Многоэтажное сейсмостойкое здание Советский патент 1982 года по МПК E04H9/02 

154) МНОГОЭТАЖНОЕ СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений в сейсмических районах с расчетной cejlсмичностью семь и более баллов.

Известно многоэтажное сейсмостойкое здание с пространственно жесткими верхними этажами, опертыми на .гибкие в горизонтальном направлении стойки нижнего этажа, между которыми установлены связевые панели, прикрепленные к ним с возможностью отключения при сейсмических воздействиях. Отключение достигается разрушением связевых панелей l.

Недостатком такого здания является то, что связевые панели после каждого сейсмического воздействия разрушаются и их требуется восстанавливать.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является многозтажное сейсмостойкое здание с пространственно жесткими верхними этажс1ми и гибким нижним этажом, выполненным из строительных блоков высотой на этаж, соединенных между собой ступенчатыми шпонками из вязкопластичного материала, например асфальтобетонной композиции. Восстановление

ступенчатых шпонок в случае их разрушения происходит самопроизвольно под действием собственного веса с и пластичности асфальто-бетонной .композиции.

Недостатком такого здания является медленное самовосстановление шпонок, и при нескольких сейсми Q ческих толчках, следуемых один за другим, шпонка не успеет восстан овиться и здание может получить значительные деформации.

Цель изобретения - повышение сейсмостойкости путем обеспечения мгновенного включения связей после колебаний.

Указанная цель достигается тем, что в многоэтажном сейсмостойком п здании с пространственно жесткими верхними этажами и гибким нижним этажом, снабженным выключающимися связями, размещенными между стойками двух взаимно перпендикулярных направлениях, каждая выключа19щаяся

25 связь выполнена в виде однопролетных стержней с консолями, имеющими одну шарнирную и одну.свободную опоры, при этом консоль,ближняя к стойке, расположена под углом к

последней от О до 90 в вертикаль30

ной плоскости, а противоположная консоль пригружена.

На фиг,1 показана одностержневая выключающаяся связь с прямым стержнем; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 на фиг.З - связь с изогнутым стержнем; на фиг.4 - связь с наклонной, гранью гибкой стойки нижнего этажа; на фиг.5 - связь с криволинейной поверхностью гибкой стойки; на фиг.6 - то же, с изогнутым стержнем на фиг.7 - взаимодействие системы; на фиг.8 - план выключающихся связей на фиг.9 - разрез Б-Б на фиг.8; на фиг.10 - узел I на фиг.9; на фиг.11 схема действия сил на включающуюся связь в точке касания; на фиг.12 зависимость изменения горизонтальног усилия от перемещения гибкой стойки здания.

Выключающаяся связь состоит из стержней 1 с двумя консолями с одной шарнирной опорой 2 и свободной опорой 3, длинный конец которого загружен силой Р и свободно Лежит на опоре 3, консоль, ближняя к стойке, расположена в вертикальной плоскости ,под углом oL к грани гибкой стойки 4 нижнего этажа и соприкасается с ней в точке а. Угол «, .который может, назначаться в пределах от О до 90, создается за счет наклона к горизонтали всего стержня 1, короткого его конца, путем устройства на грани стойки 4 напротив стержня наклонной плоскости 5, или криволинейной поверхности б, а также за счет сочетания, например, криволинейной поверхности и наклона короткого конца стержня.

Стержни сблокированы на одну шарнирную опору 2, концы которой через специальные муфты 7 крепятся к опорной ферме 8. Ферма выполнена из железобетона или прокатного металла и установлена нижним поясом в распор.на фундаменты 9 стоек и служит для передачи на них усилий, возникающих в опоре 2 при изгибе стойки. Муфта 7 снабжена горизонтальным, и вертиксшьным винтовыми упорами , с помощью которых регулируется положение стержней с точностью до 0,5 мм. Крепятся муфты к верхнему поясу, фермы болтами или электросваркой. Здесь же устанавливается и свободная опора 3.

Для создания прйгруза на консоли, удаленные от стоек, навешиваются грузы 10 на стальных подвесках 11. Грузы выполняются в виде гирь-дисков из металла или бетона.

.Стержни взаимодействуют со стойкой через стальной упор, состоящий из наклонной плоскости 5, которая в .точке касания переходит в круглоцилиндрическую поверхность 6 и затем, в нижнем положении, - в горизонтальную плоскость 12. Стержни в точке касания также имеют круглоцилин-у дрическую поверхность. .

Стержни 1, шарниры 2, муфты 7, грузы 10 и т.д. должны изготавливаться в заводских условиях, опорная ферма 8 может быть изготовлена на месте.

Сущность действия выключающейся связи состоит в следующем.

