Металлический связевый каркас сейсмостойкого одноэтажного здания Советский патент 1990 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении металлических связевых каркасов сейсмостойких одноэтажных зданий.

Целью изобретения является снижение металлоемкости каркаса за счет уменьшения нагрузок на его элементы.

На фиг. 1 изображен фрагмент металлического связующего каркаса; на фиг, 2 - то же, вариант бескранового здания; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг.2; на фиг. 5 - узел III на фиг. 3; на фиг. 6 - схема работы каркаса кранового здания в продольном направлении; на фиг. 7 - схема работы каркаса бегкранового здания в продольном направлении; на фиг. 8 и 9 - графики зависимости суммарной упругопластической реакции системы от ее перемещения R-Y с каскадом упругопластических разрушающихся элементов - гаек без демпфирующих и с демпфирующими прокладками соответственно.

Металлический связевый каркас сейсмостойкого одноэтажно о здания сс- д ержит колонны 1 и ригели 2, образующие ячейки 3, в которых размещены парные наклонные ныключлюпиеся связи 4, верхними концами прикрепленные. к колоннам 1, а нилними - к ригелям 2 посредством р ргпклльных фагонок 5,

СП

О О)

ю

и энергопоглотители 6 в вице горизонтальных стержней 7, прикрепленных к нижней части фасонок 5 и установленных с зазором 8 относительно ригелей 2, и упоров 9, которые расположены о двух сторон фасонок 5, жестко прикреплены к ригелям 2 и выполнены с отверстием 10 для установки концов стержней 7, стропильные фермы 11 и стационарные связи 12,

Отверстия 10 упоров 9 энергопоглотителей выполнены сквозными,а стержни 7 - с резьбой на концах пропущены концами в отверстия 10 и снабжены гайками 13 и контргайками 14. Первая гайка 13 на каждом конце стержня 7 установлена вплотную к упору 9, а последующие - с зазором 15 между собой и относительно первой гайки 13 и контргайки 14,

Величина о зазора 15 превышает прдельное перемещение от гайки 13 до полного разрушения резьбы.

Временное сопротивление RUB раз- рыву стали стержней 7 превышает временное сопротивление К м разрыву га

ъп

ек, которые выполнены различной толщины, уменьшающейся от пергой гайки 13 и определенной из соотношения

t

C-r0Y

t - толщина гайки 13;

С - величина суммарного пластического сопротивления карка- 35 са;

г - жесткость каркаса (его реак- о

ция на единичное перемещение) ;

vj - горизонтальное перемещение 40 стержня 7, соответствующее началу разрушения резьбы п-й гайки 13;

Г) - наружный диаметр резьбы гайки 13;45 Ср предельное сопротивление гайки 13 на срез.

В зазоре между гайками 13 могут ь размещены демпфирующие проклад16, жесткость которых определяет- 50 по формуле

r

PhjL(a I 2l ± 2™rIb5bb

Hh

в

для бескрановых зданий и по формуле

гз т;-(р-г Нб)

для зданий с крановым оборудованием,

66002

где

10

15

У

г„ - жесткость пакета прокладок 16 для одноэтажных зданий без кранового оборудования; жесткость пакета прокладок 16 для кранового здания: п - количество колонн 1 в продольном ряду колонны; Р - вертикальная нагрузка на колонну 1 ;

г к - жесткость колонн 1 при изгибе;

h - высота верхней части колонн 1 (длина колонн 1 от верха крановой консоли до верха здания);

Н - высота колонн 1. При этом толщина гаек определена из соотношения

t

УГп

(); D fp

Так как материал, из которого выполнен стержень 7, прочнее, чем материал, из которого выполнена гайка 13, в процессе сейсмического воздействия разрушается резьба гайки 13, а не стержня 7.

Так как толщина гаек 13 определена из соотношения

t

mtcp

величина суммарного упругопластичес- кого сопротивления каркаса постоянна и не зависит от его перемещения.

В общем случае после окончания сейсмических воздействий колонны 1 возвращаются в первоначальное положение за счет собственной упругости.

В том случае, когда для крановых

зданий г

т;

а для бескрановых зданий г,

Р/п-2. 2.

.. shrV

колонны 1 каркаса оказываются слишком гибкими и не могут вернуться в первоначальное положение за счет своей упругости.

В этом случае требуется установка в зазорах 15 между гайками 13 упругих демпфирующих прокладок 16, жесткости которых должны отвечать приведенным неравенствам.

Установленные на концах стержней 7 котргайки 14 служат ограничителем деформаций каркаса и их резьба не может быть разрушена при максимально- возможных нагрузках. Силы, возврата51Г

ющие каркас н первоначальное положение (фиг. 6 и 7), - это сшп- упругого сопротивления иэ Ибаемых колонн 1 и сжимаемых демпфирующих прокладок 16, а силы, препятствующие этому, горизонтальные составляющие от вертикальной нагрузки.

Металлический каркас сейсмостойкого здания работает следующим образом.

При интенсивных сейсмических воздействиях, в спектре которых преобладают периоды, равные или близкие периодам свободных колебаний сооружения, в продольном направлении происходит интенсивное нарастание инерционных сил и увеличение усилий, действующих на первую гайку 13, прижатую к фланцу. При дальнейшем нарастании инерционных сил первые ганки 13 среза ются, период собственных колебаний увеличивается и здание отстраивается от резонанса, что способствует дальнейшему снижению сейсмических нагрузок. В случае, если амплитуды колебания продолжают возрастать или при повторном сейсмическом воздействии, выбирается зазор уже между первой и следующей гайками 13, после чего работа сейсмостойкого каркаса вступает в следующую стадию, аналогичную первой. При этом происходит дальнейшее увеличение периода собственных колебаний здания и, как следствие, дальнейшее уменьшение сейсмических воздействий.

