Многоэтажное сейсмостойкое здание с подвешенным оголовком Российский патент 2025 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению зданий с подвесными конструкциями в сейсмически опасных районах.

Известна сейсмостойкая конструкция здания, включающая соединенную с фундаментом полую стойку, а также конструкции этажей, подвешенные к стойке при помощи тяг и соединенные с ней по высоте через амортизаторы (см. пат. РФ №2046918, Е04Н 9/02).

Недостатком указанной конструкции является деформация несущей стойки, за счет которой осуществляется сейсмоизоляция подвешенных этажных конструкций. Изгибы несущей стойки, вызванные сейсмическими колебаниями, способны привести к потере устойчивости и разрушению всего здания. Помимо этого тяжи, протянутые от наружного периметра здания к несущей стойке, расположенной в центре, находятся под большим углом к вертикали. Продольные усилия в тяжах, расположенных подобным образом, могут в разы превышать усилия в тяжах, протянутых вертикально.

Известна сейсмостойкая конструкция здания, включающая блок этажей, подвешенный к оголовку в виде полой емкости, которая установлена в чаше с водой на вершине несущего ствола здания (см. пат. РФ №2074303, Е04Н 9/02).

Недостатком известной конструкции является ее сложность в осуществлении на практике. Для создания эффекта плавучести оголовка необходимо создать на несущем стволе массивную чашу с большим водоизмещением, что приводит к возникновению значительных усилий в конструкциях ядра жесткости здания.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является многоэтажное сейсмостойкое здание, включающее в себя несущий ствол, оголовок со сферической опорной поверхностью, установленный на несущем стволе, этажные конструкции, подвешенные к оголовку посредством подвесок и упругих элементов (см. авт.св. СССР №1176052, Е04Н 9/02).

Недостатком указанного решения является то, что при сейсмическом толчке оголовок принимает новое положение относительно несущего ствола здания. При повторных толчках наклон плоскости оголовка относительно ядра жесткости может как принять исходные значения, так и увеличиться, что приведет к возникновению крена подвешенной части здания. Фрикционная связь оголовка и несущего ствола здания обеспечивает их шарнирное соединение в случае, если сила сейсмического толчка достаточна для преодоления силы трения между опорной поверхностью оголовка и ответной поверхностью ствола здания. Недетерминированный характер сейсмического воздействия и отсутствие в системе элементов, возвращающих оголовок в исходное состояние, делают модель уязвимой для возникновения опасных деформаций.

Техническая проблема известных технических решений заключается в их уязвимости для сейсмических воздействий в виду возможного нарушения целостности конструкции здания в ходе сейсмического воздействия.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что многоэтажное сейсмостойкое здание с подвешенным оголовком состоит из несущего ствола и плит перекрытия. Плиты перекрытия подвешены к оголовку с радиальными балками и соединены с фундаментом при помощи подвесок. Подвески выполнены предварительно напряженными. Радиальные балки оголовка выполнены наклонными. С одной стороны радиальные балки замкнуты опорным кольцом, а с другой - подвешены при помощи тяжа к балкам, расположенным в несущем стволе, и связаны с несущим стволом посредством амортизаторов.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении целостности несущих конструкций здания путем сейсмогашения за счет снижения амплитуды колебания здания в ходе сейсмического воздействия.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 изображен вертикальный разрез сейсмостойкого здания с подвешенным оголовком;

- на фиг. 2 - здание в плане;

- на фиг. 3 - аксонометрическая проекция верхней части здания.

Здание включает в себя фундамент 1, несущий ствол 2, плиты перекрытия 3, оголовок 4 с радиальными балками 5. В несущем стволе 2 расположены лифтовые шахты 6, на которых установлены балки 7. Плиты перекрытий 3 через подвески 8 подвешены к несущему оголовку 4 и соединены с фундаментом 1. Радиальные балки 5 оголовка 4 выполнены наклонными. С одной стороны они замкнуты опорным кольцом 9, а с другой подвешены к балкам 7 несущего ствола 2 при помощи тяжа 10 и соединены с несущим стволом 2 амортизаторами 11. Для обеспечения сопротивления изгибающим усилиям противоположные точки кольца 9 связаны между собой растяжками 12. Подвески 8 выполнены предварительно напряженными во избежание опрокидывания оголовка и возникновения опасных смещений плит перекрытий 3 в ходе землетрясения.

