СЕЙСМОСТОЙКОЕ РЕКОНСТРУИРОВАННОЕ, ВОССТАНОВЛЕННОЕ ИЛИ ВОЗВЕДЕННОЕ ЗДАНИЕ ИЛИ СООРУЖЕНИЕ

Техническое решение относится к области строительства, а именно к реконструкции, восстановлению или возведению зданий и сооружений в сейсмических районах.
Из уровня техники известно здание, сооружение, способ возведения которого предусматривает размещение виброизоляторов и силовых приспособлений между основанием и временно опирающимся на него посредством упоров верхним строением здания, сооружения и приведение виброизоляторов посредством силовых приспособлений в рабочее состояние с отрывом верхнего строения от основания, причем виброизоляторы и силовые приспособления размещают в открытых снизу нишах верхнего строения враспор между верхним строением и основанием, а приведение виброизоляторов в рабочее состояние осуществляют в нишах путем их сжатия, после чего между виброизолятором и основанием размещают опорные блоки, фиксирующие виброизоляторы в сжатом состоянии, и извлекают силовые приспособления, а после отрыва за счет сил упругости виброизоляторов верхнего строения от основания извлекают упоры (см. SU 1161660 A1, E02D 27/34, опуб. 15.06.1985)
Известно также здание или сооружение, способ возведения которого предусматривает монтаж виброизоляторов, а именно включает размещение виброизоляторов и опорных плит в сквозных нишах между основанием и временно опирающимся на него посредством упоров верхним строением, сжатие виброизоляторов посредством домкратов до достижения усилия, превышающего массу верхнего строения и вызывающего его подъем на необходимую величину, установку опорных блоков и последующее удаление упоров и домкратов, причем виброизоляторы устанавливают на нижних поверхностях ниш, выполняемых в основании. Опорные плиты укладывают на виброизоляторы, а на опорные плиты устанавливают домкраты, взаимодействующие с нижним торцом верхнего строения, между которым и опорными плитами и устанавливают опорные блоки после подъема верхнего строения (см. RU2149245 C1, Е04Н 9/02, E02D 27/34, опуб. 20.05.2000)
Недостатком указанных известных технических решений являются: техническая сложность устройства виброизоляторов при высоких уровнях нагружения на вертикальные конструкции (высокие здания) для реконструируемых, восстанавливаемых объектов, а также вновь возводимых опасных, технически сложных и уникальных зданий и сооружений, когда использование предложенных способов недостаточно квалифицированными специалистами может привести к повреждению конструкций, а иногда и к прогрессирующему обрушению целого здания (сооружения) или его части. Кроме того, известные способы установки виброизоляторов отличаются высокой трудоемкостью и сложностью, что делает их экономически неэффективными при использовании для реконструкции и восстановления (сейсмоусиления) существующих зданий и сооружений массовой застройки.
Задачей, на решение которой направлено техническое решение является усиление конструкций зданий и/или сооружений, снижение их уязвимости при воздействии ветровых нагрузок и землетрясений, повышение их сейсмической безопасности, долговечности и остаточного ресурса.
Поставленная задача решается за счет того, что реконструированное, восстановленное или возведенное здание или сооружение, согласно полезной модели, включает горизонтальные и вертикальные несущие конструкции, причем в, по меньшей мере, одной несущей вертикальной конструкции, выполнен, по крайней мере, один проем, а предпочтительно, несколько проемов, в каждом из которых размещена демпферная многослойная опора, состоящая из верхней и нижней опорных пластин и размещенных между ними чередующихся между собой металлических и эластомерных слоев, причем упомянутые пластины жестко связаны с вертикальной конструкцией посредством соединительных элементов и/или усиливающих поясов, расположенных в проемах.
В, по меньшей мере, одной из пластин демпферной многослойной опоры могут быть выполнены сквозные отверстия для пропуска анкерных и/или соединительных элементов, например, болтов.
Металлические слои опор могут быть выполнены в виде металлических пластин или дисков, предпочтительно, круглой формы и связаны между собой эластомерными слоями, преимущественно, адгезионно.
