СЕЙСМОСТОЙКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к устройствам здания для эксплуатации в районах с повышенной опасностью землетрясений и может быть использовано для конструкции заданий многоэтажных также для любых районов страны, т. е. землетрясение возникает и в районах, которые ранее не подвергались стихийным бедствиям.

Известно техническое решение, когда здание снабжено шарнирно опирающимися сваями [1]
Недостатком такой конструкции здания следует считать: достаточно большая радиальная сила, т. е. трение между сопрягаемыми поверхностями определяет и масса и коэффициент трения, что приведет к передаче колебаний почти без ослабления на само здание,
отсутствуют приспособления для гашения вертикальной составляющей колебаний почвы,
центр тяжести системы расположен выше опорных конструкций, что создает неблагоприятные условия для гашения колебаний.

Известно техническое решение сейсмостойкости конструкции здания, содержащего сквозную шахту с размещенной внутри нее полой стойкой, которая закреплена в фундаменте и сопрягается с блоком этажей в радиальном направлении через амортизаторы, а блок этажей оснащен расположенными сверху и снизу и соединенными тягами между собой плитами [2]
Недостатками описанного технического решения следует считать:
соединение плит со стойкой, что практически устраняет нежесткую связь, так как трос соединения должен быть жестким по сравнению с массой блока этажей здания,
передача механических воздействий от полой стойки на блок этажей через размерные связи соединений с верхней плитой,
передача радиальных воздействий от стойки на блок этажей через амортизаторы, так как схема нагружения соответствует консольной с расположением массы на конце консоли, при вертикальном размещении консоли, когда будет наблюдаться повышение напряжений в стойке при росте амплитуды колебаний, что будет усугубляться отклонением массы блока этажей.

Целью предложения является устранение указанных недостатков, а именно:
устранение передачи (практически) колебаний стойки на блок этажей,
оснащение здания связями с блоком этажей, которые обеспечивают устранение повышения напряжений в блоке этажей при колебаниях стойки как радиальных, так и горизонтальных.

Поставленная цель достигается тем, что здание снабжено чашей и полой емкостью, которые соединены соответственно со стойкой и блоком этажей, причем емкость сопрягается с чашей, а полость между ними заполнена водой.

На фиг. 1 представлена сейсмостойкая конструкция здания в виде конструктивной схемы; на фиг.2 разрез А А на фиг.1.

Здание содержит блок этажей 1 с шахтой 2, в которой размещена стойка 3, которая выполнена полой и закрепленной на фундаменте 4. Стойка 3 в верхней своей части имеет чашу 5, в которой расположена емкость 6. Емкость 6 соединена с верхней плитой 7, которая соединена тягами 8 с нижней плитой 9. Между чашей 5 и емкостью 6 полость заполнена водой 10. Чаша 5 и емкость 6 выполнены с ребрами жесткости 11, 12, которые сопрягаются с зазором, соответствующим максимальной амплитуде колебаний почвы в радиальном направлении, такой же зазор и между чашей 5 и емкостью 6. Одновременно ребра 11, 12 являются ограничителями относительного перемещения. Между стойкой 3 и шахтой 2 установлены амортизаторы 13. Гибкие соединения подвода, коммуникаций условно не показаны, т. е. не являются предметом предложения, а их выполнение не встретит затруднений.

Действует устройство следующим образом.

Монтаж ведется на упорах под нижней плитой 9, при заполнении полости между чашей 5 и емкостью 6 водой 10 произойдет всплывание блока этажей 1 и упоры освободятся от нагружения. При землетрясении возникнут перемещения почвы, фундамента 4 и стойки 3. Эти колебания не будут передаваться на блок этажей 1, так как вода 10 относительно указанных перемещений практически не имеет гидравлического сопротивления, а сами перемещения очень малы, поэтому блок этажей останется неподвижным при любых колебаниях стойки 3. Принимать во внимание связи по водоснабжению, энергопитанию не имеет смысла по сравнению с массой блока этажей 3. В худшем случае их порвет, а если их конструкция (которые известны) имеют угловые и линейные компенсаторы, то и обрыва не произойдет, а перемещения полностью воспринимаются компенсаторами.

Необходимо сделать следующие замечания:
1. Емкость 6 показана выполненной в виде одноступенчатого цилиндра, она может быть выполнена и двухступенчатой с заходом в цилиндрическую часть полой стойки. Это эквивалентные технические решения, но, как будет показано ниже, это не лучший вариант выполнения здания.

2. Внутреннюю полость стойки 3 можно использовать для размещения лифтов, которые будут работоспособны и при пожаре. Связь с этажами нужно выполнить гибкой.

3. Амортизаторы фактически служат только для компенсации неуравновешенности масс блока этажей, если центр масс совпадает с осью стойки 3, то амортизатор 3 не нужен. Можно в здании установить три стойки 3 и уровнем заполнения водой 10 добиться выравнивания масс, тогда амортизаторы 13 можно устранить. Это эквивалентное техническое решение.

4. Тяги 8 могут быть расположены около шахты, а также служить продолжением соединения емкости 5 через верхнюю плиту 7 (может быть отверстие в верхней плите 7) с нижней плитой 9, тогда соединение выгодно выполнить в виде тросов. Это выполнение более благоприятно с точки зрения нагружения блока этажей 1. Внутренняя полость емкости 6 может быть использована в качестве склада, вспомогательных помещений, конечно без перегрузки
5. Если емкость 6 выполнить замкнутой, то водная полость выше нее может использоваться как бассейн. Реальность такого выполнения сейсмостойкой конструкции здания показана в прикидочном расчете.

6. При выполнении крепления емкости на тросах необходимы шкивы для изменения направления действия усилия. В этом случае необходимость в тягах между плитами 7, 9 отпадает и крепление может быть только к нижней плите 9.

7. Полость с водой может быть использована в качестве напорной емкости 8. В качестве ограничителей перемещений могут быть использованы ребра 11, 12 и гибкие связи с коммуникациями.

Таким образом, предложение позволяет достигнуть все поставленные цели и обеспечить надежную сейсмостойкую конструкцию простыми средствами, а также повысить пожарозащищенность здания при обеспечении надежной эвакуации в случае возникновения пожара.

Сейсмостойкая конструкция здания выгодно отличается от известных более гибкими связями с фундаментом. Такие связи практически позволяют устранить передачу возмущения с любой амплитудой на блок этажей и тем самым устранить всякое силовое воздействие на жилые помещения. Такие свойства здания приобретает благодаря тому, что связь между блоком этажей и фундаментом через стойку осуществляется через водную среду, где они соединены через емкость с положительной плавучестью. 2 ил.

Сейсмостойкая конструкция здания, включающая шахту, образованную блоком этажей, который имеет верхнюю и нижнюю плиты, полую стойку, размещенную в шахте, закрепленную в фундаменте и соединенную с блоком этажей, отличающаяся тем, что здание снабжено чашей и расположенной в ней полой емкостью с образованием полости между ними, причем чаша закреплена на стойке, емкость соединена с блоком этажей, а полость между чашей и емкостью заполнена водой.