Металлическая сквозная колонна сейсмостойкого каркаса Советский патент 1982 года по МПК E04C3/32 

1

Изобретение относится к строительству и может быть использовано . в каркасных зданиях, возводимых в сейсмических районах.

Известны сплошные колонны, используемые в несущих каркасах при строительстве Зданий в сейсмических -J районах t11.

Недостатком таких колонн является то, что при деформациях колонн под нагрузкой, вызванной сейсмостойким толчком, невозможно использовать пластические свойства материала конструкции, поскольку при напряжениях, превышающих расчётные сопротивления, образование шарниров пластичности в колоннах может привести к обруше ;. нию здания.

Развитие же пластических деформаций в конструкциях, -воспринимающих сейсмические нагрузки, приводит к необратимому поглощению энергии внешнего воздействия, повышению характеристик затухания колебаний и тем самым, наряду с уменьшением уров ня сейсмических сил, значительно повышает сейсмостойкость каркаса здания при возможных перегрузках во время землетрясения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является металлическая сквозная колонна сейсмоto стойкости каркаса, включающая ветви, соединенные между собой раскосной решеткой С23.

Ветви и решетка образуют в плоскости колонны ферму с параллельными ts поясами, все элементы которой при действии нагрузок работают на осевые усилия. В ветвях колонны возникают продольные усилия от расчетных нормальных сил и изгибающих моментов. 20,Поперечная сила воспринимается решеткой.

