ОПОРА СЕЙСМОСТОЙКОГО СООРУЖЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК E04H9/02 E02D27/34 

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорам сейсмостойких сооружений (зданий).

Известны устройства для защиты сооружения от сейсмического воздействия, включающие резино-металлические опоры (РМО), выполненные из поочередно уложенных друг на друга упругих резиновых листов (прокладок) и металлических листов (акцептованная заявка JP №1-23633, Е04Н 9/02, Е04В 1/36, F16F 15/02, 1989). В известных устройствах горизонтальное перемещение сооружения (здания) относительно фундамента происходит за счет деформации сдвига упругих резиновых листов.

Недостатком антисейсмических резино-металлических опор является изменение физико-механических свойств материала прокладок при неблагоприятных условиях эксплуатации сооружения. Кроме того, к недостаткам можно отнести отсутствие достаточной по величине восстанавливающей силы, обеспечивающей возможность возвращения сооружения (здания) в исходное положение относительно фундамента после взаимного смещения последних при сейсмическом воздействии.

Отмеченных недостатков не имеют сейсмоизолирующие опоры кинематического типа. Наиболее простыми по конструктивному исполнению являются опоры, в которых относительные перемещения сооружения и фундамента обеспечиваются расположенными в зазоре между нижней торцевой поверхностью сооружения (здания) и фундаментом жесткими звеньями, которые непосредственно воспринимают и передают весовую нагрузку от сооружения (здания) на фундамент.

Известно устройство адаптивной сейсмозащиты зданий и сооружений по патенту RU 2200810 С2 (Е04Н 9/02, E02D 27/34, 2003 г.). Известное устройство включает первый или цокольный этаж из крестообразных стоек, обладающих свойством «Ваньки-встаньки» и образованных парой панелей с закругленными верхними и нижними гранями, имеющих паз на одной из закругленных граней и соединенных между собой посредством заведения паза одной в паз другой. В элементах нижней и верхней обвязки, являющихся фундаментными подушками, и элементах верхней обвязки, являющихся частью перекрытия первого или цокольного этажа, предусмотрены борозды. Крестообразные стойки, обладающие свойством «Ваньки-встаньки», выполнены с возможностью качения во время землетрясения по указанным бороздам, а закругленные грани выполнены с переменной кривизной так, что эта кривизна, играя роль включающихся и выключающихся связей, ограничивает развитие больших горизонтальных перемещений, действующих на здание.

Однако известное устройство имеет относительно низкую несущую способность, т.к. весовая нагрузка ограничена допустимыми контактными напряжениями при качении крестообразных стоек по соответствующим бороздам.

Известно устройство сейсмостойкого здания по патенту RU 2066362 С1 (Е04Н 9/02, 1996). В известном устройстве между нижним жестким этажом здания и плитой фундамента размещены сейсмоизолирующие элементы из шаровых сегментов и упругих вставок, размеры которых и каждого сейсмоизолирующего элемента определены из заданных определенным образом соотношений. Известное устройство позволяет повысить сейсмостойкость здания за счет понижения частоты собственных колебаний системы здание - сейсмоизоляция и выведения ее из диапазона частот спектра сейсмических волн, опасного в данной точке поверхности Земли.

Недостатком известного устройства является относительно низкое значение весовой нагрузки, передаваемой сферической поверхностью шарового сегмента при контакте с соответствующей ответной плоской поверхностью.

Известна опора сейсмостойкого здания по патенту RU 2063503 С1 (Е04Н 9/02, 1996). Опора размещена между строительными конструкциями здания и образована из части сферы с внесенным в нее цилиндром, упругого элемента, расположенного в нише последней, и жесткого цилиндрического элемента, который установлен в полости части сферы и оперт на упругий элемент нижней частью. Жесткий цилиндрический элемент установлен в упомянутой полости с возможностью его перемещения по вертикали относительно части сферы и имеет оголовок с горизонтальным основанием. Диаметр оголовка жесткого цилиндрического элемента равен диаметру цилиндра. Основание последнего совпадает с горизонтальным основанием части сферы. В варианте осуществления упругий элемент выполнен в виде дисковой пружины с прокладками из упругопластического материала и ядром из прокаленного песка. Упругий элемент может быть заменен при необходимости. Нижняя строительная конструкция здания имеет выемку, в которой размещена основанием упомянутая часть сферы. Полость между частью сферы и стенками выемки заполнена песком с образованием демпфера, обеспечивающего вязкое затухание колебаний. Опора такой конструкции представляет собой самовосстанавливающуюся связь.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующие:

