ОПОРА СЕЙСМОСТОЙКОГО СООРУЖЕНИЯ
SUPPORT OF QUAKEPROOF STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорам сейсмостойких сооружений (зданий).
Известны устройства для защиты сооружения от сейсмического воздействия, включающие резино-металлические опоры (РМО), выполненные из поочередно уложенных друг на друга упругих резиновых листов (прокладок) и металлических листов (акцептованная заявка JP № 1-23633, Е04Н 9/02, Е04В 1/36, F16F 15/02, 1989). В известных устройствах горизонтальное перемещение сооружения (здания) относительно фундамента происходит за счет деформации сдвига упругих резиновых листов.
Недостатком антисейсмических резино-металлических опор является изменение физико-механических свойств материала прокладок при неблагоприятных условиях эксплуатации сооружения. Кроме того, к недостаткам можно отнести отсутствие достаточной по величине восстанавливающей силы, обеспечивающей возможность возвращения сооружения (здания) в исходное положение относительно фундамента после взаимного смещения последних при сейсмическом воздействии.
Отмеченных недостатков не имеют сейсмоизолирующие опоры кинематического типа. Наиболее простыми по конструктивному исполнению являются опоры, в которых относительные перемещения сооружения и фундамента обеспечиваются расположенными в зазоре между нижней торцевой поверхностью сооружения (здания) и фундаментом жесткими звеньями, которые непосредственно воспринимают и передают весовую нагрузку от сооружения (здания) на фундамент.
Известно устройство адаптивной сейсмозащиты зданий и сооружений по патенту RU 2200810 С2 (Е04Н 9/02, E02D 27/34, 2003). Известное устройство включает первый или цокольный этаж из крестообразных стоек, обладающих свойством «Ваньки-встаньки» и образованных парой панелей с закругленными верхними и нижними гранями, имеющих паз на одной из закругленных граней и соединенных между собой посредством заведения паза одной в паз другой. В элементах нижней и верхней обвязки, являющихся фундаментными подушками, и элементах верхней обвязки, являющихся частью перекрытия первого или цокольного этажа, предусмотрены борозды. Крестообразные стойки, обладающие свойством «Ваньки-встаньки», выполнены с возможностью качения во время землетрясения по указанным бороздам, а закругленные грани выполнены с переменной кривизной так, что эта кривизна, играя роль включающихся и выключающихся связей, ограничивает развитие больших горизонтальных перемещений, действующих на здание.
Однако известное устройство имеет относительно низкую несущую способность, т.к. весовая нагрузка ограничена допустимыми контактными напряжениями при качении крестообразных стоек по соответствующим бороздам.
Известно устройство сейсмостойкого здания по патенту RU 2066362 С1 (Е04Н 9/02, 1996). В известном устройстве между нижним жестким этажом здания и плитой фундамента размещены сейсмоизолирующие элементы из шаровых сегментов и упругих вставок, размеры которых и каждого сейсмоизолирующего элемента определены из заданных определенным образом соотношений. Известное устройство позволяет повысить сейсмостойкость здания за счет понижения частоты собственных колебаний системы здание - сейсмоизоляция и выведения ее из диапазона частот спектра сейсмических волн, опасного в данной точке поверхности Земли.
Недостатком известного устройства является относительно низкое значение весовой нагрузки, передаваемой сферической поверхностью шарового сегмента при контакте с соответствующей ответной плоской поверхностью.
Известна опора сейсмостойкого здания по патенту RU 2063503 С1 (Е04Н 9/02, 1996). Опора размещена между строительными конструкциями здания и образована из части сферы с внесенным в нее цилиндром, упругого элемента, расположенного в нише последней, и жесткого цилиндрического элемента, который установлен в полости части сферы и опирается на упругий элемент нижней частью. Жесткий цилиндрический элемент установлен в упомянутой полости с возможностью его перемещения по вертикали относительно части сферы и имеет оголовок с горизонтальным основанием. Диаметр оголовка жесткого цилиндрического элемента равен диаметру цилиндра. Основание последнего совпадает с горизонтальным основанием части сферы. В варианте осуществления упругий элемент выполнен в виде дисковой пружины с прокладками из упруго-пластического материала и ядром из прокаленного песка. Упругий элемент может быть заменен при необходимости. Нижняя строительная конструкция здания имеет выемку, в которой размещена основанием упомянутая часть сферы. Полость между частью сферы и стенками выемки заполнена песком с образованием демпфера, обеспечивающего вязкое затухание колебаний. Опора такой конструкции представляет собой самовосстанавливающуюся связь.
