МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СЕЙСМОСТОЙКИЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к области строительства и горного дела, а именно, к конструкции наземного здания, устойчивого к землетрясению.
Многофункциональный сейсмостойкий комплекс (МСК) представляет собой здание, в котором сосредоточены помещения, кабинеты, лаборатории склады различного назначения, а также средства связи. Такие МСК целесообразно строить в сейсмически опасных зонах. МСК предназначается для передачи информации управленческим структурам о землетрясении, а также для предоставления убежища, населению, пострадавшему от землетрясения или другой катастрофы, для размещения центра по оказанию необходимой неотложной медицинской, психологической и социальной помощи. Кроме того, в МСК должны быть предусмотрены средства для жизнеобеспечения пострадавших. В отсутствии катастроф в МСК может вестись различная деятельность: обучение, тренинги, тренировки, научно-методическая работа, но в случае, например, землетрясения МСК должен обеспечить защиту и оказание первой медицинской помощи пострадавшим. При наступлении катастрофы под крышей МСК возможно большое скопление людей. Здание МСК должно быть устойчивым к землетрясению.
Известна конструкция сейсмостойкого здания, содержащая здание и его упругий подвес к фундаменту, состоящий из упругих блоков, выполненных из упругих модулей и корректоров жесткости, причем каждый упругий модуль выполнен из двух вертикальных стоек, а между стойками закреплены эквидистантные друг другу отрезки тросов, концы которых закреплены к стойке, соединенной с перекрытием первого этажа здания, а другие концы закреплены к стойке, соединенной с фундаментом, корректор жесткости выполнен из двух одинаковых отрезков тросов, середины которых соединены между собой и прикреплены к фундаментной плите, концы тросов разведены и присоединены через устройства предварительного осевого поджатия к перекрытию нижнего этажа (см. патент РФ №2129644, кл. Е04Н 9/00, опубл. в БИ №12, 27.04.99). Упомянутая конструкция принята заявителем в качестве прототипа.
Недостатком данной конструкции является то, что она рассчитана на строго определенный вес, при изменении которого более чем на 5-7% защитные качества заметно ухудшаются, а при отклонении расчетного веса здания более, чем на 15% эффективность защиты снижается до уровня значительно ниже расчетного.
Технической задачей полезной модели является предложение конструкции, способной осуществлять защиту здания, а также спасающихся от землетрясения людей и ввезенной техники в условиях изменяющегося в широких пределах веса защищаемого объекта. Второй задачей полезной модели является решение проблемы эвакуации раненых и доставки средств спасения и средств жизнеобеспечения.
Техническим результатом полезной модели является усовершенствование конструкции прототипа, придание ему возможности штатной эксплуатации с существенно различающейся массой защищаемого объекта, а также создание универсального убежища, способного укрывать людей и поддерживать их жизнедеятельность в случае стихийных бедствий.
Для выполнения первой из указанных задач многофункциональный сейсмостойкий комплекс, содержащий здание и его упругий подвес к фундаменту, состоящий из упругих модулей и корректоров жесткости, причем каждый упругий модуль выполнен из двух вертикальных стоек, а между стойками закреплены эквидистантные друг другу отрезки тросов, концы которых закреплены к стойке, соединенной со зданием, а другие концы закреплены к стойке, соединенной с колонной фундамента, корректоры жесткости выполнены из пар отрезков тросов, середины которых соединены между собой и прикреплены к фундаменту, а концы тросов в каждой паре разведены в стороны и с поджатием соединены к перекрытию нижнего этажа здания, многофункциональный комплекс дополнительно содержит один или более грузов, подвешенных на канатах к перекрытию нижнего этажа здания с возможностью вертикального перемещения в шахтах, размещенных под зданием. Такая конструкция МСК позволяет осуществить гравитационный способ регулирования веса защищаемого от землетрясения объекта, при котором грузы, поднимаясь или опускаясь обеспечивают оптимальный режим сейсмозащиты за счет практического постоянства параметров упруго-демпфирующей системы.
Для реализации второй задачи гарантированно выдерживающий мощное землетрясение многофункциональный сейсмостойкий комплекс содержит на своей крыше площадку для посадки вертолета.
На фиг.1 показан вид заявляемой полезной модели в разрезе. На фиг.2 показано расположение несущих тросов. На фиг.3 показан вид сверху корректоров жесткости и план размещения шахт под зданием.