- при использовании подобной опоры горизонтальное перемещение здания относительно фундамента сопровождается его вертикальным перемещением (колебаниями);

- высокий уровень контактных напряжений в узле взаимодействия верхней торцевой поверхности цилиндра, возникающих при наклоне опоры, что существенно ограничивает несущую способность опоры;

- демпфирование горизонтальных колебаний определяется качеством песка, заполняющего выемку в нижней строительной конструкции здания, что не позволяет оптимизировать демпфирующие характеристики устройства;

- сложность конструктивного исполнения опоры.

Известно опорное устройство для многоэтажного сейсмостойкого здания по патенту RU 2214491 Cl (E04H 9/02, 2003). В многоэтажном сейсмостойком здании, включающем фундамент, пространственно-жесткие верхние этажи, гибкие стойки и центральную опору, гибкие стойки выполнены из эластично-упругих пластинчатых элементов дугообразной формы, например из рессорного металла, опирающихся одним концом о базовый опорный пояс фундамента здания, а другим концом закрепленных к опорному поясу нижнего перекрытия здания. Фундамент выполнен в виде заглубленного в грунт центрального ствола, к верхней части которого жестко прикреплена горизонтальная плита. На горизонтальную плиту уложен и прикреплен к ней базовый опорный пояс, который имеет центральное углубление обычно сферической формы. В углублении нижнего (базового) опорного пояса находится центральная опора, которая может быть выполнена в виде сплошной или полой сферы, эллипсоида вращения, усеченного конуса (или, в частности, цилиндра), а также вариант в виде чечевицеобразного тела. В случае применения усеченного конуса или цилиндра их основания имеют верхние и нижние сферические опорные поверхности. Центральная опора имеет контактные поверхности, сопряженные со сферическими контактными поверхностями опорных поясов. Базовый опорный пояс фундамента здания и опорный пояс нижнего перекрытия здания дополнительно связаны демпфирующими устройствами. Демпфирующие устройства могут быть различной конструкции, например, в одном из вариантов они представляют собой гидравлические или воздушные демпферы цилиндропоршневого типа, которые шарнирно связаны с соответствующими опорными поясами. В варианте выполнения эластично-упругие пластинчатые элементы и демпфирующие устройства равнорасположены осесимметрично относительно вертикальной оси центральной опоры. При сейсмическом воздействии на здание антисейсмические устройства создают свободу углового (наклон) и горизонтального (в меньшей мере и вертикального) перемещения каркаса здания относительно фундамента. В процессе воздействия внешнего возмущения происходит незначительное перекатывание центральной опоры по углублению нижнего опорного пояса, а верхнего опорного пояса - по центральной опоре (по сферическим контактным поверхностям). При этом энергия воздействия поглощается системой гибких стоек, выполненных в виде эластично-упругих пластинчатых элементов дугообразной формы. Таким образом, система гибких стоек и демпфирующих устройств гасит внутреннюю энергию, накапливающуюся в процессе деформирования системы под воздействием внешних нагрузок.

Недостатком известного устройства является использование одной центральной опоры, что приводит к резкому возрастанию опрокидывающего момента при горизонтальных перемещениях здания и, особенно, при наклонах высотных зданий. Наличие восстанавливающего момента, создаваемого только гибкими стойками, в этом случае может быть явно недостаточным (реакция центральной опоры от весовой нагрузки не создает восстанавливающего момента). Вместе с этим не используется реакция центральной опоры для возвращения здания в исходное положение при наклонах. Кроме того, в известном устройстве податливость гибких стоек, выполненных в виде эластично-упругих пластинчатых элементов дугообразной формы из рессорного металла, существенно зависит от направления перемещения здания. При перемещении здания в направлении, тангенциальном по отношению к расположенной, по существу, радиально гибкой стойке, существенно снижается податливость последней, что может сопровождаться разрушением стойки. Также можно отметить, что система, сопровождаемая обкаткой опор, характеризуется высоким уровнем контактных напряжений в центральной опоре и снижением несущей способности опоры. Демпфирование горизонтальных перемещений предложенной системой демпфирующих устройств малоэффективно, т.к. они работают в основном при наклоне здания. Кроме того, при использовании подобного устройства усложняется задача оптимизации сейсмозащиты с обеспечением минимизации горизонтального нагружения здания.