Работа всех элементов конструкции на.осевые усилия значительно 6граничивает условия для развития в системе знакопеременных пластических деформаций. Так растяжение за пределами упругости материала любого элемента сквозной конструкции будет сопровождаться остаточными удлинениями, которые не исчезнут при смене в процессе колебания здания знака усилия на противоположный.При этом перераспределение усилий в элементах колонны вызовет увеличение усилий в сжатых стержнях, что приев дет к потере их устойчивости и исчерпанию несущей способности всей ко лонны. Таким образом, недостатком этой .колонны является то, что изтза огра Циченной возможности развития пласти ческих деформаций не используются резервы несущей способности материала колонны, кроме того, конструкция обладает пониженной способностью к поглощениям энергии внешнего воздействия и, в целом, снижается надежность работы каркаса здания при действии знакопеременных сейсмических нагрузок.. Цель изобретения - повышение сейсмостойкости каркаса за .счет обесп.ечения развития упруго-пластических деформаций в элементах колонь каркаса. Эта цель достигается тем, что в металлической сквозной колонне сейсмостойкого каркаса, включающей ветви, соединенные между собой раскосной решеткой, последняя выполнена с дополнительными прямолинейными элементами , шарнирно соединенными с вет вями колонны и раскосами решетки, причем раскосы к прямолинейным элементам прикреплены эксцентрично со смещением осей. На фиг. 1 изображена металлическая сквозная колонна сейсмостойкого каркаса; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1 (деформированное состояние); на фиг. 3 дополнительный прямолинейный элемент; на фиг. k - сечение А-А на фиг. 3Колонна, включающая две ветви 1, связанные между собой соединительно решеткой 2, снабжена дополнительным прямолинейным элементом 3. шарнирно соединенным с ветвями и решеткой колонны. Дополнительный элемент 3 выполня ется из стержней двутаврового сече934 ния. Для колонн с решеткой, расположенной по оси сечения, аналогичный дополнительный элемент 3 будет одиночным, Присоединение элемента 3 к ветвям 1и решётке 2 осуществляется посредством узловых фасонок k, обеспечивающих шарнирное соединение элементов. Пояса двутавров элемента 3 выполняются переменной ширины, что обеспечивает одинаковый уровень нормальных напояжений в сечениях элемента при его изгибе от действия внешних нагрузок. Эксцентриситет крепления решетки 2 к элементу 3 образуется путем деления расстояния между ветвями I, равного ширине колонны В, на три части. Сквозная колонна работает как ферма с параллельными поясами. От действующих на колонну расчетных усилий в ее ветвях и решетке возникают продольные усилия. Дополнительный же элемент 3 за счет эксцентричного прикрепления к нему решетки 2 при этом будет изгибаться. Расчетная схем.а элемента 3 может быть представлена в виде однопролетной балочки, нагруженной сосредоточенными силами от действия усилий в решетке, опорами для которой служат ветви колонны. Сечения элементов 1 и 2колонны подбираются по расчетным усилиям таким образом, чтобы при нагрузках основного и особого сочетаний они работали только в упругой стадии. Элемент же 3 законструирован так, что при действии сейсмических нагрузок, превышающих нагрузки основного сочетания, изгиб элемента будет сопровождаться развитием пластических деформаций в его сечениях. Поскольку элемент 3 расчитан на действие сейсмических нагрузок по пластическому моменту сопротивления и пояса двутавров элемента имеют пег ременную ширину, пластические деформации будут развиваться в сечениях, практически, от колонны до узлов крепления решетки, т.е. в большом объеме металла (зона С на фиг. 3) Под действием нагрузок основного сочетания элемент 3. также как ветви и решетка,, работают упруго. Таким образом, при землетрясе..НИИ, сопровождаетсявыфвыф НИИ, сопровождающемся знакопеременными,-горизонтальными нагрузками,в элементе 3 будут возникать переменные по знаку изгибающие моменты и соответствующие им напряжения, равные пределу текучести материала кон струкций. Такая работа конструкций характеризуется 11оглощением значительной части энергии внешнего сейс мического воздействия, что повышает сейсмостойкость сооружения, ограничивает рост усилий в основных несущих элементах. Частота установки дополнительного элемента 3 т.е. их количество, определяется в зависимости от расчетной сейсмичности. При различной интенсивности сейсмического воздейс ВИЯ (7i 8 или 9 баллов) сооружению будет сообщаться различная по величине кинетическая энергия. Часть этой энергии будет расходоваться на деформирование элементов, работающи упруго, другая часть - поглотится при развитии пластических деформаций . EctecTBeHHO, чем выше расчетная сейсмичность, тем больше в колонне потребуется элементов, способных ра ботать в упруго-пластической стадии. Поскольку элементы 3 работают на изгиб, то потребное их число может быть определено через энергоемKQCT Ь. Установку элементов 3 следует про изводить в нижней части колонны,что позволит при наличии в них после землетрясения остаточных деформаций выполнить восстановительный ремонт без значительных трудозатрат. Преимуществом изобретения йвляет ся то, что в предлагаемой конструкции колонны создаются условия для развития знакопеременных пластичесU 6 ких деформаций, способствующих по глощению энергии внешних воздействий, что приводит -к снижению уровня сейсмических сил и повышению сейсностойкости кёркаса здания в целом. Снижение сейсмической нагрузки может составлять 20-30 благодаря чему достигаетсяуменьшение расхода металла на каркас здания на . Формула изобретения Неталлйческая сквозная колонна сейсмостойкого каркаса, включающая ветви, соединенные между собой раскосной решеткой, отличающаяс я тем, что, с целью повышения сейсмостойкости каркаса, решетка колонны выполнена с дополнительными п1эямолинейными элементами ,шарнирно соединенными с ветвями колонны и раскосами решетки, причем раскосы к прямолинейным элементам прикреплены эксцентрично со смещением осей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Колонны для зданий с мостовыми и подвесными кранами. Сер. 1. 00-13 Стальные конструкции одноэтажных производственных зданий для условий строительства БАМа. Вып. 3- М., ЦНИИПроектстальконструкция,197б, Черт. КМ лист.2. 2.Колонны для зданий высотой от 10,8 до 18,0 м в районах сейсмичностью и 9 баллов. Типовая сер. 1.. Стальные колонны одноэтажных производственных зданий. Вып.З. M.f ЦНИИПроектстальконструкция, . Черт.. КМ лист 1 .

Фиг. 2

Т XI