Сейсмостойкое здание
Владельцы патента RU 2767819:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт(государственный технологический университет) (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении зданий в регионах с повышенной сейсмической активностью. Сейсмостойкое здание включает плиту здания с надземными этажами, плиту фундамента, опирающуюся на грунт основания, и размещенные между плитами магниты с одноименными магнитными полюсами, обращёнными друг к другу, из которых один закреплен к плите здания, другой – соосно к плите фундамента. Плита здания дополнительно снабжена подземной частью здания с фиксацией откосов грунта бетонной стенкой по периметру здания, а магниты выполнены неодимовыми, плоскими в виде одной пары с площадью, равной площади плиты здания, и расположены в горизонтальном конструктивном зазоре, образованном между плитой здания и фундаментной плитой. Между плитой здания с подземной ее частью и бетонной стенкой образован вертикальный конструктивный зазор, с величиной больше величины горизонтального сейсмического перемещения грунта, который объединен с горизонтальным зазором в единый зазор. Сверху вертикальный зазор перекрыт скользящей отмосткой. Технический результат состоит в повышении сейсмостойкости здания при воздействии значительных горизонтальных сейсмических колебаний, обеспечении устранения горизонтальных инерционных сил, исключении деформаций здания, повышении эксплуатационной надежности здания. 1 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении зданий в регионах с повышенной сейсмической активностью.
Известно сейсмостойкое здание, включающее пространственно жесткие верхние этажи, нижний этаж с плитой перекрытия, гибкими в горизонтальном направлении опорами, установленными на фундаментной плите и фрикционными демпфирующими устройствами в виде горизонтально расположенных железобетонных брусков (см. а.с. № 1670069, опубл. 15.08.1991. БИ № 30).
Недостатком аналога является ограниченность сейсмоизоляции здания, так как кинематические опоры в виде качающихся стоек с полу-сферическими торцами (опор качения), принятые в качестве элементов сейсмоизоляции здания, при значительных сейсмических колебаниях, тем более низко-частотных со значительными перемещениями грунта, происходит значительное отклонение качающихся опор от вертикали и выключение их как опор из работы, что приводит к потере общей устойчивости здания, при этом вес всего здания передается на расположенные под зданием демпфирующие устройства, вследствие чего, силы трения в горизонтальных швах между железобетонными брусками демпфирующих устройств значительно возрастают и демпфирующие свойства снижаются, практически до нуля.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является сейсмостойкое здание, включающее плиту здания с надземными этажами, плиту фундамента, опирающуюся на грунт основания, и размещенные между плитами магниты с одноименными магнитными полюсами, обращёнными друг к другу, из которых один закреплен к плите здания, другой соосно к плите фундамента (см. патент CN 210316758 U, Е04В 1/98, Е04Н 9/02, опубл. 14.04.2020 г.).
Недостатками прототипа являются.
Во-первых, сложная система взаимозависимых друг от друга конструктивных элементов, объединенных электросвязью (большое количество групп электромагнитов, регуляторов их магнитных сил, электропитание, аварийный сигнал, амортизирующие шатуны и др.), в которой при значительных сейсмических колебаниях электросвязь может нарушиться, что приведет к отказу в работе сейсмозащиты здания с непредсказуемыми последствиями,
- нижние электромагниты с электропитанием от солнечных батарей, закрепленные к основанию, подвержены сейсмическим колебаниям (в т.ч. значительным) и их выключение из работы неизбежно с потерей свойства сейсмозащиты здания,
- синхронная и равнозначная работа всех групп электромагнитов под зданием может нарушиться в следствии сейсмических колебаний,
- амортизационные шатуны между корпусом дома и основанием затрудняют свободу перемещения основания относительно корпуса дома, в следствии чего сейсмические колебания передаются корпусу дома и нарушается состояние покоя здания.
