СЕЙСМОСТОЙКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЯ
EARTHQUAKE-RESISTANT BUILDING STRUCTURE

Изобретение относится к сейсмостойким объектам.
Известны малошумные конструкции для производственных зданий в виде акустических облицовок и штучных звукопоглотителей, полости которых заполнены звукопоглощающим материалом [1, 2, 3, 4, 5]. В настоящее время волокнистые звукопоглотители являются наиболее употребительными в строительной практике.
Недостатками известных конструкций звукопоглотителей являются их сравнительно невысокая эффективность на низких и средних частотах, а также они не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к дизайну помещений и сейсмической стойкости возводимых сооружений.
Известны малошумные сейсмостойкие производственные здания, содержащие каркас здания с основанием, несущие стены с ограждениями в виде пола и потолка, которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, оконные и дверные проемы, а также штучные звукопоглотители, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием [6, 7, 8].
Их недостаток - сравнительно невысокая эффективность шумоглушения на высоких частотах из-за отсутствия в элементах конструкций схем, содержащих резонаторы Гельмгольца.
Известны малошумные сейсмостойкие производственные здания, содержащие базовые несущие плиты перекрытия, снабженные в местах их крепления к несущим стенам здания системой пространственной виброизоляции, состоящей из горизонтально расположенных виброизоляторов, воспринимающих вертикальные статические и динамические нагрузки, а также вертикально расположенных виброизоляторов, воспринимающих горизонтальные статические и динамические нагрузки [9, 10].
Недостатками известных конструкций зданий являются их сравнительно невысокая эффективность на низких и средних частотах, а также они не отвечают возросшим требованиям, предъявляемым к сейсмической стойкости возводимых сооружений.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является малошумное сейсмостойкое производственное здание по патенту РФ №129125 [11] на полезную модель, основание каркаса здания которого выполнено с виброизоляцией железобетонной плиты, состоящей из связанных между собой железобетонных балок в основании здания, которая включает в себя, по крайней мере, четыре виброизолятора, устанавливаемых между металлической плитой и железобетонной балкой, расположенной в основании здания, выполненного заодно целое с, по крайней мере, восемью ленточными фундаментными блоками, являющимися своеобразными "ловушками", а каждая из металлических плит установлена на, по крайней мере, трех железобетонных столбах-упорах, а между каждыми ленточными фундаментными блоками и каждой из железобетонных балок устанавливаются песчаные подушки, а под виброизоляторами закреплены тензорезисторные датчики, контролирующие осадку виброизоляторов, при этом песчаные подушки установлены в металлических разъемных обоймах.
Недостатками этого сейсмостойкого производственного здания является сравнительно невысокая эффективность шумоподавления на низких и средних частотах, а также сравнительно невысокое демпфирование на резонансных частотах в системах виброизоляции и, как следствие, сравнительно невысокая сейсмостойкость.
Технический результат - повышение прочности и сейсмостойкости здания, а также эффективности шумоглушения.
Это достигается тем, что в сейсмостойкой конструкция здания, содержащей каркас цеха, несущие стены с ограждениями в виде пола и потолка, которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, оконные и дверные проемы, а также штучные звукопоглотители, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием, а конструкция пола выполнена на упругом основании и содержит установочную плиту, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на двух, жестко связанных между собой, базовых плитах межэтажного перекрытия повышенной прочности и сейсмостойкости с полостями через слои вибродемпфирующего и гидроизоляционного материала с зазором относительно несущих стен производственного помещения, причем слои вибродемпфирующего и гидроизоляционного материала выполнены с отбортовкой, плотно прилегающей к несущим конструкциям стен и базовым несущим плитам перекрытия, а между базовыми плитами межэтажного перекрытия проложен слой вибродемпфирующего материала, а полости базовых плит расположены в шахматном порядке и заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером, полиэтиленом или полипропиленом, а стены облицованы звукопоглощающими конструкциями.
На фиг.1 изображен общий вид сейсмостойкой конструкция здания, на фиг.2 - разрез междуэтажного перекрытия здания, на фиг.3 - система виброизоляции фундамента с цокольным этажом, на фиг.4 - схема вибродемпфирующей вставки в полостях базовых плит.
Сейсмостойкая конструкция здания (фиг.1) содержит каркас цеха (на чертеже не показан), оконные 9 и дверные 10 проемы и несущие стены 1, 2, 3, 4 с ограждениями 5, 6 (пол и потолок), которые облицованы звукопоглощающими конструкциями, а также штучные звукопоглотители 7 и 8, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и установленные над шумным оборудованием 11.