К недостаткам известного устройства можно отнести следующие:
- при использовании подобной опоры горизонтальное перемещение здания относительно фундамента сопровождается его вертикальным перемещением (колебаниями);
- высокий уровень контактных напряжений в узле взаимодействия верхней торцевой поверхности цилиндра, возникающих при наклоне опоры, что существенно ограничивает несущую способность опоры;
- демпфирование горизонтальных колебаний определяется качеством песка, заполняющего выемку в нижней строительной конструкции здания, что не позволяет оптимизировать демпфирующие характеристики устройства;
- сложность конструктивного исполнения опоры.
Известно опорное устройство для многоэтажного сейсмостойкого здания по патенту RU 2214491 C1 (E04H 9/02, 2003). В многоэтажном сейсмостойком здании, включающем фундамент, пространственно-жесткие верхние этажи, гибкие стойки и центральную опору, гибкие стойки выполнены из эластично-упругих пластинчатых элементов дугообразной формы, например, из рессорного металла, опирающихся одним концом о базовый опорный пояс фундамента здания, а другим концом закрепленных к опорному поясу нижнего перекрытия здания. Фундамент выполнен в виде заглубленного в грунт центрального ствола, к верхней части которого жестко прикреплена горизонтальная плита. На горизонтальную плиту уложен и прикреплен к ней базовый опорный пояс, который имеет центральное углубление обычно сферической формы. В углублении нижнего (базового) опорного пояса находится центральная опора, которая может быть выполнена в виде сплошной или полой сферы, эллипсоида вращения, усеченного конуса (или, в частности, цилиндра), а также вариант в виде чечевицеобразного тела. В случае применения усеченного конуса или цилиндра их основания имеют верхние и нижние сферические опорные поверхности. Центральная опора имеет контактные поверхности, сопряженные со сферическими контактными поверхностями опорных поясов. Базовый опорный пояс фундамента здания и опорный пояс нижнего перекрытия здания дополнительно связаны демпфирующими устройствами. Демпфирующие устройства могут быть различной конструкции, например, в одном из вариантов они представляют собой гидравлические или воздушные демпферы цилиндро-поршневого типа, которые шарнирно связаны с соответствующими опорными поясами. В варианте выполнения эластично-упругие пластинчатые элементы и демпфирующие устройства равнорасположены осесимметрично относительно вертикальной оси центральной опоры. При сейсмическом воздействии на здание антисейсмические устройства создают свободу углового (наклон) и горизонтального (в меньшей мере и вертикального) перемещения каркаса здания относительно фундамента. В процессе воздействия внешнего возмущения происходит незначительное перекатывание центральной опоры по углублению нижнего опорного пояса, а верхнего опорного пояса по центральной опоре (по сферическим контактным поверхностям). При этом энергия воздействия поглощается системой гибких стоек, выполненных в виде эластично-упругих пластинчатых элементов дугообразной формы. Таким образом, система гибких стоек и демпфирующих устройств гасит внутреннюю энергию, накапливающуюся в процессе деформирования системы под воздействием внешних нагрузок.
Недостатком известного устройства является использование одной центральной опоры, что приводит к резкому возрастанию опрокидывающего момента при горизонтальных перемещениях здания и особенно при наклонах высотных зданий. Наличие восстанавливающего момента, создаваемого только гибкими стойками, в этом случае может быть явно недостаточным (реакция центральной опоры от весовой нагрузки не создает восстанавливающего момента). Вместе с этим, не используется реакция центральной опоры для возвращения здания в исходное положение при наклонах. Кроме того, в известном устройстве податливость гибких стоек, выполненных в виде эластично-упругих пластинчатых элементов дугообразной формы из рессорного металла, существенно зависит от направления перемещения здания. При перемещении здания в направлении, тангенциальном по отношению к расположенной, по существу, радиально гибкой стойке, существенно снижается податливость последней, что может сопровождаться разрушением стойки. Также можно отметить, что система, сопровождаемая обкаткой опор, характеризуется высоким уровнем контактных напряжений в центральной опоре и снижением несущей способности опоры. Демпфирование горизонтальных перемещений предложенной системой демпфирующих устройств малоэффективно, т.к. они работают в основном при наклоне здания. Кроме того, при использовании подобного устройства усложняется задача оптимизации сейсмозащиты с обеспечением минимизации горизонтального нагружения здания.