Также известны опорные устройства сейсмостойких сооружений (зданий) на маятниковой подвеске.

Известно опорное устройство для сейсмостойкого здания по авт.св. SU 326338 Al (E04H 9/02, 1972). В сейсмостойком здании, включающем каркас и фундаментную плиту с выступающими коническими наконечниками, погруженными в демпфирующую прослойку (песок), фундаментная плита подвешена на жестких в вертикальном направлении тягах к объемлющему ее, опирающемуся на грунт основания фундаментному стакану. Размеры, количество опор фундаментной плиты и длина тяг подбираются из условия исключения резонанса при наиболее неблагоприятных условиях. После сейсмического воздействия фундаментная плита может остановиться в сдвинутом по сравнению с первоначальным положении. Для возвращения ее в исходное положение применяют вибрирование или добавляют жидкость в демпфирующую прослойку (песок), что уменьшает сопротивление последней, и сооружение под действием собственного веса возвращается в первоначальное положение. Известное устройство обеспечивает снижение горизонтального воздействия на здание и исключает его вертикальные колебания.

Однако демпфирующие механические характеристики известного опорного устройства являются существенно нестабильными, зависимыми от температурно-влажностного состояния демпфирующей прослойки (песка), а также от ее плотности и количества прошедших циклов ее деформирования (нагружения). Это практически исключает возможность настройки опорного устройства на оптимальные характеристики, обеспечивающие минимальное нагружение здания. Кроме того, наличие объемлющего фундаментную плиту фундаментного стакана, подвергаемого поперечному нагружению со стороны здания, существенно усложняет конструкцию системы сейсмозащиты здания и повышает ее стоимость.

Известно опорное устройство для сейсмостойкого здания по авт.св. SU 737609 A1 (E04H 9/02, E02D 27/34, 1980). В сейсмостойком здании, включающем размещенный в грунте основания фундаментный стакан и фундаментную плиту, подвешенную на тягах, каждая тяга включает звенья, которые шарнирно соединены серьгами. Верхний конец каждой тяги прикреплен к гайке, лежащей на шайбе и резиновой прокладке, демпфирующей вертикальные колебания. К фундаментному стакану с помощью кронштейнов прикреплены ограничители колебаний, каждый из которых выполнен в виде первой пластины со сквозным отверстием, через которое с зазором пропущена соответствующая тяга. Зазор между тягой и контуром отверстия заполнен упругим материалом. Первые пластины обеспечивают гашение резонансных колебаний и ограничение перемещения фундаментной плиты. Демпфирование продольных колебаний обеспечивается с помощью дополнительных пластин, размещенных ниже первых пластин и прикрепленных к ним с помощью стержней из мягкой стали. Дополнительная пластина также выполнена со сквозным отверстием, через которое пропущена соответствующая тяга. Тяга центрирована в отверстиях упомянутых пластин с помощью коротких стержней, прикрепленных к ней.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующие:

- искусственное изменение длины тяги на конечном участке перемещения здания относительно фундаментного стакана (после выбора зазора между тягой и верхней первой пластиной) приводит к увеличению перегрузок, действующих на здание, что является нерациональным и практически исключает возможность настройки системы сейсмозащиты здания на оптимальный режим, обеспечивающий минимальное нагружение здания, как это может быть выполнено в устройстве с демпфированием на всем пути перемещения здания;

- наличие размещенного в грунте основания фундаментного стакана, который подвергается нагружению поперечными горизонтальными силами, приводит к усложнению конструкции системы сейсмозащиты здания и повышению ее стоимости.