Таким образом, каркас имеет несколько уровней перестройки частот за счет последовательного отключения связей в виде гаек 13, что обеспечивает каскадный характер адаптивной системы и исключает возможность опасного резонансного состояния колеблющегося здания.

Кроме того, несущие способности гаек 13, последовательно включающихся в работу, подобраны таким образом, что величина суммарного упруго- пластического сопротивления продольного каркаса перемещениям, вызванным сейсмическими воздействиями,остается

постоянной. I

Так как в результате разрушения гаек 13 при пороговых нагрузках в графике R-Y возникает петля гистерезиса (фиг.8), можно утверждать, что гайки являются эффективным энергопоглотителем.На фиг. 8 изображен также график упругой реакции каркаса (ли

10

20

25

2

пня 17). Жесткость и предельная иг- сущая способность демпфирующих прикладок 16 такова, что гарантирует возвращение деформированШ Гх колонн 1 в первоначальное положение.

Кроме того, последовательное включение в работу демпфирующих прокладок 16 приводит к тому, что iрафик R максимально приближается к cio огибающей 18 и в идеале возможно их слияние. А это характеризует систему как наиболее оптимальную по матерм- алоемкости и надежности.

Последовательное включение в работу демпфирующих прокладок приводит к увеличению его податливости от лей- гтвия единичной нагрузки, что приводит к плаЕ ному демпфированию, исключающему удары, что иллюстрируется семейством графиков 19, веером сходящихся в одну точку.

Изобретение позволяет снизить металлоемкость каркаса промышленного сейсмостойкого знания зп счет уменьшения нагрузок на его -элементы и з-,; счет обеспечения погтоянной ны реакции каркаса на его перемещения при сейсмических воздействиях и каскадной адаптации каркаса с гарантией возвращения элементов карь аса в исходное положение.

Формула изобретения

1. Металлический связевый сейсмостойкого одноэтажного здания, включающий колонны и ригели,, оСра у- ющие ячейки, в которых раэмещд ; ы пап4Q ные наклонные связ и, верхними к щами прикрепленные к колоннам, а нижними - к ригелям посредством вертнкачь/ых фасонок и энергопоглотителей в виде горизонтальных стержней, прикреппен,с ных к нижней части фасонок и установленных с зазором относительно ригелей и упоров, которые расположены с двух сторон фасонок, жестко прикрьплены к ригелям и выполнены с отверстием для

,д установки концов стержней, о т л н- чающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости каркаса за счет 1 уменьшения нагрузок на его элементы, отверстие упоров каждого энергопоглотителя выполнено сквозным,а степ- жень - с резьбой на концах пропущен последними сквозь отверстия упоров и снабжен гайками и контргайками, при этом первая гайка на каждо;1 кон30

35

55

10

Л n

Р

15

ржня установлена вплотную у, а последующие - с заежду собой и относительно гайки и контргайки, причем везазора превышает предельное ение гайки до полного разру- г. езьбы, а временное сопротив- азрыву стали стержня превывременное сопротивление разаек, которые выполнены различщины, уменьшающейся от первой и определяемой из соотношения

4 -™ЈаХ.в-

7ЧГП ЦСсрЗ

- толщина гайки;.

величина суммарного пластического сопротивления каркаса;

жесткость каркаса; горизонтальное перемещение стержня, соответствующее началу разрушения резьбы п-й гайки;

наружный диаметр резьбы гайки;

предельное сопротивление гайки на срез, Каркас по п.1,отличаю-f

с я тем, что каждый энергопогло-30

титель ками, р гайками кладок

20

25

где г4

гк he

Н 3. К щийс каса зд толщина ния

t

а жестк из соо

г.

титель снабжен демпфирующими прокладками, размещенными в зазорах между гайками, а жесткость демпфирующих прокладок определена из соотношения

Pbji5r2lt-2PH i-ril -lliН - h

В

0

Л n

Р 5

г.

0

где г4 - жесткость пакета прокладок; количество колонн в продольном ряду каркаса; вертикальная нагрузка на ко лонну;

гк - жесткость колонн при изгибе; he - высота верхней части колонн;

Н - высота колонн. 3. Каркас, по п. 2, отличающийся тем, что при возведении каркаса здания с крановым оборудованием толщина гаек определена из соотношения

t

- (rj + re) Yn

f57vJ

а жесткость демпфирующих прокладок - из соотношения

-В..(р ru

).

Изобретение относится к металлическим связевым каркасам сейсмостойких одноэтажных зданий. Цель изобретения - снижение металлоемкости каркаса за счет уменьшения нагрузок на его элементы. Энергопоглотители в виде стержня прикреплены фасонкой к наклонным связям и упорами - к ригелю. Концы стержней имеют резьбу, пропущены концами сквозь отверстия в упорах и закреплены гайками и контргайками, между которыми выполнены зазоры. Величина последних превышает предельное перемещение первой гайки до полного разрушения резьбы. Временное сопротивление разрыву стали стержней превышает временное сопротивление разрыву гаек, а последние имеют различную толщину, уменьшающуюся от первой гайки к контргайкам. В зазорах между гайками размещены демпфирующие прокладки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

6 О

Фиг.1

о

Фиг. Z

Ts txi

41

t

v П

--Ob

-

I

&

20099 1