Также известны опорные устройства сейсмостойких сооружений (зданий) на маятниковой подвеске.
Известно опорное устройство для сейсмостойкого здания по авт.св. SU 326338 A1 (E04H 9/02, 1972). В сейсмостойком здании, включающем каркас и фундаментную плиту с выступающими коническими наконечниками, погруженными в демпфирующую прослойку (песок), фундаментная плита подвешена на жестких в вертикальном направлении тягах к объемлющему ее, опирающемуся на грунт основания фундаментному стакану. Размеры, количество опор фундаментной плиты и длина тяг подбираются из условия исключения резонанса при наиболее неблагоприятных условиях. После сейсмического воздействия фундаментная плита может остановиться в сдвинутом по сравнению с первоначальным положении. Для возвращения ее в исходное положение применяют вибрирование или добавляют жидкость в демпфирующую прослойку (песок), что уменьшает сопротивление последней, и сооружение под действием собственного веса возвращается в первоначальное положение. Известное устройство обеспечивает снижение горизонтального воздействия на здание и исключает его вертикальные колебания.
Однако демпфирующие механические характеристики известного опорного устройства являются существенно нестабильными, зависимыми от температурно-влажностного состояния демпфирующей прослойки (песка), а также от ее плотности и количества прошедших циклов ее деформирования (нагружения). Это практически исключает возможность настройки опорного устройства на оптимальные характеристики, обеспечивающие минимальное нагружение здания. Кроме того, наличие объемлющего фундаментную плиту фундаментного стакана, подвергаемого поперечному нагружению со стороны здания, существенно усложняет конструкцию системы сейсмозащиты здания и повышает ее стоимость.
Известно опорное устройство для сейсмостойкого здания по авт.св. SU 737609 A1 (E04H 9/02, E02D 27/34, 1980). В сейсмостойком здании, включающем размещенный в грунте основания фундаментный стакан и фундаментную плиту, подвешенную на тягах, каждая тяга включает звенья, которые шарнирно соединены серьгами. Верхний конец каждой тяги прикреплен к гайке, лежащей на шайбе и резиновой прокладке, демпфирующей вертикальные колебания. К фундаментному стакану с помощью кронштейнов прикреплены ограничители колебаний, каждый из которых выполнен в виде первой пластины со сквозным отверстием, через которое с зазором пропущена соответствующая тяга. Зазор между тягой и контуром отверстия заполнен упругим материалом. Первые пластины обеспечивают гашение резонансных колебаний и ограничение перемещения фундаментной плиты. Демпфирование продольных колебаний обеспечивается с помощью дополнительных пластин, размещенных ниже первых пластин и прикрепленных к ним с помощью стержней из мягкой стали. Дополнительная пластина также выполнена со сквозным отверстием, через которое пропущена соответствующая тяга. Тяга центрирована в отверстиях упомянутых пластин с помощью коротких стержней, прикрепленных к ней. К недостаткам известного устройства можно отнести следующие:
- искусственное изменение длины тяги на конечном участке перемещения здания относительно фундаментного стакана (после выбора зазора между тягой и верхней первой пластиной) приводит к увеличению перегрузок, действующих на здание, что является нерациональным и практически исключает возможность настройки системы сейсмозащиты здания на оптимальный режим, обеспечивающий минимальное нагружение здания, как это может быть выполнено в устройстве с демпфированием на всем пути перемещения здания;
- наличие размещенного в грунте основания фундаментного стакана, который подвергается нагружению поперечными горизонтальными силами, приводит к усложнению конструкции системы сейсмозащиты здания и повышению ее стоимости.