Известно опорное устройство для сейсмостойкого здания по авт.св. SU 987064 A1 (E04H 9/02, 1983). В сейсмостойком здании, включающем каркас, фундамент и фундаментную плиту, подвешенную на вертикальных гибких тягах к верхней части фундамента, и демпфирующие устройства, последние прикреплены наклонно одним концом к стенке фундамента, а на другой конец каждого демпфирующего устройства оперта гибкая тяга с образованием наклонного участка. При появлении сейсмических вертикальных нагрузок здание в силу инерции стремиться сохранить первоначальное положение, происходит перемещение фундамента относительно подвешенной фундаментной плиты и каркаса, опертого на эту плиту. При этом в гибких тягах возникают дополнительные усилия, вызывающие поворот демпфирующих устройств относительно их первоначального положения и увеличение длины наклонного участка тяг, за счет чего происходит вертикальное перемещение фундаментной плиты и каркаса, что приводит к снижению величины сейсмической нагрузки на здание. После прекращения сейсмических воздействий упругие силы демпфирующих устройств возвращают здание в первоначальное положение. Выполнение тяг гибкими позволяет зданию свободно перемещаться в горизонтальном направлении, что снижает сейсмические нагрузки на здание. Известное устройство повышает эффективность гашения вертикальных и горизонтальных сейсмических нагрузок.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующие:

- существенно усложняется фундамент, выполненный в виде вертикальной стены, практически воспринимающей горизонтальные силы, соизмеримые с силой тяжести здания. Усложнение фундамента повышает стоимость здания;

- конструкция, включающая шарнирно-установленные демпфирующие устройства, на которые оперты гибкие тяги, является достаточно сложной для реализации сейсмозащиты современных зданий с большой массой;

- горизонтальные перемещения здания относительно фундамента сопровождаются его вертикальными колебаниями, что может вызвать наклоны здания.

Известно опорное устройство сейсмостойкого сооружения (здания) по патенту RU 2129644 C1 (E04H 9/00, 1999). В сейсмостойком здании, содержащем фундамент и фундаментную плиту, последняя соединена с фундаментом с помощью маятниковых подвесов, выполненных в виде стержней. Между фундаментной плитой и перекрытием нижнего этажа установлен упругий подвес, состоящий из упругих блоков. Количество упругих блоков в упругом подвесе зависит от массы здания. Каждый упругий блок состоит из упругих тросовых модулей, между которыми расположен корректор жесткости. Упругая система подвеса выполнена в режиме квазинулевой жесткости, которая позволяет обеспечить очень низкую собственную частоту колебаний при малых статических смещениях здания при сейсмических воздействиях. При горизонтальных смещениях фундамент смещается в горизонтальной плоскости, при этом стержни маятниковых подвесов, на которых подвешена фундаментная плита, поворачиваются в соответствующих гнездах и вследствие этого уменьшается передача горизонтальных смещений почвы на фундаментную плиту, а малая жесткость тросов упругих модулей дополнительно ослабляет передачу сейсмосмещений зданию. Вертикальные смещения почвы практически полностью передаются от фундамента через стержни маятниковых подвесов фундаментной плите. Передача смещений от фундаментной плиты зданию ослабляется упругим подвесом квазинулевой жесткости.

К недостаткам известного опорного устройства можно отнести сложность конструкции и сложность его монтажа, вызванную наличием фундаментной плиты и фундамента в виде частично перекрывающего фундаментную плиту в плане (т.е. на виде сверху) и охватывающего ее по периметру стакана, подвергаемого крайне неблагоприятному нагружению поперечными горизонтальными силами. Кроме того, малая жесткость тросов упругих модулей не исключает возможности колебаний здания при воздействии ветровых нагрузок.

Относительно рассмотренных выше последних четырех опорных устройств можно отметить, что характерным для них является наличие фундаментной плиты, подвешенной на тягах (маятниковых подвесах) к объемлющему ее, опирающемуся на грунт основания фундаментному стакану. Последний подвергается внецентровому сжатию и изгибу горизонтальными силами со стороны верхних шарниров маятниковых подвесов, что требует мощного армирования и значительной толщины фундаментного стакана для обеспечения достаточной прочности. Также сложной является и конструкция подвешенной фундаментной плиты, воспринимающей нагрузку со стороны здания и подвергаемой изгибу. Все это существенно удорожает систему сейсмозащиты сооружения (здания) на маятниковой подвеске.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является опора, представленная в патентном описании RU 2279580 C1 (F16F 1/32, F16F 15/04, 2006). Известная опора содержит опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите виброизолируемого объекта, а другая (основание) - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятникового подвеса. Маятниковый подвес выполнен в виде резьбового стержня со сферическим профилем на одном из его концов и резьбовой втулки, соединенной с ним, также имеющей сферический профиль. Оба сферических профиля маятникового подвеса взаимодействуют соответственно с коническими поверхностями, выполненными на упомянутых опорных частях. Опора также содержит упругий элемент, который выполнен в виде пакета последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов. При колебаниях виброизолируемого объекта упругий элемент воспринимает вертикальные нагрузки. Горизонтальные нагрузки воспринимаются маятниковым подвесом.

