СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИЙ ФУНДАМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК E02D27/34 

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и касается выполнения сейсмоизолирующих фундаментов.

Известны сейсмоизолирующие фундаменты из верхнего и нижнего опорных поясов, в зазорах между которыми установлены стержни.

В указанных фундаментах изоляция от сейсмических толчков и волн сдвига осуществляется только за счет изгибно-сдвиговых деформаций стержней, что малоэффективно. Сами же стержни при таком решении неизбежно являются жесткими, т. к. они постоянно несут вес здания, что обусловливает их большую жесткость на изгиб и сдвиг и ведет к повышению передаваемой ими наверх сейсмической силы и снижению сейсмоизолирующей способности.

Известен фундамент, в котором для изоляции действия сейсмических толчков наряду с вертикальными стержнями используются обращенные друг к другу поверхности, образующие при расчетной деформации стержней контактные антифрикционные поверхности.

Сейсмоизолирующая способность этого фундамента тоже недостаточна вследствие неизбежного диффузионного "залипания" со временем интенсивно сжатых антифрикционных поверхностей.

Наиболее близким к изобретению является сейсмоизолирующий фундамент, в зазоре переменной величины между верхним и нижним поясами которого установлены жесткие опоры, передающие эксплуатационную нагрузку с верхнего пояса на нижний, и вертикальные стержни, включающиеся в работу на сжатие и сдвиг при сейсмических толчках.

Недостаток этой конструкции фундамента заключается в высокой суммарной жесткости на сдвиг связей между поясами и в недостаточной степени защиты от толчков и волн сдвига. Причина в том, что опорные связи, используемые здесь, воспринимающие интенсивное сжатие от веса здания, имеют большую сдвиговую жесткость, потому не могут обеспечить достаточную степень сейсмоизоляции и передают большую сейсмическую силу наверх.

Цель изобретения - повышение сейсмоизолирующей способности фундамента.

Цель достигается за счет того, что в фундамент включаются расположенные на расстоянии друг от друга нижний и верхний жесткие опорные пояса, размещенные между ними опоры, передающие эксплуатационную нагрузку с верхнего пояса на нижний, и вертикальные упругие стержни. Нижний и верхний пояса выполнены с расположенными между опорами соответственно углублениями и выступами, заведенными в углубления с образованием боковых и горизонтальных зазоров. Упругие стержни размещены в боковых зазорах, жесткие опоры выполнены в виде выключающихся при разрушении связей и связей, включающихся при закрытии зазоров. Горизонтальные зазоры имеют высоту, не превышающую вертикальной проекции расчетной деформации стержней и не превышающую расстояния между поясами. Ширина боковых зазоров по горизонтали меньше половины амплитуды относительных перемещений опорных поясов при расчетном сейсмическом воздействии. Поверхность дна углублений и обращенная к ней поверхность выступа (включающейся связи) покрыты фрикционным материалом. В боковых зазорах могут быть установлены дискретные демпферы.

Кроме того, боковые зазоры между выступами пояса могут быть заполнены упругим материалом - заполнителем, соотношение жесткости которого с жесткостью упругих стержней таково, что заполнитель слабо работает на сжатие от веса здания, но оказывает боковое давление на стержни, удерживая их от выпучивания. Комбинированная система из упругих стержней и заполнителя обладает свойствами, способствующими эффективной сейсмоизоляции: она сохраняет постоянную малую жесткость на сдвиг и постоянную большую жесткость на сжатие при боковых смещениях от толчков.

Нижний пояс имеет снизу тонкий антифрикционный слой, лежащий на таком же подстилающем антифрикционном слое, размещенном на грунте. Кроме того, фундамент обнесен защитным рвом, дно которого расположено ниже его подошвы.

На чертеже показан сейсмостойкий фундамент.

Фундамент содержит верхний 1 и нижний 2 опорные пояса, между которыми образован сломанный зазор, который может быть заполнен упругим материалом-заполнителем 3. Верхний пояс 1 выполнен с чередующимися опорными выступами 4, а нижний - с ответными углублениями, между которыми образованы опорные выступы 5, имеющие на верхней грани разрушимые опоры 8. В углубления нижнего пояса заведены выступы 4 с образованием боковых 6 и горизонтальных 7 зазоров. Опирание верхнего пояса на нижний в период отсутствия сейсмических воздействий осуществляется через опоры 8 в виде выключающихся связей. В боковых зазорах 6 размещены гибкие стержни 9 из упругопластического и ударно-вязкого материала, включающиеся после разрушения опор 8 и работающие в упругой или пластической стадии. Стержни 9 подкреплены упругим заполнителем 3 или демпферами, размещенными в зазорах 6. Концы стержней 9 заделаны в опорные пояса. Дно углублений в нижнем поясе и обращенная к нему поверхность выступов 4 покрыта материалом 10 с антифрикционными свойствами. Горизонтальные зазоры 7 могут быть не заполнены упругим материалом.

В боковые зазоры 6 между выступами в поясах могу быть вставлены дискретные демпферы вместо упругого материала-заполнителя.

Нижний пояс 2 имеет снизу тонкий антифрикционный слой 11, лежащий на другом таком же слое 12, уложенном на грунт.

Фундамент ограждается сейсмоизолирующим рвом 13, дно которого расположено ниже подошвы фундамента.

