Сейсмостойкое основание здания, сооружения Советский патент 1992 года по МПК E02D27/34 E02D31/08 

Изобретение относится к строительству, в частности к сейсмостойким основаниям зданий, сооружений, возводимых на сильносжимаемых грунтах.

Известно основание под фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, состоящее из несущего слоя, выполненного в виде горизонтальных плит, разделенных слоем упругого материала, и жестко связанного с вертикальными слоями, заглубленными в грунт (1).

Однако это основание характеризуется низкими сейсмоизолирующими свойствами. Это объясняется тем, что геометрические размеры элементов основания не увязаны с физико-механическими сейсмическими характеристиками грунта и динамическими параметрами возводимого здания, сооружения.

Наиболее близким к описываемому изобретению является сейсмостойкое основание здания, сооружения, представляющее собой несущий слой из армированного вертикальными сваями грунта. Высота основания равна 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны, а общая площадь поперечного сечения свай составляет 8% и выше от общей площади основания (2).

Недостаток известного основания заключается в его недостаточных сейсмоизо- лирующих свойствах в случае, если представлено сильносжимаемыми грунтами.

х|

;о

:оо vi

:0

Цель изобретения - повышение сейсмо- изолирующих свойств основания из сильносжимаемых грунтов.

Поставленная цель достигается за счет того, что сейсмостойкое основание здания, сооружения, включающее несущий слой из армированного вертикальными сваями грунта и выполненное толщиной, равной 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны, снабжено дополнительным слоем в виде размещенной на уровне верхних торцов свай гравийно-галечнико- вой подушки, толщина которой определена из условия

Н(2 V0po-Vi/9i)

V2p2-Vipi

где h - толщина гравийно-галечниковой подушки;

Н - толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай;

Vopo - сейсмическая жесткость грунта естественного сложения;

Vi /9i - сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай;

- сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки.

На чертеже изображено описываемое сейсмостойкое основание, поперечный разрез.

Основание имеет гравийно-галечнико- вую подушку 1 и несущий слой 2 из железобетонных свай 3, заглубленных в грунт и контактирующих своими торцами с поду- шкой 1.

Толщина подушки h задается формулой H(2V0/Qo-Vi/Oi)

V2/P2-Vipl

где Н - толщина основания, равная сумме толщины подушки v лины свай и равная 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложе ч поперечной сейсмической волны;

V0 PO - сейсмическгя жесткость грунта естественного сложения;

Vi pi - сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай;

V2/Q2 -сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки.

При этом толщина основания равна 1/4 длины поперечной сейсмической волны, распространяющейся в грунте с частотой вынужденных колебаний при вибрации от промышленных источников либо с частотой, соответствующей частоте первого тона собственных колебаний здания или сооружения при сейсмических воздействиях.

Размеры основания в плане соизмеримы с длиной поперечной сейсмической волh

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ны, а общая площадь поперечного основания свай составляет 5-7% от общей площади основания. При уменьшении площади менее 5% положительный эффект резко снижается, а при увеличении более 7% возрастают трудозатраты и отмечается перерасход материалов.

Пример. Принимая размеры здания 12x30 м, чрстоту первого тона собственных колебаний здания 3,0 Гц, скорость распространения поперечной сейсмической волны V0 в естественном грунте 150 м/с, определяем : размеры искусственного основания I, которые выбираются соизмеримыми с длиной поперечной сейсмической волны:

I Я Vo/тзд 150:3,0 50 м.

При длине поперечной сейсмической волны м толщина основания Н 1/4 А 12,5 м. Сейсмическая жесткость естественного грунта VcyOo 240, сейсмическая жесткость грунта после заглубления свай Vi р 343, сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки V2/Q2 1400.

По формуле определяем толщину гравийно-галечниковой подушки

. 12.5(2x240-343) , R M

h1400-343 1 6м

Длина свай составляет Н - h 10,9 м.

Определяем общую площадь искусственного основания Si 50 х 50 2500 м2. Площадь поперечного сечения свай, принимаемая равной 5% от общей площади искусственного основания в плане, составит S2 2500x0,05 125м2. Принимая поперечное сечение одной сваи Зз 0,09 м2, определяем их количество п 125: 0,09 1389 шт.

После отрывки котлована и забивки свай устраивается гравийно-галечниковая подушка. Если до устройства основания частота вынужденных колебаний грунта совпадала с частотой первого тона собственных колебаний здания, то после возведения основания явление резонанса исключается за счет смещения частоты вынужденных колебаний грунта в более высокочастотную область.

Так,среднее значение скорости распространения поперечных волн в основании равно

/ -h V2(H-h)Vi 1,6x700-10,9x19 VCpsjqT g

259,6 м/с.

а частота искусственного основания толщиной 12,5 м составляет: Уср 259.6 ,

госн

4 Н 50,0

5,2 Гц,

т.е. в 1,7 раза больше частоты первого тона свободных колебаний здания, что исключает резонанс.

Выбор общей площади поперечного сечения свай, составляющей 5% от общей площади основания, позволяет увеличить плотность и, соответственно, жесткость последнего и снизить уровень колебаний на поверхности.

Наличие в верхней части основания гра- вийно-галечниковой подушки определенной толщины, сейсмическая жесткость которой превышает сейсмическую жесткость нижележащего сильносжимаемого грунта, создает дополнительный отражающий эффект и в результате снижает уровень сейсмических колебаний на частотах, соответствующих преобладающим частотам колебаний естественного грунта.

Описываемое техническое решение характеризуется большими вибро- и сейсмои- золирующими свойствами за счет оптимального выбора размеров элементов основания с учетом физико-механических сейсмических характеристик грунта и динамических параметров здания.

Формула изобретения

Сейсмостойкое основание здания, сооружения, включающее несущий слой из ар0

5

0

5

мированного вертикальными сваями грунта и выполненное толщиной, равной 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны, отличающееся тем, что, с целью повышения сейсмоизоли- рующих свойств основания из сильносжимаемых грунтов, основание снабжено дополнительным слоем в виде размещенной на уроене верхних торцов свай гравий- но-галеч 1 пковой подушки, толщина которой определена из условия

Н(2 Vopo-Vi/oi)

V2/9Z-V1/3

где h - толщина гравийно-галечниковой подушки;

Н - толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай и 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны;

VO/OQ - сейсмическая жесткость грунта естественного сложения;

Vi p - сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай;

V2 pi - сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки.

Использование: возведение сейсмостойких здани сооружений на сильносжимаемых грунтах. Сущность изобретения: сейсмостойкое основание состоит из гравийно-галечниковой подушки и несущего слоя. Несущий слой выполнен из свай. Общая площадь поперечного сечения свай составляет 5-7% от общей площади основания. Толщина гравийно-галечнико- вой подушки определена из условия h H(2Vcy00 - Vi p )/(V2 pi - Vi pi ), где h - толщина гравийно-галечниковой подушки; H - толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай; - сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай; Va pi - сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки. Толщина основания назначается равной 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны. Размеры основания в плане соизмеримы с длиной сейсмической волны. 1 ил. Ё

Ч///Л

т

A % Ч. ъ° А Д о д

с :-- л вд. л . ,

о . . о .-, - . . А- °

л. &. «. AI С Л « с А Р ,-Д ji А.

т

/// //S

-