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

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении се1 смостойких зданий башенного типа с несущим центральным ядром, в частности многоэтажных зданий с подвесными этажами.

.Цель изобретения-- повышение сейсмостойкости здания.

На фиг. 1 схематически изображено здание, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел соединения оголов ка со стволом; на фиг. 4 - схема работы (деформирования) здания при действии сейсмического толчка с горизонтальной и вертикальной составляющими.

Многоэтажное здание включает центрапьный несущий ствол 1, установленный на фундаменте 2, оголовок 3 и подвешенные к нему с помощью подвесок 4 этажные конструкции 5, объединенные между собой в жесткий блок 6. Оголовок 3 со сферической опорной поверхностью 7, взаимодействующей с ответной поверхностью 8 на конце ствола 1. Поверхности 7 и 8 покрыты антифрикционным материалом, например . на основе полисилоксановых соединений. Оголовок 3 имеет радиально расположенньте консольйые балки 9, на концах которых установлены упругопластические опорные элеме} ты 10 подвесок 4. Для изготовления элементов 10 могут быть использованы наборы тарельчатых пружин. Между этажными конструкциями 5 и стволом 1 размещены амортизаторы 11 и включающиеся связи 12.

Здание монтируют следующим образом.

После изготовления фундамента 2 возводят несущий ствол 1, например, методом скользящей опалубки. На конце ствола 1 вьшолняют опорное гнездо для оголовка 3. Затем монтируют на стволе оголовок 3 с консольными балками 9. На отметках первого, второго и третьего этажей осуществляют монтаж пространственных этажных конструкций 5, осуществляя по мере их ступенчатого подъема с помощью трособлочной системы и лебедок отделку и оборудование этажей до полной готовности. При этом появляется возможность применить на указанных постах методь механизированной отделки и оборудования, включая применение манипуляторов (роботов)

Здание обладает, повышенной сейсмостойкостью при толчках большой интенсивности, . связанных со значительными перемещениями, основания. Указанная сейсмостойкость обеспечивается конструктивными особенностями здания и объясняется следующими физическими явлениями.

При дейсгаии сейсмического толчка фундамент 2 совместно с нижней частью ствола 1

получает перемещение и занимает некоторое новое положение по отношению к состоянию покоя (на фиг. 4 последнее показано пунктиром). В результате толчка выключаются из работы связи 12, препятствующие колебательным движениям блока 6 в нормальных условиях эксплуатации здания. Вертикальная и горизонтальная составляющие толчка передаются через ствол 1 на оголовок 3 и затем на блок 6. При этом горизонтальная составляющая гасится за счет деформирования ствола

