ПОДВИЖНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СЕЙСМОЗАЩИТЫ ЗДАНИЯ
MOVABLE MECHANICAL SEISMIC PROTECTION SYSTEM OF A BUILDING

Изобретение относится к области строительства и предназначено для сооружений, строящихся в сейсмических районах.
Известно устройство для защиты сооружения от сейсмического воздействия, выполненное в виде резино-металлическая опора зданий (патент RU 2200810 от 2003 года) -аналог.
Недостатками известного устройства для защиты сооружения от сейсмического воздействия являются:
1. Ограниченный срок службы из-за уменьшения упругих механических свойств резины с течением времени и ее старения.
2. Отсутствие достаточной по величине восстанавливающей силы, которая при землетрясениях возвращает здание в исходное положение, что приводит к низкой эффективности сейсмозащиты.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является подвижная механическая система сейсмозащиты здания, содержащая устройство для защиты здания от сейсмического воздействия, выполненного в виде пространственного жесткого каркаса с подвижными столбчатыми фундаментами (патент Японии JP №5129324 от 2010 г. ) - прототип.
Недостатками указанного устройства сейсмозащиты строительных зданий являются:
1. Сложная технология строительства и высокая стоимость строительных сооружений на основе сложного пространственного каркаса с подвижными столбчатыми фундаментами.
2. Ограниченная область применения, например, в районах с вечной мерзлотой.
3. Низкая эффективность сейсмозащиты из-за ограниченной по величине подвижности столбчатых фундаментов, особенно в условиях скалистого грунта.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в увеличении эффективности сейсмозащиты за счет установки внутри стен здания шарнирно-рычажного распорного механизма для создания динамического противодействия строительного сооружения действующим на него внешним нагрузкам.
Получение технического результата достигается за счет того, что устройство сейсмозащиты строительных зданий выполнено в виде установленного внутри стен здания многозвенного шарнирно-рычажного распорного механизма, замкнутая кинематическая цепь которого составлена из многошарнирных звеньев и одноподвижных вращательных кинематически пар с параллельными осями, образующих многосторонние контуры и имеющих вращательный (электропривод) звеньев или поступательный гидропривод звеньев с динамическим противодействия, создаваемым внутри периметра стен строительного сооружения.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство сейсмозащиты зданий выполненное в виде устанавливаемого внутри здания многозвенного шарнирно-рычажного распорного механизма с вращательным электроприводом звеньев; на фиг. 2 и фиг. 3 представлены варианты выполнения устройства сейсмозащиты высотных зданий квадратной формы сечения с установленными по диагонали поворотными гидроцилиндрами; на фиг. 4 представлен вариант выполнения устройства сейсмозащиты многоэтажных зданий прямоугольной формы с (противоположно) установленными между собой двумя поворотными гидроцилиндрами.
2
1
2
3
Данной устройство сейсмозащиты строительных зданий выполнено в виде устанавливаемого внутри стен здания 1 многозвенного шарнирно-рычажного распорного механизма в виде плоской кинематической цепи, состоящей из восьми подвижных двухшарнирных звеньев 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9; соединенных между собой посредством одноподвижных вращательных кинематических пар с параллельными осями вращения, образующих внутри плоской кинематической цепи механизма четыре двойных цилиндрических шарнира (на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 обозначены через «j») и три замкнутых четырехсторонних контура (обозначены на фиг. 1 через «L», «L» и «L»).
Устройство сейсмозащиты на фиг. 1 выполнено с вращательным электроприводом звеньев распорного механизма с ведущим звеном 2.
