Сейсмостойкое купольное сооружение
Владельцы патента RU 2767842:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для строительства купольных сооружений гражданского и промышленного назначения для районов с повышенной сейсмической активностью. Сейсмостойкое купольное сооружение включает крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, а в нижней части жестко соединены с заглубленным в грунт опорным кольцом, и железобетонный кольцевой фундамент. Между опорным кольцом и кольцевым фундаментом образован горизонтальный конструктивный зазор, в котором размещены опорные металлические шары в индивидуальных металлических чашах с возможностью их свободного перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости. Одна металлическая чаша закреплена к опорному кольцу, а другая к кольцевому фундаменту. Между опорным кольцом и прилегающим грунтом, фиксированным бетонной стенкой, образован вертикальный конструктивный зазор, шириной не менее диаметра металлической чаши, перекрытый на уровне поверхности земли по периметру сооружения скользящей отмосткой. Технический результат состоит в повышении сейсмостойкости купольного сооружения при значительных многократных сейсмических воздействиях, обеспечении исключения деформации сооружения и повышении его эксплуатационной надежности. 2 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для строительства купольных сооружений гражданского и промышленного назначения для районов с повышенной сейсмической активностью.
Известно купольное сооружение, включающее, крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, в нижней части, жестко соединённые с опорным кольцом, каждая железобетонная плита содержит по две вставки из пенобетона и покрытие из высокопрочной листовой стали с наружной и внутренней стороны до вставок. Вставки из пенобетона закрыты с обеих сторон металлическими накладками, одной стороной, жестко соединённой с покрытием (см. патент RU N 2639230, МПК (2006.01) Е04В 1/32, опубл. 20.12.2017 г.).
Недостатками данного технического решения является то, что демпферы в виде пенобетонных вставок, введенные во все железобетонные плиты купола выполняют, предназначенные им функции, лишь частично, в узких пределах сейсмических воздействий, а при значительных сейсмических колебаниях, то есть значительных горизонтальных перемещениях грунта и, следовательно, перемещениях самого купольного сооружения и возникновения горизонтальных разрушительных инерционных сил, пенобетонные вставки из "поглотителей энергии колебаний" превращаются в очаги сосредоточения деформаций несущих элементов купола и при весьма значительных сейсмических проявлениях общая деформация купольного сооружения неизбежна, вплоть до разрушения. То есть данный аналог не существенно повысит коэффициент разрушения купольного сооружения, а при повторных сейсмических воздействиях деформированные пенобетонные вставки как демпферы не работоспособны и уменьшают прочность несущих железобетонных элементов купола и, следовательно, снижают эксплуатационную надежность сооружения в сейсмических районах.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является купольное сооружение, включающее крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, в нижней части жестко соединённые с опорным кольцом, в него дополнительно включены кольцо из пенобетона и железобетонное кольцо основания, причём кольцо из пенобетона жестко соединено с опорным кольцом и с железобетонным кольцом основания, при этом все кольца заглублены в грунт (см. патент RU N 2638682, МПК (2006.01) Е04В 1/32, опубл. 15.12.2017 г., Бюл. №35).
Недостатками прототипа является то, что прочность демпфирующего кольца, выполненного из пенобетона, недостаточна для восприятия нагрузки от массы железобетонного купола и изолирующих слоев покрытия купола, даже без сейсмического воздействия, ввиду того, что пенобетон материал не конструкционный, а теплоизоляционный с незначительными прочностными характеристиками, а при сейсмических колебаниях происходят многократные знакопеременные перемещения кольца основания с возникновением горизонтальных инерционных сил, воздействующих на опорное кольцо с базирующимся на нем купольном сооружении, и мало прочное пенобетонное кольцо, оказавшись как бы между двумя мельничными жерновами, неизменно будет полностью разрушен с последующим нулевым демпфирующим качеством. Такой демпфер становится причиной деформирования сооружения, вплоть до сброса его с железобетонного кольца основания и при повторных сейсмических колебаниях пенобетонное кольцо не работоспособно. На основании вышесказанного, прототип имеет низкую сейсмостойкость и эксплуатационную надежность в сейсмических условиях, особенно, при значительных и многократных сейсмических воздействиях.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение сейсмостойкости купольного сооружения при значительных многократных сейсмических воздействиях, исключение деформации сооружения и повышение его эксплуатационной надежности.
