6.5) этажа.
Подвес окон непрерывен по всей длине этажа и осуществлен при помощи пар зацепляющихся крюков (6.9) и (6.10). Крюк (6.9) предусмотрен на алюминиевом профиле (6.7) верхней горизонтальной балки перемычки окон этажа, а крюк (6.10) предусмотрен на верхнем горизонтальном профиле (6.11) рам стеклянных панелей окон этажа.
Между зацепляющимися крюками (6.9) и (6.10) (см.фиг.6С) предусмотрена прокладка (6.3), выполненная из материала, имеющего низкий коэффициент трения, например полиамида, тефлона или другого подобного материала. Прокладка определяет линию разделения и скольжения между жесткими секторами (6.1 и 6.2) этажа и обеспечивает возможность их относительного скольжения в направлении, параллельном поверхности навесной остекленной стены.
Линия (6.3) скольжения одновременно представляет собой ось вращения крюка (6.10) при открывании окон. Это означает, что стеклянные панели оконной области на каждом этаже и по всей длине этажа представляют собой открывающиеся окна.
Каждое из окон, подвешенных на парах зацепляющихся крюков, заканчивается нижним горизонтальным профилем (6.12) рамы стеклянной панели окна над нижней горизонтальной опорной балкой (6.6) окон этажа. Окна связаны с опорной балкой (6.6) и прикреплены к ней так, чтобы обеспечить совместное функционирование обеих частей, т.е. жесткой части и окон, в виде единого сектора (6.1), который взаимодействует в случае землетрясения с соответствующим сектором (6.2) расположенного выше этажа через линию (6.3) скольжения. В результате смещение сектора (6.2) не оказывает влияния на смещение сектора (6.1). По аналогии, поскольку такое же взаимодействие предусмотрено и с закрепленным сектором этажа, расположенного выше, сдвиг навесной остекленной стены на уровне одного из этажей не влияет на сдвиг навесных остекленных стен смежных этажей и не подвержен влиянию их сдвига.
Закрепленные стеклянные панели (6.4) каждого из этажей также подвешены на нижних горизонтальных опорных балках окон этажа при помощи крюков. Один из таких крюков (6.13) предусмотрен по всей длине нижней горизонтальной опорной балки этажа (6.6), а другой крюк (6.14) предусмотрен на верхнем горизонтальном профиле рамы закрепленных стеклянных панелей (6.15). Закрепленным стеклянным панелям придают жесткость при помощи других крюков. Один из таких крюков (6.17) предусмотрен по всей длине верхней горизонтальной балки-перемычки окон (6.7) этажа, расположенного ниже, а другой такой крюк (6.18) предусмотрен на нижнем горизонтальном профиле рамы закрепленной стеклянной панели (6.16).
Между двумя крюками, используемыми для подвешивания и крепления закрепленных стеклянных панелей к конструкции навесной остекленной стены, предусмотрена резиновая прокладка (6.19). Такая прокладка должна иметь высокий коэффициент трения, а более надежное крепление закрепленной стеклянной панели к несущей конструкции получают при помощи болтов, предусмотренных для стягивания в точке (6.20).
Вышеописанная конструкция навесной остекленной стены обеспечивает возможность сдвига во всех направлениях. Способность конструкции к поглощению относительного межэтажного сдвига (δ) в направлении, перпендикулярном поверхности навесной стены, весьма высока и также зависит от высоты окон. Это обусловлено петлями, одна из которых предусмотрена по линии подвеса окон, а вторая проходит сквозь арматуру крепления окон к горизонтальной опорной балке окон (6.21, 12.2, 12.3).
На фиг.7А навесная остекленная стена представлена в вертикальном разрезе в состоянии покоя, а на фиг.7В и 7С - в условиях землетрясения при направлении сейсмической волны, перпендикулярном поверхности навесной стены. На последних чертежах изображены петли (7.5, 7.6) и обозначен межэтажный сдвиг (δ) (7.7).