Заявляемая полезная модель содержит внешнюю несущую часть, состоящую из фундамента 1 и жестко соединенных с ним несущих колонн 2. Заявляемая полезная модель содержит также здание 3, упругие модули, образованные стойками 4 и 5 с расположенными между ними эквидистантно друг другу отрезками тросов 6. Стойки 4 жестко закреплены к стенам здания 3, а стойки 5 жестко закреплены к колоннам 2 (на фиг.2 стойки 5 выделены темным цветом). Заявляемая полезная модель содержит также корректоры жесткости 7, выполненные из двух одинаковых отрезков тросов, середины которых соединены между собой и прикреплены к фундаменту 1, концы отрезков тросов 7 разведены в стороны и присоединены через устройства предварительного осевого поджатия к перекрытию нижнего этажа здания 3. Заявляемая полезная модель содержит грузы 8, подвешенные на канатах 9 к нижней поверхности здания 3. Грузы 8 соединены последовательно один за другим, как показано на фиг.1, и размещены в шахтах 10, выполненных под зданием 3. Грузы 8 могут перемещаться по направляющим, роль которых выполняют полозы, размещенные вертикально по 4-м стенам шахт 10. Шахты 10 размещены под зданием 3 равномерно по площади, занимаемой зданием 3. Количество шахт 10 определяют из соображений плавности опускания грузов 8.
На крыше здания 3 размещена площадка 11 для посадки вертолета.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом. В состоянии покоя упруго-демпфирующая система сейсмозащиты здания 3, состоящая из несущих тросов 6 и корректирующих тросов 7, отрегулирована на оптимальный вес здания 3. Грузы 8 при этом находятся в расчетном положении, соответственно разделенные по высоте (максимально подняты).
В этом случае при сейсмическом толчке несущие колонны 2 не получают ощутимых повреждений в силу своей малой массы, поскольку инерционная масса здания 3 практически исключена из динамического воздействия за счет упруго-демпфирующей системы подвеса. В момент толчка корректирующие тросы 7 выходят из состояния неустойчивого равновесия. Перемещение корректирующих тросов 7, вышедших из состояния равновесия, соответствует отрицательной жесткости, которая компенсирует положительную жесткость несущих тросов 6, что в итоге дает существенно пониженную жесткость подвеса здания 3 при воздействии внешних импульсов. Это, в свою очередь, приводит к существенно уменьшенным перемещениям здания 3 относительно несущих колонн 2.
В экстремальной ситуации (землетрясение) вес объекта 3 может увеличиться за счет людей, ищущих убежища, и за счет ввозимых дополнительных технических средств. При этом первоначальная настройка системы сейсмозащиты может разбалансироваться. Но увеличившийся вес здания 3 приводит к тому, что здание 3 проседает и самый нижний из грузов 8 опускается и достигает дна шахты 10. При этом общий вес защищаемого объекта 3 уменьшается и настройка системы подвеса восстанавливается. При продолжающемся притоке людей, ищущих защиты от землетрясения, вес здания 3 будет увеличиваться. Тогда проседание здания 3 приведет к тому, что второй из грузов 8 опустится до соприкосновения с первым грузом 8 и восстановит нарушившуюся настройку на оптимум за счет выведения своей массы из общей массы защищаемого объекта. И так далее в расчетных пределах. Поскольку здание 3 остается неподвижным при землетрясении, вертолетная площадка 11 на его крыше при необходимости может принимать вертолеты.
После прекращения землетрясения люди покидают здание 3, увозят дополнительную технику. Масса здания 3 уменьшается, здание 3 поднимается на тросах 6 и 7 подвески и поднимает за собой последовательно грузы 8 до восстановления первоначального положения. В обстановке разрушений здание 3 уцелело и вертолетная площадка 11 на крыше здания 3 может и далее выполнять свое предназначение. Вертолеты могут доставить спасателей и медикаменты, раненые могут быть эвакуированы, запасы продовольствия могут быть пополнены.
Расчеты показывают, что высокая эффективность защиты от землетрясения сохраняется при изменении первоначального веса здания 3 на 20%. При изменении первоначального веса здания 3 на 25% защита несколько ухудшается. При изменении первоначального веса здания на 30-40% защита все еще присутствует.
Заявляемая полезная модель обладает следующими преимуществами:
- Защищаемый объект, многофункциональный комплекс, не будет разрушен при землетрясении даже в том случае, когда его вес изменится на 15% или более;
- Многофункциональный сейсмостойкий комплекс будет продолжать осуществлять функцию защиты населения, оказания населению первой медицинской и психологической помощи, а также обеспечения жизнедеятельности спасаемого населения;
- Многофункциональный сейсмостойкий комплекс будет осуществлять функцию поддержания постоянной связи с органами управления ГО и МЧС и с территориальными органами власти;
- Многофункциональный сейсмостойкий комплекс будет осуществлять функцию информирования о текущем моменте и передаче предложений по обеспечению неотложных спасательных и аварийно-восстановительных работ.