Однако известное устройство имеет относительно низкую несущую способность, и его целевые характеристики не отвечают целевым характеристикам опор, предназначенных для сейсмостойких сооружений (зданий), т.е. известное устройство имеет ограниченную область использования.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании унифицированной опоры сейсмостойкого сооружения, обладающей достаточно большой несущей способностью и позволяющей упростить конструкции фундамента и фундаментной плиты сооружения на маятниковой подвеске, и вместе с этим обеспечивающей возможность расширения области использования.

Указанная задача решается тем, что в опоре сейсмического сооружения, содержащей опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите сооружения, а другая - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятникового подвеса, согласно изобретению опорные части содержат каждая ригель, на котором закреплены стойки, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите сооружения или на фундаменте. Каждый ригель расположен между стойками другой упомянутой опорной части. В центральной части ригеля выполнено отверстие, через которое пропущен маятниковый подвес, конец которого образует сферическую кинематическую пару с ответным опорным элементом, закрепленным на этом ригеле.

Вместе с этим, в плане (т.е. на виде сверху) стойки обеих опорных частей расположены через одну по окружности вокруг продольной оси маятникового подвеса.

В варианте выполнения маятниковый подвес выполнен в виде резьбового стержневого элемента, на концах которого в фиксированном положении установлены резьбовые втулки, имеющие сферический профиль. При этом оба сферических профиля маятникового подвеса взаимодействуют каждый с ответной сферической поверхностью соответствующего опорного элемента, закрепленного на ригеле опорной части.

В другом варианте выполнения маятниковый подвес выполнен в виде стержневого элемента, на концах которого в фиксированном положении установлены наружные кольца шарнирных подшипников, внутренние кольца которых закреплены на ригелях упомянутых опорных частей.

Кроме того, опора сейсмостойкого сооружения дополнительно содержит жесткие стержневые элементы, которые установлены вокруг маятникового подвеса между упомянутыми опорными частями и соединены с последними с возможностью пластического деформирования при сейсмическом воздействии на сооружение. При этом одна из концевых частей каждого жесткого стержневого элемента жестко закреплена на ригеле одной опорной части, а другая защемлена на ригеле другой опорной части с возможностью продольного перемещения при сейсмическом воздействии.

Жесткие стержневые элементы расположены в вертикальных плоскостях, ориентированных в радиальных направлениях по отношению к продольной оси маятникового подвеса.

Ригель со стойками образует конструкцию в виде портала.

В варианте выполнения опора сейсмостойкого сооружения в качестве опорных частей содержит идентичные опорные части.

Вместе с этим, опора сейсмостойкого сооружения представляет собой транспортабельный модуль полной заводской готовности.

Технический результат использования изобретения состоит в повышении технико-эксплуатационных характеристик с обеспечением минимизации горизонтального нагружения защищаемого сооружения.

На фиг.1 схематично показана опора сейсмостойкого сооружения в варианте выполнения маятникового подвеса, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - то же, поперечный разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - устройство крепления концевых частей жесткого стержневого элемента на ригелях опорных частей, продольный разрез по В-В на фиг.2, повернуто; на фиг.5 - опора сейсмостойкого сооружения в варианте выполнения маятникового подвеса, общий вид, продольный разрез.

Опора сейсмостойкого сооружения содержит опорные части 1 и 2, которые соединены между собой с помощью маятникового подвеса 3. Опорные части 1 и 2 содержат каждая ригель 4, на котором закреплены, например, четыре стойки 5, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите защищаемого сооружения 6 или на фундаменте 7. В варианте осуществления изобретения стойки 5 опорной части 1 закреплены, например, на опорной плите защищаемого сооружения, а стойки 5 опорной части 2 закреплены на фундаменте 7. Упомянутые опорные части закреплены с помощью предусмотренных на стойках 5 фланцев 8 через закладные элементы (части) 9 и 10, установленные соответственно на защищаемом сооружении 6 и на фундаменте 7.

