КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА СЕЙСМОУСТОЙЧИВОСТИ ЗДАНИЯ ИЛИ СООРУЖЕНИЯ

Полезная модель относится к строительству зданий и сооружений в сейсмических районах.
Известен экран для защиты сооружений от сейсмических воздействий (см. патент №1423694, Е02D 27/34. БИ №34, 1988 г.). Изобретение позволяет повысить сейсмоизоляцию сооружения. Экран выполнен в виде траншеи, расположенной вокруг сооружения. В траншее размещены плоская стенка, удаленная от сооружения, а также внутренняя стенка, прилегающая к близлежащей сооружению поверхности траншеи, и нижняя стенка, прилегающая ко дну траншеи. Внутренняя и нижняя стенки составляют угловую стенку. Наружная стенка соединена с нижней стенкой посредством цилиндрического шарнира через систему сухого трения. Траншея заполнена жидкостью и сжатым газом, давление которых регулируется клапанами. Верх траншеи перекрыт демпфирующей прокладкой. Наружная и нижняя стенки выполнены с анкерными треугольными выступами.
Известен экран для защиты фундаментов зданий, сооружений от воздействия колебаний грунта, включающий образованную на расстоянии от здания, сооружения по его периметру траншею с переменным поперечным сечением по высоте и размещенный в ней поглощающий колебания материал, одна из стен траншеи выполнена выпуклой кривой второго порядка или по окружности (см. патент №727764, Е02D 27/34, БИ №14, 1980 г.).
Известен экран для защиты фундаментов зданий, сооружений от воздействия колебаний грунта преимущественно при сейсмических воздействиях, включающий размещенный в образованной на расстоянии от здания, сооружения по его периметру траншее поглощающей колебания материал, причем траншея выполнена в поперечном сечении трапецеидальной формы (см. патент №601355, МКИ 2 Е02D 27/34, БИ №13, 1978 г.).
Недостатками данных изобретений является то, что каждое из них имеет свою «узкую» область эффективного действия (защиты), которая не перекрывает широкий спектр сейсмических воздействий (продольных, поперечных, вертикальных, несимметричных, крутильных) и мало приспособлено к отражению повторяющихся сейсмических воздействий (в том числе и для удобства проведения ремонтных работ). Данные изобретения не обладают достаточной совокупностью комплексных мер по снижению всего возможного спектра сейсмических воздействий.
Наиболее близким техническим решением, взятым за прототип, является монолитная пространственная фундаментная платформа (патент №45410, Е02D 27/32, 27/34, 27/35. БИ №13, 2004 г.), которая содержит тонкие железобетонные фундаментные плиты сплошного поперечного сечения, уложенные на основание. Монолитная пространственная фундаментная платформа выполнена из двух тонких железобетонных фундаментных плит, расположенных одна над другой, тонкие плиты монолитно скреплены между собой перекрестными железобетонными балками, пространство между которыми заполняется утеплителем. Между монолитной фундаментной плитой и основанием расположен скользящий слой из материалов с низким значением коэффициента трения.
Монолитная пространственная фундаментная платформа, установленная на скользящем слое, способна защитить здание или сооружение, установленное на ней, только от больших сейсмических воздействий, которые преодолевают трение между пространственной фундаментной платформой и основанием, но не снижают приходящих сейсмических воздействий на монолитную
пространственную фундаментную платформу, а при меньших сейсмических воздействиях не срабатывает.
Недостатками данных изобретений является то, что скользящий слой срабатывает (т.е. создает возможность проскользнуть сейсмической волне под фундаментом) только при условии, когда сейсмическое воздействие больше силы трения. При меньшем значении сейсмическое воздействие передается на монолитную пространственную фундаментную платформу и далее на верхнее строение. Для обеспечения полной системной антисейсмической защиты необходим комплекс устройств, во взаимодействии которых полностью перекрывается весь широкий спектр сейсмических воздействий (продольных, поперечных, вертикальных, несимметричных, крутильных).