Известно опорное устройство для сейсмостойкого здания по авт.св. SU 987064 A1 (E04H 9/02, 1983). В сейсмостойком здании, включающем каркас, фундамент и фундаментную плиту, подвешенную на вертикальных гибких тягах к верхней части фундамента, и демпфирующие устройства, последние прикреплены наклонно одним концом к стенке фундамента, а на другой конец каждого демпфирующего устройства опирается гибкая тяга с образованием наклонного участка. При появлении сейсмических вертикальных нагрузок здание в силу инерции стремится сохранить первоначальное положение, происходит перемещение фундамента относительно подвешенной фундаментной плиты и каркаса, опирающегося на эту плиту. При этом в гибких тягах возникают дополнительные усилия, вызывающие поворот демпфирующих устройств относительно их первоначального положения и увеличение длины наклонного участка тяг, за счет чего происходит вертикальное перемещение фундаментной плиты и каркаса, что приводит к снижению величины сейсмической нагрузки на здание. После прекращения сейсмических воздействий упругие силы демпфирующих устройств возвращают здание в первоначальное положение. Выполнение тяг гибкими позволяет зданию свободно перемещаться в горизонтальном направлении, что снижает сейсмические нагрузки на здание. Известное устройство повышает эффективность гашения вертикальных и горизонтальных сейсмических нагрузок.
К недостаткам известного устройства можно отнести следующие:
- существенно усложняется фундамент, выполненный в виде вертикальной стены, практически воспринимающей горизонтальные силы, соизмеримые с силой тяжести здания. Усложнение фундамента повышает стоимость здания;
- конструкция, включающая шарнирно-установленные демпфирующие устройства, на которые опираются гибкие тяги, является достаточно сложной для реализации сейсмозащиты современных зданий с большой массой;
- горизонтальные перемещения здания относительно фундамента сопровождаются его вертикальными колебаниями, что может вызвать наклоны здания.
Известно опорное устройство сейсмостойкого сооружения (здания) по патенту RU 2129644 C1 (E04H 9/00, 1999). В сейсмостойком здании, содержащем фундамент и фундаментную плиту, последняя соединена с фундаментом с помощью маятниковых подвесов, выполненных в виде стержней. Между фундаментной плитой и перекрытием нижнего этажа установлен упругий подвес, состоящий из упругих блоков. Количество упругих блоков в упругом подвесе зависит от массы здания. Каждый упругий блок состоит из упругих тросовых модулей, между которыми расположен корректор жесткости. Упругая система подвеса выполнена в режиме квазинулевой жесткости, которая позволяет обеспечить очень низкую собственную частоту колебаний при малых статических смещениях здания при сейсмических воздействиях. При горизонтальных смещениях фундамент смещается в горизонтальной плоскости, при этом стержни маятниковых подвесов, на которых подвешена фундаментная плита, поворачиваются в соответствующих гнездах и вследствие этого уменьшается передача горизонтальных смещений почвы на фундаментную плиту, а малая жесткость тросов упругих модулей дополнительно ослабляет передачу сейсмосмещений зданию. Вертикальные смещения почвы практически полностью передаются от фундамента через стержни маятниковых подвесов фундаментной плите. Передача смещений от фундаментной плиты зданию ослабляется упругим подвесом квазинулевой жесткости.
К недостаткам известного опорного устройства можно отнести сложность конструкции и сложность его монтажа, вызванную наличием фундаментной плиты и фундамента в виде частично перекрывающего фундаментную плиту в плане (т.е. на виде сверху) и охватывающего ее по периметру стакана, подвергаемого крайне неблагоприятному нагружению поперечными горизонтальными силами. Кроме того, малая жесткость тросов упругих модулей не исключает возможности колебаний здания при воздействии ветровых нагрузок.