Как следует из фиг.7, в ходе землетрясения несущая конструкция навесной остекленной стены и закрепленные стеклянные панели, прикрепленные к ней (подоконной стенке), а также любые другие элементы, прикрепленные к конструкции навесной стены, сохраняют жесткость в направлении, перпендикулярном поверхности навесной стены. Весь имеющийся сдвиг наличествует и поглощается в оконной области.
Однако для обеспечения полной сейсмостойкости навесной остекленной стены необходимо обеспечить ее аналогичное поведение и в других направлениях. Настоящее изобретение обеспечивает исчерпывающее решение данной задачи, являющейся причиной значительных затруднений в мировом масштабе, в случае направления воздействия землетрясения, параллельного поверхности навесной стены.
Как было описано выше, линия подвеса окон образует разделительную линию, а также линию скольжения между закрепленными секторами навесной остекленной стены на каждом из этажей. Это является результатом использования прокладки (6.3), изготовленной из материала с низким коэффициентом трения, вставленной между двумя зацепляющимися крюками, которые используются для подвешивания окон. Таким образом, как видно из фиг.8, обеспечивается возможность свободного относительного скольжения двух закрепленных секторов (8.1) и (8.2) навесной остекленной стены, что обеспечивает свободное и независимое смещение нижнего закрепленного сектора относительно верхнего закрепленного сектора навесной остекленной стены на каждом из этажей.
При обеспечении такой возможности нижний закрепленный сектор (8.1) навесной остекленной стены, который повторяет смещения плиты пола соответствующего этажа, не подвержен влиянию смещения закрепленного сектора (8.2), повторяющего смещения плиты пола этажа, расположенного выше. Аналогичная ситуация существует и в отношении закрепленного сектора навесной стены этажа, расположенного ниже. Следовательно, навесная остекленная стена каждого из этажей не испытывает влияния сейсмических сдвигов (δ) (8.6) смежных этажей, что устраняет проблему, являющуюся основной причиной разрушения остекленных панелей в ходе землетрясения.
К концу крюка верхней горизонтальной балки перемычки окон прикрепляется скользящий элемент из полиамида, тефлона или другого подобного материала с низким коэффициентом трения в форме, соответствующей форме конца крюка, способом, обеспечивающим прочность и безопасность крепления.
Для обеспечения возможности относительного скольжения двух секторов две части каждого сектора, закрепленная часть (8.4) и оконная часть (8.5), должны быть прочно соединены одна с другой через горизонтальную опорную балку окон так, чтобы относительный сейсмический сдвиг (δ) (8.6) между плитами пола этажей преобразовывался в соответствующий сдвиг (δ) (8.7) между двумя секторами (8.1) и (8.2).
Как уже было указано, устойчивость каждого из секторов этажа обеспечивается путем создания устойчивой конструкции навесной остекленной стены с использованием унифицированной системы, применения мощных крепежных элементов, могущих безопасно передавать сейсмические силы от конструкции здания на конструкцию навесной стены и наоборот, а также жесткого прикрепления окон этажа к опорной балке конструкции этажа.
Разумеется, соответствующий сдвиг (δ) между этажами передается по линии скольжения в горизонтальном направлении до краев навесной остекленной стены, которыми она завершается. Поэтому необходимо предусмотреть особое угловое завершение, обеспечивающее поглощение сдвига.
Существует несколько случаев завершения навесной остекленной стены. Наиболее сложным из них является случай угловых навесных стен, встречающихся во всех отдельных зданиях или зданиях со свободным периметром. Трудность заключается в том, что угловое завершение должно быть способно к поглощению соответствующих сдвигов не только в направлении двух сторон, образующих угол, но и сдвигов в любых других, произвольных направлениях, т.к. направление сдвига, вызванного землетрясением, является случайным и непредсказуемым, так же, как и поведение здания под воздействием скручивания.
