Сейсмостойкое здание

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИчсЮИХРЕСПУБЛИН А 19) Я 5 Е 04 В 9 ИСАНИЕ РЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТ С. Живехнически ельство СС34, 1978 здание по с я тем, ановлены с м напряжен о ие нормативног ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54) (57) 1. СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕпо авт. св. У 675138 о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью новьппения сейсмостойкости за счетгашения крутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличения возвратно-поступательного движения здания, надфундаментная конструкция выполнена с вертикальнымиканалами, размещенными по периметру конструкции и по ее вертикальной оси симметрии, а сейсмоизолирующий элемент - с наклонными и вертикальным каналами, соединенными с канала" ми надфундаментной конструкции и сходящимися в точке пересечения вертикальной оси симметрии с выпуклой поверхностью сейсмоизолирующего элемента, при этом здание снаб" жено арматурными пучками, заанкеренными в фундаменте, пропущенными в каналах сейсмоизолирующего элемента и надфундаментной конструкции и прикрепленными к последней в ее верхней части посредством пружинных амортизаторов.2. Сейсмостойкое п. 1,отличающеарматурные пучки учальный выравниваюв пределах 0,05-0,сопротивления.1142 б 08 Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциямсейсмостойких зданий, в том числеи высотных,По основному авт. св, В 675138известно сейсмостойкое здание,включающее Фундамент и надфундаментную конструкцию, между которыми размещен сейсмоизолирующий элемент, обращенная к фундаменту по- . 10верхность которого выполнен 4 сферической с вертикальной осью симметрии и с переменным радиусом, увеличивающимся от оси симметрии к краям поверхности, а центр кривизны 15любой ее точки расположен вышецентра тяжести здания 1.13.Недостатками этого сейсмостойкого здания являются низкие сейсмоизолирующие свойства и неэначительная возвращающая способность конструкции при действии и затуханиисейсмического воздействия.Известно, что здания небольшойвысоты (в 2-3 этажа) при сейсмическом воздействии испытывают в основном вертикальные и горизонтальныеколебания, В зданиях значительнойэтажности при сейсмическом воздействии наряду с указанными колебаниями З 0возникают значительные крутильныеколебания, возникающие в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси здания, Это приводитк кручению центрального ствола здания, например коробчатого ядра жесткости, с преждевременным его разрушением,ния. Надфундаментная конструкция 2 выполнена с вертикальными каналами . 8, размещенными по периметру конструкции и по ее вертикальной оси 5 симметрии. Сейсмоизолирующий элемент 3 выполнен с наклонными каналами 9 и с вертикальным каналом 10, соединенными с каналами 8 надфундаментной конструкции 2 и сходящимися в точке 11 пересечения вертикальной оси 5 симметрии со Таким образом, в высотном сейсмостойком здании совершенно не по 40 гашаются крутильные колебания, возникающие в горизонтальной плоскости относите,ьно вертикальной оси сооружения при сейсмическом воздействии.45 Кроме того, указанное здание при сейсмическом воздействии, отклоняясь на определенную величину, не вернется точно в свое исходное положение из-за несимметричного расположения временной нагрузки (снег, люди и т.д.) на половине здания, а также вследствие местного искривления сферической поверхности сейсмоизолирующего элемента в результате возникновения значительных контакт ных напряжений.Цель изобретения - повышение сейсмостойкости здания за счет гашения крутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличение возвратно-поступательного движения здания.Указанная цель достигается тем, что в сейсмостойком здании надфундаментная конструкция выполнена с вертикальными каналами, размещенными по периметру конструкции и по ее вертикальной оси симметрии, а сейсмоизолирующий элемент - с наклонными и вертикальным каналами соединенными с каналами надфундаментной конструкции и сходящимися в точке пересечения вертикальной оси симметрии с выпуклой поверхностью сейсмоизолирующего элемента, при этом здание снабжено арматурными пучками, заанкеренными в фун-, даменте, пропущенными в каналах сейсмоизолирующего элемента и надфундаментной конструкции и прикрепленными к последней в верхней части посредством пружинных амортизаторов.Арматурные пучки могут быть установлены с начальным выравнивающим напряжением в пределах 0,05-0,1 нормативного сопротивления.На Фиг. 1 схематически изображено здание, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 и 5 - кинематические схемы здаСейсмостойкое здание включает Фундамент 1 и надфундаментную конструкцию 2, между которыми разме- щен сейсмоизолирующий элемент 3, обращенная к фундаменту поверхность 4 которого выполнена сферической с вертикальной осью 5 симметрии с переменным радиусом, увеличивающимся от оси 5 симметрии к краям поверхности 4, с центром 6 кривизны любой ее точки, расположенным выше центра 7 тяжести здания.33 1142 сферической поверхностью 4 сейсмоизолирующего элемента 3.В каналах 8, 9 и 10 пр:.,щены арматурные пучки 12, заанкеренные в фундаменте 1 и прикрепленные к надфундаментной конструкции 2 в ее верхней части, например в техническом этаже 13, посредством пружинных амортизаторов 14, верхний конец которых заанкерен в покрытии 10 15 технического этажа 13.Для того, чтобы здание при незначительных сейсмических толчках не раскачивалось, могут быть установлены дополнительные опоры 16 в виде ломающихся при большой нагрузке подпорок или сильных пружин сжатия.