КИНЕМАТИЧЕСКАЯ ОПОРА ДЛЯ СЕЙСМОСТОЙКОГО ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ
KINEMATIC SUPPORT FOR THE SEISMIC-BUILDING FACILITIES

Изобретение относится к области строительства и предназначено для зданий и сооружений, строящихся в сейсмически опасных районах, или для объектов, имеющих специальное назначение.
Известны кинематические опоры многоэтажного сейсмостойкого здания, первый или цокольный этаж которого содержит кинематические стойки, имеющие закругленные верхние и нижние грани и обладающие свойством устойчиво покачиваться во время землетрясения по бороздам, выполненным в элементах верхней обвязки, являющихся частью перекрытия или цокольного этажа, и в элементах нижней обвязки, являющихся фундаментными подушками, причем кинематические стойки усилены ребрами жесткости, а их закругленные грани выполнены с переменной кривизной (Патент РФ №2256749 С2, дата приоритета 18.08.2003, дата публикации 20.07.2005, авторы: Юсупов А.К. и Юсупов Р.А., RU).
Недостатком известного аналога является высокая трудоемкость изготовления кинематических стоек из-за сложной геометрической формы.
Известны также фундаменты сейсмостойких зданий и сооружений с кинематическими опорами, содержащие верхнюю и нижнюю опорные части, в которых образованы стаканы с вогнутыми днищами, и размещенный между ними промежуточный элемент подвижной связи в виде шара (Авторское свидетельство СССР №617532, дата приоритета 03.11.1976, дата публикации 30.07.1978, автор Нейбург Э.В.; Авторское свидетельство СССР №857357, дата приоритета 08.09.1979, дата публикации 23.08.1981, автор Низкий Э.Д.; Патент РФ №2187598 С2, дата приоритета 19.10.2000, дата публикации 20.08.2002, авторы: Радомский В.М. и Ишков В.Ю., RU).
Недостатком указанных известных технических решений является то, что они не адаптированы к вертикальным усилиям, возникающим при взаимном перемещении верхней и нижней опорных частей относительно друг друга.
Известен адаптированный к действию горизонтальных и вертикальных усилий фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, включающий нижнюю опорную часть и верхнюю опорную часть с профилированной выемкой, контактирующей с размещенным под ней элементом подвижной связи круглого сечения, с осью его вращения, между элементом подвижной связи и нижней опорной частью расположена плоская качающаяся плита в виде рычага второго рода, связанная с одной стороны кинематически с нижней опорной частью, а с другой стороны свободно опирающаяся на эту же опорную часть, по крайней мере, через один, установленный на нее промежуточный упругий элемент, причем на верхней поверхности плоской качающейся плиты выполнена профилированная выемка под элемент подвижной связи (Патент РФ №2165496 Cl, дата приоритета 15.09.1999, дата публикации 20.04.2001, авторы: Алейников И.А. и Иванов С.Е., RU).
Недостатком данного аналога является сложность конструкции, обусловленная множеством взаимодействующих между собой элементов.
В качестве прототипа принят выполненный с кинематическими опорами свайный фундамент для сейсмостойкого здания, сооружения, включающий имеющие стаканы сваи и оголовки, между которыми установлены размещенные в стаканах промежуточные элементы, при этом стаканы каждой сваи и каждого оголовка имеют форму шарового сегмента, а промежуточный элемент выполнен в виде шара или эллипсоида вращения, причем радиус шарового сегмента превышает радиус шара или максимальный радиус эллипсоида вращения (Авторское свидетельство СССР №594248, дата приоритета 09.03.1976, дата публикации 25.02.1978, авторы: Кононенко В.И. и Кононенко Ю.В., RU, прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность сейсмозащитной функции из-за отсутствия адаптивности кинематических опор к вертикальным воздействиям, так как при горизонтальном сейсмическом воздействии шаровые сегменты, перекатываясь через промежуточный элемент в виде шара или эллипсоида вращения между собой, приводят к появлению вертикального усилия, которое передается на здание и на сваю, а также может привести к разрушению здания.
