МНОГОЭТАЖНОЕ СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ Российский патент 1994 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к строительству и может быть применено в сейсмических регионах.

Известно сейсмостойкое здание, включающее плиту фундамента, пространственно жесткие этажи и два выполненных со стоками и связями в виде тросов гибких этажа, один из которых размещен на плите фундамента, другой гибкий этаж размещен на перекрытии верхнего жесткого этажа, причем связи в обоих гибких этажах предварительно напряжены, снабжены натяжными муфтами и ограничителями колебаний и установлены перекрестно диагонально между стойками по внутренним взаимно перпендикулярным осям угловых ячеек, при этом ограничители колебаний выполнены в нижнем гибком этаже тросовыми, а в верхнем гибком этаже - в виде демпфера с вязким сопротивлением, причем жесткость верхнего этажа определена из соотношения
R = , где R - жесткость верхнего гибкого этажа;
m - масса верхнего этажа;
Т_о - период собственных колебаний здания без последнего этажа (1).

Его недостатком является то, что при сейсмических воздействиях плита будет сжимать колонны (сжатие с изгибом), металлические тяжи и тросы первого этажа расслабятся и здание остается без сейсмозащиты.

Наиболее близким техническим решением является многоэтажное сейсмостойкое здание, включающее фундамент, перекрытия, связи, ядро жесткости из треугольных вертикальных диафрагм, установленных во взаимно перпендикулярных направлениях и жестко соединенных с фундаментом по всей длине и ширине здания, и колонны, внутренние и наружные из которых, установленные в створе диафрагм, жестко соединены основанием с последними, а остальные наружные колонны жестко соединены с фундаментом (2).

Указанное решение не обеспечивает защиту здания от сейсмических воздействий в районах с высокой степенью сейсмичности.

Цель изобретения - повышение устойчивости здания при горизонтальных сейсмических воздействиях и уменьшение колебаний верхнего этажа.

Поставленная задача решена тем, что диафрагмы установлены попарно, а их вершины размещены на половине высоты верхнего этажа, причем каждая связь расположена в верхнем этаже между колоннами, смежными с вершиной диафрагм, и выполнены из парных раскосов, жестко соединенных между собой и с колоннами с образованием кососимметричных треугольников, и наклонного стержня, шарнирно соединенного концами с узлами соединения парных раскосов каждого треугольника между собой, а серединой с вершиной диафрагмы с возможностью его перемещения в плоскости последней.

На фиг.1 изображен план первого этажа; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - фрагмент верхнего этажа со связью; на фиг.5 - узел I на фиг.4; на фиг.6 - сечение В-В на фиг.5.

Многоэтажное сейсмостойкое здание включает в себя ядро жесткости, состоящее из попарно взаимно перпендикулярных треугольных диафрагм 1, угловые колонны 2, крайние средние колонны 3, внутренние колонны 4 и фундамент 5, жестко скрепленный с колоннами 2, 3 и диафрагмами 1, перекрытия 6. Связи 7 расположены в верхнем этаже 8 и состоят из раскосов 9, выполненных, например, из двух швеллеров N 22, образующих с колоннами 4 жесткие кососимметричные треугольники, и наклонного стержня 10, шарнирно соединенного концами с узлами соединения 11 раскосов 9 при помощи болтов 12 и серединой с вершиной диафрагмы 2 посредством болта 13. Вершина диафрагмы 1 имеет оголовник 14 с отверстием 15, сквозь которое пропущен болт 13, резиновую прокладку 16, шайбу 17, гайку 18, закладные детали 19 колонн 4 и перекрытий 6, закладные детали 20 диафрагм 1, фасонки 21 связей 7, стальной лист 22, ограничители перемещений 23 электросварку 24, отверстие 25 наклонного стержня 10.

Фундамент 5, колонны 2,3,4 перекрытия 6 и ядро жесткости выполнены из монолитного железобетона, а связи 7 - из стали.

Многоэтажное сейсмостойкое здание возводят в следующем порядке.

Отрывают котлован. Выполняют фундамент 5. Затем возводят диафрагмы 1 ядра жесткости, колонны 2,3 первого этажа. Устраивают перекрытие 6 над первым этажом. Перекрытия 6 жестко соединяют с колоннами 2,3 и диафрагмами 1. После этого выполняют конструкции второго этажа и т.д.

