СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в сейсмоопасных районах для постройки зданий, сооружений, опор колонн трубопроводов, мачт линий электропередач и тому подобного.
Известно сейсмостойкое здание (см. описание к авторскому свидетельству №326338, опубл. 19.11.1972), содержащее каркас и фундаментную плиту с выступающими коническими наконечниками, погруженными в демпфирующую прослойку, фундаментная плита подвешена на жестких в вертикальном направлении тягах к объемлющему ее, опирающемуся на грунт основания фундаментному стакану.
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.1 к, 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. Эта конструкция принята в качестве прототипа.
Недостатки аналога и прототипа: стержни имеют относительно большую жесткость на растяжение в вертикальном направлении и малую жесткость на изгиб, поэтому такая система сейсмоизоляции обеспечивает защиту здания преимущественно от горизонтальных составляющих сейсмических воздействий.
Задача полезной модели - усилить защиту зданий каркасной конструкции и других сооружений подобного типа от разрушения при землетрясениях.
Поставленная задача может быть выполнена тем, что сейсмостойкое здание, содержащеее соединенный с грунтом фундамент и первую плиту с установленной на ней колонной металлокаркаса, соединенную с фундаментом с помощью подвеса, дополнительно содержит опирающуюся на фундамент вторую плиту, на обращенных к друг другу поверхностях первой и второй плит жестко закреплены кронштейны, несушие стальные трубы, а подвес выполнен в виде стального каната, обвивающего поочередно указанные трубы.
Для выравнивания упругих свойств сейсмозащиты канатный подвес сейсмостойкого здания может быть снабжен регулятором жесткости подвеса, выполненным, к примеру, в виде двух металлических профилей, соединенных посредством резьбовых пар и охватывающих витки канатного подвеса.
На фиг.1 показан вид спереди устройства сейсмоизоляции здания. На фиг.2 показан вид сбоку устройства сейсмоизоляции здания. На фиг.3 показан маятниковый подвес устройства сейсмоизоляции с регулятором жесткости подвеса в пространственном изображении. На фиг.4 показан общий вид фундамента сейсмостойкого здания.
Заявляемое здание содержит металлокаркас, соединенный с фундаментными опорами посредством системы сейсмоизоляции, состоящей из первой плиты 1 и второй плиты 2, соединенной через фундамент 3 с грунтом (см. фиг.1). На плите 2 закреплены кронштейны 4 на которые опирается металлическая труба 5, на плите 1 закреплены кронштейны 6, жестко соединенные с металлической трубой 7. На трубы 5 и 7 навит стальной канат 8, образующий вертикальный подвес плиты 1, на которой впоследствии возводят колонну 9 металлокаркаса здания. Витки каната 8 могут быть расположены вплотную к друг другу и при необходимости в несколько слоев. С внешних сторон витков каната 8 расположен регулятор жесткости подвеса, выполненный в виде двух металлических профилей 10, охватывающих витки каната 8 и соединенных посредством резьбовых пар 11 (см. фиг.3). При вращении гаек резьбовых пар 11 происходит натяжение или ослабление давления профилей 10 на канат 8. При этом можно провести выравнивание неравномерности натяжения отдельных витков каната 8, возникающих при навивке.
Заявляемая конструкция системы сейсмоизоляции такова, что отсутствуют зоны концентрации напряжений, поскольку канат 8 имеет плавную линию изгиба на трубах и работает на растяжение.
Плиты 1 и 2, кронштейны 4 и 6, трубы 5 и 7 с навитым на них канатом 8 составляют единый блок, который можно назвать сейсмоизолятором. Такие сейсмоизоляторы можно изготавливать в заводских условиях.
Сейсмоизоляторы устанавливают под каждую колонну металлокаркаса здания.
При строительстве здания, сооружения или опоры мачты вначале подготавливают фундаменты 3 для каждой колонны, изготавливаемые по обычной технологии. Затем на фундаменты 3 монтируют сейсмоизоляторы, предварительно изготовленные и откалиброванные в заводских условиях. Далее на сейсмоизоляторах монтируют колонну мачты либо колонну 9 металлокаркаса каркаса здания, сооружения. Для предотвращения возникновения внутренних деформаций и напряжений в конструкции в процессе монтажа и строительства сооружения целесообразно использовать предохранители (не показаны), фиксирующие ход сейсмоизолятора и удаляемые после окончания монтажных работ и стабилизации веса здания. В процессе эксплуатации здания при возникновении усадочных деформаций под отдельными колоннами можно провести коррекцию жесткости сейсмоизоляторов с помощью регулятора жесткости подвеса (поз 10, 11).
Заявляемая система сейсмоизоляции здания работает следующим образом. При статической нагрузке на колонны 9 усилие передается от второй плиты 2 на первую плиту 1 посредством стальных канатов 8. Поскольку конструкция имеет маятниковый подвес, она имеет возможность движения в любом направлении. При возникновении сейсмических нагрузок происходит смещение второй плиты 2, на первую плиту 1 за счет маятникового подвеса сейсмическая нагрузка ослабляется. Конкретные параметры жесткости маятниковой подвески, величины хода в различных направлениях, количество демпфирующих материалов (которые возможно потребуются для предотвращения колебаний сооружения от снеговетровой нагрузки и гашения энергии колебаний) определяют на этапе проектирования.
Достоинствами заявляемой конструкции здания, снабженного системой сейсмоизоляции, являются:
- возможность изготовления сейсмоизолятора из вторичных материалов, большое количество стальных канатов остается при эксплуатации кранового и лифтового оборудования, которые после дефектовки могут использоваться при изготовлении тросовых сейсмоизоляторов;
- заявляемое устройство может быть изготовлено в промышленных условиях и на строительную площадку доставляться в виде комплектующих, что позволяет провести настройку на заданный вес, регулировку и испытания силовых характеристик выполнить заранее;
- преимуществом при защите от землетрясения является возможность получения анизотропных свойств пространственной сейсмозащитной маятниковой подвески, что позволяет при проектировании широко варьировать комбинации различных параметров жесткости сейсмоизоляторов в зависимости от условий строительства (геологии грунтов, параметров возможного землетрясения, конфигурации и назначения здания, внешних нагрузок и так далее), что в свою очередь позволяет максимально оптимизировать защитные свойства для каждого конкретного случая сейсмического воздействия;
- экономичность и доступность основных материалов сейсмоизоляторов, долговечность работы.