С целью устранения этих недостатков, т.е. уменьшения сейсмического воздействия различного вида, комплексная система сейсмоустойчивости здания или сооружения, содержащая монолитную пространственную фундаментную платформу, выполненную из двух тонких железобетонных фундаментных плит, расположенных одна над другой, тонкие плиты монолитно скреплены между собой перекрестными железобетонными балками, пространство между которыми заполняется утеплителем, между платформой и основанием установлен скользящий слой, у которой на монолитную пространственную фундаментную платформу установлено жестко присоединенное к ней здание или сооружение каркасного или коробчатого вида, которое вместе с монолитной пространственной фундаментной платформой на скользящем слое объединено в цельную многосвязную систему замкнутого типа, которое даже при отсоединении от основания пространственной фундаментной платформы сохраняет свою геометрическую неизменяемость, а вокруг платформы выполнена траншея. Размеры монолитной пространственной фундаментной платформы в плане больше длины сейсмической волны, платформа обладает повышенной пространственной изгибной жесткостью благодаря своей конструктивной форме при малом расходе материала, что в совокупности создает условия для волногасящего эффекта, а наличие
скользящего слоя между пространственной фундаментной платформой, уменьшающего трением между платформой и основанием, создает возможность проскальзывания динамической волны большой мощности под монолитной пространственной фундаментной платформой. Траншея вокруг монолитной пространственной фундаментной платформы выполнена вблизи ее и имеет глубину порядка половины ширины здания или сооружения, в поперечном сечении может быть трапециевидной или ступенчатой узкой формы с заполнением пористым материалом, поглощающим энергию волны.
Если размеры монолитной пространственной фундаментной платформы больше длины волны, то платформа оказывает волногасящий эффект. Как определил компьютерный эксперимент, траншею целесообразно располагать вблизи монолитной пространственной фундаментной платформы на расстоянии 1-2 метров. Эффект защиты проявляется тем больше, чем глубже траншея. Рациональная глубина траншеи равна или больше примерно половине ширины защищаемого (экранируемого) здания или сооружения. При этом ширина траншеи не играет существенной роли, траншея может быть узкой (порядка 10-20 см), трапециевидной или ступенчатой (шире кверху и узкой книзу) формы. Комплексная система сейсмоустойчивости здания или сооружения обеспечивает полную антисейсмическую защиту зданий или сооружений на монолитной пространственной фундаментной платформе со скользящим слоем во взаимодействии которых полностью перекрывается весь широкий спектр сейсмических воздействий (продольных, поперечных, вертикальных, несимметричных, крутильных).
Комплексная система сейсмоустойчивости здания или сооружения представлена на
фиг.1 - общий вид системы;
фиг.2 - вид сверху.
Устройство состоит из: монолитной пространственной фундаментной платформы 1, установленной на скользящем слое 2 между платформой и основанием 3. Монолитная пространственная фундаментная платформа
выполнена из двух тонких железобетонных фундаментных плит 4, расположенных одна над другой, монолитно скрепленных между собой перекрестными железобетонными балками 5, пространство между которыми заполняется утеплителем.
На монолитную пространственную фундаментную платформу 1 на скользящем слое 2 установлено закрепленное жестко в узлах 6 присоединенное к ней здание или сооружение каркасного или коробчатого вида 7, которое вместе с монолитной пространственной фундаментной платформой 1 объединено в цельную многосвязную систему замкнутого типа, которое даже при отсоединении от основания пространственной фундаментной платформы 1 сохраняет свою геометрическую неизменяемость. Вокруг монолитной пространственной фундаментной платформы 1 вблизи ее выполнена траншея 8. Размеры монолитной пространственной фундаментной платформы 1 в плане больше длины сейсмической волны, она обладает повышенной пространственной изгибной жесткостью благодаря своей конструктивной форме при малом расходе материала, что в совокупности создает условия для волногасящего эффекта, а наличие скользящего слоя 2 между монолитной пространственной фундаментной платформой 1, уменьшающего трение между платформой и основанием 3, создает возможность проскальзывания волны большой мощности под монолитной пространственной фундаментной платформой. Траншея 8 вокруг монолитной пространственной фундаментной платформы 1 выполнена вблизи ее и имеет глубину порядка половины ширины здания, в поперечном сечении может быть трапециевидной или ступенчатой узкой формы с заполнением пористым материалом, поглощающим энергию волны.