Работа фундамента осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии фундамент представляет собой жесткую систему. Эксплуатационные и ветровые нагрузки от сооружения передаются на нижний опорный пояс через жесткие опоры 8, которые при сейсмических толчках разрушаются и выключаются из работы. Это скачком снижает сдвиговую жесткость в уровне пpомежуточного слоя и резко уменьшает сейсмическую реакцию, передаваемую им на здание. В результате здание кратковременно (на время действия толчков) завиcает на гибких вертикальных стержнях 9 и допускает сдвиг нижнего пояса. Это свойство обеспечивает минимум волновой сейсмической силы, передаваемой при толчках с нижнего пояса на верхний.

После окончания первого опасного толчка здание плавно опускается на прогибающиеся стержни 9, поддерживаемые заполнителями 3. При продолжении опасных толчков может произойти пластический изгиб стержней 9, горизонтальные зазоры уменьшаются и полностью закрываются. Происходит плавный контакт между антифрикционными поверхностями углублений и выступов и обеспечивается дальнейший сдвиг поясов. Такая комбинированная система из гибких опор и заполнителя обладает особыми свойствами.

Во-первых, она имеет малую жесткость на сдвиг и значительную жесткость на сжатие.

Во-вторых, это сочетание жесткостей не изменяется при существенных сдвиговых смещениях нижнего пояса за счет того, что с ростом прогиба связей возрастает боковой отпор материала или засыпки, которые их поддерживают.

В-третьих, жесткость заполнителя на сдвиг не возрастает и не происходит его уплотнения как при толчках, так и при длительном действии собственнго веса, поскольку вес передается только на гибкие опоры (связи), подпираемые заполнителем, а затем дублируется включающимися опорными выступами 4.

Постоянная связь между поясами осуществляется через стержни 9. В результате применения опор 8 происходит перестройка жесткой системы на гибкую с выходом в сейсмоизолирующий режим. При дальнейшем возрастании силы сейсмических толчков гибкие стержни 9 интенсивно деформируются, обеспечивая изоляцию от волн сдвига.

По мере возрастания силы толчков увеличиваются деформации (изгиб) стержней, горизонтальный зазор 7 закрывается. Происходит скачкообразный контакт между поверхностями дна и включаются опорные выступы 4, допускающие сдвиг поясов.

Первичный сейсмоизолирующий эффект осуществляется за счет сдвига грунта под фундаментом по антифрикционному подстилающему слою и глубокого защитного рва, ослабляющего действие толчков. Сейсмоизолирующий эффект осуществляется также за счет сдвига нижнего пояса 2 антифрикционным материалом 10 относительно фундамента под верхним поясом 1.

Таким образом обеспечивается сейсмозащита сооружения за счет последовательного включения в работу различных гасителей волн сдвига. При этом заведение стержней в углубления позволяет увеличить их высоту и, следовательно, включить в работу большую энергию их деформаций, не увеличивая при этом расстояние между поясами, т.е. не снижая устойчивости сооружения.

Сущность изобретения: фундамент содержит расположенные на расстоянии друг от друга нижний и верхний опорные пояса. Верхний пояс передает эксплуатационную нагрузку на нижний пояс через опоры, работающие как выключающиеся связи. Между опорами в верхнем поясе образованы выступы, а в нижнем поясе- ответные углубления. Выступы заведены в углубления с образованием боковых и горизонтальных зазоров. В боковых зазорах установлены вертикальные гибкие стержни, концы которых прикреплены к поясам. Высота горизонтальных зазоров не превышает вертикальной проекции расчетной деформации стержней и не превышает расстояния между поясами. Ширина боковых зазоров по горизонтали меньше половины амплитуды относительных перемещений опорных поясов при расчетном сейсмическом воздействии. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИЙ ФУНДАМЕНТ, включающий расположенные на расстоянии друг от друга нижний и верхний опорные пояса, размещенные между ними опоры для передачи эксплуатационной нагрузки с верхнего пояса на нижний и гибкие вертикальные стержни, отличающийся тем, что нижний и верхний пояса выполнены с размещенными между опорами соответственно углублениями и выступами, заведенными в углубления с образованием боковых и горизонтальных зазоров, гибкие стержни размещены в боковых зазорах и закреплены концами в поясах, опоры выполнены в виде выключающихся связей, а горизонтальные зазоры имеют высоту, не превышающую вертикальную проекцию расчетной деформации стержней и не превышающую расстояние между опорными поясами. 2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что ширина боковых зазоров по горизонтали меньше половины амплитуды относительных перемещений опорных поясов при расчетном сейсмическом воздействии. 3. Фундамент по пп.1 и 2, отличающийся тем, что поверхность дна углублений и обращенная к ней поверхность выступов покрыты фрикционным материалом, образующим включающую связь. 4. Фундамент по пп.1 - 3, отличающийся тем, что боковые зазоры заполнены упруговязкопластичным или сыпучим материалом. 5. Фундамент по пп.1 - 4, отличающийся тем, что горизонтальные зазоры заполнены упруговязкопластичным или сыпучим материалом. 6. Фундамент по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в боковых зазорах дискретно установлены демпферы. 7. Фундамент по пп.1 - 5, отличающийся тем, что под нижним опорным поясом размещен слой антифрикционного материала.