сейсмостойкое здание

Формула изобретения

1. Сейсмостойкое здание, характеризующееся тем, что оно представляет из себя модульно-секционную структуру, в котором отдельные модули, представляющие собой одноэтажные блоки обтекаемой бионической конфигурации с ограждениями двоякой кривизны, включают в себя отдельные секции, соединенные между собой упругими связями и объединенные общим переходом, причем все секции, выходящие на школьный участок, оборудованы дверными проемами, при этом оно снабжено многослойным основанием, в котором нижний слой представляет собой две платформы, между которыми размещены металлические шары, прикрепленные к нижней платформе с помощью пружин, причем некоторые из шаров оборудованы двумя шатунами, шарнирно прикрепленными с двух сторон шара, одним концом, а другим концом к маховику, установленному стационарно на нижней платформе и снабженному коленчатым валом с кривошипами, который, в свою очередь, связан с коробкой передач, являющейся мультипликатором, и выполнен с возможностью передачи крутящего момента на электрогенератор, установленный стационарно на нижней платформе и соединенный проводом с аккумулятором, расположенным на уровне земли и связанным с автоматизированной системой управления, датчики и приводы которой при разрушительном толчке и вибрации шаров обеспечивают автоматическое раскрытие наружных дверей в секциях здания и светозвуковой сигнал оповещения, в то время как средний слой основания представляет собой фортитуды, являющиеся устройствами, выполненными из железобетонных панелей, объединенными металлическими связями, установленными выше и сбоку платформ с шарами и направленными своими остриями в направлении гипоцентра вероятных источников землетрясений, причем слой с фортитудами заполнен гравием, в массиве которого образована линза, на поверхности которой уложены подержанные автопокрышки, заполненные частично упругим материалом и закрытые резиновыми заглушками, причем автопокрышки засыпаны слоем песка, на котором установлены фундаменты модулей.

2. Здание по п.1, отличающееся тем, что автоматизированная система управления включает вычислительное устройство и терминал, связанные через интерфейс с датчиками и приводами блоков управления аккумуляторов электроэнергии, автоматизированным раскрытием наружных дверей секций, аварийным электроснабжением, водоснабжением, теплоснабжением, вентиляцией, внутришкольным радиооповещением, спринклерным пожаротушением и системой отключения центрального газоснабжения, электроснабжения и водоснабжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству зданий, в частности школьных, в сейсмоопасных районах.

Цель изобретения - снижение опасности для жизни и здоровья детей в учебно-воспитательных учреждениях, расположенных в местности, подверженной землетрясениям.

Известны компактные многоэтажные школьные здания с кирпичными либо крупнопанельными стенами и железобетонными перекрытиями, которые, к сожалению, не защищены в необходимой степени от разрушительных землетрясений и которые сложно быстро покинуть в момент удара стихии [1].

Особенностью землетрясений является их внезапность и невозможность предвидеть точное время и силу последующих толчков - афтершоков [2]. Человека, находящегося в момент удара стихии в замкнутом пространстве, инстинктивно охватывает неконтролируемый страх. Так в результате ташкентского землетрясения 1966 года из 800 тысяч жителей одна тысяча оказалась среди пациентов городской психбольницы. Поэтому важно сохранить в этом случае не только физическое, но и психическое здоровье людей и, особенно, детей, которые могут впервые столкнуться с такой чрезвычайной ситуацией.

Поэтому авторами предлагается школьное здание с модульно-секционной структурой, в котором отдельные модули, представляющие из себя одноэтажные блоки обтекаемой бионической конфигурации с наружными ограждениями из легких конструкций двоякой кривизны, включающие в себя несколько секций, соединенных между собой специальными упругими связями, объединены общим переходом. При этом все секции оборудованы дверными проемами с возможностью выхода непосредственно на школьный участок. Особое внимание при этом уделено основанию здания. Оно выполнено многослойным, где каждый слой имеет свое функциональное назначение. Известны предложения, в которых среди антисейсмических мероприятий предлагаются конструкции, включающие металлические шары, установленные между двумя плитами [3-7]. Однако эти предложения нацелены исключительно на противостояние стихии самого здания. В отличие от этого в данном предложении упор делается на сохранение жизни и здоровья людей, поэтому подобные шары установлены между двумя платформами в нижнем слое основания под каждым модулем и крепятся они к нижней платформе с помощью пружин, а некоторые из шаров оборудованы двумя шатунами, шарнирно прикрепленными с двух сторон шара одним концом, а другим с установленным стационарно на нижней платформе коленчатым валом и кривошипом, снабженным маховиком, который связан с коробкой передач, являющейся мультипликатором, и который, в свою очередь, выполнен с возможностью передачи крутящего момента на электрогенератор, установленный здесь же. Ток, который вырабатывается в генераторе в момент сейсмического удара и последующей вибрации шара передается по проводам на находящийся на поверхности земли аккумулятор, который замыкает сеть, обеспечивая автоматическое раскрытие наружных дверей во всех модулях, и производит светозвуковой сигнал при разрушительном уровне толчка (например, превышающем 7 баллов по шкале Меркалли). В итоге дети могут быстро и беспрепятственно покинуть здание.

Учитывая неопределенность направления удара во многих известных предложениях предусматривалась возможность передвижения шаров в разном направлении [3, 4]. Однако, учитывая, что в настоящее время достаточно изучены причины землетрясений, определены районы наиболее часто возникающих сдвигов литосферных плит Земли, ведутся многолетние наблюдения и регистрация их сейсмографическими станциями, анализ этих наблюдений позволяет установить вероятное расположение ближайших источников упругих деформаций указанных плит, а также глубины залегания гипоцентров землетрясений [2]. Поэтому, если сложно установить время и интенсивность удара стихии, то направленность его с большой долей вероятности можно предвидеть и установить шары таким образом, чтобы их колебания были бы использованы оптимальным образом.