Кроме того, дополнительные затруднения вызывает то обстоятельство, что сдвиг, параллельный одной из сторон конструкции здания, порождает сдвиг, перпендикулярный другой стороне, что приводит к несовпадению сдвигов навесных стен на углах.
Таким образом, для функционирования в условиях разнонаправленных сдвигов на углах зданий завершающие профили навесной остекленной стены должны быть способны совершать движения гироскопического типа, чтобы обеспечить поддержание параллельности навесной стены таким сдвигам.
Как было указано выше и проиллюстрировано на фиг.3 и 4, в оконной области каждого из этажей отсутствуют стойки. Как следствие, то же верно и для углов навесных остекленных стен. Это обстоятельство облегчает формирование углового профиля путем прямого соединения балок конструкции каждой из сторон этажа.
Фиг.9А, 9В, 9С иллюстрируют формирование углов (9.1 и 9.2) конструкции навесной остекленной стены путем соединения горизонтальных балок, т.е. опорных балок (9.3) и балок (9.4) перемычек. Данную операцию осуществляют путем простого обрезания алюминиевых профилей в диагональном направлении и их соединения посредством параллельных пластин (9.5, 9.6) и (6.22, 6.23), обеспечивающих жесткий и неизменяемый угол в соответствии с требованиями каждого конкретного случая.
Как было указано выше, конструкция углов горизонтальных балок конструкции навесной остекленной стены подразумевает единство всей конструкции навесной стены каждого из этажей, включая ее как прямые, так и угловые секторы, и ее единое смещение вместе с плитой того этажа, к которому она прикреплена.
В результате, что касается сдвигов, все применимое к сторонам, также относится и к углам, а следовательно, межэтажные сдвиги в общем случае происходят и поглощаются в оконной области каждого этажа независимо от того, является ли данная навесная стена угловой.
Кроме того, из вышеизложенных соображений вытекает необходимость соединения остекленных оконных панелей на углах, в том числе и в оконной области. Это позволяет обеспечить, с одной стороны, плавное поглощение относительных сдвигов во всех направлениях, а с другой стороны, функциональное соединение двух сторон навесной стены. Это также позволяет обеспечить выполнение всех требований по воздухо- и водонепроницаемости, устойчивости навесной стены к давлению ветра и безопасности стеклянных панелей, а также сохранение соответствия таким требованиям после землетрясения, поскольку позволяет навесной остекленной стене вернуться в исходное состояние без каких-либо отклонений.
Как уже было указано, поглощение всех сдвигов происходит в оконной области. Следовательно, профиль угла навесной стены не непрерывен по всей высоте этажа, а прерывается в точках горизонтальных балок, на которых он установлен, что обеспечивает совместное функционирование с концевыми стеклянными панелями с целью выполнения вышеуказанных требований. Разрывы углового профиля в точках горизонтальных балок вводят для обеспечения непроницаемости навесной остекленной стены. Для этого используется герметичный профиль (6.24), располагаемый горизонтально поверх горизонтальных опорных балок окон, а также особая форма профилей крюков (6.25) балок (6.7) перемычек, что обеспечивает требуемый уровень непроницаемости.
Угловой профиль, представленный на фиг.10А, был разработан на основе данных требований. Фиг.10А и 10В иллюстрируют в горизонтальном разрезе взаимодействие углового профиля с вертикальными профилями стеклянных панелей боковых окон. На фиг.10А и 10В представлены основные стороны угла (10.1) в сочетании с завершениями (10.6) вертикальных профилей рам стеклянных панелей боковых окон, причем длина этих сторон определяет соответствующий сдвиг (δ) навесной остекленной стены, поглощаемый в данном угле. Кроме того, представлены внутренние элементы (10.2) и внешние элементы (10.3) сторон угла, обеспечивающие воздухо- и водонепроницаемость и имеющие такой же или больший диапазон сдвига, в сочетании с завершениями вертикальных секций оконных рам (10.7) и стеклянных панелей (10.8). Перекрытие (10.11) сторон (10.1) угла и завершений (10.6) выполнено с учетом необходимости постоянного перекрывания завершений стеклянных панелей со сторонами угла для обеспечения плавного движения углового профиля во время землетрясения.