В качестве демпферной многослойной опоры может быть использована резинометаллическая опора.
Демпферная многослойная опора может иметь металлический сердечник, предпочтительно из мягкого металла или сплава, например, свинца, либо сердечник из полимерного или композитного материала.
Металлические или эластомерные слои демпферной многослойной опоры могут быть заключены в обойму из металлического, полимерного или комбинированного материала.
Эластомерные слои демпферной многослойной опоры могут быть выполнены из каучука и/или неопрена и/или композитного материала с большим коэффициентом упругости.
Вертикальной несущей конструкцией может являться стена или колонна или свая или выступающая вертикальная часть фундамента здания или сооружения.
В, по меньшей мере, одной вертикальной несущей конструкции, в которой выполнен, по крайней мере, один проем, над проемом и/или под проемом может быть выполнено дополнительное усиление.
Усиление может быть выполнено на всю длину стены или на всей площади стены.
По меньшей мере, одно усиление может быть выполнено в виде торкрет бетона и/или монолитных железобетонных поясов и/или обрамлений.
По меньшей мере, одно усиление может быть выполнено с применением композитных, преимущественно, рулонных материалов, предпочтительно, на основе углепластика или стеклопластика.
В, по меньшей мере, одном проеме может быть выполнен верхний и/или нижний усиливающий пояс.
По меньшей мере, один усиливающий пояс, расположенный в проеме, может быть выполнен из железобетона и/или фибробетона и/или полимербетона и/или металла и/или из композитного материала.
В усиливающих поясах могут быть расположены анкерные элементы, соединенные с закладными деталями, внешние наружные поверхности которых выполнены плоскими и расположены вне тела железобетонного пояса.
В верхней и/или нижней пластине демпферной многослойной опоры могут быть выполнены сквозные отверстия, а к закладным деталям с внешней стороны прикреплены коротыши с резьбой, которые размещены в местах соответствующих расположению, по крайней мере, части сквозных отверстий в пластине опоры.
В верхней и/или нижней пластине демпферной многослойной опоры могут быть выполнены сквозные отверстия, а в закладных деталях имеются отверстия с резьбой, либо отверстия и расположенные соосно этим отверстиям резьбовые втулки, закрепленные на внутренней стороне закладной детали, причем отверстия и втулки размещены в местах соответствующих, по крайней мере, части отверстий в пластине опоры.
По меньшей мере, одна горизонтальная несущая конструкция, предпочтительно перекрытие может быть выполнено путем его замены полностью или частично, или выполнено с усилением, причем эти замена или усиление перекрытия могут быть связаны с, по меньшей мере, одним дополнительным усилением, по крайней мере, одной вертикальной конструкции.
Здание или сооружение может содержать, по меньшей мере, один достроенный или надстроенный верхний этаж и/или мансарду.
Здание или сооружение может содержать, по меньшей мере, один достроенный нижний этаж или выполнено с углублением нижней - подвальной части до соответствующего уровня в зависимости от подстилающих грунтов основания, при этом соответствующие горизонтальные и вертикальные несущие конструкции здания - фундаменты и поземные конструкции выполнены новыми, частично новыми с усилением оставляемых элементов
По меньшей мере, одна вертикальная несущая конструкция может представлять собой несущую стену, в которой выполнено несколько проемов, при этом между соседними проемами в стене выполнены сообщающиеся с ними прорези, образующие совместно с проемами по длине стены деформационный шов.
Вертикальные конструкции могут быть выполнены в виде колонн, причем между соседними колоннами устроены связи, например, портальные из металла или иного материала.
Связи могут быть выполнены в виде специальных устройств или содержат дополнительные устройства, регулирующие динамическую реакцию конструкций здания или сооружения.
Перед, по меньшей мере, одной вертикальной несущей конструкцией здания или сооружения, в которой размещена демпферная многослойная опора, предпочтительно наружной, расположенной ниже отметки земли, может быть возведена защитная конструкция типа стенки, барьера или экрана, препятствующая контакту вертикальной конструкции и многослойной опоры с окружающим грунтом.
