СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в сейсмоопасных районах для постройки зданий, сооружений, устойчивых к землетрясениям.
Известны конструкции фундаментов зданий на маятниковой подвеске (см. Назин В.В. Новые сейсмостойкие конструкции и железобетонные механизмы сейсмоизоляции зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1993, стр.3-9, рис.1к, л). Здание установлено на плите, которая подвешена на стержнях. Стержни закреплены с одной стороны в выступах фундамента, неподвижно соединенного с грунтом, а с другой стороны в упомянутой плите.
Недостатком таких конструкций является неэффективная защита зданий от землетрясений.
Известно сейсмостойкое здание (см. описание к патенту №2129644, опубл. 27.04.1999), содержащее собственно здание, фундаментную плиту, подвешенную к фундаменту на стержнях, и упругий подвес, установленный между фундаментной плитой и перекрытием нижнего этажа здания и выполненный из упругих блоков квазинулевой жесткости, размещенных симметрично так, что центр масс здания расположен на вертикальной оси симметрии размещения упругих блоков, а каждый упругий блок выполнен из упругих модулей и корректора жесткости, установленного между ними, причем каждый упругий модуль выполнен из двух вертикальных стоек, а между стойками закреплены эквидистантные друг другу отрезки тросов, одни концы которых закреплены перпендикулярно стойке, жестко соединенной с перекрытием первого этажа, а другие концы закреплены наклоняю к другой стойке, жестко соединенной с фундаментной плитой, корректор жесткости выполнен из двух одинаковых отрезков тросов, середины которых соединены между собой и прикреплены к фундаментной плите, концы тросов разведены и неподвижно присоединены через устройства поджатия к перекрытию первого этажа. Недостатки данной конструкции здания:
- высокая трудоемкость изготовления несущих модулей и корректоров жесткости;
- низкая технологичность монтажа, что ведет к удорожанию строительства;
- люлечное подвешивание также приводит к удорожанию строительства;
- дополнительные затраты на обслуживание и эксплуатацию системы упругого подвеса;
- появление возможных паразитных колебаний в связи с потерей эквидистантности отрезков тросов упругих модулей;
- существует вероятность ухудшения защитных свойств при усилении снеговетровой нагрузки.
Известно сейсмостойкое здание (см описание к патенту №109178 на полезную модель, опубл.), содержащее соединенный с грунтом фундамент и первую плиту с установленной на ней колонной металлокаркаса, соединенную с фундаментом с помощью подвеса, здание содержит опирающуюся на фундамент вторую плиту, на обращенных к друг другу поверхностях первой и второй плит жестко закреплены кронштейны, несущие стальные трубы, а подвес выполнен в виде стального каната, обвивающего поочередно указанные трубы.
Недостатки данной конструкции:
- ухудшение защитных свойств упругого подвеса при больших амплитудах сейсмического воздействия, так как кронштейны опорных конструкций относительно близко расположены друг к другу;
- технологическая сложность поочередной обвивки труб, так как кронштейны являются замкнутыми конструкциями.
Как видно из приведенных описаний, аналоги и прототип содержат фундаментную часть, непосредственно контактирующую с грунтом, сейсмоизолированную часть, включающую опорную плиту и возведенную на ней эксплуатируемую постройку, также здание содержит соединяющую эти части упругую систему, выполненную в виде подвеса.
Задача полезной модели - усиление защиты от землетрясения, улучшение технологичности изготовления упругой системы, снижение затрат на строительство.
Поставленная задача решается тем, что у сейсмостойкого здания, содержащего соединенный с грунтом фундамент, сейсмоизолированную часть, включающую эксплуатируемую постройку, возведенную на опорной плите, а также расположенную между ними упругую систему, содержащую упругий подвес, упругий подвес выполнен в виде стального каната, размещенного на кронштейнах нижних стоек, жестко связанных с фундаментом, а верхние стойки, выполненные на опорной плите, оперты на стальной канат в промежутках между нижними стойками, причем стальной канат может быть расположен непрерывно по периметру здания, либо в виде нескольких замкнутых контуров под зданием, в случае, если здание имеет протяженную форму.
Упругий подвес сейсмостойкого здания может быть полностью или частично погружен в сыпучий материал.
На фиг.1 показано заявляемое здание, вид спереди. На фиг.2 показано заявляемое здание, вид сбоку. На фиг 3 показан вариант исполнения упругого подвеса. На фиг.4 показан другой вариант исполнения упругого подвеса. На фиг.5 показан фрагмент упругого подвеса. На фиг.6 показаны верхние и нижние стойки с кронштейнами и размещенным на них стальным канатом. На фиг.7 показано заявляемое здание в варианте, когда упругий подвес погружен в сыпучий материал.
Заявляемое здание содержит сейсмоизолированную часть, включающую эксплуатируемую постройку - корпус 1, возведенный на опорной плите 2, которая снабжена направленными вниз стойками 3. Заявляемое здание содержит фундаментную часть, состоящую из фундамента 4, соединенного
непосредственно с грунтом. На фундаменте 4 выполнены стойки 5. Фундаментная часть может быть выполнена и в другом исполнении. Например, стойки 5 могут быть выполнены как заглубленные в грунт сваи. На стойках 5 выполнены кронштейны 6 (см. фиг.6), на которых размещен стальной канат 7, образующий замкнутый контур по периметру здания. На канат 7 в промежутках между стойками 5 оперты стойки 3 через кронштейны 8 (см. фиг.6). Кронштейны 6 и 8 расположены по двум противоположным сторонам стоек 3 и 5. Стальной канат 7 размещен на кронштейнах 6 и 8 с двух сторон стоек 3 и 5.
Для повышения несущей способности упругой системы стальной канат 7 может быть расположен на стойках 5 в несколько рядов.
По конструктивному исполнению стальной канат 7 может быть расположен непрерывно по периметру здания (фиг.3), либо в виде нескольких замкнутых контуров под зданием, в случае, если здание имеет протяженную форму (фиг.4).
На фундаменте 4 может быть выполнена засыпка сыпучим материалом 9, которая частично или полностью скрывает канат 7. Засыпка 9 служит для восприятия зданием снего-ветровой нагрузки, для усиления несущей способности каната 7, для снижения амплитуды колебания здания при землетрясении. Уровень засыпки сыпучим материалом 9 может варьироваться в зависимости от уровня сейсмической активности района и рассчитывается в зависимости от массы здания, параметров упругой системы и климатических условий строительства. Количественные параметры заполнения сыпучим материалом определяются расчетом для каждого из проектируемых объектов с учетом геологических характеристик основания фундамента.
Заявляемая конструкция здания работает следующим образом. В отсутствии сейсмического воздействия стальной канат 7 находится в покое, стойки 3 опираются на канат 7 и сыпучий материал 9. В этом случае сыпучий материал 9 воспринимает на себя снего-ветровую нагрузку. При
землетрясении подземные толчки воспринимают на себя фундамент 4 и стойки 5. Стальной канат 7, деформируясь, запасает энергию толчков и работает как фильтр, не допуская колебаний корпуса 1 здания. Сыпучий материал 9 при деформации стального каната 7 играет роль демпфера. Преимущества заявляемой конструкции:
- усиление защиты при больших уровнях сейсмического воздействия, поскольку взаиморасположение конструкций фундаментной части и сейсмоизолированной части позволяет размещать стальные канаты большей эффективной длины, чем в рассматриваемых аналогах и прототипе;
- технологичность строительства, так как все технологические операции при производстве данной конструкции выполняются с использованием широко распространенных в строительстве приемов и операций, отсутствуют операции требующие разработки специализированной оснастки или механизмов.