СЕЙСМОСТОЙКОЕ ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗДАНИЕ
EARTHQUAKE-RESISTANT INDUSTRIAL BUILDING

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий и сооружений в сейсмических районах.
Известен каркас промышленного здания, содержащий колонны, отдельно стоящие фундаменты под колонны с отверстиями стаканного типа, стропильные конструкции, связевые элементы между колоннами и между стропильными конструкциями и фундаментные балки (см. Л.Ф. Шубин, Архитектура гражданских и промышленных зданий. Том 5. Промышленные здания. Учебник для студентов ВУЗа. М.: Стройиздат, 1986, с. 196).
Недостатком такого каркаса является невысокая сейсмостойкость.
Известно сейсмостойкое каркасное здание, включающее колонны, отдельно стоящие фундаменты под колонны с отверстиями стаканного типа, стропильные конструкции, связевые элементы между колоннами и между стропильными конструкциями, распорки между фундаментами и ленточный фундамент (см. С.В. Дятков, А.П. Михеев. Архитектура промышленных зданий. Учебник для студентов ВУЗа, М.: Издательство Ассоциации строительных ВУЗов, 2010, с. 498). Данное здание снабжено антисейсмическими швами, дополнительными креплениями стропильных конструкций и стеновых панелей.
Недостатками аналога являются ограниченная сейсмостойкость, повышенная материалоемкость и трудоемкость при строительстве здания и, как следствие, повышенные материальные затраты. Трудоемкость связана с тем, что несущим элементам необходимо придать повышенную прочность в зависимости от величины сейсмических колебаний, а также равнопрочность, так как выход из строя слабых узлов и элементов может привести к разрушению всей системы каркаса. Для повышения сейсмостойкости требуется максимально снижать вес конструкций здания и понижать его центр тяжести. Необходимо обеспечивать симметричное относительно главных осей и равномерное в плане распределение масс и жесткостей, которое снижает развитие крутящих моментов и концентрацию усилий на отдельных несущих элементах при землетрясениях. Все эти мероприятия требуют дополнительных трудовых затрат. Материалоемкость связана с тем, что для повышения сейсмостойкости необходимы дополнительные крепления стропильных конструкций и стеновых панелей. Кроме того, данное здание имеет ограничения по высоте и требует применения дополнительных мероприятий и ограничений технологического и планировочного характера, а именно располагать тяжелое оборудование на нижних уровнях здания, использовать предпочтительно козловые краны и напольный транспорт. Все это создает дополнительные сложности при строительстве и эксплуатации здания.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является сейсмостойкое здание, включающее каркас, фундамент и промежуточные элементы (см. патент РФ №2507344, МПК (2006.01) Е02D 27/34, Е04Н 9/02, опубл. 20.02.2014 г.). Данное здание снабжено фундаментной плитой, жестко соединенной с каркасом и подвешенной на жестких в вертикальном направлении тягах к фундаменту, выполненному в виде стакана с горизонтальным выступом. Здание снабжено гасителем колебаний в виде дополнительной плиты, подвешенной к каркасу с помощью жестких в вертикальном направлении тяг, пропущенных через отверстия в фундаментной плите. Фундаментная плита, гаситель колебаний и тяги выполняют функцию промежуточных элементов между фундаментом и каркасом, предназначенных для снижения сейсмического воздействия на здание при горизонтальных колебаниях. Используемые в данной конструкции тяговые соединения способствуют образованию маятниковых колебаний относительно фундамента при землетрясении.
Недостатками прототипа являются, во-первых, низкие технические характеристики при сейсмических воздействиях, связанные с недостаточной прочностью опорных элементов. В данной конструкции основным опорным элементом является выступ на фундаментном стакане, к которому тягами закреплена фундаментная плита вместе с каркасом и гасителем колебаний. То есть здание всей своей массой опирается именно на него, а при сейсмических воздействиях нагрузка на этот элемент значительно усиливается, что может привести к деформации и разрушению всей конструкции. Во-вторых, ограниченность восприятия сейсмических колебаний, связанная с тем, что фундаментная плита имеет ограничения при перемещении внутри фундаментного стакана и при значительных колебаниях может произойти удар о его стенки. Вместе с тем, величина отверстий для тяг, выполненных в фундаментной плите, ограничивает свободу колебаний маятникового гасителя, а увеличение диаметра отверстий приводит к снижению прочности конструкции. В-третьих, при маятниковых колебаниях возможно возникновение резонанса, который существенно увеличит сейсмическое воздействие. В-четвертых, при сейсмических воздействиях, несмотря на наличие гасителя колебаний, каркас подвержен колебаниям, так как он соединен с фундаментом и колебания грунта передаются через фундамент на каркас. Поэтому данная конструкция может быть использована только для гашения незначительных колебаний.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности и сейсмостойкости промышленного здания при значительных горизонтальных сейсмических воздействиях, а также снижение материалоемкости и трудоемкости его возведения.
Технический результат достигается тем, что сейсмостойкое промышленное здание включает каркас, фундамент и промежуточные элементы, согласно изобретению фундамент выполнен из отдельных опор и ленты, установленных относительно друг друга с зазором, при этом в подошве опор и на верхней поверхности ленты выполнены совмещенные чашеобразные углубления с образованием полости, внутри которой расположены промежуточные элементы в виде шара, а между опорами выполнены каналы, внутри которых установлены балки-распорки с зазором относительно стенок канала, при этом над лентой с зазором по периметру опор закреплены барьеры с образованием полости, над которой установлена надфундаментная плита, причем по периметру нижней поверхности плиты выполнены швы скольжения.