Арматурные пучки 12 установлены с предварительным выравнивающим 20 напряжением в пределах 0,05-0,1 нормативного сопротивления с целью придания им строгой геометричности относительно оси пучка и оси каналообразователя, например для пучков, 25 включающих несколько сотен проволок, и для обеспечения выравнивания всех прядей пучков, например из семипроволочных прядей, при применении их в сейсмостойких зданиях.Принцип работы сейсмостойкого здания отражен в кинематических схемах на фиг. 3 и 4 и заключается в следующем. 608 4матурных пучках 12 при отклонениивертикальной оси С надфундаментнойконструкции 2 на угол сВ точке 11 усилие Я раскладывается на вертикальное И и горизонтальное Бр составляющие. Из строительной механики известно, что если наздание действует. усилие Н с,эксцентриситетом а, то в этом случаевозникает момент М., = М а который возвращает здание в первоначаль"ное состояние вследствие упругихдеформаций стали в.пружинах и сталь.ных пучках.Но так как в сейсмостойком здании центр 7 тяжести расположенниже центра 6 кривизны сферическойповерхности 4 сейсмоизолирующегоэлемента 3, то возвращению в исходное положение будет способствоватьсуммарный моментМ =М+М,где М - момент от действия собственного веса и временнойнагрузки,М - дополнительный возвращательный момент от действияусилий, развиваемых в напрягаемых пучках и пружинахпри отклонении вертикальной оси здания на уголпри сейсмическом воздействии.Действие двух возвращательных35моментов повышает сейсмостойкостьздания и восстанавливает его в первоначальное состояние. В случае значительных и длительных сейсмическихвоздействий (фиг. 4) возникнет соот-ветствующее горизонтальное усилие40ТТ под воздействием которого2 1вертикальная ось 5 здания отклонится на величину йпри этом первоначальная точка 11 опоры поднимает 45ся вверх на величину сР и переместится влево по горизонтальнойоси на величину аа и соответственно этому в точке 11 будет действовать усилие501 г Ила+ 1 агде Ипа И с 2 - усилия, развиваемыев пружинных амортизаторах 14 и арматурных пучках 12 при отклонениивертикальной оси 5 надфундаментнойн т к и 2 на угол 02При сейсмических толчках возникает горизонтальное усилие Т, под воздействием которого здание отклоняется от вертикальной оси 5 на ве. личину а,.(фиг. 3) или соответственно на угол Ы,. Сейсмоизолирующий элемент 3 с криволинейной поверхностью 4, жестко связанный с надфундаментной конструкцией 2, отклоняется влево от вертикальной оси 5 на величину а и займет новое положение (показано пунктиром) с точкой 17 опоры. При этом первоначальная точка 11 опоры поднимется вверх на величину Ю. Но такое отклонение возможно при условии, что пружинные амортизаторы 4 получают деформации д"а арматурные пучки 12 - удлинения У. Соответственно этому в точке 11 возникает суммарное усилие1 = 1, + 1 а,где Ир В- усилия, развиваемые в пружинных амортизаторах 14 и арко с ру циВ точке 11 усилие И раскладывается на составляющие И 2 и Ии в соответствии с ранее изложенной мето 1142 б 08, дикой возникает воэвращательный моментеМ = Иг агчисленно больший первоначального моментаМ, =Иа.Таким образом устанавливается определенная закономерность в конструктивном решении здания, а именно: с возрастанием сейсмического воздействия увеличивается отклонение вертикальной оси 5 здания на угол ог с и перемещение точки 11 опоры сейсмоизолирующего элемента на большую величину а 2а, но 15 одновременно с этим увеличивается суммарный сейсмопогашающий момент от веса здания с временной нагруз- о кой и усилий, возникающих в арматурных пучках и пруяянах. 20В случае. если высотное здание испытывает крутильные колебания в горизонтальной плоскости, пучки 12 закручиваются по,спирали, как пружина часового механизма, и в них 25 возникают усилия, возвращающие здание в первоначальное положение. На фиг. 5 показан фрагмент плана сечения сейсмоизолирующего элемен- . та 3, в котором в целях упрощения зО показан один канал 8. Там же показано, что напрягаемые пучки 12. проходя в вертикальных и наклонных каналах 8, 9 и 10, закручиваются при действии крутильных колебаний 18 на некоторый угол с .В соответствии с этим вертикальный канал 8 из первоначального положения А перейдет в состояние В. При этом, если длина пучка 12 в исход О ном состоянии на участке 11-Д равна 1, то при повороте сейсмоизолирующего элемента 3 длина пучка 12 увеличится и составит е:е +л1 оР П укр Пргде йчпр и - упругие деФормациирастянутых пучков научастке 11-А и по всейвысоте здания до щ)ужинных амортизаторов14 в техническом этаже 13,упр Пр - продольные деформациирастянутого пружинного амортизатора 14,В соответствии с этими деформациями в пучке 12 и пружинном амортизаторе 14 развивается усилие Икоторое будет больше первоначального исходного усилия И на участке 11-А.При дальнейшем увеличении сейсмического воздействия, соответственнои крутильного колебания, сейсмоизолирующий элемент 3 повернется наугол й г )о, и канал 8 из положенияЬ отойдет"в местоположение С, Этоотклонение вызовет удлинение пружинных амортизаторов 14 и упругихдеформаций пучков 12, в соответствии с этим в пучках 12 будут возникать усилия значительно больше,чем усилия в пучке 12 в положении В.Таким же образом в других пучках12 (условно не показанных) возникают усилия, которые и создают крутящий момент 19, погашающий сейсмическое воздействие в горизонтальнойплоскости и возвращающий зданиев исходное состояние,Изобретение позволяет повыситьсейсмостойкость здания к сейсмическим воздействиям за счет гашениякрутильных колебаний в горизонтальной плоскости и увеличения возвратно-поступательной способности всего здания в исходное положение.1142608 Рог оставитель Г. Ивановаехред Т.Дубинчак Корректор И,Му ор М. Петро Зека писно филиал.ППП "Патент", г. Ужгород, ул ектная, 4 677/30 Тираж 696 ПодВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раутская наб., д. 4/5