Каркас сейсмостойкого здания Советский патент 1993 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к.строительству и может быть использовано при возведении сейсмостойких зданий.

Известен связевой каркас сейсмостойкого здания, включающий колонны, ригели и диагональные перекрестные связи, на пересечении которых размещен прямоугольный стержневой контур, предназначенный для повышения надежности работы каркаса за счет развития в его элементах знакопеременных пластических деформаций.

Недостатком такой конструкции каркаса является наличие жестко соединенных входящих углов в прямоугольном контуре, где возникает высокая концентрация напряжений, вызывающая сквозные трещины и резкое снижение несущей способности связей и их разрушение.

Известен каркас сейсмостойкого здания, включающий колонны и ригели, образующие ячейки и размещенные в них по диагоналям связи, объединенные замкнутым контуром, расположенным в центре

ячеек и жестко прикрепленным к связям, Замкнутый контур выполнен в виде кольца.

Недостатком такого каркаса является пониженная надежность при больших уровнях сейсмического воздействия, кольцевой контур претерпевает значительные деформации. Снижению сейсмостойкости способствует и жесткое соединение контура с ветвями связей. При сейсмических знакопеременных нагрузках в этих узлах появляются сквозные трещины, приводящие к резкому снижению несущей способности.

К недостаткам этого решения следует отнести и сложность изготовления стального кольцевого контура.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному решению является каркас сейсмостойкого сооружения, включающий образующие ячейки колонны и ригели и размещенные в ячейках перекрестные диагональные связи, объединенные расположенным в центре ячейки прямоугольным

ел

У.

1 о

о

стержневым контуром, к углам которого прикреплены концы диагональных связей, а стержни рамки между собой соединены посредством цилиндрических упругопла- стических шарниров, полости которых заполнены пластическим материалом.

Недостатком этого решения является то, что при развитии в цилиндрических шарнирах пластических деформаций в каркасе нет элементов, работающих в упругой стадии, способных возвратить каркас в первоначальное вертикальное положение. При этом будет происходить накопление недопустимых односторонних деформаций, в результате чего может происходить разрушение каркаса не только от сейсмических нагрузок, но и от ветровых нагрузок, воздействующих на каркас постоянно. Из-за больших крутящих моментов, возникающих в упру- гопластических цилиндрических шарнирах, стержни прямоугольного контура будут испытывать большие изгибающие усилия, для восприятия которых потребуется сечение их увеличить на порядок.

Цель изобретения - повышение надежности каркаса при сейсмических перегрузках .и снижение материалоемкости и трудоемкости монтажа.

Указанная цель достигается тем, что в каркасе сейсмостойкого здания, включающем колонны и ригели, образующие ячейки, в которых размещены наклонные предварительно-напряженные связи, прикрепленные одним концом в углах ячеек, а другим концом объединенные в центре каждой ячейки прямоугольным контуром с горизонтальными стержнями и шарнирно соединенные с узлами шарнирного крепления стержней и вертикальных элементов контура, вертикальные элементы контуров выполнены в виде растянутых пружин, а узлы крепления последних со стержнями размещены между диагоналями ячеек и колонна- .ми, причем связи шарнирно соединены с колоннами.

На фиг.1 изображена ячейка каркаса сейсмостойкого одноэтажного здания; на фиг.2 - ячейка каркаса сейсмостойкого многоэтажного здания; на фиг.З - ячейка каркаса с положением ее элементов до и во время сейсмических воздействий.

Каркас здания включает колонны 1 и ригели 2, образующие ячейки 3, в которых размещены наклонные предварительно-напряженные связи 4, прикрепленные одним концом в углах ячеек к колоннам 1 шарниром 5, а другим концом 6 к прямоугольному контуру 7, расположенному в центре ячейки и состоящему из горизонтальных стержней

8 и вертикальных элементов в виде растянутых пружин 9.

Работа каркаса сейсмостойкого здания осуществляется следующим образом. При

действии на каркас горизонтальной нагрузки верхние ветви наклонных связей 4 и верхний стержень 8 контура 7 поступательно перемещаются, увеличивая растяжение вертикальных элементов 9 контура 7,

0 На фиг.З показано положение элементов связевой ячейки 3 в момент воздействия горизонтальной нагрузки слева направо. Усилия, возникающие в наклонных связях 4, передаются прямоугольному контуру 7 и из5 меняют вертикальное расстояние между концами пружины 9 и, таким образом, происходит растяжение пружин 9. Деформация пружин 9 сопровождается поглощением энергии сейсмического воздействия. При0 чем, величина поглощения энергии зависит от жесткости пружин 9 и может изменяться в широких пределах.

Увеличивает эффект снижения сейсмической нагрузки и расположение узлов 6

5 между колонной 1 и диагональю ячейки 3. Благодаря такому расположению узлов б усилие, передаваемое наклонной ветвью 4 элементам прямоугольного контура 7, перераспределяется: на вертикальные элементы

0 9 усилие увеличивается, а на горизонтальные стержни 7 уменьшается. В результате этого можно путем подбора жесткости пружин 9 и расположения узлов 6 уменьшить величину сейсмического воздействия на

5 здания.

За счет того, что жесткость связей можно менять в широких пределах, в результате оптимального проектирования можно уменьшить вес и количество связей. В каче0 стве пружин можно использовать готовые стандартные пружины растяжения, широко используемые, например, в машиностроении.

Формула изобретения

5 Каркас сейсмостойкого здания, включающий колонны и ригели, образующие ячейки, в которых размещены накло нные предварительно-напряженные связи, прикрепленные одним концом в углах ячеек, а

0 другим концом объединенные в центре каждой ячейки прямоугольным контуром с гори- зонтальными стержнями и шарнирно соединенные с узлами шарнирного крепления стержней и вертикальных элементов

5 контура, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности каркаса при сейсмических перегрузках и снижения материалоемкости и трудоемкости монтажа, вертикальные элементы контуров выполнены в виде растянутых пружин, а узлы крепления последних со стержнями размещены причем связи шарнирно соединены с колон- между диагоналями ячеек и колоннами, нами.

Использование: строительство каркасов сейсмостойких зданий. Сущность изобрете2 ния: в ячейках, образованных колоннами и ригелями, размещены наклонные предварительно-напряженные связи. Они прикреплены одним концом в углах ячеек, а другим обеъдинены в центре ячеек прямоугольным контуром с горизонтальными стержнями и вертикальными элементами, шарнирно соединенными с последними. Вертикальные элементы контуров выполнены в виде пружин, узлы крепления которых со стержнями размещены между диагоналями ячеек и колонн. Связи шарнирно соединены с колоннами и с узлами соединения стержней и пружин ячеек. 3 ил.

Фиг. 6