Фундамент сейсмостойкого здания,сооружения Советский патент 1985 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям фундаментов сейсмостойких зданий, сооружений с системами активной сейсмозащиты.

Известен фундамент здания, включающий онорную часть и прикрепленную к ней стержнями надопорную плиту, воспринимаю щую вес надфундаментной части здания, в котором горизонтальная сейсмическая нагрузка на надфундаментную часть уменьшается с изменением его динамических параметров (динамическая жесткость, характеристики затухания и др.) за счет изменения при колебаниях расчетной длины стержней при их контактах с ограничителями колебаний, расположенных по высоте опорной части ;

Недостатком фундамента является сложность и ненадежность.

Наиболее близким техническим решением является фундамент, сейсмостойкого здания, сооружения, включаюш,ий выступы над его поверхностью и сейсмоизолируюпдие устройства в виде стержневой системы, горизонтально ориентированная часть которой шарнирно соединена с выступами, а вертикальная - с нижним несундим элементом надфундаментной конструкции, установленной с зазором и с возможностью горизонтального перемещения относительно выступов, и груза, прикрепленного к свободному концу стержня вертикальной части стерж невой системы и размещенного с зазором относительно поверхности фундамента 2.

Недостатком известного фундамента является работа горизонтального стержня на продольный изгиб и возникновение изгибающих моментов в вертикальном стержне, работающем как рычаг, что влечет развитие поперечных сечений обоих стержней, а создание реактивного момента за счет увеличения плеча вертикального стержня без зна ч (тельного развития массы груза требует |величения высоты помещения для еейсм золирующего устройства.

Кроме того, известный фундамент и сейсмоизолирующее устройство сложно по конструкции и материалоемко, поскольку надфундаментная конструкция требует дополнительных опор.

Цель изобретения - .повышение сейсмостойкости здания, сооружения за счет увеличения надежности сейсмоизолируюпгих устройств при сейсмических колебаниях и снижение трудоемкости и материалоемкости фундамента.

Указанная цель достигается тем, что в фундаменте сейсмостойкого здания, сооружения, включающем выступы над его поверхностью и сейсмоизолирующие устройства в виде стержневой системы, горизонтально ориентированная часть которой шарнирно

соединена с выступами, а вертикальная - с несущим элементом надфундаментной конструкции, установленной с зазором и с возможностью горизонтального перемещения относительно ныступов, и груза, прикрепленного к свободному концу стержня вертикальной части стержневой системы-и размещенного с зазором- относительно поверхности фу 1дамента, вертикальная и горизонтально ориентированная части стержневой систе.мы каждого сейсмоизолирующего устройства выполнены из щарнирно соединенных между собой стержней, при этом горизонтальная часть системы снабжена стяжными муфтами и размещена в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно выступа фундамента с образованием двухпролетных вантовых конструкций, смежные концы которых щарнирно прикреплены к вЕзКтуиу. а други-:; - к нижнему несущему элементу надф} ; : ситной ,сснструк1;,ии, причем каждый груз размещен в ироле1е оантовых конструкций и соединен с их стержнями и нижним стержнем вертикальной части стержневой системы щарнирно, при этом фундамент выполнен с выемками, в которых

5 раз.мещена нижняя часть груза с зазором относительно их стенок, а надфундаментная часть установлена на выступы фундамента через двухрядные роликоподщипниковые опоры.

На фиг. 1 изображен фундамент с сей0 смоизолирующим устройством;, на фиг. 2 - (; А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, вариант раз.мещения сейсмоизолирующих устройств, вид в плане.

Фундамент 1 сейсмостойкого здания, сооружения содержит выступы 2 над его поверхностью и сейсмоизолирующие устройства 3.Надфундаментная конструкция 4 установлена с зазором Бис возможностью горизонтального перемещения относительно выступов 2 фундамента 1 и оперта на вы0 ступы 2 через двухрядные шарикоподшипниковые опоры 6, что дает возможность надфундаментной конструкции 4 перемещаться относительно выступов 2 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Сейсмоизолирующие устройства 3 выполнены в виде стержневой системы и грузов 7.

Горизонтально ориентированная часть стержневой системы образована шарнирно соединенными между собой стержнями 8 и

Q раз.меш,ена в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно выступа 2 фундамента 1 с образованием двухпролетных вантовых конструкций 9, смежные концы которых щарнирно прикреплены к выступу 2, а другие - к нижнему несущему элемен5 ту 10 надфундаментной конструкции 4.

