Способ повышения сейсмостойкости каркасного здания Российский патент 2025 года по МПК E04H9/02 E04G23/02 

Область техники

Изобретение относится к области строительства, а именно к усилению строительных конструкций и может быть использована для повышения сейсмостойкости каркасных зданий, эксплуатируемых в сейсмоопасной зоне.

Уровень техники

Известна конструкция, получаемая в результате реализации способа крепления стенового ограждения, состоящего из навесных каркасных панелей (патент RU 2591315, МПК Е04В 2/96) заключающегося в том, что каркасные панели крепятся на перекрытия здания посредством крепежных пластин с металлическим направляющим элементом, так что верхнюю панель насаживают на металлический направляющий элемент крепежной пластины нижней панели через предварительно вырезанное в каркасе панели отверстие, прикрепляют к перекрытию верхнюю часть панели крепежными пластинами, осуществляют корректировку положения панели по высоте с помощью системы из центрующей шайбы и гайки, установленных на направляющем элементе крепежной пластины, и болтов, крепящих панель к крепежным пластинам, фиксируют положение верхней панели, затем образовавшийся между верхней и нижней панелями зазор заполняют утеплителем, после чего с внутренней стороны монтируют пароизоляционную пленку и отделочные листы, а снаружи монтируют декоративный вентилируемый фасад, включающий направляющие элементы декоративного фасада и облицовочные листы.

Недостатками конструкции являются: сложность монтажа конструкции и высокая стоимость работ, в связи с тем, что для эксплуатируемых зданий требуется демонтаж установленных ранее панелей и их монтаж посредством новых креплений. Также недостатком является низкая ремонтопригодность конструкции, в связи с тем, что панели крепятся друг за друга.

Известна сейсмостойкая усиливающая конструкция для зданий и сооружений (патент RU 64233, МПК Е04В 2/56, E04G 23/02), содержащая монтируемые на каркасе здания или сооружения усиливающие элементы, включающие горизонтальные распорки и поперечные балки, для усиления верхних и нижних крепежных участков керамических панелей, отличающаяся тем, что указанные керамические панели жестко закреплены в состоянии горизонтального натяжения на каркасе здания или сооружения, содержащем две стойки, расположенные слева и справа одна напротив другой, и верхнюю и нижнюю поперечины, прикрепленные к каждой из этих стоек.

Недостатками данного решения являются сложность монтажа конструкции и высокая стоимость материалов и работ.

Известна усовершенствованная навесная стеновая система (патентная заявка RU 2002131889, МПК Е04В 2/88) для поддержания множества панелей из одной или более опорных конструкций, содержащая номинально горизонтальный панельный рамный элемент, присоединенный к одной из указанных панелей, номинально вертикальный панельный рамный элемент, присоединенный к указанной одной из указанных панелей и к указанному горизонтальному панельному рамному элементу для образования панельного узла, и крепежное средство, крепящее указанный панельный узел к указанной одной или более опорных конструкций, в которой, по меньшей мере, один из указанных панельных рамных элементов имеет несущую нагрузку поверхность, способную сопрягаться с поверхностью, присоединенной к указанной одной или более опорных конструкций, и противодействовать силе, действующей на указанный панельный узел, имеющую составляющую, проходящую в направлении наружу от здания, причем указанная несущая нагрузку поверхность противодействует значительной части указанной силы в дополнение к какому- либо противодействию, обеспечиваемому посредством указанного крепежного средства.

Недостатками данного решения являются сложность монтажа конструкции и высокая стоимость материалов и работ.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение сейсмостойкости каркасного здания с низкой трудоемкостью проведения работ и без изменения проектных строительных решений.