В варианте выполнения в плане (т.е. на виде сверху) стойки 5 опорных частей 1 и 2 расположены через одну по окружности вокруг продольной оси 11 маятникового подвеса 3. Опорные части 1 и 2 выполнены идентичными (одинаковыми). При этом в варианте выполнения ригель со стойками образует конструкцию в виде портала. В целом опора сейсмостойкого сооружения представляет собой компактный транспортабельный модуль полной заводской готовности. Модуль скомпонован таким образом, что ригель опорной части 1 расположен между стойками 5 опорной части 2, а ригель опорной части 2 расположен между стойками 5 опорной части 1. Это достигается тем, что в плане (т.е. на виде сверху) опорные части 1 и 2 повернуты одна относительно другой, а стойки 5 расположены равномерно по окружности вокруг продольной оси 11. По существу, ригели со стойками один по отношению к другому расположены «встречнонаправленно». В центральной части ригеля 4 выполнено отверстие, через которое пропущен маятниковый подвес 3, конец которого образует сферическую кинематическую пару (маятниковый шарнир) с ответным опорным элементом, закрепленным на этом ригеле. Таким образом, опора сейсмостойкого сооружения представляет собой достаточно компактную конструкцию, которая полностью собирается на заводе-изготовителе и поставляется на место строительства защищаемого сооружения (здания) в виде готового модуля, параметры которого отвечают конкретному сооружению. Подобное конструктивное исполнение опоры позволяет существенно сократить объем монтажно-строительных работ, уменьшить их трудоемкость и, следовательно, сократить сроки и стоимость строительства сооружения в целом. Вместе с этим обеспечивается возможность создания модульной системы сейсмозащиты, легко модифицируемой в зависимости от конкретных параметров сооружения (здания).

В варианте осуществления изобретения (см. фиг.1) маятниковый подвес 3 выполнен в виде резьбового стержневого элемента 12, на концах которого в фиксированном положении установлены резьбовые втулки 13, имеющие сферический профиль. Втулки 13 зафиксированы с помощью резьбовых элементов (по существу - контргаек) 14. Оба сферических профиля маятникового подвеса взаимодействуют с ответной сферической поверхностью соответствующего опорного элемента 15, закрепленного на ригеле 4 опорной части соответственно 1 и 2.

В другом варианте выполнения (см. фиг.5) маятниковый подвес выполнен виде стержневого элемента 16, на концах которого в фиксированном положении установлены наружные кольца 17 шарнирных подшипников, внутренние кольца 18 которых с помощью опорных узлов 19 закреплены соответственно на ригелях 4 опорных частей 1 и 2. В качестве шарнирных подшипников могут быть использованы, например, стандартные шарнирные подшипники по ГОСТ 3635-78.

В варианте осуществления изобретения вокруг маятникового подвеса 3 между опорными частями 1 и 2 установлены жесткие стержневые элементы 20, которые соединены с опорными частями 1 и 2 с возможностью пластического деформирования при сейсмическом воздействии на защищаемое сооружение. В варианте выполнения жесткие стержневые элементы 20 расположены в вертикальных плоскостях, ориентированных в радиальных направлениях по отношению к продольной оси 11 маятникового подвеса 3. Одна из концевых частей каждого жесткого стержневого элемента 20 жестко закреплена на ригеле 4 опорной части 1, а другая (нижняя по чертежу) - с помощью втулок 21 защемлена на ригеле 4 опорной части 2 с возможностью продольного перемещения при сейсмическом воздействии на защищаемое сооружение. Подобное закрепление концевых частей жесткого стержневого элемента 20 позволяет практически исключить его растяжение-сжатие при наклонах маятникового подвеса 3 и обеспечивает изгиб стержневого элемента 20 с максимальным значением потенциальной энергии деформации. Благодаря этому изобретение обеспечивает максимальные значения горизонтальных реакций в опорах элементов 20 и, соответственно, - усилий, удерживающих опорные части 1 и 2 от относительных перемещений при ветровом воздействии на сооружение. Вместе с этим, в случае сейсмического воздействия на сооружение обеспечивается необходимое демпфирование колебаний сооружения относительно фундамента. Кроме того, особенности исполнения предлагаемой опоры обеспечивают возможность свободного доступа к жестким стержневым элементам 20 для их осмотра и обследования и, при необходимости, - возможность их замены.

