ОПОРНЫЙ УЗЕЛ СЕЙСМОСТОЙКОГО СТАЛЬНОГО КАРКАСА ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ

Техническое решение относится к строительству, а именно сейсмостойким конструкциям высотных зданий.
Известно конструктивное решение опорного узла стального каркаса высотного здания, которое состоит из колонны двутаврового сечения, опорной плиты, анкерных болтов, закрепляющих опорную плиту к фундаменту. Для передачи значительных растягивающих усилий применяют болты с прямоугольной Т-образной головкой, которые закрепляются за анкерные поперечины, изготовляемые из двух швеллеров. Приваренные на поперечинах ограничители препятствуют вращению болтов с прямоугольной головкой. (Ф. Харт, В Хенн, X. Зонтаг «Атлас стальных конструкций. Многоэтажные здания» Германия. Перевод с немецкого. Москва Строиздат, 1977 г. 351 с.).
Одним из основных недостатков такого конструктивного решения узла является невозможность восприятия значительных сдвигающих усилий, так как поперечного сечения анкерных болтов для этого недостаточно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату, и выбранному в качестве прототипа, является (Патент UA №410 МПК: Е04С 3/30, Е04В 1/36, опубл. 30.04.1993 г.). Узел включает в себя колонну трубчатого сечения, торцевую плиту, опирающеюся на фундамент через опорную деталь, анкера, выполненные из равнополочных уголков, направленных обушками к оси колонны и радиальные вертикальные пластины, закрепленные к колонне и анкерам. Торцевая плита выполнена с консольными выступами в местах расположения радиальных вертикальных пластин.
Недостатком прототипа является то, что уголки расположены плоскостью наименьшей жесткости в направлении возможного поперечного сдвига, что может привести к их преждевременной деформации, что не обеспечивает восприятия значительных сдвигающих усилий.
Технической задачей является обеспечение возможности восприятия значительных сдвигающих усилий путем создания узла крепления колонны к фундаменту, в котором за счет ужесточения связей между колонной и анкерами и придания анкерам более рациональной, с точки зрения действующих в узле усилий, формы поперечного сечения.
Поставленная задача решается тем, что опорный узел сейсмостойкого стального каркаса высотного здания содержит колонну двутаврового сечения, опорную плиту, установленную на фундамент, горизонтальные диафрагмы и вертикальные консольные ребра, прикрепленные к анкерам, анкера выполнены из толстостенных труб. Техническое решение обеспечивает возможность восприятия анкерами усилий не только растяжения, а также сжатия и поперечной силы, а также обеспечивает повышение сейсмостойкости высотного здания за счет применения анкеров рациональной формы, обеспечивающих возможность восприятия значительных сдвигающих усилий.
Существенными признаками совпадающим с прототипом, являются следующие признаки:
- анкера выполняются из профильного металла, способного воспринимать сдвигающие усилия;
- колонна крепится к анкерам через вертикальные консольные ребра.
Отличительными от прототипа существенными признаками являются следующие признаки:
- колонна выполняется двутаврового сечения;
- анкера выполняются трубчатого сечения.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом - повышения сейсмостойкости высотных зданий существует следующая причинно-следственная связь:
Использование в качестве анкеров равнополочных уголков, согласно прототипу, может привести к их деформации в уровне обреза фундамента от действия сдвигающей поперечной силы, характерной для сейсмических воздействий на высотные здания. В заявляемом техническом решении усовершенствование конструкции узла достигается за счет применения анкеров трубчатого сечения, способных воспринимать, как значительные растягивающие усилия, так и поперечные сдвигающие поперечные силы, при сейсмическом воздействии в любом направлении.
Предложенное конструктивное решение позволяет совместить в одном конструктивном элементе функции анкера, работающего на растяжение, а также анкеров сдвига, воспринимающих поперечные нагрузки. За счет его рационального сечения, что повышает сейсмостойкость высотного зданиях во всех направлениях.
Анализ уровня техники, который включает поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что заявителем не выявлены аналоги, которые характеризуются всей совокупностью признаков, идентичной всем существенным признакам заявляемого устройства, указанных в формуле полезной модели.
Потому можно утверждать, что техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Кроме того, техническое решение промышленно применимо, потому что позволяет использовать его при проектировании зданий и сооружений.
Конструктивное решение опорного узла сейсмостойкого стального каркаса высотного здания иллюстрируется графическим материалом.
На фиг. 1 изображен общий вид опорного узла на, фиг. 2 горизонтальный разрез А-А, на фиг. 3 горизонтальный разрез Б-Б.
Узел состоит (фиг. 1) из колонны 1 двутаврового сечения, которая опирается на фундаментную плиту 2, расположенную на фундаменте 3. В фундамент 3 заделаны анкера 4, выполненные из толстостенной трубы малого диаметра. В фундаменте 3 закрепляются анкера 4 с помощью закладной пластины 5, подкрепленной ребрами 6. Колонна 1 соединяется с анкерами 4 при помощи вертикальных ребер 7. Усилие от колонны 1 к анкеру 4 передается через вертикальные сварные швы 8 и 9. Внутренняя полость трубчатых анкеров 4 заполняется мелкозернистым бетоном 10. По верхнему обрезу анкеров 4 устанавливаем горизонтальные диафрагмы 11, повышающие жесткость вертикальных ребер 7 и улучшающие передачу горизонтального воздействия.
Колонна двутаврового сечения (1) стального каркаса высотного здания опирается на фундамент (3) через опорную плиту (2), передающую сжимающую нагрузку. В фундаменте (3) в месте установки колонны заложены анкера (4), выполненные из толстостенной трубы. Анкера (4) крепятся к колонне (1) через вертикальные ребра (6). В нижней части анкера (4) установлена горизонтальная пластина (5), подкрепленная ребрами (6) для предотвращения выдергивания анкера (4) из тела фундамента (3). В верхней чести анкера (4) установлены горизонтальные диафрагмы (11). Для увеличения поперечной жесткости внутренняя полость трубчатого анкера (4), заполняется мелкозернистым бетоном (10).
Анкер выполнен в виде толстостенной трубы диаметра, например, 60×4 мм, что определяется условиями сейсмичности района строительства и конструктивными особенностями здания, например, этажности.
При такой конструкции узла нормальная сжимающая сила от несущей конструкции передается через колонну, консольные выступы торцевой плиты и радиальные вертикальные пластины непосредственно на анкера. Поперечная сила передается через эти пластины и анкера непосредственно на бетон фундамента, благодаря жесткому их соединению и большой площади сцепления анкеров с бетоном. Что касается растягивающих усилий от действующего на колонну изгибающего момента, то они передаются от колонны на анкеры через радиальные вертикальные пластины. Изготовление анкеров и других элементов соединения, не требует сложной механической обработки.