Технический результат достигается тем, что проектные узлы крепления панели навесной стеновой к каркасу здания усиливают шпильками металлическими резьбовыми, а панели навесные стеновые с внешней стороны объединяют в единую конструкцию, для чего обклеивают тканью углеродной, которую перед наклеиванием пропитывают эпоксидным составом, причем пропитку эпоксидным составом ткани углеродной выполняют на раскроечном столе так, чтобы добиться сквозной пропитки ткани углеродной, при этом на поверхности ткани углеродной не должно наблюдаться свободного избытка эпоксидного состава, после чего пропитанную ткань углеродную накрывают пленкой полиэтиленовой и прикатывают таким образом, чтобы количество наблюдаемых воздушных пузырей было минимальным, далее пленку полиэтиленовую удаляют, а ткань углеродную устанавливают на предварительно очищенную от пыли внешнюю сторону панелей навесных стеновых, которую в местах наклеивания ткани углеродной пропитывают эпоксидным проникающим грунтом, для чего на поверхность ткани углеродной и на внешнюю сторону панелей навесных стеновых в местах наклеивания ткани углеродной наносят клеящий состав ровным слоем минимально возможной толщины и выполняют монтаж ткани углеродной на внешнюю сторону панелей навесных стеновых, при этом промежуток времени от нанесения клеящего состава до монтажа ткани углеродной не должен превышать 1 час, после чего через ткань углеродную в материале панелей навесных стеновых и конструкциях каркаса здания выполняют отверстия под установку шпилек металлических резьбовых, в подготовленные отверстия выполняют установку шпилек металлических резьбовых, при этом с одного конца шпильки металлические резьбовые заостряют, на незаостренные концы устанавливают гайку с двумя шайбами, пластиковой и металлической, причем вначале устанавливают шайбу пластиковую для соприкосновения с внешней стороной панелей навесных стеновых, оклеенных тканью углеродной, заостренные концы шпилек металлических резьбовых приваривают к металлическим деталям каркаса здания, после чего поверхность ткани углеродной с наружной стороны и выступающие элементы крепления шпилек металлических резьбовых покрывают битумным лаком и посыпают алюминиевой пудрой.

Работы по монтажу ткани углеродной выполняют при температуре окружающей среды не менее +15°C и не более +35°C, избегая проведение работ в пасмурную погоду.

Используют шайбу пластиковую из полиамида или полиэтилена.

Длина полотна ткани углеродной не превышает 6 м, а ширина - 0,9 м.

Ткань углеродная наклеивается в один слой.

Усиление узлов крепления панелей навесных стеновых производят выше 5 м от уровня земли при расчетном сейсмическом воздействии 9 баллов.

Заявленное изобретение обеспечивает повышение сейсмостойкости каркасного здания, не изменяя проектных строительных решений, при этом простота монтажа ткани углеродной обеспечивает низкую трудоемкость проведения работ без изменения проектных строительных решений.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана принципиальная схема повышения сейсмостойкости каркасного здания.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

1. Панель навесная стеновая.

2. Ткань углеродная.

3. Шпилька металлическая резьбовая.

На фиг. 2 показана установка углеродной ткани в разрезе.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

1. Панель навесная стеновая.

2. Ткань углеродная.

3. Шпилька металлическая резьбовая.

4. Шайба пластиковая.

5. Шайба металлическая.

6. Гайка.

7. Каркас здания.

Осуществление изобретения

В соответствии с действующим СП 14.13330.2018 расчетная интенсивность сейсмического воздействия для конкретного района размещения здания принимается по картам общего сейсмического районирования территории РФ - ОСР-2015. Карты, действовавшие до 1990-х гг., регламентировали расчетную интенсивность землетрясения, как правило, на 1-2 балла ниже, по сравнению с ОСР-2015. Таким образом, становится актуальной задача повышения сейсмостойкости длительно эксплуатируемых зданий, расположенных в сейсмоактивных районах.

Принимая во внимание отсутствие непредусмотренных первоначальными проектами, выполненными в соответствии с требованиями старых нормативов, горизонтальных антисейсмических швов и зазоров между стеновыми конструкциями и элементами каркаса ряда эксплуатируемых в сейсмоопасных районах зданий, технический результат достигается усилением узлов крепления панелей навесных стеновых 1 (фиг. 1 и 2) и установкой ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2).