Относительно рассмотренных выше последних четырех опорных устройств можно отметить, что характерным для них является наличие фундаментной плиты, подвешенной на тягах к объемлющему ее, опирающемуся на грунт основания фундаментному стакану. Последний подвергается внецентровому сжатию и изгибу горизонтальными силами со стороны верхних шарниров маятниковых тяг, что требует мощного армирования и значительной толщины фундаментного стакана для обеспечения достаточной прочности. Также сложной является и конструкция подвешенной фундаментной плиты, воспринимающей нагрузку со стороны здания и подвергаемой изгибу. Все это существенно удорожает систему сейсмозащиты сооружения (здания) на маятниковой подвеске.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является опора, представленная в патентном описании RU 2279580 C1 (F16F 1/32, F16F 15/04, 2006). Известная опора содержит опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите виброизолируемого объекта, а другая (основание) - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятниковой тяги (маятникового подвеса). Маятниковая тяга (маятниковый подвес) выполнена в виде резьбового стержня со сферическим профилем на одном из его концов и резьбовой втулки, соединенной с ним, также имеющей сферический профиль. Оба сферических профиля маятниковой тяги взаимодействуют соответственно с коническими поверхностями, выполненными на упомянутых опорных частях. Опора также содержит упругий элемент, который выполнен в виде пакета последовательно соединенных тарельчатых упругих элементов. При колебаниях виброизолируемого объекта упругий элемент воспринимает вертикальные нагрузки. Горизонтальные нагрузки воспринимаются маятниковой тягой (маятниковым подвесом).
Однако известное устройство имеет относительно низкую несущую способность и его целевые характеристики не отвечают целевым характеристикам опор, предназначенных для сейсмостойких сооружений (зданий), т.е. известное устройство имеет ограниченную область использования.
Задача, решаемая изобретением, заключается в создании унифицированной опоры сейсмостойкого сооружения, обладающей достаточно большой несущей способностью и позволяющей упростить конструкции фундамента и фундаментной плиты сооружения на маятниковой подвеске и, вместе с этим, обеспечивающей возможность расширения области использования.
Указанная задача решается тем, что в опоре сейсмостойкого сооружения, содержащей опорные части, одна из которых выполнена с возможностью закрепления на опорной плите сооружения, а другая - на фундаменте, причем опорные части соединены между собой с помощью маятниковой тяги, согласно изобретению опорные части содержат каждая ригель, на котором закреплены стойки, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите сооружения или на фундаменте. Каждый ригель расположен между стойками другой упомянутой опорной части. В центральной части ригеля выполнено отверстие, через которое пропущена маятниковая тяга, представляющая собой двойной карданный шарнир Гука. Выходы двойного карданного шарнира Гука шарнирно соединены каждый с соответствующим ригелем с возможностью поворота относительно вертикальной оси.
Вместе с этим в плане (т.е. на виде сверху) стойки обеих опорных частей расположены через одну по окружности вокруг продольной оси маятниковой тяги.
Кроме того, упомянутые опорные части дополнительно связаны между собой посредством демпфирующих элементов, которые соединены с опорными частями с возможностью пластического деформирования при сейсмическом воздействии на сооружение.
Ригель со стойками образует конструкцию в виде портала.
В варианте выполнения опора в качестве опорных частей содержит идентичные опорные части.
Вместе с этим опора представляет собой транспортабельный модуль полной заводской готовности.
В варианте выполнения упомянутые демпфирующие элементы выполнены -образной формы, установлены вокруг маятниковой тяги и расположены каждый в соответствующей вертикальной плоскости, причем одни концевые части этих элементов закреплены на ригеле одной из опорных частей, а другие их концевые части - на маятниковой тяге (по существу - на центральном звене двойного карданного шарнира Гука).
В последнем приведенном варианте демпфирующие элементы расположены в вертикальных плоскостях, проходящих через продольную ось маятниковой тяги.
В другом варианте выполнения демпфирующие элементы установлены вокруг маятниковой тяги между смежными стойками опорных частей и расположены в вертикальных плоскостях, ориентированных тангенциально по отношению к продольной оси маятниковой тяги.
Технический результат использования изобретения состоит в повышении технико-эксплуатационных характеристик с обеспечением минимизации горизонтального нагружения защищаемого сооружения.