Для обеспечения защиты от смещений в направлении по диагонали здания на угловых концах остекленных панелей предусмотрены выемки (10.9), размер которых пропорционален предполагаемому сдвигу (δ') (10.10) в данном направлении.
В середине углового профиля предусмотрен замкнутый сердечник (10.4), предназначенный для обеспечения необходимой поддержки углового профиля на его концах и его следования смещению навесной стены в данном угле.
Для обеспечения поглощения сдвигов во всех направлениях угловой профиль (11.1) закреплен своими концами только в двух точках. В одной из точек крепления, расположенной на верхнем конце (фиг.11A, 11В, 11С), профиль закреплен путем подвешивания к нижней стороне угла двух верхних горизонтальных балок перемычек окон (11.2) этажа при помощи крепежного элемента (11.3), проходящего сквозь разрез в замкнутом сердечнике через верхний конец угла (11.4) и удерживаемого штифтом (11.5), что допускает свободное вращение углового профиля на верхнем конце в соответствии со сдвигами конструкции этажа, расположенного выше. Во второй точке крепления, расположенной на нижнем конце углового профиля (фиг.11D, 11Е, 11F), профиль прикреплен к верхней стороне угла, образованного нижними горизонтальными опорными балками окон (11.6) этажа при помощи крепежного элемента (11.7) и штифта (11.8), свободно перемещаясь во всех направлениях в пределах, допускаемых креплением (11.9) для вертикальных перемещений.
Такой же угловой профиль используют на углах закрепленных рам для обеспечения архитектурного единства и единообразного выполнения вышеупомянутых требований к непроницаемости и т.п. Единственное отличие заключается в том, что угловой профиль прикрепляется непосредственно к балкам конструкции навесной остекленной стены, т.к. соответствующий угол в данной конструкции остается жестким и неизменным.
В случае навесной остекленной стены с одной стороной/плоскостью поглощение сдвига в направлении, параллельном поверхности навесной стены, осуществляет профиль боковой стороны, форма которого соответствует половине углового профиля, причем края профиля расположены под прямым углом, а стороны, соединяющиеся с завершениями конечных профилей рам оконных стеклянных панелей, имеют длину, соразмерную с предполагаемой величиной сдвига (δ). Поглощение сдвига (δ) (7.7) в направлении, перпендикулярном поверхности навесной остекленной стены, обеспечивает свободное вращение соединений (7.5, 7.6).
Объединение двух частей закрепленного сектора и, в частности, соединение конструкции каждого из этажей с окнами этажа может быть осуществлено разными способами в зависимости от возможного состояния окон до и во время землетрясения.
Если окна остаются закрытыми (фиг.12А, 12В), как это обычно бывает в высотных зданиях, они могут быть жестко прикреплены к своим опорным балкам (12.1) при помощи крепежных элементов (12.2, 12.3) и (12.4, 12.5).
Болт (12.2) с квадратной головкой вводится в разрез (12.6) нижнего горизонтального профиля оконной рамы (12.7), а уголок (12.3) жестко закрепляется во внутренней части балки (12.1). Вместе данные элементы удерживают окна и блокируют воздействие на них сейсмических сил, направленных перпендикулярно их плоскости, а также сил, вызванных давлением ветра, положительным или отрицательным. С другой стороны, удаление данных элементов позволяет использовать окна в качестве открывающихся окон, если это необходимо. В то же время, в сочетании с соединением по линии подвеса окон, данные элементы выполняют функцию соединений, обеспечивающих поглощение сейсмических сдвигов (δ) (7.7), направленных под прямым углом к плоскости навесной стены.
