Многоэтажное сейсмостойкое здание Советский патент 1988 года по МПК E04H9/02 

10

15

20

: Изобретение относится к строитель- :ству, а именно к многоэтажным сейсмостойким зданиям,

Цель изобретения - снижение сейсмических воздействий на здание, повы- ;шение его надежности и упрощение ан- :тисейсмических устройств. I На фиг. 1 схематически изображено |многоэтажное сейсмостойкое здание; |на фиг. 2 - то же, вариант с дополнительным покрытием в нижнем гибком этаже; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2. i Многоэтажное сейсмостойкое здание включает пространственно жесткие верхние этажи 1, опертые на гибкие в горизонтальном направлении стойки 2 нижнего этажа 3, выполненного с системой выключающихся связей 4 и диафрагм 5 в виде, например, вертикальных жестких панелей, установленных между стойками 2 на фундаменте 6.

Пространственно жесткие верхние этажи 1 могут иметь несущие стены из панелей, блоков, монолитного желе-25 зобетона, кирпичной или каменной кладки или других материалов, или каркас с заполнением, опертый на несущий горизонтальный элемент 7 перекрытия нижнего этажа 3. . 30

В случае необходимости дополнительного (одного или нескольких) перекрытия 8 в нижнем гибком этаже 3 стойки 2 пропускают в отверстиях 9 перекрытия 8, а зазор между ними заполняют легкоразрушаемым материалом 10. Устройство дополнительных пе- .рекрытий 8 возможно при значительных высотах Н стоек 2 нижнего этажа 3.

Во время сильного землетрясения материал 10 вследствие его низкой прочности свободно деформируется или разрушается, не препятствуя перемещению стойки 2 относительно перекрытия 8, а после землетрясения его восстанавливают.

Параметры стоек 2 нижнего этажа 3 определень из соотношения

Т 2к

Е - модуль упругости стоек 2 .нижнего этажа 3} п - количество стоек 2 нижнего

этажа 3; g - ускорение силы тяжести ,

Многоэтажное сейсмостойкое здание работает следующим образом.

В период между землетрясениями вертикальная нагрУзка от собственного- веса здания и других нагрузок воспринимается полностью стойками 2 нижнего этажа 3.

Восприятие ветровой нагрузки полностью обеспечивается системой вертикальных диафрагм 5, связанных включенными связями 4 с верхними про,ст- ранственно жесткими этажами 1.

Аналогичным образом здание работает при землетрясениях с интенсивностью ниже расчетной.

При сильных землетрясениях с преобладанием в спектре низкочастотных (высокопериодных) колебаний и невысокой интенсивностью высокочастотных колебаний горизонтальные усилия в системе Невелики, поскольку здание, является первоначально жесткой системой за счет системы включенных через связи 4 диафрагм 5 нижнего этажа и пространственно жестких верхних этажей 1.

При этом, сейсмическая нагрузка на такое здание существенно ниже, чем на гибкбе здание, например, каркасной конструкции или со стойками в нижних этажах, но без системы диафрагм 5 с выключающимися связями 4.

В случае возникновения сильного землетрясения с преобладанием в спектре высокочастотных колебаний и малой интенсивностью, низкочастотных колебаний происходит отключение вертикальных диафрагм 5 за счет выключения всех связей 4 (каскадно или частично) в зависимости от интенсивности землетрясения.

После выключения из работы на горизонтальные нагрузки диафрагм жесткость здания падает, гибкость и периоды собственных колебаний возрастают. В связи с этим происходит существенное снижение сейсмической нагрузки. Это снижение тем более су„...., ,-,.-,.,-..,щественно, чем выше гибкость здания

эффидиент, равньй 0,04-0,4; после отключения диафрагм. Поскольку

в сейсмостойком здании стойки 2 устраиваются повьш1енной иысоты и гибкости, то снижение сейсмической нагруз35

40

45

QkH3

50

gnEl

где Т - период собственных колебаний здания по основному типу, равный 0,75-1,5 с; k - ко

Q - масса здания; Н - 1 Ь1сота стоек 2 нижнего этажа 3;

ки в таком здании значительно выше, чем в известном здании.