Опора сейсмостойкого сооружения работает следующим образом.

Опоры на место строительства защищаемого сооружения доставляются полностью собранными в виде отдельных модулей и устанавливаются на фундаменте 7 в местах расположения предварительно установленных закладных элементов (частей) 10. После на опоры устанавливают опорную плиту сооружения 6. Опорные части 1 соединяют с соответствующими закладными элементами (частями) 9 сооружения.

В нормальных условиях эксплуатации сооружения 6 (при отсутствии сейсмических возмущений) маятниковые подвесы 3 опор находятся в вертикальном положении. Относительно небольшая длина стержневых элементов 12 (16) маятниковых подвесов 3, которая по условиям оптимального нагружения сооружения может быть принята в пределах 2 м, высокая жесткость этих элементов при действии изгибающих нагрузок, что обеспечивается, например, выполнением их из труб достаточно большого диаметра, а также наличие жестких стержневых элементов 20 и наличие «сухого» трения в сферических кинематических парах (шарнирных узлах), которые образуют маятниковые подвесы 3 с соответствующими ответными элементами 15 (18), закрепленными на ригелях 4 опорных частей 1 и 2, позволяет практически исключить горизонтальные смещения (колебания) сооружения 6 относительно фундамента 7 при воздействии ветровых и различных эксплуатационных нагрузок.

При сейсмическом воздействии происходит достаточно сложное вертикальное и горизонтальное в любом направлении перемещение фундамента 7, сопровождающееся вертикальными и горизонтальными перегрузками. Вертикальные перегрузки, действующие на фундамент и, соответственно, на жестко связанное с фундаментом сооружение для большинства сооружений, возводимых в сейсмоопасных зонах, находятся в допускаемых для сооружения пределах. В связи с этим устройств, снижающих вертикальные перегрузки, действующие на сооружение, не требуется (рассматриваются именно такие практически реализуемые в сооружениях условия). Задача снижения горизонтальных перегрузок решается предлагаемым изобретением следующим образом. При горизонтальных перемещениях фундамента 7 и, соответственно, жестко соединенной с ним нижней опорной части 2 происходят соответствующие горизонтальные перемещения верхнего конца (шарнирного узла) маятникового подвеса 3. При этом стержневой элемент 12 (16) (маятниковая тяга), связанный нижним концом (шарнирным узлом) с опорной частью 1, закрепленной на опорной плите защищаемого сооружения 6, в силу инерционных свойств последнего наклоняется, и соответствующая горизонтальная нагрузка (N_гор), передаваемая на сооружение, будет определяться величиной

N_гор=N_тsinα,

где N_т - сила растяжения маятниковой тяги, примерно равная величине вертикальной силы, передаваемой на одну опору от сооружения;

α - угол наклона маятникового подвеса, находящийся, например, в пределах 0°…15°, что соответствует горизонтальным перегрузкам, действующим на сооружение, в пределах 0…0,2.

При этом вертикальные перегрузки, действующие на сооружение, в первом приближении могут быть приняты равными вертикальным перегрузкам, действующим на фундамент, что практически допустимо для большинства сооружений, возводимых в сейсмоопасных зонах. Для защиты сооружений с меньшей величиной действующих вертикальных перегрузок необходимо включение в состав устройства специальных вертикальных амортизаторов.

По окончании сейсмического воздействия на сооружение 6 под воздействием силы тяжести сооружения маятниковый подвес 3 стремится вернуться в исходное положение, преодолевая остаточные пластические деформации в стержнях 20 и действие трения в шарнирных узлах маятникового подвеса.

Исключение возможных горизонтальных перемещений (колебаний) сооружения при действии ветровых нагрузок обеспечивается силами трения в шарнирных узлах маятникового подвеса и, дополнительно (в случае необходимости), жесткими стержневыми элементами 20, подвергаемыми изгибу. Характер изгиба стержня 20 соответствует изгибу горизонтально расположенной балки с защемленными концами при относительном поперечном смещении ее опор.