Следующим средством противостояния стихии предлагаются специальные устройства, которые мы называем фортитудами (fortitude - лат. крепость) и которые учитывают не только направление удара, но и угол его атаки и представляют из себя железобетонные плиты, объединенные между собой связями из нержавеющей стали, работающими на растяжение, приваренные к закладным деталям, расположенным на торцах плит. При этом здесь могут быть использованы плиты, которые по каким-либо причинам (например, из-за несоответствия размерам) невозможно использовать в гражданском строительстве в определенном месте. Элементы фортитуд устанавливаются таким образом, чтобы их острия были направлены в сторону гипоцентров возможных толчков. Фортитуды располагают выше и сбоку от платформ с шарами и засыпают гравием, в котором под каждым модулем создается линза, дно которой устилается использованными автопокрышками, заполненными наполовину мелким упругим материалом и закрытыми специальными заглушками. Слой автопокрышек засыпан песком, а на выровненной песчаной основе устанавливают плиты фундаментов секций. Здание оборудовано автоматизированной системой управления, включающей вычислительное устройство и терминал, связанные через интерфейс с датчиками и проводами блоков управления аккумулятором электроэнергии, автоматизированным раскрытием наружных дверей секций, аварийным электроснабжением, водоснабжением, вентиляцией, внутришкольным радиооповещением, спринклерным пожаротушением, а также системой отключения центрального газоснабжения, электроснабжения и водоснабжения (не показано).

На фиг.1 изображен общий план здания; на фиг.2 - разрез здания по сечению А-А на фиг.1; на фиг.3 - план модуля на уровне В-В на фиг.4; на фиг.4 - разрез модуля по сечению С-С на фиг.3; на фиг.5 - узел сопряжения внутренних и наружных стен модуля в плане; на фиг.6 - разрез автопокрышки; на фиг.7 - разрез фрагмента нижнего антисейсмического слоя здания; на фиг.8 - общий вид фрагмента, изображенного на фиг.7; на фиг.9 - общий вид элемента фортитуды.

На фиг.1 и 2 приведены общая планировка здания и его разрез, где видно расположение отдельных модулей 1 вокруг общего перехода 2.

На фиг.3 и 4 приведены план и разрез модуля 1, включающего отдельные секции 3, покоящиеся на фундаменте 4, расположенном на песчаной линзе 5, находящейся на слое использованных покрышек 6, уложенных на гравийный слой 7, в который утоплены элементы фортитуды 8, смыкающейся с нижним антисейсмическим слоем основания 9, включающим верхнюю железобетонную платформу 10 и нижнюю аналогичную платформу 11, на поверхности которой закреплены листы 12 из нержавеющей стали, к которым прикреплены при помощи пружин 13 стальные шары 14.

На фиг.5 приведен узел сопряжения наружных 15 и внутренних 16 стен секций 3, где стойки 17 каркаса объединены общим гибким кольцом 18 и разделены упругим демпфером 19.

На фиг.6 изображен продольный разрез автопокрышки 6, заполненной наполовину упругими мелкими изделиями 20 и закрытой резиновой заглушкой 21, предохраняющей воздушную полость автопокрышки от вышележащего песка.

На фиг.7 и 8 приведен комплекс, обеспечивающий автоматическое раскрытие дверей 22 в секциях 3 и звукосветовую сигнализацию, включающий стальной шар 14, прикрепленный с помощью пружин 13 к стальным листам 12, закрепленным к нижней платформе 11, снабженный шарнирно присоединенными шатунами 23, состоящими из двух шарнирно соединенных между собой элементов, один из которых прикреплен к шаровому пальцу 24, проходящему через центральную ось 25 шара 14, к которому прикреплены пружины 13.

Вторые свободные концы шатунов 23 шарнирно соединены с кривошипами 26 коленчатого вала 27, установленного на кронштейнах 28, жестко закрепленных на нижней платформе 11, при этом один из концов коленчатого вала 27 снабжен маховиком 29 и через зубчатый шкив 30 связан с помощью зубчатого ремня 31 с зубчатым шкивом 32 мультипликатора 33, установленного на платформе 11 и который способен передавать усиленный крутящий момент на электрогенератор 34 с помощью трансмиссии, включающей шкив 35 мультипликатора, ремень 36 и шкив 37 электрогенератора 34, который, как и мультипликатор 33, закреплен на платформе 11 и через провод 38 передает электроток к аккумулятору 39, расположенному на поверхности земли, и который, замыкая сеть, обеспечивает включение звукосветосигнального устройства и раскрытие дверей 22.

На фиг.9 приведен элемент фортитуды 8, включающий железобетонные плиты 40, объединенные стержнями 41 из нержавеющей стали, приваренными к закладным деталям 42 плит 40.

Источники информации

1. Пособие к МГСН 4.06-96. Общеобразовательные учреждения. М.: ГУП «НИАЦ», 1997, С.123-125.

2. Большая российская энциклопедия, т.10. - М.: Большая российская энциклопедия, 2008, С.387.

3. US 4517778, 1985.

4. RU 2023111, 1994.

5. RU 2024689, 1994.

6. RU 2062833, 1996.

7. RU 2187598, 2002.