В случае возникновения.случайных пиковых сейсмических перегрузок превьшающих расчетные нагрузки, при определенном спектральном составе сейсмического движения грунта связи А выключаются полностью. В этом случае в работу включаются диафрагмы 5, играющие роль упора-ограничителя горизонтальных перемещений. Помимо ограничения горизонтальных перемещений при случайных перегрузках они выступают в качестве включающейся связи. Работа включающейся связи улучшает динамическое поведение здания, обеспечивая снижение сейсмических нагрузок. В случае низкочастотных воздействий образуется система с жесткой нелинейной характеристикой. Поэтому с увеличением интенсивности сейсмического воздействия будет происходить повышение мгновенной частоты, вследствие чего система будет уходить из зоны резонанса с низкочас- тотньми гармониками сейсмического спектра.

В случае случайных перегрузок с преобладанием высоких частот при включении диафрагм 5 в .них могут развиваться неупругие деформации и локальные повреждения. В этом случае система будет работать как нелинейна с мягкой нелинейной характеристикой. С повышением интенсивности колебаний мгновенные частоты системы будут понижаться. При высокочастотном внешнем воздействии это обеспечит снижение или устранение сейсмических перегрузок, действующих на здание. Дополнительное снижение нагрузок обеспечивается за счет поглощения энергии при пластических деформациях диафрагм 5 и связей 4.

Таким образом, конструкция многоэтажного сейсмостойкого здания позволяет снизить уровень сейсмического воздействия на конструкции в резуль

5

0

5

0

тате адаптации здания к сейсмическим воздействиям с различным спектральным составом колебаний за счет повышенной гибкости стоек 2, расположенных в нижнем этаже 3 большой высоты, или в двух или более нижних этажах (фиг. 2) работы включающихся связей 4 как упоров-ограничителей колебаний, а также за счет пластических деформаций и локальных повреждений верти- кальнь1х диафрагм 5.

Вследствие снижения сейсмической нагрузки на сейсмостойкое здание снижаются материалоемкость конструкций, трудозатраты, упрощается конструктивное решение и повьшается сейс-. мостойкость здания.

Формула изобретения

Многоэтажное сейсмостойкое здаНие, включающее пространственно жесткие верхние этажи, опертые на гибкие в горизонтальном направлении стойки нижнего этажа, выполненного с системой выключающихся связей и диафрагм, отличающееся тем, что, с целью снижения сейсмических воздействий на здание, повышения его надежности и упрощения антисейсмических устройств, параметры стоек нижнего этажа определены из соотношения

35

I 2 а

л| QkH fgniF

0

5

где Т - период собственных колебаний

здания по основному типу, равный 0,75-1,5 с;

k - коэффициент, равный 0,04-0,4;

Q - масса здания;

Н - высота стоек нижнего этажа;

Е - модуль упругости стоек нижнего этажа;

I - момент инерции поперечного сечения стоек нижнего Ьтажа;

п - количество стоек нижнего этажа;

g - ускорение силы тяжести.

Изобретение; относится к многоэтажным сейсмостойким зданиям. Целью изобретения является снижение сейсмических воздействий на здание, повышение его надежности и упрощение антисейсмических устройств. Пространственно жесткие этажи оперты на гибкие в горизонтальном направлении стойки нижнего этажа, параметры которых определены из соотношения Т jgnEl где Т - период собственных колебаний здания по основному типу, равный 0,75-1,5 с; k - коэффициент, равный 0,04-0,4; Q - масса здания; Н - высота стоек; Е - модуль упругости стоек; I - момент инерции поперечного сечения стоек; п - количество стоек; g - ускорение силы тяжести. Между стойками размещена система выключающихся связей и диафрагм. 3 ил. с (Л