Вертикальная часть стержневой системы

выполнена в виде шарнирно соединенных между собой стержней 11, верхний из которых шарнирно прикреплен к нижнему несущему элементу 10 надфундаментной конструкции 4. Грузы 7 размещены в пролете винтовых конструкций 9 и шарнирнь соединены со стержнями 8 вантовой конструкции 9 и прикреплены щарнирно к свободному концу нижнего стержня 11 вертикальной части стержневой системы. Нижняя часть грузов 7 размещена в выемках 12 фундамента 1 с зазорами л и 14 относительно дна 15 и стенок выемок 16. Стержни 8 вантовых конструкций 9 снабжены стяжными муфтами 17. Принцип работы устройства зак,1ючас;ся в следующем. Вертикальная нагрузка воспринимается опорами 6, обеспечивающими свободное пере мещение в горизонтальной плоскости надфундаментной конструкции 4, т.е. являющимися опорами с безразличным положением равновесия. Пролеты вантовых конструкций 9 сейсмоизолирующего устройства 3 работают одновременно. В ;:пакиЙ1лОМ L равновесие надфундаментной конструкции 4 обеспечивается уравновещенными силами го ризонтального распора в пролетах в точках 18 и 19 крепления вантовых конструкций 9, воспринимающих растягивающие усилия от действия гравитационных сил на массу грузов 7, При горизонтальных сейсмических ко.чебаниях инерция массы надфундаменпюй конструкции 4 здания, сооружения противодействует горизонтальному .перемещению фундамента 1, что выражается в переносе иа него сейсмической нагрузки через .сейсмоизолирующие устройства 3. При колебаниях здания оба пролета вантовых конструка, и 9 одновременно изменяются на одинакг ю величину с разными знаками, равную перемещению надфундаментной конструкции 4. Изменения углов наклона продольной, оси вантовых конструкций 9 к горизонт.яли (и.пи изменение стрелок провесов) в возрастающем пролете будут больше, чем их изменения в уменьщающемся пролете. Разность изменений углов наклона продольной оси вант к горизонтали в смежных пролетах создает восстанавливающую горизонтальную силу, приложенную в точке 19 увеличивающегося пролета и направленную обратно горизонтальной сейсмической силе, действующей наг надфундаментную конструкцию 4, возвращаемую в положение равновесия и обеспечения устойчивости. При изменении приложения горизонтальной нагрузки на 90° в работу включается вторая двухпролетная вантовая конструкция 9 сейсмоизолирующего устройства 3, расположенная перпендикулярно первой вантовой конструкции 9. Сейсмоизолирующее устройство 3 автоматически снижает действующую на надфундаментную конструкцию 4 горизонтальную сейсмическую нагрузку, причем чем больше перемещение надфундаментной конструкции 4, тем меньше стрелка провеса груза 7 в увеличивающемся пролете, тем значительнее величина разности горизонтального рас пора в обоих пролетах вантовых конструкций 9. Гашение колебаний и перемещение надфундаментной конструкции 4 зависит от подбора динамических нара.метров сейсмоизолирующего устройства 3, т.е. от массы груза 7, стрелки провеса- и длины вантовых конструкций 9, регулируемых стержнями муфтами 17, и силтрения в опорах 6 и узлах сейсмоизолирующего устройства 3. Изменяющаяся при колебаниях величина распора (жесткость) сейс.моизолирующе10 устройства 3 снижает возможность вхождения системы в режим резонанса. При значительных --перемещениях надфундаментной конструкции 4 от отдельных перегрузочных циклов движения грунта из-за приближения частот сейсмического воздействия на здание к частотам его собственных колебаний груз 7 одного из пролетов упирается в фунда.мент 1 с мгновенным гашением распора в этом пролете, что вызывает резкое изменение частоты основного тона колебаний системы и, как следствие, предотвращение входа ее в зону резонансного режима, что повьш1ает надежность конструкции при сейсмических воздействиях. Висячие конструкции отличаются надежностью эксплуатации, простотой изготовления и монтажа, что снижает их стоимость. Изобретение позволяет повысить надежность сейсмоизолирующих устройств, что ведет к повышению сейсмостойкости здания, сооружения в целом, упростить конструкцию сейсмоизолирующих устройств за счет применения вантовых конструкций и снизить материалоемкость фундамента за счет использования выступов в качестве опор надфундаментной конструкции. Экономическая эффективность предлагаемых конструкций систем сейсмозащиты принимается в виде снижения расходов за счет уменьшения расчетной сейсмичности надфундаментной части здания на 1 балл или повышения этажности на 1 этаж (при сохранении расчетной сейсмичности), что опреде-тяет среднее значение снижения стоимости I м общей площади около 2,5 руб.

ФУНДАМЕНТ СЕЙСМОСТОЙКОГО ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ, включащий выступы над его поверхностью и сейсмо изолирующие устройства в виде стержневой системы, горизонтально ориентированная часть которой шарнирно соединена с выступами, а вертикальная - с нижним несущим элементом надфундаментной конструкции, установленной с зазором и с возможностью горизонтального перемещения относительно выступов, и груза, прикрепленного к свободному концу стержня вертикальной части стержневой системы и раз- мещенного с зазором относительно поверхности фундамента, отличающийся тем, что. с целью повышения сейсмостойкости здания, сооружения за счет увеличения надежности сейсмоизолирующих устройств при сейсмических колебаниях и снижения трудоем, кости материалоемкости фундамента, вертикальная и горизонтально ориентированная части стержневой системы каждого сейсмоизолирующего устройства выполнены из щарнирно соединенных между собой стержней, при этом горизонтальная часть системы снабжена стяжными муфтами и размещена в двух взаимно перпендикулярных направлениях относительно выступа фундамента с образованием двухпролетных вантовых конструкций, смежные концы которых шарнирно прикреплены к выступу, а другие - к нижнему несущему элементу надфундаментi ной конструкции, причем каждый груз размещен в пролете вантовых конструкций и (Л соединен с их стержнями и нижним стержнем вертикальной части стержневой системы щарнирно, при этом фундамент выполнен с выемками, в которых размещена нижняя часть груза с зазором относительно их стенок, а надфундаментная часть установлена на выступы фундамента через двухрядные роликоподшипниковые опоры. сд г со

+ 4Фиг.З