система сейсмозащиты каркасных зданий

Формула изобретения

Система сейсмозащиты каркасных зданий, характеризующаяся наличием элементов скольжения, отличающаяся тем, что состоит из колонн с расширенной верхней частью, установленных в цокольном или подвальном этаже, элементов скольжения (стальной и фторопластовой пластин) и ограничителей перемещений в виде арматурных стержней или стальных канатов, опирающихся одним концом на ригели через стальные пружины, а другим - в фундамент, на опорные части ригелей установлена стальная пластина из нержавеющей стали, а на расширенную часть колонны - стальная пластина и пластина из фторопласта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и может быть применено при строительстве каркасных зданий с отдельными фундаментами.

Известен сейсмоизолирующий скользящий пояс (прототип), который выполняется в виде ряда опор, расположенных между фундаментом здания и надземными конструкциями, как правило, в местах пересечения продольных и поперечных стен. Каждая опора имеет две пластины - из нержавеющей стали и фторопласта. Благодаря низкому коэффициенту трения скольжения в опорах, при превышении инерционными нагрузками определенного уровня здание начинает проскальзывать относительно фундамента. С этого момента сейсмические нагрузки, действующие на здание, практически не изменяются.

Для обеспечения надежности в системе предусмотрены упругие и жесткие ограничители горизонтальных и вертикальных перемещений. Скользящая опора выполнена с наклонными участками нижней пластины, с переменным углом наклона (3 и 6°). Такая конструкция способствует возникновению при надвижке опоры на эти участки гравитационной восстанавливающей силы, создает благоприятные условия для уменьшения амплитуд колебаний надземных конструкций относительно фундамента и возвращения здания в исходное положение после окончания землетрясения.

Недостатками сейсмоизолирующего скользящего пояса является возрастание сейсмических нагрузок на надфундаментную часть здания при надвижке опор на наклонные участки и упоре системы об ограничители перемещений, а также отсутствие сейсмозащиты от вертикальной составляющей сейсмического воздействия. Эффективность данного изобретения заключается в возможности обеспечить сейсмоизоляцию каркасных зданий по принципу работы сейсмоизолирующего скользящего пояса (применяемого для зданий с ленточными фундаментами).

Целью данного изобретения является снижение сейсмических нагрузок на надфундаментную часть здания, плавное снижение перемещений при низкочастотных сейсмических воздействиях, повышение надежности работы системы сейсмоизоляции при вертикальной составляющей сейсмического воздействия и повышение сейсмостойкости каркасного здания в целом, что и является техническим результатом.

Для достижения указанной цели предлагается использовать конструктивное решение (см. фиг.1), состоящее из колонн с расширенной верхней частью 1, установленных в цокольном или подвальном этаже, элементов скольжения (стальной 2 и фторопластовой 3 пластин) и ограничителей перемещений в виде арматурных стержней или стальных канатов 4, опирающихся одним концом на ригели 5 через стальные пружины 8, а другим - в фундамент 6. На опорные части ригелей установлена стальная пластина из нержавеющей стали, а на расширенную часть колонны - стальная пластина 7 и пластина из фторопласта 3.

Железобетонные колонны выполняются из бетона класса В20, а железобетонные ригеля - из бетона класса В30. Фторопласт имеет плотность 2,12-2,28 г/см³, предел прочности на сжатие 12 МПа и на растяжение 14-25 МПа, коэффициент трения-скольжения по стали 0,04-0,08. Стальная пластина 2 из нержавеющей стали. Ограничители перемещений выполняются из арматуры класса AIV или каната К-7. В качестве наиболее близкого к заявленному изобретению можно принять аналог, указанный в источнике 1 на странице 3.

Принцип работы данной системы заключается в следующем. При горизонтальной сдвигающей сейсмической силе в уровне системы сейсмоизоляции, превышающей силу трения между стальными пластинами ригелей 2 и фторопластовыми пластинами 3, система переходит в состояние скольжения. С этого момента сейсмические нагрузки, действующие на надфундаментную часть здания, практически остаются низкими. Арматурные стержни или канаты 4 выполняют роль ограничителей как горизонтальных, так и вертикальных перемещений. Регулируя уровень преднапряжения в ограничителях, можно регулировать их жесткость. Таким образом, в предлагаемом конструктивном решении осуществляется сейсмоизоляция каркасных зданий путем создания скользящей поверхности на уровне верха колонн подвального или цокольного этажа с низким коэффициентом трения и плавного ограничения сейсмических перемещений здания в горизонтальном и вертикальном направлениях с помощью арматурных стержней или канатов и стальных пружин.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 изображены следующие элементы:

1 - колонна с расширенной верхней частью;

2 - стальная пластина;

3 - фторопластовая пластина;

4 - стальной канат;

5 - ригель;

6 - фундамент;

7 - стальная пластина, установленная на расширенную часть колонны;

8 - стальная пружина.

Литература

1. B.C. Поляков, Л.Ш. Килимник, А.В. Черкашин. Современные методы активной сейсмозащиты зданий и сооружений, М.: Стройиздат, 1989, стр.148, рис.4.2.

2. Э. Атрек, Р.Г. Галагер, К.М. Рэгзделл, O.K. Зенкевич. Новые направления оптимизации в строительном проектировании, М.: Стройиздат, 1989.

3. Журнал «Строительство и архитектура», Москва, 1987.