СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ СО СТЕНАМИ БЛОЧНОЙ КОНСТРУКЦИИ
EARTHQUAKEPROOF BUILDING WITH WALLS OF BLOCK CONSTRUCTION

Изобретение относится к области строительства, а именно к реконструкции, восстановлению или возведению сейсмостойких зданий и сооружений.
Задачей изобретения является усиление существующих зданий и сооружений или возведение усиленных зданий и сооружений с повышенной устойчивостью к воздействиям ветровых нагрузок и землетрясениям за счет размещения в них многослойных виброизолирующих опор, воспринимающих вертикальные нагрузки во время использования и активно воспринимающих горизонтальные нагрузки во время сейсмической активности без необратимых и критических разрушений или с минимальными деформациями, что повышает сейсмическую надежность и безопасность здания или сооружения.
Наиболее близким техническим решением является сейсмостойкое здание, содержащее 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 виброизолирующая 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 или усиливающих поясов, расположенных в проемах [патент РФ №120447 на полезную модель - прототип].
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.
Технически достижимый результат - усиление конструкций зданий или сооружений, снижение их уязвимости при воздействии ветровых нагрузок и землетрясений, повышение их сейсмической безопасности, долговечности и остаточного ресурса.
Это достигается тем, что в сейсмостойком здании со стенами блочной конструкции, содержащем виброизолированный фундамент, горизонтальные и вертикальные несущие конструкции с системой виброизоляции, внутренние перегородки, кровлю здания, а также дверные и оконные проемы с усилением, базовые несущие плиты перекрытия снабжены в местах их крепления к несущим стенам здания системой пространственной виброизоляции, состоящей из горизонтально расположенных виброизоляторов, воспринимающих вертикальные статические и динамические нагрузки, при этом пол в помещениях выполнен на упругом основании и содержит установочную плиту, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите межэтажного перекрытия с полостями через слои вибродемпфирующего материала и гидроизоляционного материала с зазором относительно несущих стен производственного помещения, причем полости базовой плиты заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером, упругое основание пола выполнено из жесткого пористого вибропоглощающего материала, например эластомера, или полиуретана со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%, в полостях базовой плиты размещены вибродемпфирующие вставки, выполненные в виде цилиндрического демпфирующего элемента, внутренняя полость которого заполнена вибродемпфирующим материалом, а к концам которого жестко присоединены плоские упругие упоры, диаметр которых на 5÷40% меньше диаметра полостей базовой плиты, а длина цилиндрического демпфирующего элемента на 5÷40% меньше длины полостей базовой плиты, при этом после установки вибродемпфирующей вставки упругие упоры заделываются вспененным полимером заподлицо с торцевыми поверхностями базовой плиты.
На фиг. 1 изображен общий вид сейсмостойкой конструкции здания со стенами блочной конструкции, на фиг. 2 - разрез междуэтажного перекрытия здания, на фиг. 3 - общий вид вибродемпфирующей вставки в полостях базовой плиты межэтажного перекрытия, на фиг. 4 - общий вид соединительного элемента для блочной замкнутой конструкции, на фиг. 5 и 6 - аксонометрические проекции блоков с пазами и шипами для быстровозводимой сейсмостойкой блочной конструкции стен здания, на фиг. 7 - вариант соединительного элемента блочной конструкции стен здания.
Сейсмостойкое здание со стенами блочной конструкции (фиг. 1) содержит виброизолированный фундамент 1, горизонтальные 3 и вертикальные 2 несущие конструкции с системой виброизоляции, внутренние перегородки 4, кровлю здания 5, а также дверные 6 и оконные 7 проемы с усилением.
Конструкция пола выполнена на упругом основании (фиг. 2) и содержит установочную плиту 8, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите 9 межэтажного перекрытия с полостями 10 через слои вибродемпфирующего материала 11 и гидроизоляционного материала 12 с зазором 13 относительно несущих стен 2 здания. Чтобы обеспечить эффективную виброизоляцию установочной плиты 8 по всем направлениям слои вибродемпфирующего материала 11 и гидроизоляционного материала 12 выполнены с отбортовкой 17, плотно прилегающей к несущим конструкциям стен 2 и базовой несущей плите 9 перекрытия.
Для повышения эффективности виброизоляции и сейсмостойкости здания базовые несущие плиты 9 перекрытия (на фиг. 2 показана плита 9 перекрытия только для одного этажа здания и с одной стороны несущих стен 2) снабжены в местах их крепления к несущим стенам здания системой пространственной виброизоляции, состоящей из горизонтально расположенных виброизоляторов 14 и 15, воспринимающих вертикальные статические и динамические нагрузки, а также вертикально расположенных виброизоляторов 16, воспринимающих горизонтальные статические и динамические нагрузки.
Сейсмостойкое здание со стенами блочной конструкции работает следующим образом.
3
При установке виброактивного оборудования на плиту 8, происходит двухкаскадная виброзащита, за счет вибродемпфирующих вкраплений в саму массу плиты 8, а также за счет слоя вибродемпфирующего материала 11, в качестве которого могут быть использованы: иглопробивные маты типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, материал из твердых вибродемпфирующих материалов, например пластиката, из звукоизоляционных плит на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м.