1, а вертикальная - за счет деформирования консольных балок 9 оголовка 3, упругопластических опорных элементов 10 подвесок 4 и самих подвесок 4. В результате блок 6 за время действия толчка получает незначительные перемещения и, следовательно, в этажных конструкциях 5 не возникает опасных перегрузок. Высокая степень гашения горизонтальной составляющей толчка обеспечивается благодаря наличию щарнирного соединени верхней части ствола 1 с оголовком 3. Выполнение оголовка 3 со сферической опорной поверхностью 7 и свободная установка его на ответную опорную поверхность 8 на конце ствола 1 практически полностью исключает угловые перемещения оголовка 3 при изгибнокрутильных колебаниях ствола 1 в процессе сейсмического воздействия, поскольку обеспечивается свободный поворот верхней части ствола 1 относительно оголовка 3 в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Оголовок 3 при сейсмическом воздействии на здание остается в горизонтальном положении, а линейные перемещения его в вертикальной и горизонтальной плоскостях не приводят к перекосу и скручиванию блока этажей 6, что значительно повышает сейсмостойкость этажных конструкций 5. Узел опирания оголовка на верхнюю часть ствола 1 на самом деле представляет собой сферический шарнир, который при сейсмическом воздействии не только создает благоприятные условия работы для этажных конструкций 5 и несущего ствола 1, но и вьшолняет функции фрикционного де.мпфера. Энергия колебаний затратавается на Преодоление силы трения между взаимодействующими сферическими опорными поверхностями. 7, 8 оголовка 3 и верхней части ствола 1, что обеспечивает быстрое затухание колебаний. Указанный демпфер характеризуется высокой эффективностью работы даже при самых малых значениях коэффициента трения взаимодействующих опорных поверхностей 7, 8 оголовка 3 и верхней части ствола 1, поскольку обеспечивается большая сила прижатия сферических поверхностей, создаваемая собственной массой блока этажей 6 и оголовка 3. 3 .Наличие шарнирного соединения верхней части ствола 1 с оголовком 3 практически исключает при сейсмическом воздействии влияние защемления верха ствола 1 и дает стволу I свободу деформирования, что повышает предельную горизонтальную деформативность ствола 1, уменьшает сейсмические усилия в его сечениях и увеличивает надежность работы в условиях землетрясения. Установка на головке упругопластических опорных элементов 10 и закрепление к ним верхних концов подвесок 4 позволяет умень шить величины максимальных сейсмических нагрузок в стволе 1, оголовке 3 и этажных конструкциях 5 при интенсивных вертикальны толчках. Это обеспечивается включением опор ных элементов 10 подвесок 4 при некоторы расчетных значениях нагрузок на них в плас тическую стадию работы, когда происходит деформирование опорных элементов 10 без возрастания воспринимаемых ими нагрузок. Конструктивное вьшолнение упругопластических опорных элементов 10 может быть различным: в виде набора тарельчатых пружин, в виде свободно опертых однопролетных балок и т.д. Главное, чтобы для изготовления опорных элементов был применен материал, обладающий большим, запасом пластических деформаций, .и были предусмотрены необхО димые конструктивные меры, обеспечивающие при определенных расчетных нагрузках работу опорных элементов в пластической стадии. Выполнение оголовка 3 с радиально расположенными консольными балками 9 и зак

W

Фи-1.2 : репление подвесок 4 на концах балок 9 позволяет осуществить конструктивно простым способом гашение вертикальных сейсмических нагрузок, передаваемых на блок этажей 6. Каждая консольная балка 9 оголовка 3 обладает повышенной деформативностью и работает при сейсмическом воздействии на здание как амортизатор. Консольные бзлкк 9 являются элементами оголовка 3 и одноврет менно служат амортизаторами, к которым закреплены подвески 4. Балки 9 целесообразно изготавливать из упругопластического материала и предусматривать при сейсмичерком воздействии на здание работу балок 9 ч пластической стадии. Покрытие опорных сферических поверхностей 7,8 оголовка 3 и верхней части ствола 1 антифрикционным материалом позволяет уменьшить влияние защемления верхней части ствола 1 и обеспечить включение в работу шарнирного узла опирания оголовка как фрикционного демпфера при относительно низких значениях сейсмических нагрузок, что повышает сейсмостойкость здания. Установка выключающихся связей 12 между стволом 1 и конструкциями этажей 5 предотвращает колебания блока 6 этажей, подвешенного на амортизаторах, в нормальных условиях эксплуатации здания и тем самым повышает комфортность здания (уменьшаются вибрации от ветровых нагрузок и микросейс мов).

L МНОГОЭТАЖНОЕ СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ, включающее несущий ствол, . оголовок, установленный на несущем стволе, этажные конструкции, подвешенные к оголовку посредством подвесок и упругих элементов, установленные с зазором относительно ствола и с возможностью одновременного перемещения вдоль и вокруг ствола, и амортизаторы, размещенные в зазоре между стволом и этажными конструкциями, отличающееся тем, что, с целью повыщения сейсмостойкости, здания, оголовок выполнен с сферической опорной поверхностью, взаимодействующей с ответной опорной поверхностью на конце ствола, и установлен с возможностью поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях. 2. Здание по п. 1,отличающсе с я тем, что оголовок вьтолнен с радиально расположенными консольными балками, (О на концах которых закреплены подвески. О) о 01

2

Фиг.1