В условиях землетрясения заявляемое изобретение работает следующим образом.

Перемещения основания здания передаются на несущий ствол 2, работающий как консольный стержень, защемленный в уровне фундамента 1. Наибольших значений перемещения конструкций несущего ствола 2 принимают на уровне верхних этажей, где при помощи тяжа 10 радиальные балки 5 оголовка 4 подвешены к балкам 7, установленным на лифтовых шахтах 6 в несущем стволе 2. Соединенный при помощи амортизаторов 11 с несущим стволом здания 2 подвешенный оголовок 4 выполняет функцию динамического гасителя колебаний. Период собственных колебаний оголовка 4 отличается от периода собственных колебаний несущего ствола 2, причем эта разница может быть изменена путем изменения длины подвески 10 для достижения оптимальных динамических характеристик. Передача нагрузки от подвешенных этажей 3 через подвески 8 на несущий оголовок 4 приводит к концентрации массы подвесной части здания в его верхней части, что обеспечивает эффективное гашение колебаний несущих конструкций. Оголовок 4, состоящий из радиально расположенных наклонных балок 5, пропущенных сквозь стены несущего ствола 2 здания, в верхней части замкнут опорным кольцом 9, к которому при помощи подвесок 8 присоединены плиты перекрытий 3. Такой протяженный путь передачи перемещений основания здания 1 подвешенным этажам 3 положительно влияет на их поведение при сейсмическом воздействии, снижая амплитуду их колебаний. Наклонные балки 5 оголовка 4 и растяжки 12 образуют шарнирно-стержневую систему, в котором балки оголовка сопротивляются продольному сжатию, а растяжки 12 работают исключительно на растяжение. Также растяжки 12 снижают изгибающие усилия, возникающие в опорном кольце 9, воспринимающем нагрузку от подвешенных перекрытий 3. В условиях нормальной эксплуатации, сопровождающихся ветровыми воздействиями, колебания подвесной части здания предотвращаются путем предварительного натяжения подвесок 8, установленных между опорным кольцом 9 и фундаментом здания 1. Предварительное натяжение подвесок 8, расположенных по периметру здания, также увеличивает устойчивость оголовка 4 при динамическом воздействии, предотвращая его опрокидывание. Возврат оголовка 4 в исходное положение происходит под действием сил тяжести и натяжения подвесок 8. Балки 5 оголовка 4 могут быть расположены параллельно фундаменту. В этом случае пропадает необходимость в устройстве растяжек 12, а сами балки под нагрузкой от подвешенных перекрытий 3 работают на поперечный изгиб.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить целостность несущих конструкций здания путем сейсмогашения за счет подвешивания части конструкций, которые выполняют роль динамических гасителей колебаний и способствуют снижению амплитуды колебаний несущей системы при землетрясениях.

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению зданий с подвесными конструкциями в сейсмически опасных районах. Сущность: многоэтажное сейсмостойкое здание с подвешенным оголовком состоит из несущего ствола и плит перекрытия. Плиты перекрытия подвешены к оголовку с радиальными балками и соединены с фундаментом при помощи подвесок. Подвески выполнены предварительно напряженными. Радиальные балки оголовка выполнены наклонными. С одной стороны радиальные балки замкнуты опорным кольцом, а с другой - подвешены при помощи тяжа к балкам, расположенным в несущем стволе, и связаны с несущим стволом посредством амортизаторов. Технический результат - обеспечение целостности несущих конструкций здания путем сейсмогашения за счет снижения амплитуды колебания здания в ходе сейсмического воздействия. 3 ил.

Многоэтажное сейсмостойкое здание с подвешенным оголовком, состоящее из несущего ствола, плит перекрытия, подвешенных к оголовку с радиальными балками и соединенных с фундаментом при помощи подвесок, отличающееся тем, что подвески выполнены предварительно напряженными, радиальные балки оголовка выполнены наклонными, причем с одной стороны они замкнуты опорным кольцом, а с другой - подвешены при помощи тяжа к балкам, расположенным в несущем стволе, и связаны с несущим стволом посредством амортизаторов.