На верхнем этаже 8 перед бетонированием диафрагм 1 устанавливают в опалубку и крепят сваркой к их арматурным каркасам закладную деталь 20 с оголовником 14.

После этого начинают монтаж связей 7. Раскосы 9, соединенные с фасонкой 21 на заводе металлоконструкций, прикрепляют монтажной сваркой к угловым фасонкам 21, которые прикреплены к закладным деталям 19. В отверстие 25 наклонного стержня 10 вставляют болт 13, который продевают в отверстия 15 оголовника 14.

Одновременно в отверстия фасонки 21 и в отверстия на концах наклонного стержня 10 вставляют болт 12. На все болты одевают прокладки 16, шайбы 17 и закручивают гайками 18. Стальной лист 22 (прокладку, или сухари) прикрепляют к наклонному стержню 10 до монтажа электросваркой 24.

Многоэтажное сейсмостойкое здание работает следующим образом.

Сейсмическое воздействие будет восприниматься фундаментом 5, который передаст его диафрагмам ядра жесткости, колоннам 3, 4 и перекрытиям 6. Треугольная форма диафрагм, установленных вершиной вверх, дает зданию жесткость и вместе с тем гибкость, жесткость ядра жесткости уменьшается снизу вверх. Такая конструкция ядра жесткости обеспечивает зданию устойчивость и одновременно делает его упругим и небольшим демпфером, т.е. ядро жесткости воспринимает сейсмические воздействия и гасит их.

Конструкция ядра жесткости и расположение его в здании позволяют всем колоннам 3, 4 (кроме угловых) быть связанными основаниями жестко с диафрагмами 1, что дает зданию жесткость и одновременно упругость: отклонения колонн 2, 3 от вертикали будут меньше и будут тут же переданы диафрагмам 1, и погашены ими.

Связь 7 работает следующим образом.

Пусть слева направо на верхнюю колонну 4 горизонтально действует упругая сила здания. Треугольник, состоящий из колонны 4 и двух стальных раскосов 9, повернется на часовой стрелке вокруг шарнира 26.

В результате этого поворота наклонный стержень 10 будет вращаться против часовой стрелки вокруг болта 13. Что и даст желаемый результат: снижение упругих сил здания, а, следовательно, и уменьшение колебаний верхнего этажа 8, уменьшение отклонения конструкций от вертикали. Колебания верхнего этажа 8 будут переданы диафрагмам 1.

Многоэтажное сейсмостойкое здание может иметь широкое распространение в строительстве в сейсмических регионах, так как конструкции его просты, надежны и значительно повышают устойчивость при горизонтальных сейсмических воздействиях.

Использование: строительство многоэтажных сейсмостойких зданий. Сущность изобретения: ядро жесткости образовано из попарных взаимно перпендикулярных треугольных диафрагм. Основания последних жестко соединены с фундаментом на всю ширину и длину здания, а их вершины доведены до половины верхнего этажа. Основания внутренних колонн жестко соединены с ядром жесткости, а наружные колонны, расположенные в створе диафрагм, - с ядром жесткости и с фундаментом. Связи размещены в верхнем этаже и выполнены из парных раскосов, образующих с колоннами кососимметричные треугольники, и наклонного стержня, шарнирно соединенного болтами с узлом соединения парных раскосов, а серединой посредством болта с вершиной треугольной диафрагмы с возможностью его поворота в плоскости последней. 6 ил.

МНОГОЭТАЖНОЕ СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ, включающее фундамент, перекрытия, связи, ядро жесткости из треугольных вертикальных диафрагм, установленных во взаимно перпендикулярных направлениях и жестко соединенных с фундаментом по всей длине и ширине здания, и колонны, внутренние и наружные из которых, установленные в створе диафрагм, жестко соединены основанием с последними, а все наружные колонны - с фундаментом, отличающееся тем, что диафрагмы установлены попарно, а их вершины размещены на половине высоты верхнего этажа, причем каждая связь расположена в верхнем этаже между колоннами, смежными с вершиной диафрагм, и выполнена из парных раскосов, жестко соединенных между собой и с колоннами с образованием кососимметричных треугольников, и наклонного стержня, шарнирно прикрепленного концами к узлам соединения парных раскосов каждого треугольника между собой и серединой к вершине диафрагмы с возможностью его перемещения в плоскости последней.