СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ

Предлагаемая полезная модель относится к области строительства и может быть использована при возведении зданий и сооружений в сейсмоопасных районах.
Известно сейсмостойкое здание, содержащее здание и фундаментную плиту, подвешенную к фундаменту на стержнях (см. RU №2129644, кл. Е04Н 9/00, 1996 г.).
Недостатком указанного сейсмостойкого здания является повышенная трудоемкость работ, связанная с монтажом упругого подвеса, устанавливаемого между фундаментной плитой и перекрытием нижнего этажа здания.
Известно сейсмостойкое здание, включающее фундамент, пространственно жесткие верхние этажи, перекрытие и гибкие стойки нижнего этажа, между которыми размещены выключающиеся связи в виде арочных элементов, шарнирно соединенных с фундаментом и в замке с перекрытием, причем в узлах соединения между поверхностями сопряжения стыкуемых элементов помещена упругая прокладка (см.SU №922258, кл. Е04Н 9/02, Е04Н 5/02, 1982 г.). Эта конструкция, по заявлениям авторов, обеспечивает возможность сооружения многоэтажных сейсмостойких зданий, однако она имеет следующие недостатки: малая устойчивость сооружения при действии горизонтальных нагрузок, особенно, от ветра; арочные элементы не воспринимают растягивающих усилий при воздействии опрокидывающих сил; конструкция арочных элементов и в целом вся опорная система не обеспечивают достаточно эффективной сейсмозащиты, так как не позволяет эффективно гасить вертикальные и горизонтальные сейсмические колебания; опорная система не гарантирует защиту здания от возникновения автоколебательных и резонансных явлений.
Известно также сейсмостойкое здание, включающее каркас, стеновые ограждения и фундамент, выполненный с возможностью демпфирования сейсмического воздействия (cм.SU №326338, Е04Н 9/02, E02D 27/34, 1972 г.). При этом фундамент включает, фундаментную плиту, подвешенную на тягах к объемлющему ее фундаментному стакану и прослойку из демпфирующего материала, выполненную с возможностью взаимодействия с фундаментной плитой.
Недостаток указанного изобретения предопределен заглублением фундамента ниже поверхности земли, что способствует восприятию сейсмических колебаний распространяющихся вдоль земной поверхности (горизонтальной составляющей колебаний), при этом жесткость конструкции недостаточна для противостояния разрушающему воздействию землетрясения.
Задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является повышение надежности и сейсмостойкости здания.
Технический результат полезной модели проявляется в обеспечении повышенной надежности и сейсмостойкости конструкции здания, особенно, к воздействию горизонтальной составляющей колебаний. При этом, дополнительно минимизируются материальные и трудовые затраты на формирование фундамента здания, что также способствует снижению стоимости и сроков строительства. Кроме того, для монтажа здания не нужна мощная подъемная техника.
Для решения поставленной задачи, сейсмостойкое здание, включающее каркас, стеновые ограждения и фундамент, выполненный с возможностью демпфирования сейсмического воздействия отличается тем, что фундамент выполнен в виде монолитной железобетонной, зонально армированной плиты, свободно опертой на поверхность грунта, при этом, армирующие элементы в плане фундамента образуют ортогональную решетку, в узлах которой, заподлицо с верхней поверхностью фундамента размещены опорные накладки, жестко скрепленные с ним, при этом каркас включает неразрезные вертикальные колонны, длина которых соответствует высоте здания, причем колонны в ортогональных рядах связаны с соседними колоннами посредством жестких горизонтальных балок, жестко скрепленных с ними, при этом, колонны выполнены из замкнутого металлического профиля, предпочтительно трубчатого и жестко скреплены с опорными накладками, а горизонтальные балки выполнены из металлического профиля, выполненного в виде желоба открытого вверх, при этом стенки желоба балок размещенных внутри площади здания снабжены горизонтальными отгибами, а стенки желоба балок размещенных по периметру здания и используемых для формирования межэтажных проемов, с одной стороны снабжены горизонтальным отгибом, а с другой выступают выше уровня горизонтального отгиба на толщину формируемого этажного перекрытия, кроме того, перекрытия выполнены в виде монолитных железобетонных плит, жестко скрепленных с колоннами, сформированных на горизонтальной опалубке, предпочтительно несъемной, выполненной из листов профнастила, жестко и герметично скрепленных с отгибами горизонтальных балок, кроме того, полости колонн и горизонтальных балок заполнены бетоном. Кроме того, перекрытия сформированы заливкой бетоном до уровня соответствующего самой верхней кромке желоба горизонтальных балок, размещенных по периметру здания. Кроме того, полости колонн и горизонтальных балок дополнительно снабжены армирующими элементами. Кроме того, перекрытия снабжены армирующими элементами.
Сравнение совокупности признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа подтверждает его соответствие критерию "новизна".
При этом совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи - повышение надежности и сейсмостойкости здания.
