Многоэтажное сейсмостойкое здание Советский патент 1985 года по МПК E04H9/02 

2. Здание по п. 1, отличающееся тем, что амортизирующие связи, размещенные в зазоре между конструкциями этажей и ядром жесткости, выполнены в виде изогнутых консольных стержней с постоянным радиусом кривизны, жестко закрепленных на рамах и взаимодействующих свободными концами с поверхностью ядра жесткости, причем радиус кривизны равен величине зазора, а

длина стержней равна четверти длины окружности их радиуса.

3. Здание по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что гибкие подвески выполнены по периметру верхней рамы с переменной площадью поперечного сечения с увеличением ее от узлов крепления тяжей к центру пролетов верхней рамы.

1. МНОГОЭТАЖНОЕ СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ, включающее фундамент, жестко соединенное с ним несущее ядро жесткости с консольным оголовком, про79 1 странственные конструкции этажей, размещенные с зазором относительно ядра жесткости и объединенные жесткими вертикальными тяжами, и амортизирующие связи, размещенные в зазоре между оголовком и конструкциями этажей и между последними и ядром жесткости, отличающееся тем, что, с целью повыщения сейсмостойкости и снижения материалоемкости, здание снабжено горизонтальными замкнутыми рамами, охватывающими ядро жесткости и расположенными в уровне перекрытий с консольным опиранием на рамы конструкций этажей, причем верхняя рама выполнена гибкой в вертикальной плоскости, при этом амортизирующие связи соединяют оголовок с верхней рамой и выполнены в виде гибких подвесок из упругоподатливого материала, а узлы (Л крепления к верхней раме подвесок смещены по ее периметру относительно узлов крепления к ней тяжей. оо о го i А Фиг.1

1

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для возведения многоэтажных жилых и гражданских зданий с центральным ядром жесткости и подвещенными этажами в сейсмических районах.

Цель изобретения - повыщение сейсмостойкости и снижение материалоемкости.

На фиг. 1 изображено многоэтажное сейсмостойкое здание; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг. 2; на фиг. 5 - узел крепления подвесок и тяжей к верхней раме.

Многоэтажное сейсмостойкое здание включает фундамент 1, жестко соединенное с ним несущее ядро жесткости 2 с консольным оголовком 3, пространственные конструкции этажей 4, размещенные с зазором 5 относительно ядра жесткости 2 и объединенные жесткими вертикальными тяжами 6, и амортизирующие связи 7 и 8, размещенные в зазоре 9 между оголовком 3 и конструкциями этажей 4 и в зазоре 5 между конструкциями этажей 4 и ядром жесткости 2.

Здание снабжено горизонтальными замкнутыми рамами 10, охватывающими ядро жесткости 2, и расположенными в уровне перекрытий 11 с консольным опиранием на рамы 10 конструкций этажей 4. Верхняя рама 12 выполнена гибкой в вертикальной плоскости.

Амортизирующие связи 7 соединяют оголовок 3 с верхней рамой 12 и выполнены в виде гибких подвесок 13 из упругоподатливого материала. Узлы крепления подвесок 13 к верхней раме 12 смещены по ее периметру относительно узлов крепления к раме 12 тяжей 6.

Амортизирующие связи 8, размещенные между конструкциями этажей 4 и ядром жесткости 2, выполнены в виде изогнутых консольных стержней 14 с постоянным радиусом кривизны, жестко закрепленных на рамах 10 и 12 и взаимодействующих свободными концами 15 с поверхностью ядра жесткости 2. Радиус кривизны равен величине зазора 5, а длина стержней 14 равна четверти длины окружности их радиуса. Гибкие подвески 13 выполнены по периметру верхней рамы 12 с переменной площадью поперечного сечения, с увеличением ее от узлов крепления тяжей 6 к верхней раме 12 к центру пролетов последней.

Монтаж здания осуществляют следуюQ щим образом.

После устройства фундамента 1 возводят центральное ядро жесткости 2, преимущественно из сборных объемных блоков, на котором размещают пространственный консольный оголовок 3 с размещенными на нем

5 подъемниками. Смонтированные на отметке первого этажа пространственные конструкции этажей 4 поднимают на проектные отметки, объединяя их между собой с помощью тяжей 6 в единую жесткую пространствен.. ную конструкцию, которую с помощью гибких подвесок 13 соединяют с нижним поясом оголовка 3. Для устранения жесткой связи между образовавшимся блоком этажей и ядром 2 в зазоре 5 между ними размещают выключающиеся связи 8 в виде

5 стержней 14. При этом один конец стержней 14 жестко закрепляют на раме 10, свободный конец 15 размещают с возможностью его перемещения на ядре 2.

Конструкция здания работает следующим образом.

