СЕЙСМОЗАЩИТНЫЙ ФУНДАМЕНТ СООРУЖЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК E02D27/34 

Изобретение относится к строительству, а именно к строительству зданий в сейсмоопасных зонах на сейсмостойких фундаментах.

Известно сейсмостойкое здание включающее фундамент и надфундаментную конструкцию, между которыми размещен сейсмоизолирующий элемент [1]
Недостатком данного сооружения является низкая сейсмоустойчивость, надежность, поскольку высока сила трения между элементами конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является сейсмозащитный фундамент сооружения, включающий неподвижную фундаментную плиту со сферической выемкой в верхней части, установленный в ней концентрично цоколь здания, нижняя поверхность которого выполнена шарообразной, заполнитель между фундаментной плитой и цоколем [2]
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обладает повышенной защищенностью от землетрясений, поскольку велика сила трения между элементами конструкции и низка надежность соединения фундаментной плиты с цоколем, поскольку мала площадь их соприкосновения.

Цель изобретения повышение сейсмоустойчивости сооружения, снижение сил трения, повышение надежности соединения фундаментной плиты с цоколем.

Поставленная цель достигается тем, что сейсмозащитный фундамент сооружения, включающий неподвижную фундаментную плиту со сферической выемкой в верхней части, установленный в ней концентрично цоколь здания, нижняя поверхность которого выполнена шарообразной, заполнитель между фундаментной плитой и цоколем имеет заполнитель выполненный в виде обоймы с шариками, а неподвижная фундаментная плита выполнена из двух частей соединенных между собой подвижно посредством вертикальных гидроцилиндров сообщенных трубопроводом в сборе с параллельно соединенными дросселями и обратными клапанами с газогидроаккумуляторами, при этом центр сферической выемки фундаментной плиты и шарообразной поверхности цоколя расположен выше центра тяжести сооружения на величину:

где: I_o момент инерции сооружения, кг/м²,
m масса сооружения, кг,
а период собственных колебаний сооружения относительно центра сферы фундаментной плиты определяют из зависимости:

где: g ускорение свободного падения, м/сек²,
при этом период собственных колебаний не превышает величину минимального периода сейсмических колебаний местности. Фундамент снабжен блоком газоаккумуляторов, устройством его управления в виде распределительного трубопровода с клапаном, сейсмоприемником и уплотнительным кольцом, установленным в центральной части сферической выемки фундаментной плиты, а ограниченная кольцом, полость сообщена с блоком газоаккумуляторов посредством распределительного трубопровода. Радиусы сферической выемки фундаментной плиты и шаровой поверхности цоколя выполнены равными, при этом фундамент снабжен дополнительным блоком газоаккумуляторов, устройством его управления в виде трубопроводов с клапанами в сборе с золотниками, входящими в контакт с шаровой поверхностью цоколя, поверхность плиты выполнена с разветвленной сетью капиллярных канавок, соединенных с трубопроводами, сообщающими пространство между плитой и цоколем с дополнительным блоком газоаккумуляторов, клапаны установлены в узлах разветвления капилляров.

На фиг.1 показан общий вид здания с сейсмозащитным фундаментом, на фиг.2 фрагмент сеймсмозащитного фундамента; на фиг. 3 сейсмозащитный фундамент с элементами его управления.

Сейсмостойкий фундамент сооружения содержит неподвижную фундаментную плиту 1 со сферической выемкой 2 и верхней части, в которой установлен концентрично цоколь 3 здания 4. Нижняя поверхность цоколя 3 выполнена шарообразной. Между фундаментной плитой 1 и цоколем 3 смонтирован антифрикционный заполнитель в виде обоймы с шариками 5. Неподвижная фундаментная плита 1 состоит из двух частей, соединенных между собой подвижно посредством вертикальных гидроцилиндров 6. Гидроцилиндры 6 сообщены трубопроводом 7 в сборе с параллельно соединенными дросселями 8 и обратными клапанами 9 с газогидроаккумуляторами 10. Центр сферической выемки 2 фундаментной плиты 1 (фиг.1) и шарообразной поверхности цоколя 3 расположен выше центра тяжести сооружения на величину:

где: I_o момент инерции сооружения, кг/м²,
m масса сооружения, кгс.