Панели навесные стеновые 1 (фиг. 1 и 2) с внешней стороны объединяют в единую конструкцию, для чего обклеивают тканью углеродной 2 (фиг. 1 и 2), которую перед наклеиванием пропитывают эпоксидным клеем, например, CarbonWrap Resin, подбираемым исходя из плотности углеродного наполнителя ткани, причем пропитка эпоксидным составом ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) выполняется на раскроечном столе так, чтобы добиться сквозной пропитки ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2), при этом на поверхности ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) не должно наблюдаться свободного избытка эпоксидного состава. Пропитанную ткань углеродную 2 (фиг. 1 и 2) накрывают пленкой полиэтиленовой и прикатывают, например, валиком, таким образом, чтобы количество наблюдаемых воздушных пузырей было минимальным, затем пленка полиэтиленовая удаляется. Пропитанная эпоксидным составом ткань углеродная 2 (фиг. 1 и 2) устанавливается на предварительно очищенную от пыли внешнюю сторону панелей навесных стеновых 1 (фиг. 1 и 2), которую в местах наклеивания ткани углеродной 2 (фиг.1 и 2) пропитывают эпоксидным проникающим грунтом, например, CarbonWrap Primer. Очистку от пыли внешнюю сторону панелей навесных стеновых 1 (фиг. 1 и 2) выполняют, например, вручную карцовочными щетками и обеспылевают путем продувки сжатым воздухом.

Установка ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) на внешнюю сторону панелей навесных стеновых 1 (фиг.1 и 2) выполняется с помощью эпоксидного клея, например, CarbonWrap Resin. Клеевой состав ровным слоем минимально возможной толщины наносят на поверхность ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) и на внешнюю сторону панелей навесных стеновых 1 (фиг. 1 и 2) в местах наклеивания ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2). Промежуток времени от нанесения клеящего состава до монтажа ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) не должен превышать 1 час.

В материале панелей навесных стеновых 1 (фиг. 1 и 2) и конструкциях каркаса здания 7 (фиг. 2) сквозь ткань углеродную 2 (фиг. 1 и 2) выполняют отверстия под установку шпилек металлических резьбовых 3 (фиг. 1 и 2).

С одного конца шпильки 3 (фиг. 1 и 2) заостряют, на незаостренные концы устанавливают гайку 6 (фиг. 2) с двумя шайбами, пластиковой 4 (фиг. 2) (из полиамида или полиэтилена) и металлической 5 (фиг. 2), причем вначале устанавливают шайбу пластиковую 4 (фиг. 2) для соприкосновения с внешней стороной панелей навесных стеновых 1 (фиг. 1 и 2), оклеенных тканью углеродной 2 (фиг. 1 и 2).

Шпильки 3 (фиг. 1 и 2) устанавливают в подготовленные отверстия и заостренные концы шпилек 3 (фиг. 1 и 2) приваривают к металлическим деталям каркаса здания 7 (фиг. 2), например, методом электродуговой сварки, после чего поверхность ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) с наружной стороны и выступающие элементы крепления шпилек 3 (фиг. 1 и 2) покрывают битумным лаком и посыпают алюминиевой пудрой.

Ткань углеродная 2 (фиг. 1 и 2) наклеивается в один слой длиной полотна ткани углеродной не более 6 м и шириной - 0,9 м.

Работы по монтажу ткани углеродной 2 (фиг. 1 и 2) выполняют при температуре окружающей среды не менее +15°C и не более +35°C.

Работоспособность заявленного способа подтверждена при помощи математического моделирования. Для определения необходимости усиления существующих панелей навесных стеновых, в зависимости от отметки их расположения, был выполнен расчет ускорений по высоте всего здания главного корпуса ТЭС, вызванных расчетным сейсмическим воздействием. В результате расчетов была определена минимальная отметка 5 м от уровня земли, выше которой требуется усиление узлов крепления панелей навесных стеновых при расчетном сейсмическом воздействии 9 баллов.

Сейсмическое воздействие землетрясения моделировалось на основе линейно спектральной теории в соответствии с указанной выше нормативной документацией в программном комплексе ANSIS.

