СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИЙ ФУНДАМЕНТ (ВАРИАНТЫ)

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, а именно к сооружению сейсмоизолирующих фундаментов зданий и сооружений в районах, подверженных землетрясениям.
Уровень техники
Известен сейсмоизолирующий фундамент фирмы Spie Batignolle [Инженерно-строительный журнал, №3, 2010 стр.56-60, рис.6], выбранный в качестве прототипа.
Прототип содержит фундаментную плиту, основание с оголовком, погруженное на дно котлована, и размещенный между ними демпферный элемент. В прототипе демпферный элемент выполнен в виде последовательно установленных неопреновой прокладки и фрикционных пластин. В стационарном состоянии силы трения между фрикционными пластинами обеспечивают неподвижность фундаментной плиты относительно основания. При сейсмических воздействиях силы трения преодолеваются и неопреновая прокладка демпфирует колебания фундаментной плиты относительно основания, предотвращая разрушение здания или сооружения, если частоты и моды (пространственные формы) их сейсмических колебаний соответствуют характеристикам демпферного элемента и фундамента в целом.
Недостаток прототипа - ограниченность диапазонов демпфирования колебаний по частоте и моде и неэффективность сейсмоизоляции в широком диапазоне частот и мод сейсмических колебаний, реально возникающих при различных видах землетрясений.
Сущность полезной модели
Технический результат полезной модели - расширение спектров мод и частот, в которых фундамент обеспечивает надежную сейсмоизоляцию зданий и сооружений.
Предметом групповой полезной модели являются два варианта сейсмоизолирующего фундамента.
Сейсмоизолирующий фундамент по первому варианту содержит фундаментную плиту, основание, погруженное на дно котлована, и размещенный между ними демпфирующий элемент в виде многослойной засыпки из сферических подшипников, по меньшей мере, трех различных диаметров, ограниченной прокладками, установленными по стенкам котлована, при этом каждый подшипник содержит внутреннюю и внешнюю металлические сферы, пространство между которыми заполнено слабовязкой незамерзающей жидкостью, например тосолом, и металлическими шариками, примыкающими к обеим указанным сферам с возможностью качения.
Сейсмоизолирующий фундамент по второму варианту содержит фундаментную плиту, свайное основание с оголовком, погруженное в грунт, и размещенный между ними демпфирующий элемент в виде кассеты, охватывающей многослойную засыпку из сферических подшипников, по меньшей мере, трех различных диаметров и выполненной с возможностью перемещения по оголовнику свайного основания, при этом каждый подшипник содержит внутреннюю и внешнюю металлические сферы, пространство между которыми заполнено слабовязкой незамерзающей жидкостью, например, тосолом, и металлическими шариками, примыкающими к обеим указанным сферам с возможностью качения, а оголовок свайного основания снабжен ограничителями перемещения кассеты.
Последний вариант имеет развитие, которое состоит в том, что основание выполнено многосвайным с оголовком в виде бетонного ростверка.
Краткое описание фигур чертежей
На фиг.1 и 3 представлены фундаменты по первому и второму вариантам соответственно, а на фиг.2 показана конструкция подшипников, используемых в обоих вариантах полезной модели.
Осуществление вариантов полезной модели с учетом развития
Фундамент по первому варианту (фиг.1) содержит фундаментную плиту 1, основание 2, погруженное на дно котлована, и размещенный между ними демпфирующий элемент в виде многослойной засыпки из сферических подшипников 3, имеющих различные диаметры, например, 0,25, 0,5 и 1,0 м. Многослойная засыпка ограничена прокладками 4, установленными по стенкам котлована.
Подшипник 3 (фиг.2) содержит внутреннюю 5 и внешнюю 6 металлические сферы, пространство 7 между которыми заполнено слабовязкой незамерзающей жидкостью, например тосолом, и металлическими шариками 8, примыкающими к сферам 5 и 6 с возможностью качения.
Фундамент по второму варианту (фиг.3) содержит фундаментную плиту 1, погруженное в грунт свайное основание 9 с оголовком 10. Между плитой 1 и оголовком 9 размещен демпфирующий элемент в виде кассеты 11, охватывающей многослойную засыпку из подшипников 3, имеющих различные диаметры, например, 0,25, 0,5 и 1,0 м. Оголовок 10 снабжен ограничителями 12.
Кассета 11 выполнена с возможностью перемещения по оголовку 10 свайного основания 9 в пределах, задаваемых ограничителями 12. Во втором варианте фундамента также используются подшипники описанной выше конструкции (фиг.2).
Фундамент по первому варианту сооружается следующим образом.
В предварительно подготовленном и защищенном от обрушения котловане дно засыпается щебенкой и бетонируется с образованием (после набора прочности бетоном) щебеночно-бетонного основания 2. Затем по стенкам котлована монтируются прокладки 4 (например, в виде пакетов использованных автомобильных покрышек). Затем свободный объем котлована послойно заполняется подшипниками 3, по меньшей мере, трех различных диаметров, начиная с подшипников меньшего диаметра. По мере формирования многослойной засыпки диаметры подшипников 3 в ее слоях увеличивают. Фундаментная плита 1 над многослойной засыпкой подшипников 3 формируется поэтапной заливкой бетона методом скользящей опалубки.
Работает фундамент по первому варианту следующим образом. При землетрясениях сейсмические колебания погруженного в грунт основания воздействуют на многослойную засыпку подшипников 3. Благодаря способности внешней сферы 6 каждого подшипника 3 скользить по вращающимся в среде тосола шарикам 8 относительно внутренней сферы 5, подшипники 3 упруго перемещаются относительно друг друга (подобно пузырям кипящего слоя) в соответствии с воздействующими на них силами. Тем самым фундаментная плита 1 изолируется от прямого воздействия колебаний основания 2. При больших амплитудах колебаний плита 1 может перемещаться в горизонтальных направлениях, а многослойная засыпка подшипников 3 остается между прокладками 4.
В результате колебания основания 2 демпфируются в широком спектре частот и мод, изолируя фундаментную плиту 1 от разрушающего сейсмического воздействия.
Фундамент по второму варианту сооружается следующим образом.
После сооружения в грунте свайного основания 9, имеющего одну или несколько свай, на нем монтируется оголовок 10 с ограничителями 12 перемещения кассеты 11. В случае нескольких свай оголовок 10 выполняется в виде объединяющего их ростверка. Па оголовок 10 устанавливается кассета 11, в которую послойно засыпают сферические подшипники 3, по меньшей мере, трех различных диаметров, начиная с подшипников меньшего диаметра. По мере формирования многослойной засыпки диаметры подшипников 3 в ее слоях увеличивают. Фундаментная плита 1 устанавливается на многослойной засыпке подшипников 3, охваченной кассетой 11.
Фундамент по второму варианту работает аналогично фундаменту по первому варианту полезной модели, за исключением того, что кассета 11, заполненная слоями подшипников 3, имеет дополнительную возможность локальных перемещений по поверхности оголовка 10 между ограничителями 12.
Предлагаемые варианты фундамента способны изолировать здание, мост, виадук и другие сооружения от сейсмических колебаний широкого спектра частот и мод, благодаря тому, что слои подшипников различного диаметра, свободно перемещаясь, относительно друг друга, эффективно гасят воздействующие на них механические колебания независимо от их направления в пространстве.
Использование вариантов предлагаемого сейсмоизолирующего фундамента повышают сейсмостойкость установленных на нем зданий и сооружений.