Таким образом, благодаря особенности исполнения опоры сейсмостойкого сооружения изобретение позволяет создать унифицированную опору сейсмостойкого сооружения, обладающую достаточно большой несущей способностью, обеспечивающую минимизацию горизонтального нагружения защищаемого сооружения, надежную работу при эксплуатации в условиях сейсмического воздействия и позволяющую упростить конструкции фундамента и фундаментной плиты сооружения на маятниковой подвеске. Вместе с этим, изобретение позволяет создать достаточно компактную конструкцию опоры, которая полностью собирается на заводе-изготовителе и поставляется на место строительства защищаемого сооружения (здания) в виде готового модуля, параметры которого отвечают конкретному сооружению. Подобное конструктивное исполнение опоры позволяет существенно сократить объем монтажно-строительных работ, уменьшить их трудоемкость и, следовательно, сократить сроки и стоимость строительства сооружения в целом. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность создания модульной системы сейсмозащиты, легко модифицируемой в зависимости от конкретных параметров сооружения (здания). При этом изобретение обеспечивает приспособляемость опоры к сооружениям с различными габаритно-массовыми показателями, что расширяет ее эксплуатационные возможности и повышает унификацию.

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорам сейсмостойких сооружений. Опора сейсмостойкого сооружения содержит опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите сооружения, а другая - на фундаменте. Опорные части соединены между собой с помощью маятникового подвеса и содержат каждая ригель, на котором закреплены стойки. Свободные концы стоек выполнены с возможностью закрепления на опорной плите сооружения или на фундаменте. Каждый ригель расположен между стойками другой упомянутой опорной части. В центральной части ригеля выполнено отверстие, через которое пропущен маятниковый подвес, конец которого образует сферическую кинематическую пару с ответным опорным элементом, закрепленным на этом ригеле. Технический результат заключается в создании унифицированной опоры сейсмостойкого сооружения, обладающей достаточно большой несущей способностью. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Опора сейсмостойкого сооружения, содержащая опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите сооружения, а другая - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятникового подвеса, отличающаяся тем, что опорные части содержат каждая ригель, на котором закреплены стойки, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите сооружения или на фундаменте, причем каждый ригель расположен между стойками другой упомянутой опорной части, при этом в центральной части ригеля выполнено отверстие, через которое пропущен маятниковый подвес, конец которого образует сферическую кинематическую пару с ответным опорным элементом, закрепленным на этом ригеле.

2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что в плане стойки обеих опорных частей расположены через одну по окружности вокруг продольной оси маятникового подвеса.

3. Опора по п.1, отличающаяся тем, что маятниковый подвес выполнен в виде резьбового стержневого элемента, на концах которого в фиксированном положении установлены резьбовые втулки, имеющие сферический профиль, при этом оба сферических профиля маятникового подвеса взаимодействуют каждый с ответной сферической поверхностью соответствующего опорного элемента, закрепленного на ригеле опорной части.

4. Опора по п.1, отличающаяся тем, что маятниковый подвес выполнен в виде стержневого элемента, на концах которого в фиксированном положении установлены наружные кольца шарнирных подшипников, внутренние кольца которых закреплены на ригелях упомянутых опорных частей.

5. Опора по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит жесткие стержневые элементы, которые установлены вокруг маятникового подвеса между упомянутыми опорными частями и соединены с последними с возможностью пластического деформирования при сейсмическом воздействии на сооружение, причем одна из концевых частей каждого жесткого стержневого элемента жестко закреплена на ригеле одной опорной части, а другая защемлена на ригеле другой опорной части с возможностью продольного перемещения при сейсмическом воздействии.

6. Опора по п.5, отличающаяся тем, что жесткие стержневые элементы расположены в вертикальных плоскостях, ориентированных в радиальных направлениях по отношению к продольной оси маятникового подвеса.

7. Опора по п.1, отличающаяся тем, что ригель со стойками образует конструкцию в виде портала.

8. Опора по п.1, отличающаяся тем, что в качестве опорных частей содержит идентичные опорные части.

9. Опора по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что она представляет собой транспортабельный модуль полной заводской готовности.