Защитная конструкция типа стенки, барьера или экрана может быть связана с фундаментом и/или вертикальными несущими конструкциями здания или сооружения и установлена от них на расстоянии, необходимом и достаточном для обеспечения возможности доступа к элементам усиления и конструкциям для их осмотра при эксплуатации.
Техническое решение поясняется чертежами, не охватывающими и тем более не ограничивающими весь объем притязаний данного решения, а лишь являющихся частным случаем его выполнения:
На фиг.1 изображено демпферное многослойное устройство (разрез по Б-Б);
На фиг.2 изображено демпферное многослойное устройство (вид А);
На фиг.3 изображен фрагмент стены здания или сооружения с установленным демпферной многослойной опорой (изометрический вид);
На фиг.4 изображена колонна с установленной демпферной многослойной опорой, а также фрагменты фундаментной плиты и перекрытия (изометрический вид);
На фиг.5 изображен фрагмент стены здания или сооружения усиленной железобетонным поясом с установленным демпферной многослойной опорой (изометрический вид);
На фиг.6 изображена колонна с установленным демпферной многослойной опорой, а также фрагменты фундаментной плиты и перекрытия (изометрический вид);
На фиг.7 изображена закладная деталь с коротышами
На фиг.8 изображена закладная деталь с резьбовыми втулками
На фиг.9 изображен разрез реконструированного здания.
Техническое решение поясняется на примере реконструированного здания.
Реконструированное или восстановленное здание (фиг.9) 1, включает горизонтальные конструкции 2 и вертикальные несущие конструкции 3, причем в, по меньшей мере, одной несущей вертикальной конструкции 3, выполнен, по крайней мере, один проем 4, а предпочтительно, несколько проемов 4, в каждом из которых размещена демпферная многослойная опора 5.
Каждая из установленных демпферных многослойных опор состоит из верхней опорной пластины 6 и нижней опорной пластины 7, а также размещенных между ними, чередующихся между собой металлических и эластомерных слоев 8 и 9 соответственно. Упомянутые пластины жестко связаны с вертикальной конструкцией изнутри проема посредством соединительных элементов 10 типа болтов или анкеров и усиливающих поясов 11, расположенных в проемах 4, которые изготавливают из монолитного железобетона с помощью опалубки. В верхней и нижней пластинах демпферной многослойной опоры выполнены сквозные отверстия 12 для пропуска соединительных элементов 10. Металлические слои 8 опор 5 выполнены в виде металлических пластин или дисков, предпочтительно, круглой формы и связаны между собой эластомерными слоями 9 неразъемно, преимущественно, посредством адгезии. В случае большой действующей нагрузки от веса вышележащих конструкций здания для усиления несущей способности демпферные многослойные опоры снабжают сердечниками 13 выполненными из мягкого металла или сплава, например, свинца, (фиг.1-2). В основном для защиты от внешних воздействий металлические или эластомерные слои каждой демпферной многослойной опоры заключены в обойму 14 из полимерного материала. Эластомерные слои демпферной многослойной опоры выполнены из каучука или неопрена и иного композитного материала с большим коэффициентом упругости.
Вертикальной несущей конструкцией могут быть стены здания (фиг.3, 5), колонны (фиг.4, 6), сваи, ростверки (условно не показаны) или выступающие вертикальные части 15 фундамента здания или сооружения.
Многослойные демпферные опоры могут быть соединены с усиливающими поясами как с помощью только соединительных элементов 10 (фиг.5), так и через закладные детали 16 (фиг.7, 8), замоноличенные в поясах (фиг.3, 4).
При использовании закладных деталей в усиливающих поясах расположены анкерные элементы 17, соединенные с закладными деталями 16, наружные поверхности 18 которых для взаимодействия с пластинами опор 5 выполнены плоскими и расположены вне тела усиливающего железобетонного пояса 11.
