Металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания Советский патент 1982 года по МПК E04H9/02 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в каркасах зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах и на посадочных территориях, а также для компенсации температурных воздействий.

Известны связевые каркасы, включающие колонны, ригели и наклонные расположенные связи, образующие вертикальные диафрагмы для обеспечения горизонтальной жесткости 1.

Недостатком таких каркасов является то, что при перегрузках в работу включаются лишь растянутые элементы связей. При возникновении в них растягивающих усилий, превышающих предел текучести, в растянутых элементах связей развиваются остаточные удлинения, которые не исчезают при перемене знака усилия в элементах связей во время циклических знакопеременных перегрузок каркаса. В связях постепенно накапливаются остаточные удлинения, и их несущая способность снижается, связи включаются в работу рывком, что может привести к разрушению каркаса.

Наиболее близким техническим решением является металлический каркас

сейсмостойкого многоэтажного здания, включающий колонны и ригели, образующие ячейки, и размещенные в них наклонные связи, снабженные дополнительным элементом, расположенным в углах ячеек и соединенным с колонной, ригелем и связью с помощью фасонок 2.

Недостатками такого каркаса являются сложность выполнения дополни10тельного элемента - энергопоглотителя для восприятия значительных сил, возникающих в связях при перегрузках; большая податливость изгибаемых элементов энергопоглотителя, ведущая

15 к возникновению в несущих конструкциях дополнительных усилий при смещении ячеек, и малая удельная энергоемкость в связи с тем, что энергию внешних воздействий поглощают лшиь

20 максимальные участки энергопоглотителей- , в которых развиваются пластические деформации, следствием этого является их повышенная металлоемкость .

25

Цель изобретения - повышение надежности работы каркаса при сейсмических перегрузках, неравномерных просадках основания и теьтературных

30 воздействиях, увеличение жесткости

каркаса и снижение металлоемкости каркаса.

Поставленная цель достигается тем, что в металличес(к:ом каркасе сейсмостойкого многоэтажного здания, включающем колонны и ригели,- образующие ячейки, и размещенные S них наклонные связи, снабженные дополнительным элементом - энергопоглотит.елем, расположенным -в углах ячеек и соединенным с колонной ригелем и связью с помощью фасонок, каждый дополнительный элемент выполнен в виде отрезка двутавра, причем параметры стенки двутавра определены по формулам:

а (2,0 - 3,0)h; Л 50;

d Лёт

где а - длина стенки, см;

li - высота стенки, см,

o - толщина стенки, см,

Я - гибкость стенки;

предел текучести материала стенки, кН/см ;

N - усилие в связи, кН. На фиг. 1 изображена схема каркаса на фиг, 2 - узел I на фиг, 1 (вариант с колонной коробчатого сечения); на фиг, 3 - разрез А-А на фиг, 2; на фиг, 4 - узел I на фиг, 1 (вариант с колонной двутаврового сечения); нафиг, 5 - разрез Б-Б на фиг, 4, .

Металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания включает . колонны 1 и ригели 2, образующие ячейки 3, и наклонные связи 4, уста-; новленные в ячейках 3 и снабженные i дополнительными элементами - энергопоглотителями 5, I

Энергопоглотители 5 установлены в углах ячеек 3, прикреплены к колоннам 1, ригелям 2 и связям 4 с помощью фасонок б и 7 и выполнены в виде отрезков двутавров,

Сесение несущих элементов каркаса 1,,2 и 4 подбирается таким образом, чтобы в момент, когда в стенке 8 двутавров-энергоносителей от сдвигающих усилий пластические деформации д остигают заданного уровня, напряжения в колоннах 1, ригелях 2 и свя: ях 4 не превышают расчетных. Сечение связей 4 подбирают так, чтобы энергопоглотители 5 рдновременно работали в обоих направлениях как от растягивающих, так и от сжимающих усилий, Фасонки б и 7 служат для передачи усилий от связей 4 на несущие конструкции 1 и 2 -через отрезок двутавра, а также предохраняют стен-; ку 8 двутавра от потери устойчивоети. Параметры стенки 8 двутаврового отрезка назначаются по формулам:

h rf

а i (2,0 - 3,0)hi 50; 1Г

сЛ.

где а - длина стенки, см; h - высота стенки, см; f - толщина стенки, см, 0 Л - гибкость стенкиj

N - усилие в связи, кН,

дт предел текучести материала

стенки, кН/см,

При сейсмических колебаниях или 5 периодических температурных воздействиях в каркасе по -направлению наклонных связей 4 возникают усилия растяжения или сжатия, передающиеся через фасонки 6 на стенку 8, в 0 которой развиваются сдвиговые пластические деформации, на что затрачивается часть энергии внешнего воздействия. Ограниченная величина усилия передается через фасонки 7 на 5несущие конструкции каркаса 1 и 2, При изменении направления перегрузки I знак усилия в связях 4 изменяется на противоположный, В элементах узла 1 сдвигающие усилия падают до нуля, 0 после чего увеличиваются, сдвигая стенку 8 в противоположном направлении. При этом остаточные деформации, возникающие в предыдущем полуцикле в элементах уэла 1, исчезают, и разс виваются сдвиговые деформации противоположного знака. При односторонних перегрузках, например, от неравномерной осадки основания, в элементах узла 1 развиваются одно.,. значные пластические деформации, стенка 8 остается в деформированном состоянии. Усилия в элементах каркаса 1, 2 и 4 при рассматриваемых перегрузках не превышают расчетных, связи 4 сохраняют устойчивость и не 45 получают остаточных удлинений,

Экспериментальные исследования по изучению энергопоглощающих элементов, работающих на сдвиг, показысп вают их высокую надежность и стабильность работы вплоть до разрушения, а также высокую удельную энергоемкость, что объясняется развитием равномерных сдвиговых пластинных деформаций во всем объеме металла стенки 8,

При необходимости увеличения податливости энергопоглотителя 5 он может быть выполнен из материала с меньшим модулем упругости, например.

сплавов алюминия, меди и т,п,, а

для увеличения надежности работы рекомендуется уменьшать количество сварных швов, приводящих в околошовной зоне к перекристаллизации металла и снижению пластичности этих