Способ регулирования сейсмической нагрузки на здания и сооружения

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам регулирования нагрузки на здания и сооружения при сейсмических воздействиях. Способ регулирования сейсмической нагрузки на здания и сооружения включает изменения площади поперечного сечения с учетом высоты здания. Регулирование сейсмической нагрузки осуществляют за счет опор 3-х и более кинематических фундаментов, каждый из которых представлен твердым телом высотой (Н) с выпуклой шаровой нижней поверхностью радиуса (R) с центром кривизны на вертикальной оси симметрии и опирающимся на твердое плоское основание, при этом регулирование достигается изменением величины радиуса (R) и высоты (Н), соотношением R≥H, твердости используемого материала и шарнирного соединения объекта с колеблющимся основанием. Технический результат состоит в повышении сейсмостойкости здания и устойчивости сооружения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам регулирования зданий и сооружений при сейсмической нагрузке.

Известен способ, при котором для снижения сейсмической нагрузки учитывают частоту колебаний металлического каркаса. При этом существуют вырезы плит перекрытий, в которых фиксируются стеновые панели в углублениях (патент №2340751, опубликован 10.12.2008 г., МПК E04H 9/02).

В известном способе стеновые панели при значительных колебаниях не обеспечивают достаточную фиксацию, что снижает надежность и эффективность способа.

Известен также способ, где формируют фундаментные подушки, позволяющие снизить сейсмические силы (патент 2256749, опубликован 20.07.2005 г., МПК E02D 27/34, E04H 9/02).

Недостаток известного способа заключается в том, что на многоэтажных зданиях существующие стойки не обеспечивают достаточную устойчивость зданий при высокой сейсмичности территории.

Известен также способ, в котором сейсмичность снижается за счет кинематических стен, имеющих форму закругления и ребристость (патент №2319820, опубликован 20.03.2008 г., МПК E04H 9/02).

Однако в известном способе ребристые стены двух уровней с горизонтальной плитой между ними недостаточно обеспечивают снижение сейсмичности в многоэтажных зданиях.

Наиболее близким техническим решением является способ, в котором подвижный элемент связи выполнен по высоте с одним изменением площади поперечного сечения и образованием стойки, соединенной с нижней частью с определенной конфигурацией (патент №2005156, опубликован 30.12.1993 г., МПК E04H 9/02, E02D 27/34).

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что в точках шарнирного соединения с объектом слабо регулируется нагрузка при значительных колебаниях в период землетрясения, что снижает эффективность способа. Опорная поверхность нижнего опорного элемента выполнена плоской или вогнутой с центром кривизны. Элемент подвижности опоры выполняется с одним изменением площади, что регулируется недостаточно надежно при высокой сейсмичности.

Технический результат - повышение сейсмостойкости здания, устойчивости сооружения.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что регулирование горизонтальной сейсмической нагрузки на надземные объекты (здания и сооружения) осуществляется за счет опор 3-х и более кинематических фундаментов, каждый из которых представлен твердым телом высотой (H) с выпуклой шаровой нижней поверхностью радиуса с центром кривизны на вертикальной оси симметрии и опирающимся на твердое плоское основание, при этом регулирование достигается изменением величины радиуса (R) и высоты (Н) соотношением R≥Н, твердости используемого материала и шарнирного соединения объекта с колеблющимся основанием.

Способ осуществляется следующим образом.

Представим здание как объект, стоящий на шаровых опорах, которые могут свободно катиться по плоскости твердого основания. В этом случае инерционная, иначе сейсмическая нагрузка на объект при горизонтальном перемещении основания, с каким угодно большим ускорением, не может превысить силы трения шаров. Величины этих сил равны S:

S=(m₁+m₂)/H, где: m₁, m₂ - моменты сил трения вверху и внизу шара, Н=2R диаметр шара.

Учитывая ограниченную величину смещений при землетрясении, шары могут быть заменены своей нижней половиной, но шарнирно связанной с объектом. При этом под m₁ теперь следует подразумевать момент в шарнире, а Н=2. Кроме того, опоры становятся привязанными к определенным точкам объекта.

Таким образом, максимально возможная сейсмическая нагрузка на здание зависит только от параметров Н, R, m₁, m₂, с некоторой поправкой, учитывающей твердость материала опор. Величина m₁ зависит от принятого конструктивного решения технического шарнира.

Если допускается соотношение R>H, то это приводит к некоторому предсказуемому увеличению S в зависимости от ожидаемого смещения.

Способ поясняется рисунком, где изображен фундамент 1, на котором базируется шаровая поверхность - 2, имеющая различный радиус - R в зависимости от высоты здания - Н.

Опорное основание

1. Фундамент.

2. Шаровая поверхность фундамента.

3. Радиус выпуклой шаровой нижней поверхностью.

4. Сейсмическая нагрузка на объект при горизонтальном перемещении основания.

5. Шарнирное соединение объекта с колеблющимся основанием.

Способ позволяет повысить сейсмостойкость зданий и сооружений.

Способ регулирования сейсмической нагрузки на здания и сооружения, включающий изменения площади поперечного сечения с учетом высоты здания, отличающийся тем, что регулирование сейсмической нагрузки осуществляют за счет опор 3 и более кинематических фундаментов, каждый из которых представлен твердым телом высотой (Н) с выпуклой шаровой нижней поверхностью радиуса (R) с центром кривизны на вертикальной оси симметрии, и опирающимся на твердое плоское основание, при этом регулирование достигается изменением величины радиуса (R) и высоты (Н) соотношением R≥H, твердости используемого материала и шарнирного соединения объекта с колеблющимся основанием.