2
Вариант устройства сейсмозащиты на фиг. 2 выполнен с установленным по диагонали ABC квадратного сечения стены здания 1 поворотным гидроцилиндром 10, внутри которого между штоком с поршнем 11 и дном гидроцилиндра 10 установлена пружина сжатия 12. Плоская кинематическая цепь шарнирно-рычажного распорного механизма на фиг. 2 состоит из шести подвижных двухшарнирных звеньев 13, 14, 15, 16, 17 и 18, соединенных между собой посредством четырех двойных цилиндрических шарниров А, В, D, Е (обозначены через «j»)» а поворотный гидроцилиндр 10 со штоком с поршнем 11 установлен между двумя двойными цилиндрическими шарнирами А и В.
2
3
3
На фиг. 3 представлен вариант устройства подвижной механической системы сейсмозащиты здания, выполненного в виде шарнирно-рычажного распорного механизма, в котором плоская кинематическая цепь составлена из шести подвижных двухшарнирных звеньев 19, 20, 21, 22, 23 и 24, соединенных между собой посредством четырех двойных цилиндрических шарниров (обозначены j), установленных по углам A, D, С и Е; одного тройного шарнира (обозначен «j», установленного в центре В (на пересечении диагоналей АС и DE) и двух противоположно установленных на одной из диагоналей (АС) поворотных гидроцилиндров 25 и 26, в которых шток с поршнем 27 одного гидроцилиндра 25 соединен в центре В со штоком с поршнем 28 другого гидроцилиндра 26. В этом же центре В квадратного сечения здания два двухшарнирных звена 23 и 24 связаны между собой посредством тройного шарнира (обозначен «j»).
2
На фиг. 4 представлен вариант устройства подвижной механической системы сейсмозащиты здания, выполненного в виде шарнирно-рычажного распорного механизма, в котором плоская кинематическая цепь составлена из двух трехшарнирных звеньев 29, 30 и шести двухшарнирных звеньев 31, 32, 33, 34, 35 и 36, соединенных между собой посредством шести двойных цилиндрических шарниров (обозначены j) и двух противоположно установленных поворотных гидроцилиндров 37 и 38, в которых шток с поршнем 39 одного гидроцилиндра 37 установлен раздельно со штоком с поршнем 40 другого гидроцилиндра 38.
Во всех представленных на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 вариантах выполнения устройства сейсмозащиты образованный звеньями шарнирно-рычажного распорного механизма его наружный контур плоской кинематической цепи равен внутреннему контуру стен здания.
Работа представленного устройства сейсмозащиты строительных зданий заключается в следующем. После установки во внутренний периметр стен здания устройства его сейсмозащиты в виде шарнирно-рычажного распорного механизма (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) при повороте его ведущего звена 2 (фиг. 1) или при подаче рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 10 (фиг. 2) или при одновременной подаче рабочей жидкости в поршневые полости обоих гидроцилиндров 25, 26 и 37, 38 (в устройстве на фиг. 3 и фиг. 4) внутри стен здания на установленном шарнирно-рычажном механизме создается распорное противодействие его звеньев на стены здания. В результате этого стены строительного здания с таким распорным механизмом могут выдержать в 2-3 раза большие внешние динамические нагрузки от внешней ударной волны и от сейсмического воздействия.
Достигаемый в предлагаемой стержневой конструкции сейсмостойких сооружений положительный эффект заключается в следующем:
1. За счет создаваемого внутри стен здания силовыми приводами шарнирно-рычажного устройства сейсмозащиты дополнительного распорного противодействия стены строительного здания могут выдержать (без их разрушения) в 2-3 раза большие динамические нагрузки от внешней ударной волны и от сейсмического воздействия.
2. Создаются стабильные и не зависящие от времени эксплуатации сооружений и от температур снаружи здания характеристики сейсмозащиты.
3. Неограниченная область применения в строительстве сооружений предлагаемого шарнирно-рычажного распорного устройства сейсмозащиты, особенно для зданий в зоне вечной мерзлоты (в отличие от известных по патенту RU 2200810 и патенту Японии JP №5129324), где установленные в грунт снаружи здания подвижные связи столбчатых фундаментов в условиях низких температур теряют свои упругие свойства и эффективность сейсмозащиты строительных сооружений.