Период собственных колебаний сооружения относительно центра сферы фундаментной плиты определяют по зависимости:

где: g ускорение свободного падения, м/сек².

Период собственных колебаний не превышает величину минимального периода сейсмических колебаний местности. Сейсмостойкий фундамент снабжен блоком газоаккумуляторов 11 устройством его управления в виде распределительного трубопровода 12 с клапаном 13. Он снабжен сейсмоприемником 14 и уплотнительным кольцом 15, установленным в центральной части сферической выемки 2 фундаментной плиты 1. Ограниченная кольцом 15 полость сообщена с блоком газоаккумуляторов 11 посредством распределительного трубопровода 16. Радиусы сферической выемки 2 фундаментной плиты 1 и шаровой поверхности цоколя 3 выполнены равными. Фундамент снабжен дополнительным блоком газоаккумуляторов (на рис. не показано), устройством его управления в виде трубопроводов с клапанами в сборе с золотниками, входящими в контакт с шаровой поверхностью цоколя 3. Поверхность плиты 1 выполнена с разветвленной сетью капиллярных канавок, которые соединены с трубопроводами, сообщающими пространаство между плитой 1 и цоколем 3 с дополнительным блоком газоаккумуляторов. Клапаны установлены в узлах разветвления капилляров.

Сейсмозащитный фундамент сооружения работает следующим образом.

Сейсмическая волна, распространяясь, волнообразно деформирует почву с периодом колебания Т_с, который имеет определенное значение для данной местности, при этом система "здание-цоколь", как физический маятник имеет свой резонансный период колебания Т_min. Здание проектируют и строят с соблюдением условия: T_c ≥ T_min.

Фундаментная плита 1 совершает угловые колебания в такт землетрясения, а система "здание-цоколь", поднимаясь и опускаясь сохраняет свое вертикальное положение благодаря наличию обоймы с шариками 5 в зазоре между сферической выемкой 2 плиты 1 и шаровой поверхностью цоколя 3. Вертикальное положение сохраняется также и при прохождении под зданием 4 разнонаправленных падающих и отраженных сейсмических волн, таким образом конструктивные элементы здания 4 не подвергаются действию изгибающих моментов и разрушающих боковых ударов концентрированных масс. Вертикальные колебания здания смягчаются гидроцилиндрами 6.

Во время землетрясения здание ускоренно поднимается, поршни гидроцилиндров 6 выдавливают жидкость, по трубопроводу 7 через дроссели 8, которая проникает в камеры газогидроаккумуляторов 10, обратные клапаны 9 при этом заперты. Благодаря пружинящему свойству гидросистемы амплитуда поднятия уменьшается. При опускании здания (в предельном случае, когда Т_с минимально и здание совершает свободное падение) уменьшается давление поршней на жидкость, которая под действием сжатого газа из гидроаккумуляторов 10 через открывшиеся обратные клапаны 9 проникает в гидроцилиндры 6, шаровая опора не разъединяется. При прекращении колебаний почвы поршни вытесняют жидкость через дроссели 8 (клапаны 9 заперты) обратно в газогидроаккумуляторы 10.

При колебаниях почвы срабатывает сейсмоприемник 14, который открывает клапан 13 на распределительном трубопроводе 12 и сжатый воздух из блока газоаккумуляторов 11 по трубопроводу 16 заполняет ограниченную кольцом 15 полость между плитой 1 и цоколем 3, частично компенсируя вес здания 4 и уменьшая силу трения качения шариков 5. Эффект усиливается благодаря разветвленной сети капиллярных канавок на поверхность плиты 1. При относительном смещении шаровых поверхностей плиты 1 и цоколя 3 срабатывают золотники клапанов устройства управления дополнительным блоком газоаккумуляторов. Клапаны установлены в узлах разветвления капилляров и при срабатывании их золотников предотвращается выброс воздух в атмосферу через эти ветви. По окончании землетрясения ручкой золотники клапанов устанавливают в исходное положение и баллоны газоаккумуляторов дозаправляют сжатым воздухом.