На фиг.1 схематично показана опора сейсмостойкого сооружения, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - то же, поперечный разрез по А-А на фиг.1 в варианте установки демпфирующих элементов между ригелем опорной части и маятниковой тягой; на фиг.3 - то же, поперечный разрез по А-А на фиг.1 в варианте установки демпфирующих элементов между смежными стойками опорных частей; на фиг.4 - демпфирующий элемент, закрепленный на стойках опорных частей, разрез по Б-Б на фиг.3, повернуто; на фиг.5 - устройство крепления маятниковой тяги на ригелях опорных частей, продольный разрез по оси маятниковой тяги (демпфирующие элементы и технологические резьбовые элементы, исключающие возможность перемещения маятниковой тяги относительно ригелей опорных частей в период транспортировки и монтажа опоры, условно не показаны); на фиг.6 - то же, продольный разрез по В-В на фиг.5; на фиг.7 - устройство шарнирного узла маятниковой тяги, поперечный разрез по Г-Г на фиг.5.
Опора сейсмостойкого сооружения содержит опорные части 1 и 2, которые соединены между собой с помощью маятниковой тяги 3. Опорные части 1 и 2 содержат каждая ригель 4, на котором закреплены, например, четыре стойки 5, свободные концы которых выполнены с возможностью закрепления на опорной плите защищаемого сооружения 6 или на фундаменте 7. В варианте осуществления изобретения стойки 5 опорной части 1 закреплены, например, на опорной плите защищаемого сооружения, а стойки 5 опорной части 2 закреплены на фундаменте 7. Упомянутые опорные части закреплены с помощью предусмотренных на стойках 5 фланцев 8 через закладные элементы (части) 9 и 10, установленные соответственно на защищаемом сооружении 6 и на фундаменте 7.
В варианте выполнения в плане (т.е. на виде сверху) стойки 5 опорных частей 1 и 2 расположены через одну по окружности вокруг продольной оси 11 маятниковой тяги 3. Опорные части 1 и 2 могут быть выполнены идентичными (одинаковыми). При этом в варианте выполнения ригель со стойками образует конструкцию в виде портала. В целом опора сейсмостойкого сооружения представляет собой компактный транспортабельный модуль полной заводской готовности. Модуль скомпонован таким образом, что ригель опорной части 1 расположен между стойками 5 опорной части 2, а ригель опорной части 2 расположен между стойками 5 опорной части 1. Это достигается тем, что в плане (т.е. на виде сверху) опорные части 1 и 2 повернуты одна относительно другой, а стойки 5 расположены равномерно по окружности вокруг продольной оси 11. По существу, ригели со стойками один по отношению к другому расположены «встречнонаправленно». В центральной части ригеля 4 выполнено отверстие, через которое пропущена маятниковая тяга 3. Маятниковая тяга представляет собой двойной карданный шарнир Гука. Выходы (т.е. концевые звенья) двойного карданного шарнира Гука взаимодействуют каждый с соответствующим ответным опорным элементом (вкладышем) 12, закрепленным в отверстии, выполненном в центральной части ригеля, и установлены на опорном элементе 12 с возможностью поворота относительно вертикальной оси, которая геометрически совмещена с продольной осью 11 маятниковой тяги. Таким образом, маятниковая тяга шарнирно соединена с ригелем 4 с возможностью поворота в отверстии последнего (по существу, карданный шарнир с опорным элементом 12 образуют шарнирное соединение с тремя степенями свободы вращательного движения).
Таким образом, опора сейсмостойкого сооружения представляет собой достаточно компактную конструкцию, которая полностью собирается на заводе-изготовителе и поставляется на место строительства защищаемого сооружения (здания) в виде готового модуля, параметры которого отвечают конкретному сооружению. Подобное конструктивное исполнение опоры позволяет сократить объем монтажно-строительных работ, уменьшить их трудоемкость и, следовательно, сократить сроки и стоимость строительства сооружения в целом. Вместе с этим, обеспечивается возможность создания модульной системы сейсмозащиты, легко модифицируемой в зависимости от конкретных параметров сооружения (здания).
В варианте осуществления изобретения (см. фиг.1) маятниковая тяга 3 содержит центральное звено (стержневой элемент) 13, на каждом из концов которого выполнены щеки 14. В щеках 14 выполнены расположенные соосно сквозные отверстия, в которых ортогонально продольной оси 11 маятниковой тяги установлена ось 15. На этой оси между щеками 14 установлено коромысло 16, цилиндрические концы «а» которого образуют вращательные пары с опорным элементом 17, выполненным в виде двух полуобойм 18, скрепленных между собой болтами 19.