Во-вторых, сейсмозащита дома осуществляется посредствам подъема дома при каждом сейсмическом воздействии с последующим опусканием его на основание, при этом:
- в случае мгновенного сейсмического удара может нарушиться система подъема здания по причине несрабатывания или позднего срабатывания аварийного сигнала,
- отказ сейсмозащиты здания может проявиться, если здание не поднято и базируется на основании, то здание остается не сейсмостойким и от сейсмический воздействий деформируются и, если здание поднято над основанием, то при отказе сейсмозащиты оно подвержено деформациям и от падения, и от сейсмических колебаний,
- сложный и опасный процесс поднятия и опускания здания над основанием неблагоприятен для дома, т.к. он должен находиться в состоянии покоя, а рабочие поверхности электромагнитов, расположенные в зоне контакта дома с основанием, подвержены механическим деформациям.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение сейсмостойкости здания, сохранение состояния покоя при воздействии значительных, горизонтальных сейсмических колебаний, устранение горизонтальных инерционных сил, исключение деформаций здания, повышение эксплуатационной надежности здания, упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в сейсмостойком здании, включающем плиту здания с надземными этажами, плиту фундамента, опирающуюся на грунт основания, и размещенные между плитами магниты с одноименными магнитными полюсами, обращёнными друг к другу, из которых один закреплен к плите здания, другой – соосно к плите фундамента, согласно изобретению, плита здания дополнительно снабжена подземной частью здания с фиксацией откосов грунта бетонной стенкой по периметру здания, а магниты выполнены неодимовыми, плоскими в виде одной пары с площадью, равной площади плиты здания, и расположены в горизонтальном конструктивном зазоре, образованном между плитой здания и фундаментной плитой, при этом между плитой здания с подземной ее частью и бетонной стенкой образован вертикальный конструктивный зазор, с величиной больше величины горизонтального сейсмического перемещения грунта, который объединен с горизонтальным зазором в единый зазор, причем сверху вертикальный зазор перекрыт скользящей отмосткой.
Данная конструкция сейсмостойкого здания позволит повысить его сейсмостойкость, сохранит состояние покоя при воздействии значительных, горизонтальных сейсмических колебаний, устранить горизонтальные инерционные силы, исключить деформацию здания, повысить эксплуатационную надежность здания и упростить конструкцию.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре изображен фрагмент разреза сейсмостойкого здания.
Сейсмостойкое здание включает фундаментную плиту 1, опирающуюся на грунт основания, плиту здания 2 с его подземной частью и надземными этажами 3. Между плитами 1 и 2 образован горизонтальный конструктивный зазор 4, в котором размещены нижний магнит 5 и верхний магнит 6. Нижний магнит 5 закреплен к верхней поверхности фундаментной плиты 1, а верхний магнит 6 закреплен к нижней поверхности плиты здания 2. Смежные поверхности нижнего магнита 5 и верхнего 6 установлены одноименными магнитными полюсами друг к другу. Откосы, прилегающего грунта, фиксированы бетонной стенкой 7, при этом между плитой здания 2 с подземным этажом и бетонной стенкой 7 образован вертикальный конструктивный зазор 8, величина которого превышает величину горизонтального сейсмического перемещения грунта. Вертикальный зазор 8, объединенный с горизонтальным зазором 4 в единый зазор, перекрыт сверху по периметру здания защитной скользящей отмосткой 9 во избежание попадания в зазор посторонних предметов.
Сейсмостойкое здание работает следующим образом.
При сейсмических воздействиях фундаментная плита 1 перемещается вместе с грунтом в любом направлении горизонтальной плоскости, при этом плита здания 2 остаётся в состоянии покоя, так как горизонтальный конструктивный зазор 4 полностью отделяет плиту здания 2 и этажи 3 от фундаментной плиты 1. Стабильность величины зазора 4 осуществлено магнитными силами отталкивания одноименных магнитных полюсов сильно действующих, например, неодимовых нижнего 5 и верхнего 6 магнитов, закрепленных в плитах 5 и 6. Вертикальный зазор 8, объединенный с горизонтальным зазором 4 в единый зазор, позволяет полностью изолировать здание от колеблющегося грунта и сохранить состояние его покоя при любых значительных горизонтальных сейсмических колебаниях грунта горизонтального направления.
Использование предлагаемого сейсмостойкого здания позволит по сравнению с прототипом, повысить его сейсмостойкость, сохранить состояние покоя здания при значительных горизонтальных сейсмических колебаниях, устранить горизонтальные инерционные силы, исключить деформацию здания, повысить его эксплуатационную и сейсмическую надежность, упростить конструкцию.
Сейсмостойкое здание, включающее плиту здания с надземными этажами, плиту фундамента, опирающуюся на грунт основания, и размещенные между плитами магниты с одноименными магнитными полюсами, обращёнными друг к другу, из которых один закреплен к плите здания, другой – соосно к плите фундамента, отличающееся тем, что плита здания дополнительно снабжена подземной частью здания с фиксацией откосов грунта бетонной стенкой по периметру здания, а магниты выполнены неодимовыми, плоскими в виде одной пары с площадью, равной площади плиты здания, и расположены в горизонтальном конструктивном зазоре, образованном между плитой здания и фундаментной плитой, при этом между плитой здания с подземной ее частью и бетонной стенкой образован вертикальный конструктивный зазор, с величиной больше величины горизонтального сейсмического перемещения грунта, который объединен с горизонтальным зазором в единый зазор, причем сверху вертикальный зазор перекрыт скользящей отмосткой.