Для жесткого соединения опор и закладных деталей к последним с внешней стороны могут быть прикреплены коротыши 19 с резьбой или отверстия с резьбой (условно не показаны) или резьбовые втулки 20, которые размещены в местах соответствующих расположению, по крайней мере, части сквозных отверстий 12 в пластине опоры. В случае использования коротышей 19, их крепят посредством сварки на внешнюю наружную поверхность 18 закладной детали 17. При использовании втулок их крепят на внутреннюю поверхность 21 закланной детали напротив сквозных отверстий (условно не показаны) в закладных деталях.
Использование опор и усилений вертикальных конструкций приводит к усилению несущей способности и повышению устойчивости здания 1 в целом, что позволяет достраивать и надстраивать дополнительные этажи 22 и/или мансарду 23.
В случае недостаточной несущей способности вертикальных конструкций 3 над проемами 4 или под ними выполняют дополнительное усиление 24.
Горизонтальные несущие конструкции 2 (перекрытия) также могут быть усилены и связаны с, по меньшей мере, одним дополнительным усилением 24, по крайней мере, одной вертикальной конструкции 3 для обеспечения пространственной жесткости здания.
Дополнительные усиления 24 выполняют в виде торкрет бетона, монолитных железобетонных поясов, обрамлений или с применением композитных, рулонных материалов с большой прочностью на разрыв, на основе углепластика или стеклопластика. Для большей прочности дополнительное усиление 24 выполняют на всю длину или площадь стены.
В случае усиления стен опоры устанавливают в предварительно подготовленные по всей длине стены проемы 4, включая места пересечений (условно не показаны), стен, при этом для обеспечения совместной работы опор между соседними проемами в стене выполняют сообщающиеся с проемами прорези 25, образующие совместно с проемами 4 по длине стены горизонтальный деформационный шов.
В случае, когда вертикальные конструкции выполнены в виде колонн, в каждую из колонн на одинаковой высотной отметке устанавливают по одной демпферной многослойной опоре 5, причем между соседними колоннами в других этажах могут быть устроены портальные связи из металла (условно не показаны), которые в свою очередь могут содержать устройства, регулирующие динамическую реакцию конструкций здания или сооружения (условно не показаны),.
Вертикальные конструкции, расположенные по периметру здания 1 ниже отметки земли с внешней стороны, во избежание незапланированного смещения демпферных опор и изменения расчетной схемы здания под действием давления грунта ограждают защитными конструкциями 26 - стенками, барьерами, экранами и т.д. (фиг.9).
Упомянутые защитные конструкции 26 препятствуют контакту вертикальной конструкции и многослойной опоры с окружающим грунтом, являясь ограничителем перемещений.
Защитные конструкции 26 могут быть связаны с фундаментом 27 или вертикальными несущими конструкциями 3 здания 1 и отстоять от них на расстоянии, обеспечивающим возможность осмотра конструкций здания в период эксплуатации.
Предложенное решение используют следующим образом:
Согласно расчетам выявляют необходимые места размещений демпферных многослойных опор 5. В намеченном месте в вертикальных несущих конструкциях 3 формируют проемы 4, в которых размещают опоры 5, жестко связывая верхнюю и нижнюю опорные пластины 6 и 7 с вертикальными конструкциями 3. Демпферная многослойная опора представляет собой наборную конструкцию из слоев эластомера и металлических пластин. Слои 9 эластомера и металлические слои 8 адгезионно связаны между собой, расположены горизонтально и помещены в эластичную обойму, а сверху и снизу ограничены опорными пластинами 6 и 7. Демпферные многослойные опоры 5 в статическом состоянии воспринимают вертикальную нагрузку, а при возникновении динамической нагрузки металлические слои 8 каждой опоры 5 начинают смещаться относительно друг друга, демпфируя при этом часть горизонтальной нагрузки на здание, но не теряя связей между собой и в течение всего динамического воздействия продолжая нести вертикальные нагрузки. Сохранять между собой связь под воздействием нагрузок и смещениях, металлическим и эластомерным слоям позволяет большая эластичность и растяжимость и способность к упругому удлинению последних.