В статическом состоянии здание с выключающимися связями представляет жесткую систему с низкими величинами периодов собственных колебаний. При землетрясении с преобладанием периодов колебаний грунта, близких к периодам собственных колебаний здания, вследствие резонансного эффекта нарастают с1мплитуды колебания здания, гибкие стойки нижнего этажа под действием гориз.онталных сейсмических нагрузок Не изгибаются и вступают во взаимодействие со связями. В начальный момент взаимодействия сила H, , которая в статическом состоянии уравновешивается реакцией R опоры 3, создает за счет угла Oil горизонтальное усилие Нр, действующее в направлении, обратном перемещению гибкой стойки 4. Последующее перемещение вызывает поворот стержня 1 вокруг шарнирной опоры 2, вследствие чего усилие Нр уменьшается и, таким образом, связь частично или полностью отключается. В случае криволинейной поверхности б можно даже при незначительном повороте стержня (порядка 2-3°) добиться полного отключения связи () за счет резкого изменения направления равнодействующей по поверхности 6. При перемещейии гибкой стойки в обратном направлении стержень под действием силы Р мгновно занимает первоначальное положени и, таким образом, связь вновь включается.

Для обеспечения большей адаптации здания к сейсмическим воздействиям в каждой связи применяется не один, а несколько стержней, создающих различные по величине усилия Нр за счет разных значений сил Р при одинаковой длине стержней или разных стержней при одинаковых силах. По ртнсхаению к грани стойки стержни в горизонтальной плоскости располагаются ступенчато, с зазорами С, обеспечивакицими податливость здания при землетрясении. Зазоры назначаются в зависимости от расчетной сейслй1ческой нагрузки и жесткости гибкой стойки, а силы Р и расстояние .между опорами расчитываются на основании величины предполагаемого горизонтального сейсмического воздействия HC на гибкую стойку (условие ) с учетом сил трения, возникающих при взаимодействии системы, и возможности одновременного взаимодействия со стойкой одного или сразу нескольких стержней.

Количество стоек с выключаюыимися связями для всего здания назначается расчетом в зависимости от сейсмического воздействия и податливости, здания в горизонтальном направлении. Для восприятия сейсмических воздействий с любой стороны, выключающиеся связи устанавливаются по контуру поперечного сечения гибкой стойки 4, например по четырем граням стойки квадратного сечения.

При перемещении стойки 4 вправо происходит проскальзывание одной круглоцилиндрической поверхности по другой, в результате чего стержень 1 поворачивается вокруг шарнира 2 и происходит изменение направления и уменьшение равнодействующей N. Это обуславливает .уменьшение горизонтального усилия Нр, т.е. частичное или полное отключение связи.

Подбор груза Р осуществляется по формуле

Р H(ctgoC-f)- т Формула изобретения Многоэтажное сейсмостойкое здание с пространственно жесткими верхними этсиками и гибким нижним этажом, снаб женным выключающимися связями, размещенными между стойками в двух, взаимно перпендикулярных направлениях, отличающееся тем, что, с целью повышения сейсмостойкости путем обеспечения мгновенного включения связей после колебаний, каждая выключающаяся связь выполиег на в виде однопролетных стержней с двумя консолями, имеющими одну шаргде - - соотношение короткого и длинного концов стержня 1; f - коэффициент трения.

Формула выведена из условия равенства нулю суммы моментов сил, действующих на стержень, относительно шарнира 2, а именно: Т и Н - вертикальной и горизонтальной составляющих равнодействующей (нормальной к поверхности) силы.Н; F - силы трения

0 равной Nf; Р - силы, действующей на длинном конце стержня.

Значения расчетных параметров и результаты расчета представлены в таблице.

Предложенная конструкция выключгио5щихся связей позволяет автоматически менять жесткость гибких стоек нижнего этажа. При перемещении стойки лишь на 1 мм горизонтсшьное усилие . HC уменьшается в 9,6 раз,при переме0щении на 2 мм - в 18 раз и т.д.

Применение стержневой системы в качестве выключгиощихся. связей многократного действия позволяет наибо-. лее рационально адаптировать здания

5 к сейсмическим воздействиям. Экономия достигается за счет применения облегченных конструкций стоек нижнего этажа, обеспечения сохранности зданий от сейсмических воздейст0вий и сокращения ремонтных работ, необходимых для восстановления здания, на сумму до 3% от сметной стоимости. нирную и одну свободную опоры, при этом консоль, ближняя к стойке, расположена под углом к последней от О до 90 в вертикальной плоскости, а противоположная консоль пригружена. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 371335, кл. Е 04 Н 9/02, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР 554387, кл. Е 04 Н 9/02, 1974.

L6

a

kr

в

ЧЭ

в

бмм