На фиг.1 показан вид фундамента в плане на начальном этапе установки вертикальных колонн; на фиг.2 показан вид сверху на фундамент на начальном этапе установки жестких горизонтальных балок; на фиг.3 показан поперечный разрез по узлу соединения колонн с горизонтальными балками непосредственно после установки горизонтальной несъемной опалубки (перед началом укладки бетона для формирования межэтажного перекрытия; на фиг.4 показан поперечный разрез по узлу соединения колонн с горизонтальными балками после укладки бетона на горизонтальную несъемную опалубку и формирования межэтажного перекрытия; на фиг.5 показан фрагмент каркаса здания; на фиг.6 показан фрагмент здания на этапе формирования наружной стены.
На чертежах показаны фундамент 1, поверхность грунта 2, армирующие элементы 3 и 4, образующие в плане фундамента ортогональную решетку с узлами 5, опорные накладки 6, вертикальные колонны 7, жесткие горизонтальные балки 8, металлический профиль 9, выполненный в виде желоба, горизонтальные отгибы 10 его стенок, часть стенки 11 выступающая выше уровня горизонтального отгиба 10 металлического профиля 9, перекрытие 12 (этажное и перекрытие крыши), горизонтальная несъемная опалубка 13, бетонное заполнение 14 полостей колонн 7 и горизонтальных балок 8 и его армирующие элементы 15, армирующие элементы 16 перекрытий.
Фундамент 1, выполнен в виде монолитной железобетонной, зонально армированной плиты и свободно оперт на поверхность грунта 2. Зональное армирование плиты образовано пучками армирующих элементов 3 расположенных параллельно друг другу на расстояниях соответствующих сетке размещения колонн 7 и пучками армирующих элементов 4, расположенных параллельно друг другу на расстояниях соответствующих сетке размещения колонн 7, при этом направления пучков армирующих элементов 3 перпендикулярно направлению пучков армирующих элементов 4. Таким образом совокупность пучков 3 и 4 армирующих элементов (выполненных, например, из арматурной стали периодического профиля) составляют две ортогональные системы армирующих образующие в плане фундамента ортогональную решетку, в узлах 5 которой, заподлицо с верхней поверхностью фундамента размещены опорные накладки 6, жестко скрепленные с фундаментом (замоноличенные в него, за счет соответствующих закладных деталей, жестко закрепленных на нижней плоскости накладок 6). Каркас включает неразрезные вертикальные колонны 7 (длина которых соответствует высоте здания) размещенные в ортогональных рядах и связанных с соседними колоннами посредством жестких горизонтальных балок 8, жестко скрепленных с ними. Колонны 7 выполнены из замкнутого металлического профиля, предпочтительно трубчатого и жестко скреплены (предпочтительно, сваркой) с опорными накладками 6. Горизонтальные балки 8 выполнены из металлического профиля 9, выполненного в виде желоба открытого вверх. Металлический профиль имеет два типоразмеры:
- первый типоразмер имеет симметричное поперечное сечение и предназначен для размещения внутри площади здания (кроме участков межэтажных проемов) - его стенки снабжены горизонтальными отгибами 10;
- второй типоразмер имеет несимметричное поперечное сечение и предназначен для размещения по периметру здания на границах межэтажных проемов - одна его стенка снабжена горизонтальным отгибом 10, другая стенка имеет часть 11 выступающую выше уровня горизонтального отгиба 10 на толщину формируемого этажного перекрытия 12. Перекрытия 12 выполнены в виде монолитных железобетонных плит (жестко скрепленных с колоннами 7), сформированных на горизонтальной опалубке 13, выполненной несъемной (из листов профнастила, жестко и герметично скрепленных с отгибами 10 горизонтальных балок 8). Кроме того, в полостях колонн 7 и горизонтальных балок 8 размещено бетонное заполнение 14, выполненное из тяжелого бетона. При необходимости повышения несущей способности колонн 7 и горизонтальных балок 8 в их объеме размещают армирующие элементы 15. При необходимости повышения несущей способности перекрытий 12, в их объеме размещают армирующие элементы 16.
Заявленное здание сооружают следующим образом.
Известным образом с использованием известных средств планируют площадку на поверхности грунта 2 под размещение на ней фундамента 1, после чего на выровненную поверхность укладывают слой изолирующего материала (полиэтиленовой пленки, рубероида и т.п.). Далее по проектному периметру здания известным образом возводят опалубку (на чертежах не показана), на высоту, несколько превышающую проектную толщину фундамента. Далее внутри объема ограниченного опалубкой формируют пучки армирующих элементов 3, располагая их параллельно друг другу на расстояниях соответствующих сетке размещения колонн 7 и пучки армирующих элементов 4, располагая их параллельно друг другу на расстояниях также соответствующих сетке размещения колонн 7 в этом направлении, далее, известным образом, например, сваркой, обеспечивают их соответствующее скрепление друг с другом с образованием ортогональной решетки, в узлах 5 которой, размещают опорные накладки 6, закладные детали которых известным образом скрепляют с армирующими элементами 3 и 4. При этом уровень верхней плоскости накладок 6 выставляют на уровне соответствующем уровню верхней поверхности фундамента 1.