По результатам расчетов узла крепления панелей навесных стеновых был сделан вывод, что при ускорениях, превышающих 3 м/с², возникает риск отрыва панелей навесных стеновых, что соответствует землетрясению магнитудой 9 баллов.

Заявленное изобретение снижает напряжения в узле крепления панели навесной стеновой в 1,85 раз до 170,56 МПа, что не превышает нормативных значений в 225 МПа, тем самым повышая сейсмостойкость конструкции, а также предотвращает отрыв панели навесной стеновой от колонн.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет увеличить сейсмостойкость строительных конструкций эксплуатируемых зданий и обеспечить их сейсмостойкость в соответствии со СНиП II-7-81 и СП 14.13330.2018.

Изобретение относится к области строительства, а именно к усилению строительных конструкций, и может быть использовано для повышения сейсмостойкости каркасных зданий, эксплуатируемых в сейсмоопасной зоне. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение сейсмостойкости каркасного здания с низкой трудоемкостью проведения работ и без изменения проектных строительных решений. Технический результат достигается тем, что проектные узлы крепления панели навесной стеновой к каркасу здания усиливают шпильками металлическими резьбовыми, а панели навесные стеновые с внешней стороны объединяют в единую конструкцию, для чего их обклеивают тканью углеродной, которую перед наклеиванием пропитывают эпоксидным составом. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ повышения сейсмостойкости каркасного здания, заключающийся в том, что проектные узлы крепления панели навесной стеновой к каркасу здания усиливают шпильками металлическими резьбовыми, а панели навесные стеновые с внешней стороны объединяют в единую конструкцию, для чего обклеивают тканью углеродной, которую перед наклеиванием пропитывают эпоксидным составом, причем пропитку эпоксидным составом ткани углеродной выполняют на раскроечном столе так, чтобы добиться сквозной пропитки ткани углеродной, при этом на поверхности ткани углеродной не должно наблюдаться свободного избытка эпоксидного состава, после чего пропитанную ткань углеродную накрывают пленкой полиэтиленовой и прикатывают таким образом, чтобы количество наблюдаемых воздушных пузырей было минимальным, далее пленку полиэтиленовую удаляют, а ткань углеродную устанавливают на предварительно очищенную от пыли внешнюю сторону панелей навесных стеновых, которую в местах наклеивания ткани углеродной пропитывают эпоксидным проникающим грунтом, для чего на поверхность ткани углеродной и на внешнюю сторону панелей навесных стеновых в местах наклеивания ткани углеродной наносят клеящий состав ровным слоем минимально возможной толщины и выполняют монтаж ткани углеродной на внешнюю сторону панелей навесных стеновых, при этом промежуток времени от нанесения клеящего состава до монтажа ткани углеродной не должен превышать 1 час, после чего через ткань углеродную в материале панелей навесных стеновых и конструкциях каркаса здания выполняют отверстия под установку шпилек металлических резьбовых, в подготовленные отверстия выполняют установку шпилек металлических резьбовых, при этом с одного конца шпильки металлические резьбовые заостряют, на незаостренные концы устанавливают гайку с двумя шайбами, пластиковой и металлической, причем вначале устанавливают шайбу пластиковую для соприкосновения с внешней стороной панелей навесных стеновых, оклеенных тканью углеродной, заостренные концы шпилек металлических резьбовых приваривают к металлическим деталям каркаса здания, после чего поверхность ткани углеродной с наружной стороны и выступающие элементы крепления шпилек металлических резьбовых покрывают битумным лаком и посыпают алюминиевой пудрой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что работы по монтажу ткани углеродной выполняют при температуре окружающей среды не менее +15°C и не более +35°C.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шайбу пластиковую из полиамида или полиэтилена.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длина полотна ткани углеродной не превышает 6 м, а ширина - 0,9 м.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ткань углеродную наклеивают в один слой.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усиление узлов крепления панелей навесных стеновых производят выше 5 м от уровня земли при расчетном сейсмическом воздействии 9 баллов.