При сейсмическом воздействии ниже расчетной величины, принятой для здания, последнее начинает упруго колебаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Колебания в вертикальной плоскости происходят за счет упругого деформирования подвесок 13 и верхней гибкой рамы 12. При этом блок этажей 4 перемещается относительно ядра 2, преодолевая силы трения между поверхностью ядра 2 и взаимодействующими с ней свободными концами 15 поджатых изогнутых стержней 14. Стержни 14, взаимодействующие с поверхностью ядра 2 и закрепленные на рамах 10 и 12, работают как фрикционно-демпфирующее устройство, обеспечивая гасящий эффект. Колебания здания в горизонтальной плоскости происходят за счет упругих изгибносдвиговых деформаций ядра 2 и упругого изгиба стержней 14. Блок этажей 4 также перемещается относительно ядра 2, преодолевая силы трения между поверхностью ядра 2 и взаимодействующими с ней концами стержней 14, расположенных с боковых сторон от направления горизонтального перемещения. При сейсмическом воздействии расчетной величины усилия в несущих элементах здания от вертикальной составляющей будут уменьшены до допустимого значения за счет возникновения пластических деформаций в подвесках 13 и раме 12, выполненных из упругопластического материала. Передаваемые на блок этажей 4 горизонтальные толчки от ядра 2 гасятся благодаря пластическому деформированию стержней 14, расположенных с фронтальной стороны к направлению воздействия. После пластического деформирования стержней 14 они выключаются из работы и обеспечивают свободное перемещение ядра 2 относительно блока этажей 4. Выключение стержней 14 из работы начинается с первого этажа, где ядро 2 получает при сейсмическом толчке наибольщие перемещения относительно блока этажей 4, и по мере возрастания интенсивности сейсмических воздействий распространяется на верхние этажи. При этом увеличивается свободная длина упругосдвигового деформирования ядра 2 и, следовательно, возрастает горизонтальная податливость сооружения, что обеспечивает высокую его сейсмостойкость. Стержни 14, расположенные с боковых сторон от плоскости горизонтальных колебаний здания и не выключенные из работы, выполняют функции демпфирующего устройства и обеспечивают гашение как вертикальных, так и горизонтальных колебаний. Выключенные из работы стержни 14 при возрастании амплитуды колебаний ядра 2 относительно блока этажей 4 выполняют функции буферных устройств с увеличивающейся сопротивляемостью демпфированию, что исключает возможность разрущения здания от соударения ядра 2 и блока этажей 4. Введение в конструкцию здания горизонтальных охватывающих ядро рам 10 и 12, несущих консольные этажи 4, объединение рам 10 и 12 между собой жесткими вертикальными тяжами 6 и закрепление верхней рамы 12 к консольному оголовку 3 посредством гибких подвесок 13 позволяет передать всю вертикальную нагрузку от блока этажей 4 на консольный оголовок 3 с минимальным плечом приложения этой нагрузки и в одной равноудаленной зоне от узла опирания оголовка 3 на центральное ядро 2, поэтому оголовок 2 может быть выполнен с малым консольным вылетом и минимальным расходом материалов на его изготовление. Деформирование оголовка 3 приводит только к гашению сейсмической нагрузки, передаваемой на пространственные конструкции этажей 4. Оголовок 3 выполняет функции амортизатора. Деформирование оголовка 3 не сопряжено с появлением дополнительных динамических усилий в этажных конструкциях 4. Условия работы блока этажей 4 при вертикальном сейсмическом толчке остаются такими же, как при статике. Уменьшение расхода материалов на изготовление оголовка 3 и увеличение предельной деформативности его консольной части в здании способствуют повышению сейсмостойкости здания в целом. Выполнение верхней рамы 12 гибкой в вертикальной плоскости и соединение ее с оголовком 3 посредством гибких подвесок 13 из упругопластического материала со смещением узлов крепления подвесок 13 по периметру рамы 12 относительно узлов крепления тяжей 6 позволяет просто и эффективно решить проблему подвески блока этажей 4 к оголовку 3. Гибкие подвески 13 и гибкая рама 12 совместно представляют собой амортизирующую связь, соединяющую тяжи 6 с оголовком 3 и обладающую высокими упругими и энергопоглощающими свойствами. Гибкие подвески 13 работают на растяжение, а гибкая в вертикальной плоскости рама 12, точки приложения вертикальной нагрузки к которой (узлы крепления тяжей 6) смещены по периметру относительно точек ее опирания (узлов крепления гибких подвесок 13}|работает на изгиб, как обычная плоская пружина. Упругие свойства амортизирующей связи определяются упругими характеристиками подвесок 13 и гибкой рамы 12 и легко регулируются изменением длины, площади поперечного сечения подвесок 13, геометрических характеристик поперечного сечения гибкой рамы 12, подвесок 13 по периметру рамы 12 с увеличением их от узлов крепления тяжей 6 к центру пролетов рамы 12, а также размещением узлов крепления подвесок 13 на раме относительно узлов крепления тяжей 6. В случае, когда гибких подвесок 13 по количеству значительно больше, чем тяжей б, работу верхней гибкой рамы 12 можно сравнивать с работой плоской пружины на упругопластическом основании. Г1ричем закон изменения жесткостных характеристик основания по периметру рамы 12 можно задавать соответствующим изменением площади поперечного сечения гибких подвесок 13. Предпочтительным является вариант, когда жесткость основания возрастает по мере удаления от узлов крепления тяжей 6, что соответствует увеличению площади поперечного сечения каждой подвески 13 в направлении удаления от узлов крепления тяжей 6. Высокие энергопоглощающие свойства рассматриваемой амортизирующей связи обеспечиваются тем, что при заданной интенсивности вертикального сейсмического толчка начинается пластическое деформирование гибких подвесок 13, расположенных вблизи от узлов крепления тяжей 6 к раме 12, где последняя получает максимальные прогибы. При этом подвески 13, более удаленные от узлов крепления тяжей 6, продолжают работать в упругой стадии. С возрастанием интенсивности толчков расширяется зона подвесок 13, вступивших в пластическую стадию работы, и увеличивается поглощение энергии сейсмических воздейА-А

ствий. Гибкие подвески 13, получившие значительные пластические деформации, после окончания землетрясения могут быть заменены новыми.

Важным свойством рассматриваемой амортизирующей связи является то, что она не препятствует горизонтальному перемещению блока этажей 4.

Форма изгиба стержней 14 с постоянны.м радиусом кривизны, равным величине зазора 5 между ядром 2 и рамой 10, и длиной, равной четверти длины окружности радиуса 8, представляется оптимальной, поскольку для деформирования такого стержня 14 требуется максимальное количество энергии.

11

12

фиг.З