В варианте осуществления изобретения опорные части 1 и 2 дополнительно связаны между собой посредством демпфирующих элементов 20, которые соединены с опорными частями с возможностью пластического деформирования при сейсмическом воздействии на защищаемое сооружение. Элементы 20 имеют, например, -образную форму (по существу, элемент 20 выполнен виде скобы из цилиндрического стержня, который изогнут по радиусу, причем один из прямолинейных участков скобы выполнен длиннее другого), установлены вокруг маятниковой тяги 3 и расположены каждый в соответствующей вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 11 маятниковой тяги. При этом одни концевые части элементов 20 закреплены на ригеле 4, например, опорной части 1, а другие их концевые части - на маятниковой тяге 3 (по существу - на центральном звене 13 двойного карданного шарнира Гука). Количество элементов («скоб») 20 и размер их поперечного сечения определяются в зависимости от массы защищаемого сооружения и декремента затухания, обеспечивающего возможность минимизации нагрузок, действующих на защищаемое сооружение в горизонтальном направлении. В другом варианте (не показано) элементы 20 установлены между маятниковой тягой и каждым из ригелей 4.
При сейсмическом воздействии демпфирующие элементы 20 пластически деформируются и посредством этого демпфируют колебания опорных частей 1 и 2 и соответственно защищаемого сооружения 6 относительно фундамента 7, снижая при этом горизонтальные перегрузки, действующие на здание. При нормальных условиях эксплуатации (отсутствие сейсмического воздействия) демпфирующие элементы 19 «удерживают» защищаемое сооружение от перемещений при воздействии ветровых и различного рода технологических нагрузок.
В другом варианте выполнения (см. фиг.3) демпфирующие элементы 21 установлены вокруг маятниковой тяги 3 между смежными стойками 5 опорных частей 1 и 2 и расположены в вертикальных плоскостях, ориентированных тангенциально по отношению к продольной оси 11 маятниковой тяги. В этом варианте демпфирующий элемент 21 в соответствующей вертикальной плоскости имеет, например, овоидальную форму. К стойкам 5 элементы 21 крепятся с помощью, например, четырех концевых элементов 22, которые попарно связаны со смежными стойками 5 опорных частей 1 и 2.
Подобное закрепление демпфирующих элементов 20 (21) при относительных горизонтальных перемещениях опорных частей 1 и 2 обеспечивает изгиб этих элементов с необходимым значением потенциальной энергии деформации. Благодаря этому изобретение обеспечивает значение горизонтальных реакций в опорах элементов 20 (21), достаточное для удержания опорных частей от относительных перемещений при ветровом воздействии на сооружение. Вместе с этим, в случае сейсмического воздействия на сооружение обеспечивается необходимое демпфирование колебаний сооружения относительно фундамента. Кроме того, особенности исполнения заявляемой опоры обеспечивают возможность свободного доступа к демпфирующим элементам 20 (21) для их осмотра и обследования и, при необходимости, возможность их замены.
Также в корпусе каждого ригеля 4 установлены взаимодействующие с маятниковой тягой технологические резьбовые элементы (по существу - подводимые упоры) 23, исключающие возможность перемещения маятниковой тяги относительно опорных частей в период транспортировки и монтажа опоры.
Опора сейсмостойкого сооружения работает следующим образом.
Опоры на место строительства защищаемого сооружения доставляются полностью собранными в виде отдельных модулей и устанавливаются на фундаменте 7 в местах расположения предварительно установленных закладных элементов (частей) 10. После на опоры устанавливают опорную плиту сооружения 6. Опорные части 1 соединяют с соответствующими закладными элементами (частями) 9 сооружения.