Каркас выполнен из колонн, стропильных конструкций, связевых элементов между колоннами и между стропильными конструкциями.
В фундаментной опоре выполнены отверстия стаканного типа под колонны каркаса, а каналы между опорами перекрыты напольной плитой.
Полости фундаментных опор и фундаментной ленты имеют параллельные горизонтальные поверхности с полусферическими завершениями, при этом каждая опора имеет не менее четырех полостей.
Данное устройство позволит повысить надежность и сейсмостойкость промышленного здания при значительных горизонтальных сейсмических воздействиях, а также снизить материалоемкость и трудоемкость его возведения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез здания, на фиг. 2 - узел А фиг. 1, на фиг. 3 - разрез по 1-1 фиг. 2, на фиг. 4 - разрез по 2-2 фиг. 2.
Сейсмостойкое промышленное здание включает каркас, фундамент и промежуточные элементы. Фундамент выполнен из отдельно стоящих опор 1 и ленты 2, которые установлены относительно друг друга с зазором 3. При этом в подошве опор 1 и на верхней поверхности ленты 2 выполнены совмещенные чашеобразные углубления с образованием полостей 4, внутри каждой из которых расположен промежуточный элемент 5 в виде шара. Между опорами 1 выполнены каналы 6, внутри которых установлены балки-распорки 7 с зазором 8 относительно стенок канала 6. При этом над лентой 2 с зазором 9 по периметру опор 1 закреплены барьеры 10 с образованием полости, над которой установлена надфундаментная плита 11, причем по периметру нижней поверхности плиты 11 выполнены швы скольжения 12. Каркас выполнен из колонн 13, стропильных конструкций 14, связевых элементов 15 и 16 соответственно между колоннами 13 и между стропильными конструкциями 14. В фундаментной опоре 1 выполнены отверстия стаканного типа (на фиг. не показано). Полости 4 имеют параллельные горизонтальные поверхности с полусферическими завершениями, при этом в отдельно стоящих опорах 1 выполнено не менее четырех полостей 4. Канал 6 перекрыт напольной плитой 17.
Устройство работает следующим образом.
При сейсмических колебаниях вместе с грунтом перемещается фундаментная лента 2 и шары 5 начинают свободно перекатываться в полости 4 в поперечном и продольном горизонтальном направлении. За счет зазора 3 опоры 1 изолированы от ленты 2 и сохраняют вместе с каркасом инерцию покоя. При этом барьер 10 препятствует просыпанию грунта в зазор 9, благодаря чему опоры 1 изолированы от вертикальных стенок грунта. Балки-распорки 7 также изолированы от стенок канала 6, выполненного в грунте, зазором 8 и вместе с опорами 1 тоже остаются в состоянии покоя. Стенки канала 6 в зависимости от вида грунта могут быть укреплены антикоррозионным покрытием, например полимерной сеткой. Таким образом, за счет зазоров 3, 8 и 9 здание имеет с фундаментной лентой 2 и, следовательно, с землей только точечные подвижные контакты в местах расположения шаров 5 и его каркас не подвергается воздействию горизонтальных сейсмических колебаний. Для удобства эксплуатации здания полость между барьерами 10 перекрывают надфундаментной плитой 11, которая за счет швов скольжения 12 при колебаниях грунта остается в неподвижном состоянии относительно пола. Швы скольжения 12 могут быть заполнены любым материалом с низким коэффициентом трения, например графитовой засыпкой. Также для удобства эксплуатации здания полость 8 канала 6 перекрывают напольной плитой 17. За счет балок-распорок 7 опоры 1 объединены в единую конструкцию и колонны 13 каркаса не смещаются относительно друг друга.
Фундаментную ленту 2 выполняют по периметру здания и по продольным осям колонн 13, причем минимальная ширина ленты ограничена только размерами полости 4. Размеры полости 4 и ширина зазоров 8 и 9, от которых зависит свобода перемещений опор 1 относительно ленты 2, выбирают больше величины перемещения грунта при нормативном сейсмическом воздействии в зависимости от сейсмичности региона. Данное здание может быть использовано в районах повышенной сейсмичности со значительными горизонтальными колебаниями. За счет того, что при сейсмических нагрузках каркас здания сохраняет инерцию покоя, нет необходимости использовать дополнительные сейсмостойкие крепления стропильных конструкций, стеновых панелей, придавать повышенную прочность и равнопрочность несущим элементам. Это существенно снижает материалоемкость здания и трудоемкость его возведения и, как следствие, повышает экономичность. Вместе с тем данное здание для повышения сейсмостойкости не требует проведения дополнительных объемно-планировочных решений, связанных с технологическим процессом, что упрощает и удешевляет процесс его строительства и эксплуатации. Кроме того, заявляемое здание имеет достаточную эксплуатационную надежность при значительных сейсмических нагрузках.
Данное устройство позволит по сравнению с прототипом повысить надежность и сейсмостойкость промышленного здания при значительных горизонтальных сейсмических воздействиях, а также снизить материалоемкость и трудоемкость его возведения.