Одновременно с этим, крепежная вилка (12.4), жестко прикрепленная к нижней секции оконной рамы (12.7), в сочетании с крепежным штифтом (12.5), также жестко прикрепленным к опорной балке (12.1) окон, блокирует боковое смещение окон относительно опорной балки (12.1), в то же время, не препятствуя их открыванию.
Сходные элементы, предназначенные для решения тех же задач и действующие таким же образом, как и вилка (12.4), прикреплены вдоль верхней части оконных рам и в точках вертикальных соединений, как показано на фиг.13А, 13В, 13С. Один из таких элементов (13.1) прикреплен к верхнему горизонтальному профилю рамы одного из окон и имеет один из концов в виде небольшой вилки. Другой элемент (13.2) прикреплен к тому же месту другого окна, причем один из его концов входит в вилку (13.1) и блокирует смещение одного окна относительно другого независимо оттого, закрыты данные окна (фиг.13А) или открыты (фиг.13В). Таким образом, проем (выемка) между двумя окнами (13.4, 13.5) остается постоянным, что исключает опасность столкновения между двумя остекленными панелями.
Две стороны (13.1 и 13.2) не соприкасаются с горизонтальной балкой (13.3) подвеса окон и закреплены таким образом, чтобы совместно с вилкой (12.4) предотвращать любые горизонтальные смещения окон относительно горизонтальной опорной балки, к которой они жестко прикреплены.
Если в нормальном режиме окна должны функционировать в качестве поворотных окон (фиг.14А и 14В), крепежные элементы (12.2) и (12.3) заменяют на запоры (14.1), которые в сочетании со штифтом (14.2) полностью принимают на себя сейсмические силы, действующие в направлении, перпендикулярном поверхности навесной остекленной стены, и соответствующие воздействию на навесную остекленную стену отрицательного давления ветра, в то время как крепежные элементы (12.4, 12.5, 13.1, 13.2), связанные со сдвигами, параллельными поверхности навесной остекленной стены, остаются без изменений.
Если во время землетрясения окна оказываются открытыми, объединение обеих частей обеспечивают при помощи жестких подвесов (15.1) по фиг.15, используемых для открывания и запирания окон, которые в сочетании с крепежными элементами (13.1, 13.2) обеспечивают неподвижность окон в том положении, в котором они находятся в данный момент. Таким образом, несмотря на то что окна открыты, линия скольжения, образованная парами зацепляющихся крюков, функционирует нормально и обеспечивает плавное поглощение сдвигов, как и в случае закрытых окон.
Если панели навесной остекленной стены непрерывным образом распространяются на несколько этажей или имеют разрывы между этажами, или непрерывно распространяются от пола до потолка этажа без промежуточных разрывов, линия скольжения также полностью функциональна при подвешивании стеклянных панелей на парах зацепляющихся крюков, как и в случае использования окон. Кроме того, конечные угловые профили полностью функциональны при использовании того же способа крепления, причем объединенные по вертикали остекленные панели действуют в качестве закрепленной части этажа (фиг.16А и 16В), а сдвиги, как и прежде, поглощаются при помощи линии скольжения.
Отличие данного случая заключается в том, что при наличии непрерывной по вертикали навесной остекленной стены и объединения остекленных панелей разных этажей (16.1) две горизонтальные балки, используемые при наличии окон, объединены в одну балку (16.2). Данная балка содержит элементы обеих балок, т.е. опорной балки в верхней части (16.3) и балки перемычки нижней части (16.4), пары зацепляющихся крюков (16.5) для нижней части и стабилизирующие крепежные элементы (16.6) для верхней части.
Если навесная остекленная стена разорвана между этажами, стеклянные панели эквивалентны очень высоким окнам, где верхняя горизонтальная балка перемычка окон расположена непосредственно на потолке этажа, а нижняя горизонтальная опорная балка окон лежит непосредственно на полу этажа. В этом случае функционирование системы сейсмостойкости между этажами также остается неизменным.