Конструкция пола на упругом основании (фиг.2) содержит установочную плиту 12, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на двух, жестко связанных между собой, базовых плитах 15 и 18 межэтажного перекрытия повышенной прочности и сейсмостойкости с полостями соответственно 16 и 19 через слои вибродемпфирующего материала 14 и гидроизоляционного материала 13 с зазором 17 относительно несущих стен 1, 2, 3, 4 производственного помещения. Чтобы обеспечить эффективную виброизоляцию установочной плиты 12 по всем направлениям слои вибродемпфирующего материала 14 и гидроизоляционного материала 13 выполнены с отбортовкой, плотно прилегающей к несущим конструкциям стен 1, 2, 3, 4 и базовой несущей плите 15 перекрытия.
Для повышения прочности и сейсмостойкости зданий, а также эффективности звукоизоляции и звукопоглощения в цехах, находящихся под межэтажным перекрытием полости, между базовыми плитами 15 и 18 межэтажного перекрытия проложен слой вибродемпфирующего материала 20, а полости 16 и 19 базовых плит 15 и 18 расположены в шахматном порядке и заполнены вибродемпфирующим материалом, например вспененным полимером, полиэтиленом или полипропиленом, а стены 1, 2, 3, 4 облицованы звукопоглощающими конструкциями.
Возможен вариант, когда в полостях 16 и 19 соответственно базовых плит 15 и 18 межэтажного перекрытия расположены вибродемпфирующие вставки (фиг.4), выполненные в виде цилиндра 27 из жесткого вибродемпфирующего материала, например пластиката типа «Агат», «Антивибрит», «Швим», внутри которого осесимметрично и коаксиально расположен упругий сердечник 28, вдоль оси которого жестко закреплены по всей длине полости, демпфирующие диски 29, при этом крайние диски закреплены «заподлицо» с цилиндром 28 из вибродемпфирующего материала, торцы которого, в свою очередь, расположены «заподлицо» с боковыми поверхностями базовых плит 15.
Вибродемпфирующие вставки способствуют поглощению виброакустической энергии межэтажного перекрытия на средних и высоких частотах, вызывающих звуковые колебания, а следовательно, и повышенные уровни шума в самом здании.
В качестве звукопоглощающего материала звукопоглощающих конструкций используются плиты из минеральной ваты на базальтовой основе типа «Rockwool», или минеральной ваты типа «URSA», или базальтовой ваты типа П-75, или стекловаты с облицовкой стекловойлоком, причем звукопоглощающий элемент по всей своей поверхности облицован акустически прозрачным материалом (на чертеже не показано), например стеклотканью типа Э3-100 или полимером типа «Повиден».
В качестве звукопоглощающего материала может быть использован также жесткий пористый материал, например пеноалюминий или металлокерамика, или камень-ракушечник со степенью пористости, находящейся в диапазоне оптимальных величин: 30÷45%. В качестве звукопоглощающего материала может быть использован материал в виде крошки из твердых вибродемпфирующих материалов, например эластомера, или полиуретана, или пластиката, причем размер фракций крошки лежит в оптимальном интервале величин: 0,3÷2,5 мм (на чертеже не показано).
Система виброизоляции фундамента с цокольным этажом 21 (фиг.3) осуществляется путем установки поднимаемой части здания на виброизоляторы 22 с одновременной отрезкой его швами типа антисейсмических (на чертеже не показано) от соседних зданий и окружающего грунта. Для защиты от вибраций вертикального направления виброизоляторы устанавливаются в ниши стен цокольного этажа 21 на участки ленточного фундамента 25. Каждый комплект системы виброизоляции состоит из металлической плиты, 4-х виброизолятов, 2-х листов наждачной бумаги для исключения возможности скольжения элементов фундамента и 2-х опорных железобетонных блоков (на чертеже не показано).
Для защиты здания от вибраций горизонтального направления, распространяющихся по грунту, устраивается система виброизоляции по вертикальным граням наружных стен 24 цокольного этажа 21 на уровне фундамента и перекрытия 12 (фиг.2). С этой целью вокруг всего здания устраивается подпорная стенка, контрфорсы 23 которой соединяются с торцами несущих стен через виброизоляторы, которые устанавливаются в нишах 26 контрфорсов 23. Конструкция виброизолированного здания имеет повышенную жесткость.
Цокольный этаж здания выполнен в виде пространственной рамной конструкции из монолитного железобетона с включенными в раму перекрытием и перегородками (на чертеже не показано). Такая конструкция обеспечивает повышенную жесткость здания, компенсирующую ее снижение из-за опирания на виброизоляторы. С этой же целью усилены перемычки над дверными и иными проемами (на чертеже не показано) так, чтобы жесткость перегородок не изменилась, а фундамент цокольного этажа 21 выполнен в виде ленточной перекрестной конструкции высотой порядка 50 см, выступающей над фундаментной плитой-стяжкой.