Технический результат достигается тем, что в сейсмостойком купольном сооружении, включающем крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, а в нижней части жестко соединены с заглубленным в грунт опорным кольцом, железобетонный кольцевой фундамент, согласно изобретению, между опорным кольцом и кольцевым фундаментом образован горизонтальный конструктивный зазор, в котором размещены опорные металлические шары в индивидуальных металлических чашах с возможностью их свободного перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости, при этом одна металлическая чаша закреплена к опорному кольцу, а другая к кольцевому фундаменту, а между опорным кольцом и прилегающим грунтом, фиксированным бетонной стенкой, образован вертикальный конструктивный зазор, шириной не менее диаметра металлической чаши, перекрытый на уровне поверхности земли по периметру сооружения скользящей отмосткой.
Данное конструктивное решение позволит повысить сейсмостойкость купольного сооружения при значительных многократных сейсмических воздействиях и обеспечит эксплуатационную надежность сооружения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен поперечный разрез сейсмостойкого купольного сооружения, на фиг.2 изображен узел А на фиг. 1.
Сейсмостойкое купольное сооружение состоит из крупноразмерных железобетонных плит 1, продольные рёбра которых направлены по меридианам и в нижней части жестко соединены с заглубленным в грунт опорным кольцом 2. Опорное кольцо 2 базируется на железобетонном кольцевом фундаменте 3 с горизонтальным конструктивным зазором 4. В зазоре 4 размещены опорные металлические шары 5, свободно перемещающиеся в индивидуальных металлических чашах 6, которые закреплены соответственно одна к опорному кольцу 2, другая к кольцевому фундаменту 3. Между опорным кольцом 2 и прилегающим грунтом, укрепленным бетонной стенкой 7, образован вертикальный конструктивный зазор 8, шириной не менее диаметра металлической чаши 6. Полость вертикального конструктивного зазора 8 защищена на уровне поверхности земли по периметру сооружения скользящей отмосткой 9.
Сейсмостойкое купольное сооружение работает следующим образом. При сейсмических воздействиях на сооружение кольцевой фундамент 3 вместе с землей перемещается в любом направлении горизонтальной плоскости, вынуждая опорные шары 5 свободно прокатываться в своих металлических чашах 6 в аналогичном направлении. При этом опорное кольцо 2 вместе с куполом остается в состоянии покоя. Подобный эффект имеет место при любых значительных горизонтальных сейсмических колебаниях и соответственных горизонтальных сейсмических перемещениях. Диаметр металлических чаш 6 принимается не менее величины сейсмических перемещений так же, как и ширина вертикального конструктивного зазоров 8 для беспрепятственного перемещения кольцевого фундамента 3 относительно опорного кольца 2, то есть обеспечения состояния покоя купольного сооружения. Скользящая отмостка 9 предохраняет полость вертикального зазора 8 от попадания в неё посторонних предметов.
Использование предлагаемого сейсмостойкого купольного сооружения позволит, по сравнению с прототипом, повысить сейсмостойкость купольного сооружения при значительных многократных наиболее разрушительных горизонтальных сейсмических колебаниях, исключить деформацию сооружения, повысить его эксплуатационную надежность.
Сейсмостойкое купольное сооружение, включающее крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, а в нижней части жестко соединены с заглубленным в грунт опорным кольцом, а также железобетонный кольцевой фундамент, отличающееся тем, что между опорным кольцом и кольцевым фундаментом образован горизонтальный конструктивный зазор, в котором размещены опорные металлические шары в индивидуальных металлических чашах с возможностью их свободного перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости, при этом одна металлическая чаша закреплена к опорному кольцу, а другая к кольцевому фундаменту, а между опорным кольцом и прилегающим грунтом, фиксированным бетонной стенкой, образован вертикальный конструктивный зазор, шириной не менее диаметра металлической чаши, перекрытый на уровне поверхности земли по периметру сооружения скользящей отмосткой.