Очевидно, что в вышеописанных случаях с увеличением высоты остекленных панелей размеры компонентов также изменяют в соответствии с новыми конструктивными и динамическими требованиями конструкции.
1. Сейсмостойкая навесная стена с подвешиваемыми стеклянными панелями, отличающаяся тем, что конструкция навесной стены каждого из этажей полностью отделена от конструкции навесных стен смежных этажей (3А, 3В), в области окон отсутствуют стойки, а стеклянные панели подвешены только на горизонтальных балках конструкции, при этом окна (2.5, 2.6, 5.5, 6.5) свободно подвешены по всей длине этажа посредством пары зацепляющихся крюков (6.9, 6.10), причем один крюк (6.9) установлен на верхней горизонтальной балке (6.7) перемычки окон этажа, принадлежащих конструкции этажа, расположенного выше, а второй крюк (6.10) расположен на верхнем профиле (6.11) оконной рамы (6.5), линия, образованная крюками, составляет горизонтальную линию скольжения, посредством которой смещение этажа, вызванное землетрясением, становится полностью независимым от смещений других этажей, при этом окна завершаются нижним профилем (6.12) оконной рамы на нижней горизонтальной опорной балке (6.6) окон этажа, к которой они жестко прикреплены, в результате чего окна повторяют движения конструкции и образуют закрепленный единый сектор (5.4 и 5.5) или (6.4 и 6.5) этажа (5.1, 6.1), взаимодействующий в плане сейсмостойкости с соответствующим сектором этажа (5.2, 6.2), расположенного выше.
2. Стена по п.1, отличающаяся тем, что линия подвеса окон представляет собой разделительную линию между закрепленными секторами навесной стены, а также линию скольжения между ними, причем прокладка (6.3) из материала с низким коэффициентом трения, такого как полиамид, тефлон или подобный материал, предусмотренная между зацепляющимися крюками, обеспечивает свободное относительное скольжение двух закрепленных секторов, тем самым обеспечивая свободное и независимое движение сектора, повторяющее смещение плиты пола соответствующего этажа (5.1, 6.1), по отношению к сектору, расположенному выше, который повторяет смещение плиты пола этажа (5.2, 6.2), расположенного выше, при этом линия скольжения одновременно представляет собой ось вращения крюка (6.10) относительно крюка (6.9), обеспечивающего открывание окон.
3. Стена по п.1, отличающаяся тем, что закрепленные панели (6.4) также подвешены посредством крюков, причем один крюк (6.13) предусмотрен по всей длине нижней горизонтальной опорной балки (6.6) окон этажа, а другой крюк (6.14) предусмотрен на верхнем горизонтальном профиле (6.15) рамы закрепленных стеклянных панелей, при этом закрепленные стеклянные панели завершаются нижним горизонтальным профилем (6.16) рамы указанных панелей на верхней горизонтальной балке (6.7) перемычки окон этажа, расположенного ниже, которая принадлежит конструкции данного этажа, причем закрепленные панели закреплены там при помощи сходных крюков, где один крюк (6.17) предусмотрен по всей длине балки (6.7), а другой крюк (6.18) предусмотрен на профиле (6.16) рамы закрепленной стеклянной панели, а также жестко прикреплены к обеим балкам (6.6 и 6.7) при помощи резиновых прокладок (6.19) с высоким коэффициентом трения, что в сочетании с соединением верхней горизонтальной секции (6.15) рамы с горизонтальной опорной балкой (6.6) при помощи болтов, предусмотренных в точке (6.20), обеспечивает неподвижность закрепленной рамы (6.4) относительно опорной балки (6.6).