Сейсмостойкая конструкция здания работает следующим образом.
Звуковая энергия от оборудования 11, находящегося в помещении, попадает на слои звукопоглощающего материала звукопоглощающих конструкций, которыми облицованы несущие стены 1, 2, 3, 4 с ограждениями 5, 6 (пол и потолок), а также штучные звукопоглотители 7 и 8, содержащие каркас, в котором расположен звукопоглощающий материал, и которые установлены над шумным оборудованием 11. Переход звуковой энергии в тепловую (диссипация, рассеивание энергии) происходит в порах звукопоглотителя, представляющих собою модель резонаторов "Гельмгольца", где потери энергии происходят за счет трения колеблющейся с частотой возбуждения массы воздуха, находящегося в горловине резонатора о стенки самой горловины, имеющей вид разветвленной сети пор звукопоглотителя. Коэффициент перфорации перфорированной стенки принимается равным или более 0,25. Для предотвращения высыпания мягкого звукопоглотителя предусмотрена стеклоткань, например типа ЭЗ-100, расположенная между звукопоглотителем и перфорированной стенкой.
3
При установке виброактивного оборудования на плиту 12 происходит двухкаскадная виброзащита за счет вибродемпфирующих вкраплений в саму массу плиты 12, а также за счет слоя вибродемпфирующего материала 14, 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. Причем иглопробивные маты состоят из волокон, имеющих диаметр не ниже предельно допустимого гигиенического значения, не содержат канцерогенных асбестовых и керамических волокон, а в их состав не входят такие вредные связующие, как фенол. Поэтому с уверенностью их можно отнести к классу теплозвукоизоляционных материалов, соответствующих высоким гигиеническим и противопожарным требованиям. При этом стекловолокнистые материалы имеют низкую теплопроводность, не поддаются влиянию пара, масла, воды, обладают высокой температурной стабильностью.
Цокольный этаж здания выполнен в виде пространственной рамной конструкции из монолитного железобетона с включенными в раму перекрытием и перегородками (на чертеже не показано). Такая конструкция обеспечивает повышенную жесткость здания, компенсирующую ее снижение из-за опирания на виброизоляторы. С этой же целью усилены перемычки над дверными и иными проемами (на чертеже не показано) так, чтобы жесткость перегородок не изменилась, а фундамент цокольного этажа 21 выполнен в виде ленточной перекрестной конструкции высотой порядка 50 см, выступающей над фундаментной плитой-стяжкой.
Источники библиографии
1. Кочетов О.С., Сажин Б.С. Снижение шума и вибраций в производстве: теория, расчет, технические решения. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. - 319 с. (рис.П. III. 10, стр.263).
2. Кочетов О.С. Текстильная виброакустика. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2003. - 191 с. (рис.П.2, стр.176).
3. Кочетов О.С. Лабораторный практикум по производственной санитарии. Учебное пособие для вузов. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, группа «Совьяж Бево» 2004. - 168 с. (рис.6.6, стр.120).
4. Кочетов О.С. Звукопоглощающие конструкции для снижения шума на рабочих местах производственных помещений. Журнал «Безопасность труда в промышленности», №11, 2010, стр.46-50 (рис.1; стр.48 и рис.2; стр.48).
5. Кочетов О.С. Звукопоглощающая конструкция цеха // Патент на изобретение №2414565. Опубликовано 20.03.2011. Бюллетень изобретений №8.
6. Кочетов О.С. Способ акустической защиты оператора // Патент на изобретение №2431022. Опубликовано 10.10.2011. Бюллетень изобретений №28.
7. Кочетов О.С., Стареева М.О. Производственное помещение с низким уровнем шума // Патент на изобретение №2425931. Опубликовано 10.08.2011. Бюллетень изобретений №22.
8. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Сейсмостойкое здание // Патент на полезную модель №120447. Опубликовано 20.09.2012. Бюллетень изобретений №26.
9. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Сейсмостойкое сооружение // Патент на полезную модель №123433. Опубликовано 27.12.2012. Бюллетень изобретений №36.
10. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Сейсмостойкая кирпичная стеновая панель // Патент на полезную модель №118331. Опубликовано 20.07.2012. Бюллетень изобретений №20.
11. Дурнев Р.А., Иванова О.Ю., Кочетов О.С. Малошумное сейсмостойкое производственное здание // Патент на полезную модель №129125. Опубликовано 20.06.2013. Бюллетень изобретений №17.