Предложенное устройство обладает повышенной сейсмоустойчивостью, надежностью, что позволяет широкомасштабно его использовать в районах повышенной сейсмичности. ЫЫЫ2

Использование: строительство зданий в сейсмоопасных зонах на сейсмостойких фундаментах. Сущность изобретения: сейсмостойкий фундамент сооружения содержит неподвижную фундаментную плиту 1 со сферической выемкой 2 в верхней части, установленный в ней концентрично цоколь 3 здания 4, нижняя поверхность которого выполнена шарообразной, заполнитель между фундаментной плитой 1 и цоколем 3. Заполнитель выполнен в виде обоймы с шариками 5. Неподвижная фундаментная плита 1 состоит из двух частей, соединенных между собой подвижно посредством вертикальных гидроцилиндров. Гидроцилиндры сообщены трубопроводом в сборе с параллельно соединенными дросселями и обратными клапанами с газогидроаккумуляторами. Центр сферической выемки 3 фундаментной плиты 1 и шарообразной поверхности цоколя 3 расположен выше центра тяжести сооружения на величину: , где I_o - момент инерции сооружения, кг/м², m - масса сооружения, кг. Период собственных колебаний сооружения относительно центра сферы 2 фундаментной плиты 1 определяют из зависимости: , где g - ускорение свободного падения, м/сек². Период собственных колебаний не превышает величину минимального периода сейсмических колебаний местности. Сейсмостойкий фундамент снабжен блоком газоаккумуляторов, устройством его управления в виде распределительного трубопровода с клапаном, сейсмоприемником и уплотнительным кольцом, установленным в центральной части сферической выемки фундаментной плиты. Ограниченная кольцом полость сообщена с блоком газоаккумуляторов посредством распределительного трубопровода. Радиусы сферической выемки 2 фундаментной плиты 1 и шаровой поверхности цоколя 3 выполнены равными. Фундамент снабжен дополнительным блоком газоаккумуляторов, устройством его управления в виде трубопроводов с клапанами в сборе с золотниками, входящими в контакт с шаровой поверхностью цоколя. Поверхность плиты 1 выполнена с разветвленной сетью капиллярных канавок. Канавки соединены с трубопроводами, сообщающими пространство между плитой 1 и цоколем 3 с дополнительным блоком газоаккумуляторов. Клапаны установлены в узлах разветвления капилляров. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сейсмозащитный фундамент сооружения, включающий неподвижную фундаментную плиту со сферической выемкой в верхней части, установленный в нем концентрично цоколь здания, нижняя поверхность которого выполнена шарообразной, заполнитель между фундаментной плитой и цоколем, отличающийся тем, что, с целью повышения сейсмоустойчивости сооружения путем его защиты от землетрясения, заполнитель выполнен антифрикционным, а неподвижная фундаментная плита из двух частей, соединенных между собой подвижно посредством вертикальных гидроцилиндров, сообщенных трубопроводом в сборе с параллельно соединенными дросселями и обратными клапанами с газогидроаккумуляторами, при этом центр сферической выемки фундаментной плиты и шарообразной поверхности цоколя расположен выше центра тяжести сооружения на величину

где J_o момент инерции сооружения, кг/м²,
m масса сооружения, кг,
а период собственных колебаний сооружения относительно центра сферы фундаментной плиты определяют из зависимости

где q ускорение свободного падения, м/сек², при этом период собственных колебаний не превышает величину минимального периода сейсмических колебаний местности. 2. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что заполнитель выполнен в виде обоймы с шариками. 3. Фундамент по п.1, отличающийся тем, что, с целью снижения сил трения путем частичной компенсации веса сооружения, он снабжен блоком газоаккумуляторов, устройством его управления в виде распределительного трубопровода с клапаном, сейсмоприемником и уплотнительным кольцом, установленным в центральной части сферической выемки фундаментной плиты, а ограниченная кольцом полость сообщена с блоком газоаккумуляторов посредством распределительного трубопровода. 4. Фундамент по пп.1 3, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности соединения фундаментной плиты с цоколем путем увеличения площади их соприкосновения, радиусы сферической выемки фундаментной плиты и шаровой поверхности цоколя выполнены равными, при этом фундамент снабжен блоком газоаккумуляторов, устройством его управления в виде трубопроводов с каналами в сборе с золотниками, входящими в контакт с шаровой поверхностью цоколя, поверхность плиты выполнена с разветвленной сетью капиллярных канавок, соединенных с трубопроводами, сообщающими пространство между плитой и цоколем с дополнительным блоком газоаккумуляторов, клапаны установлены в узлах разветвления капилляров.