4. Стена по п.1, отличающаяся тем, что в оконной области отсутствуют стойки, конструкция каждого из этажей ограничена только закрепленной частью (подоконной стенкой) этажа, к плите которого прикреплена указанная конструкция с целью повторения всех смещений указанной плиты под действием сейсмических сил, при этом закрепленные стеклянные панели и другие фасадные материалы, имеющиеся на конструкции навесной стены, остаются во время землетрясения неподвижными относительно плиты этажа, к которой они прикреплены, а все межэтажные сдвиги (б) воспринимаются и поглощаются исключительно в области расположения окон (5.5, 6.5) каждого из этажей.
5. Стена по п.1, отличающаяся тем, что относительный межэтажный сдвиг (б) (7.7) в направлении, перпендикулярном поверхности навесной стены, поглощается в соединениях, образованных крюками (6.9, 6.10) подвеса окон, а также в крепежных элементах, соединяющих окна с соответствующими горизонтальными опорными балками (6.22, 12.2, 12.3), как результат допускаемого вращения болта (12.2) с квадратной головкой в уголке (12.3), а также допускаемого смещения болта в разрезе (12.6) секции оконной рамы (12.7), тогда как относительный межэтажный сдвиг (б) (8.6) в направлении, параллельном поверхности навесной остекленной стены, передается в горизонтальном направлении через линию (2.3, 5.8, 6.8, 8.3) скольжения до краев навесной остекленной стены, где поглощается на углах специальными угловыми профилями, а в случае навесной остекленной стены, имеющей одну поверхность и лежащей в одной плоскости, указанный сдвиг поглощается профилями боковых краев сходной формы.
6. Стена по п.1, отличающаяся тем, что углы конструкции навесной стены выполнены путем обрезания алюминиевых профилей горизонтальных балок (9.3) и (9.4) в направлении биссектрисы образованного ими угла (9.1, 9.2), и жестко соединены при помощи жестких параллельных пластин (9.5, 9.6) так, чтобы вся конструкция навесной остекленной стены каждого из этажей, включая ее прямолинейные и угловые секторы, представляла собой единое целое и перемещалась одинаковым образом в соответствии со смещениями плиты этажа, к которой она прикреплена.
7. Стена по п.1, отличающаяся тем, что для поглощения разнонаправленных относительных сдвигов в углу навесной стены использован угловой профиль, который состоит из двух основных сторон (10.1), угол между которыми соответствует углу между сторонами здания, а длина пропорциональна сдвигу (б), поглощение которого необходимо обеспечить, в сочетании с завершением вертикального сечения оконных рам, заканчивающимся уголком (10.6) так, что во всех положениях сохраняется их перекрывание, а также параллельные водонепроницаемые стороны (10.2) и (10.3) с водонепроницаемыми прокладками, которые в сочетании с завершениями (10.7) профилей и завершениями (10.8) стеклянных панелей обеспечивают выполнение требований к водонепроницаемости, как до, так и после землетрясения.
8. Стена по п.1, отличающаяся тем, что основные стороны (10.1) углового профиля и завершения (10.6) рам всегда перекрываются, при этом на краях остекленных панелей на случай сдвигов в направлении, параллельном диагонали здания, предусмотрены выемки (10.9), размер которых соответствует предполагаемой величине диагонального сдвига (б') (10.10), чтобы исключить столкновение стеклянных панелей во время землетрясения.
9. Стена по п.1, отличающаяся тем, что для обеспечения возможности поглощения сдвигов в любых направлениях угловой профиль (11.1) содержит расположенный в его центре замкнутый сердечник (10.4), при помощи которого он подвешен к нижней стороне двух верхних горизонтальных балок (11.2) перемычек окон этажа на крепежных элементах в виде небольшой пластины (11.3) и штифта (11.5) со свободным ходом, обеспечивающим возможность свободного движения (гироскопического движения) верхнего конца углового профиля в соответствии со сдвигами навесной остекленной стены этажа, расположенного выше, а его нижний конец прикреплен к горизонтальному углу, образованному нижними горизонтальными опорными балками (11.6) этажа, при помощи крепежных элементов в виде элемента (11.7) и штифта (11.8) со свободным ходом (11.9), обеспечивающим возможность вертикальных смещений и поворотов.