Устройство работает следующим образом.
Динамические воздействия, оказываемые на грунт сейсмикой или техногенными причинами, встречают на своем пути траншею 8 трапециевидной или ступенчатой узкой формы с «мягкой» засыпкой, например, пористым материалом, которая снижает уровень динамического воздействия, передаваемого
от основания 3 на монолитную пространственную фундаментную платформу 1 на верхнее строение - здание или сооружение 7 каркасного или коробчатого типа. Чтобы скользящий слой 2 работал, монолитная пространственная фундаментная платформа 1 выполнена сплошной с повышенной пространственной жесткостью и размером в плане больше длины волны при малом расходе материала, что в совокупности осуществляет волногасящее воздействие. Мощная сейсмическая волна, преодолевающая трение, проскальзывает под монолитной пространственной фундаментной платформой 1. Таким путем снижается сейсмическое воздействие на платформу 1 и верхнее строение 7 в виде здания или сооружения каркасного или коробчатого вида. Монолитная пространственная фундаментная платформа 1, объединенная с верхним зданием или сооружением 3 в виде здания или сооружения каркасного или коробчатого вида в замкнутую систему, способна воспринимать вертикальные, крутильные и другие сейсмические воздействия.
Выполнение вокруг монолитной пространственной фундаментной платформы 1 траншеи 8, позволяет снизить уровень горизонтального сейсмического воздействия, передающегося от грунта на монолитную пространственную фундаментную платформу 1. Скользящий слой 2 уменьшает трение между монолитной пространственной фундаментной платформой 1 и основанием 3 и предотвращает передачу на фундаментную платформу 1 горизонтальных сейсмических воздействий, мощность которых преодолевает трение. Монолитная пространственная фундаментная платформа обеспечивает условия для устройства и работы скользящего слоя 2 и создает конструктивную безопасность путем замкнутости здания или сооружения 7 с монолитной пространственной фундаментной платформой 1 и скользящим слоем 2. Эта замкнутость цельной системы здания или сооружения 7 на скользящем слое 2 обладает повышенной сейсмостойкостью при любых направлениях сейсмического воздействия: несимметричных, крутильных, наклонных, вертикальных и сохраняет свои свойства при повторных толчках. Немаловажным является также удобство проведения ремонтных работ из-за возможных просадок
грунта основания, хотя данные здания малочувствительны к неравномерным локальным деформациям основания. Таким образом, все части данного устройства комплексно взаимодействуют между собой, помогают друг другу и создают благоприятные условия для восприятия заранее неизвестных и неопределенных сейсмических воздействий и их повторяемости, а также для проведения ремонтных работ.
Технико-экономическое обоснование:
Предложенная комплексная система сейсмоустойчивости здания или сооружения, эффективно работающая против всех видов сейсмических и динамических воздействий, включает:
- траншею, выполненную перед платформой, снижающей уровень воздействия, передающегося от грунта на фундамент от любого вида горизонтальных сейсмических воздействий: несимметричных, крутильных наклонных и др.;
- установку на скользящем слое монолитной пространственной фундаментной платформы, объединенной с установленной на ней зданием, или сооружением в замкнутую систему, что позволяет уменьшить трение между платформой и основанием и предотвращает передачу на фундамент горизонтальных сейсмических воздействий, мощность которых преодолевает трение;
- монолитная пространственная фундаментная платформа обеспечивает условия для устройства и работы скользящего слоя и создает конструктивную безопасность путем замкнутости здания с платформой со скользящим слоем;
- сохраняет свои свойства при повторных толчках.
В целом данный комплекс повышает сейсмоустойчивость и надежность конструкции зданий или сооружений на монолитной пространственной фундаментной платформе и обеспечивает экономичность их применения даже в сложных грунтовых условиях и сейсмичности.