Далее известным образом осуществляют укладку тяжелого бетона, предпочтительно, сразу на всю толщину фундамента. После набора прочности уложенного бетона до уровня позволяющего приступить к следующему этапу работ приступают к установке вертикальных колонн 7, опорные основания которых (на чертежах не показаны) жестко скрепляют, предпочтительно, сваркой с поверхностью опорных накладок 6. Работы начинают с одного из углов фундамента 1. После установки хотя бы двух колонн 6, начинают работы по их скреплению с друг другом посредством горизонтальных балок 8, при этом по периметру здания размещают металлический профиль второго типоразмера, располагая его высокую стенку (имеющую часть 11) со стороны обращенной наружу здания. При скреплении металлического профиля 9 (длина которого соответствует длине горизонтальных балок 8) с колоннами 7, высоту размещения металлического профиля 9 контролируют по уровню плоскости отгибов 10, которые должны располагаться на уровне соответствующему проектному уровню нижней поверхности несъемной опалубки 13, при этом строго контролируют горизонтальность установки металлического профиля 9. Скрепление металлического профиля 9 с колоннами 7 выполняют жестким, при этом перед сваркой строго контролируют вертикальность установки колонн 7. После скрепления металлического профиля с колоннами 7 формируют горизонтальные балки 8, для чего в желоба металлического профиля 9 укладывают тяжелый бетон и, при необходимости размещают армирующие элементы 15. Таким образом, после установки всех вертикальных колонн 7, установки на одном уровне всех элементов, выполненных из металлического профиля 9 и их бетонирования (с набором необходимой прочности), обеспечивается возможность формирования первого этажного перекрытия 12.
Для этого, с опорой на отгибы 10 элементов, выполненных из металлического профиля 9 (горизонтальных балок 8) размещают соответствующие концы листов профнастила, используемого в качестве горизонтальной несъемной опалубки 13. Их скрепляют жестко, например, прихватывая сваркой, и герметизируют кромки стыков соответствующими уплотнениями, размещаемыми в гофрах профнастила или закрепляют на его торцовых кромках ленту, шириной соответствующей расстоянию между днищами соседних гофров (на чертежах не показано).
Далее, при необходимости, над горизонтальной опалубкой 13 известным образом размещают армирующие элементы 16, после чего известным образом осуществляют укладку тяжелого бетона до уровня соответствующего проектной толщине перекрытия 12, ориентируясь на уровень кромки участка 11 металлического профиля 9, размещенного по периметру здания и участках формирования межэтажных проемов.
Работы по формированию последующих межэтажных перекрытий и перекрытия крыши не отличаются от описанного. После формирования первого перекрытия 12. Известным образом формируют внешнее стеновое ограждение здания и внутренние перегородки на этаже. Остальной комплекс работ по формированию инфраструктуры - сетей электро-, тепло-, водоснабжения и канализации не отличается от известных. Единственное отличие при ее формировании - обеспечение возможности изменения длины участков коммуникаций, примыкающих к зданию.
Заявленное здание работает следующим образом.
Воздействие горизонтальной составляющей колебаний, вызванных землетрясением или близким массовым взрывом не сказывается на здании, которое при этом полностью перемещается в направлении действия волны, т.е. здание, как бы «уходит» от силового воздействия на него, поскольку фундамент вообще не скреплен с грунтом при этом внутренних напряжений из-за различной интенсивности смещений узлов здания быть не может, т.к. оно «работает» как пространственно жесткая конструкция. При размещении очага землетрясения вертикально под зданием, оно испытывает вертикально направленное воздействие, которое не страшно при неразрезной конструкции вертикальных колонн и высокой пространственной жесткости каркаса и жесткости фундаментной плиты. Сейсмическое воздействие будет восприниматься фундаментом 1, который передаст его колоннам 7 (имеющим высокую продольную изгибную жесткость), которая к тому же возрастает из-за работы межэтажных перекрытий 12, как жестких мембран. Таким образом, здание высотой до 4-5 этажей способно без разрушения каркаса (в т.ч. перекрытий) противостоять землетрясению высочайшего уровня.
Кроме того, известно, что уровень сейсмического воздействия на здания и сооружения может быть существенно дополнительно ослаблен подушкой из дискретного материала (типа, гравий, галька, песок), т.е. если такую подушку, толщиной до 1,5-2 м сформировать под фундаментом, до начала строительства и обеспечить ее эффективный дренаж, то здание, высотой до 4-5 этажей, будет способно без нарушения целостности стеновых ограждений противостоять землетрясению любого уровня.