Упомянутое свойство обеспечивается особым материалом эластомерных слоев - неопреном и позволяет каждому металлическому слою как бы скользить с высоким трением относительно соседних металлических слоев под воздействием знакопеременных горизонтальных нагрузок, гася при этом энергию колебаний. Благодаря исключительным свойствам неопрена и других аналогичных современных материалов возможны обратимые упругие деформации эластомерных слоев 9 без их разрушения или растрескивания, при этом за счет сил упругости в этих слоях, смещенная под действием горизонтальной нагрузки ось вертикальной несущей конструкции, подвергаемой воздействию, стремится вернуться в свое первоначальное проектное положение. Каждая установленная демпферная многослойная опора может нести нагрузку от верхних этажей здания или сооружений, определяемую по расчетам. Для повышения способности опоры к поглощению энергии колебаний (демпфирующие свойства) и повышению несущей способности она может быть снабжена вертикальным сердечником из мягкого металла или сплава, предпочтительно, свинца.
Устройство работает следующим образом.
В момент землетрясения, сейсмической активности или иной сторонней возникающей нагрузки типа ветра на здание или сооружение его конструкции испытывают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки. Особенно опасны знакопеременные нагрузки, распространение которых в здании или сооружении идет от фундамента к верхней части. Именно в нижнем уровне наиболее всего целесообразна установка демпфирующих многослойных опор 5. В случае, если такая сейсмическая изоляция отсутствует, упомянутые усилия могут привести к деформациям и последующим разрушениям вертикальных конструкций в зоне фундамента 27, несущих вертикальных конструкций 3, смещением их осей, что в конечном итоге может привести к потере отдельными, наиболее подверженными воздействию элементами несущей способности и/или устойчивости, что в свою очередь может привести к полному разрушению здания или сооружения. В предложенном реконструированном, восстановленном или возведенном здании или сооружении в его конструкции предусмотрено использование демпфирующих многослойных устройств - опор 5, в которых указанная нагрузка воспринимается слоями 9 устройств без необратимых деформаций вертикальных конструкций 3. Демпфирующими многослойными опорами 5 могут быть усилены как отдельные наиболее сейсмоуязвимые вертикальные конструкции 3 зданий или сооружений, такие как стены и колонны, так и все без исключения вертикальные конструкции. В последнем случае верхняя, установленная на демпферные многослойные опоры 5, часть здания или сооружения под действием сейсмической нагрузки колеблется относительно нижней части здания, расположенной под упомянутыми опорами 5. Возможны технические решения по установке опор в двух и более уровнях этажей издания или сооружений.
При сейсмоизоляции несущих стен, предпочтительно, в их нижней части выполнены проемы, в которых установлены железобетонные пояса 11 и размещены демпфирующие устройства. Для того чтобы обеспечить свободное смещение верхней части стены относительно нижней между соседними проемами выполнен деформационный шов, путем выполнения в стене сквозного канала или прорези 25. При этом нижняя и верхняя часть стены 28 и 29 соответственно в зонах, прилегающих к демпферным опорам, может быть усилена дополнительным усилением 24, например, железобетонными поясами, обрамлением, рубашками торкет-бетоном и т.д. В случае значительной изношенности или недостаточной прочности материала стен или колонн возможно усиление железобетоном по всей их площади.
При реконструкции и восстановлении здания (сооружения) возможно применять технические решения с углублением нижней подвальной части до соответствующего уровня (глубины) в зависимости от подстилающих грунтов основания и специальных водозащитных мероприятий. При этом, фундаменты и поземные конструкции могут выполняться новыми, частично новыми с усилением оставляемых элементов.
Таким образом, демпферными устройствами гасится значительная часть энергии землетрясения без разрушения вертикальных конструкций и необратимых деформаций, которые могут повлечь за собой значительные разрушения или полную потерю устойчивости всего здания или сооружения.