В полостях 10 базовой плиты 9 размещены вибродемпфирующие вставки 19 (фиг. 3), выполненные в виде цилиндрического демпфирующего элемента, внутренняя полость 20 которого заполнена вибродемпфирующим материалом, а к концам которого жестко присоединены плоские упругие упоры 18, диаметр которых на 5÷10% меньше диаметра полостей 10 базовой плиты 9, а длина цилиндрического демпфирующего элемента на 5÷10% меньше длины полостей 10 базовой плиты 9, при этом после установки вибродемпфирующей вставки 19, упругие упоры 18 заделываются вспененным полимером (на чертеже не показано) заподлицо с торцевыми поверхностями базовой плиты 9.
Возможен вариант, когда несущие конструкции стен 2 здания выполнены в виде блочной быстровозводимой сейсмостойкой конструкции (фиг. 4-7).
Блочная быстровозводимая сейсмостойкая конструкция (фиг. 4-7) несущих конструкций стен 2 здания состоит из элементов, выполненных в виде блоков, одни из которых выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда 32 с пазами 33, выполненными в плоскости симметрии на четырех гранях параллелепипеда 32 (на фиг. 5 показан один паз, выполненный на одном из оснований параллелепипеда 32). При этом пазы 33 выполнены с цилиндрическими отверстиями 34 под внешний диаметр цилиндрического корпуса 23 соединительного элемента (фиг. 4).
Другие блоки 35 (фиг. 6) блочной быстровозводимой конструкции, которые сопряжены с первыми, выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда с шипами 36, выполненными в плоскости симметрии на четырех гранях параллелепипеда 35 (на фиг. 6 показан один шип, выполненный на одном из оснований параллелепипеда 35). При этом шипы 36 выполнены с цилиндрическими отверстиями 37 под внешний диаметр цилиндрического корпуса 23 соединительного элемента (фиг. 6). Поверхности пазов 33 и шипов 36 являются эквидистантными, конгруэнтными и равновеликими и соединяются в блочную быстровозводимую сейсмостойкую конструкцию посредством соединительных элементов.
Каждый соединительный элемент (фиг. 4) для блоков сейсмостойкого сооружения устанавливается в подготовленные отверстия, выполненные в блоках, причем блоки в ряду чередуются: один блок выполнен с шипами по торцам, а другой с пазами, при этом соединение блоков осуществляется посредством соединительных элементов, в заранее подготовленные и соосно расположенные отверстия.
Соединительный элемент (фиг. 4) состоит из двух фланцевых, оппозитно расположенных, и соосных цилиндрических резьбовых втулок 25 и 26, с жестко прикрепленными к их торцевой части установочными дисками 21 и 22, на которых выполнены элементы для резьбового соединения 24 втулок в единый цилиндрический корпус 23, например лыски под ключ (на чертеже не показано).
Соединительный элемент выполнен демпфирующим, состоящим из упругого цилиндрического корпуса 23 (фиг. 4), выполненного из упругого материала, например из упругой пружинной стали, полость которого заполнена демпфирующим материалом, например вибродемпфирующей мастикой типа «ВД-17».
Возможен вариант выполнения (фиг. 4) соединительного элемента с соосным и коаксиально расположенным внутри корпуса 23 цилиндрическим трубчатым демпфирующим элементом 27, состоящим из цилиндрической оболочки с основаниями 28 и 29, выполненной из жесткого упругого вибродемпфирующего материала, например типа «Агат», внутренняя полость 30 которой заполнена демпфирующим материалом, например песком, или вибродемпфирующей мастикой типа «ВД-17». Внутренняя полость 31 соединительного элемента между цилиндрическим корпусом 23 и внешней поверхностью цилиндрической оболочки цилиндрического трубчатого демпфирующего элемента 30, заполнена менее жестким вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.
Возможен вариант выполнения соединительного элемента для блоков сейсмостойкого сооружения, когда жестко прикрепленные к фланцевым оппозитно расположенным цилиндрическим резьбовым втулкам 25 и 26 установочные диски 21 и 22 выполнены комбинированными, состоящими из, по крайней мере, трех слоев: внешние выполнены жесткими, а третий слой, расположенный между ними, выполнен демпфирующим (на чертеже не показано).
Возможен вариант выполнения соединительного элемента (фиг. 7), когда он выполнен демпфирующим, состоящим из упругой цилиндрической обечайки 23, к концам которой посредством резьбы присоединены плоские жесткие упоры 21 и 22, а внутренняя полость заполнена набором, по крайней мере, из двух демпфирующих дисков 38 и 39, закрепленных на упругой оси 41, коаксиально расположенной с цилиндрической обечайкой 23, а между демпфирующими дисками расположена, по крайней мере, одна цилиндрическая винтовая пружина 39. Полость цилиндрической обечайки 23 заполнена вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном или строительно-монтажной пеной.
Соединительный элемент для блоков сейсмостойкого сооружения работает следующим образом. При сейсмических колебаниях происходит смещение блоков, соединенных между собой соединительными элементами, что приводит к упругой деформации их упругого цилиндрического корпуса 23, выполненного из упругого материала, полость которого заполнена демпфирующим материалом, что приводит к уменьшению колебаний блоков даже на резонансных режимах сейсмического или вибрационного воздействия. При этом блоки, за счет гашения колебаний соединительными элементами, сохраняют целостность конструкции.