Технической проблемой является создание конструкции кинематической опоры с эффективной функцией сейсмозащиты здания, сооружения, исключающей возникновение вертикальных усилий на здание и на фундамент, а также обеспечивающей повышение надежности, устойчивости кинематических опор, при сохранении их эффективности снижать сейсмические силы и ограничивать перемещения здания при землетрясениях с широким спектром частот.
Для решения технической проблемы предложена кинематическая опора сейсмостойкого здания, сооружения, содержащая верхнюю и нижнюю части с опорными поверхностями и с расположенной между ними подвижной шаровой связью. Согласно изобретению, новым является то, что верхняя и нижняя части выполнены с плоскими горизонтальными опорными поверхностями, между которыми расположены на расстоянии друг от друга и в разных направлениях как минимум три шара, верхняя и нижняя части соединены между собой предварительно напряженной тягой, установленной с возможностью возвращения смещенных при сейсмическом воздействии грунта частей опоры из отклоненного к начальному положению посредством горизонтальной составляющей усилия растяжения тяги, при этом предварительно напряженная тяга расположена между шарами в конусных отверстиях, устроенных в верхней и нижней частях опоры и направленных основаниями друг к другу, а опорные поверхности верхней и нижней частей выполнены из стальных листов, установленных в цоколе или фундаменте как закладные детали железобетонных элементов.
Согласно изобретению, тяга выполнена из предварительно напряженной стальной арматуры, концы которой имеют анкеровку в верхней и нижней частях опоры, и соединяет вершины конусных отверстий.
Согласно изобретению, кинематическая опора выполнена с возможностью равномерного размещения под всей площадью цокольного этажа или фундамента здания с количеством не менее трех.
На фиг. 1 схематично показана кинематическая опора в состоянии устойчивого равновесия, продольное сечение; на фиг. 2 - то же, горизонтальное сечение; на фиг. 3 показана кинематическая опора в состоянии сейсмического воздействия, продольное сечение.
Заявляемая кинематическая опора сейсмостойкого здания, сооружения содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 части, выполненные с плоскими горизонтальными опорными поверхностями, между которыми расположены на расстоянии друг от друга и в разных направлениях как минимум три шара 3, образующие подвижные шаровые связи. Центры шаров в состоянии покоя или устойчивого равновесия образуют, например, воображаемый равносторонний треугольник. Верхняя и нижняя части соединены между собой предварительно напряженной тягой 4, расположенной между шарами в конусных отверстиях 5, устроенных в верхней и нижней частях опоры и направленных основаниями друг к другу. При этом тяга 4 выполнена из предварительно напряженной стальной арматуры, концы которой имеют анкеровку в верхней и нижней частях опоры, и соединяет вершины конусных отверстий 5. В состоянии устойчивого равновесия предварительно напряженная тяга 4 расположена вертикально, как показано на фиг. 1 и фиг. 2. Контактирующие с шарами 3 опорные поверхности выполнены из стальных листов, установленных в цоколе или фундаменте как закладные детали железобетонных элементов. Шары 3 также выполнены из стали.
Кинематические опоры должны располагаться под всей площадью цокольного этажа или фундамента в количестве не менее трех опор.
х
При действии сейсмического усилия в любом направлении шары 3 позволяют перемещаться нижней части цокольного этажа или фундамента относительно верхней части. При перемещении частей опоры между собой предварительно напряженная тяга 4, отклоняясь от вертикального положения, получает усилие растяжения Р, которое направлено под углом к горизонту. Горизонтальная составляющая этого усилия Рвозвращает верхнюю часть в первоначальное положение (фиг. 3).
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств, используемых для защиты зданий и сооружений от сейсмических воздействий, и в повышении эффективности сейсмозащитной функции здания, сооружения, исключающей возникновение вертикальных усилий на здание и на фундамент, а также обеспечивающей повышение надежности, устойчивости кинематических опор, при сохранении их эффективности снижать сейсмические силы и ограничивать перемещения здания при землетрясениях с широким спектром частот.