В нормальных условиях эксплуатации сооружения 6 (при отсутствии сейсмических возмущений) маятниковые тяги 3 опор находятся в вертикальном положении. Относительно небольшая длина центральных звеньев (стержневых элементов) 13 маятниковых тяг, которая по условиям оптимального нагружения сооружения может быть принята в пределах 2 м, высокая жесткость этих элементов при действии изгибающих нагрузок, что обеспечивается, например, выполнением их из труб достаточно большого диаметра, а также наличие демпфирующих элементов 19 (20) и наличие «сухого» трения в кинематических парах (шарнирных узлах) позволяет практически исключить горизонтальные смещения (колебания) сооружения 6 относительно фундамента 7 при воздействии ветровых и различных эксплуатационных нагрузок.
При сейсмическом воздействии происходит достаточно сложное вертикальное и горизонтальное в любом направлении перемещение фундамента 7, сопровождающееся вертикальными и горизонтальными перегрузками. Вертикальные перегрузки, действующие на фундамент и, соответственно, на жестко связанное с фундаментом сооружение, для большинства сооружений, возводимых в сейсмоопасных зонах, находятся в допускаемых для них пределах. В связи с этим устройств, снижающих вертикальные перегрузки, действующие на эти сооружения, не требуется (рассматриваются именно такие практически реализуемые в сооружениях условия).
гop
Задача снижения горизонтальных перегрузок решается предлагаемым изобретением следующим образом. При горизонтальных перемещениях фундамента 7 и, соответственно, жестко соединенной с ним нижней опорной части 2 происходят соответствующие горизонтальные перемещения верхнего конца (шарнирного узла) маятникового подвеса 3. При этом маятниковая тяга, связанная нижним концом (шарнирным узлом) с опорной частью 1, закрепленной на опорной плите защищаемого сооружения 6, в силу инерционных свойств последнего наклоняется, и соответствующая горизонтальная нагрузка (N), передаваемая на сооружение, будет определяться величиной
гop
T
N=N sinα,
T
где N - сила растяжения маятниковой тяги, примерно равная величине вертикальной силы, передаваемой на одну опору от сооружения;
α - угол наклона маятниковой тяги, находящийся, например, в пределах
0°…15°, что соответствует горизонтальным перегрузкам, действующим на сооружение, в пределах 0…0,2.
При этом вертикальные перегрузки, действующие на сооружение, в первом приближении могут быть приняты равными вертикальным перегрузкам, действующим на фундамент, что практически допустимо для большинства сооружений, возводимых в сейсмоопасных зонах. Для защиты сооружений с меньшей величиной действующих вертикальных перегрузок необходимо включение в состав устройства специальных вертикальных амортизаторов.
По окончании сейсмического воздействия на сооружение 6 под воздействием силы тяжести сооружения маятниковая тяга 3 стремится вернуться в исходное положение, преодолевая остаточные пластические деформации в демпфирующих элементах 19 (20) и действие трения в шарнирных узлах маятниковой тяги.
Исключение возможных горизонтальных перемещений (колебаний) сооружения при действии ветровых нагрузок обеспечивается силами трения в шарнирных узлах маятниковой тяги и, дополнительно (в случае необходимости), демпфирующими элементами 20 (21), подвергаемыми изгибу.
Таким образом, благодаря особенности исполнения опоры сейсмостойкого сооружения изобретение позволяет создать унифицированную опору сейсмостойкого сооружения, обладающую достаточно большой несущей способностью, обеспечивающую минимизацию горизонтального нагружения защищаемого сооружения, надежную работу при эксплуатации в условиях сейсмического воздействия и позволяющую упростить конструкции фундамента и фундаментной плиты сооружения на маятниковой подвеске. Вместе с этим, изобретение позволяет создать достаточно компактную конструкцию опоры, которая полностью собирается на заводе-изготовителе и поставляется на место строительства защищаемого сооружения (здания) в виде готового модуля, параметры которого отвечают конкретному сооружению. Подобное конструктивное исполнение опоры позволяет существенно сократить объем монтажно-строителъных работ, уменьшить их трудоемкость и, следовательно, сократить сроки и стоимость строительства сооружения в целом. Кроме того, изобретение обеспечивает возможность создания модульной системы сейсмозащиты, легко модифицируемой в зависимости от конкретных параметров сооружения (здания). При этом изобретение обеспечивает приспособляемость опоры к сооружениям с различными габаритно-массовыми показателями, что расширяет ее эксплуатационные возможности и повышает унификацию.