10. Стена по п.1, отличающаяся тем, что объединение двух частей закрепленного сектора, как его конструкции, так и окон, в плане сейсмического воздействия обеспечивают различными способами в зависимости от состояния окон до и во время землетрясения, так что, если окна остаются закрытыми, как в высотных зданиях, их стабилизацию относительно опорной балки (12.1) обеспечивают при помощи винта (12.2) и уголка (12.3), в котором предусмотрено отверстие для винта, а также вилки (12.4), взаимодействующей со штифтом (12.5), причем первая пара элементов (12.2 и 12.3) удерживает и обеспечивает устойчивость окон к сейсмическим силам, направленным перпендикулярно плоскости навесной остекленной стены и соответствующим положительному и отрицательному давлению ветра, и одновременно выполняет функцию соединений, поглощающих относительные сдвиги (7.1), а вилка (12.4) и штифт (12.5) блокируют боковые смещения окон относительно опорной балки (12.1).
11. Стена по п.1, отличающаяся тем, что в соответствии с используемыми крепежными элементами, вилкой (12.4) и штифтом (12.5) сверху оконных рам и в точках вертикальных соединений прикреплены крепежные элементы в виде U-образной пластины (13.1), взаимодействующей с уголком (13.2), предназначенные для обеспечения совместно с вилкой жесткости и неизменного положения всех вертикальных соединений решетки (13.4) навесной стены, для содействия единому функционированию закрепленного сектора с целью поглощения сдвига (б) с использованием линии скольжения, в случае как закрытых, так и открытых в момент землетрясения окон, а также для одновременного обеспечения жесткости конструкции навесной остекленной стены без каких-либо изменений ее непроницаемости и механических характеристик, что обеспечивает возможность возвращения навесной стены в исходное состояние по окончании землетрясения.
12. Стена по п.1, отличающаяся тем, что если окна в нормальном режиме функционируют в качестве поворачивающихся окон, то в случае, если в момент землетрясения окна закрыты, объединение двух частей закрепленного сектора обеспечено путем установки, вместо винта (12.2) и уголка (12.3), крепежных элементов в виде жестких запоров (14.1) со штифтами (14.2), которые обеспечивают запирание окон и их устойчивость к воздействию сейсмических сил, направленных перпендикулярно плоскости навесной остекленной стены, и одновременное поглощение всех относительных сдвигов (7.7), в то время как крепежные элементы в виде вилки (12.4) и штифта (12.5) блокируют любые боковые сдвиги окон относительно опорной балки (12.1), а в случае, если в момент землетрясения окна открыты, объединение двух частей закрепленного сектора обеспечено при помощи подвесов, удерживающих и запирающих окна в открытом состоянии, в сочетании с крепежными элементами (13.1 и 13.2), которые постоянно остаются на своих местах независимо от состояния окон.
13. Стена по п.1, отличающаяся тем, что в случае навесной стены, остекленные панели которой объединены между этажами, или от пола данного этажа до пола этажа, расположенного выше или ниже, или от пола до потолка одного и того же этажа, линия (2.3, 5.8, 6.8, 8.3) скольжения сохраняет полную функциональность, если объединенные по вертикали остекленные панели (16.1) функционируют в качестве закрепленного сектора, как в случаях (2.1, 5.1, 6.1), однако при этом две горизонтальные балки (6.6 и 6.7) должны быть объединены в одну балку (16.2) на этаж, функционирующую одновременно в качестве опорной балки (16.3) и балки (16.4) перемычки, к которой подвешивают остекленные панели при помощи пар зацепляющихся крюков (16.5), имеющих ту же форму и функционирующих таким же образом, как в случае окон, причем на указанной единой балке предусмотрены те же средства стабилизации (16.6), обеспечивающие функционирование линии скольжения, а несущие элементы и размеры различных компонентов соответствуют конструктивным и динамическим требованиям проекта.
