Металлический связевый каркас сейсмостойкого одноэтажного здания

 

Изобретение относится к металлическим связевым каркасам сейсмостойких одноэтажных зданий. Цель изобретения - снижение металлоемкости каркаса за счет уменьшения нагрузок на его элементы. Энергопоглотители в виде стержня прикреплены фасонкой к наклонным связям и упорами - к ригелю. Концы стержней имеют резьбу, пропущены концами сквозь отверстия в упорах и закреплены гайками и контргайками, между которыми выполнены зазоры. Величина последних превышает предельное перемещение первой гайки до полного разрушения резьбы. Временное сопротивление разрыву стали стержней превышает временное сопротивление разрыву гаек, а последние имеют различную толщину, уменьшающуюся от первой гайки к контргайкам. В зазорах между гайками размещены демпфирующие прокладки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

СОЮЗ, СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g))g Е 04 Н 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ связевый каркас сейМеталлический смостойкого однаэ держит колонны 1 ющие ячейки 3, в парные наклонные зи 4, верхними ко к колоннам 1, а н

2 посредством рер тажно (о здания ce— и pzIrer!«2, образукоторбгх размещены

В}1ключаюшггеся сВя нцами пр11креп:1енные.

1.ж1111ми — к ригелям тпкалгтных фасонок 5, ГОСУДАРСТВЕННЙЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4384104./23-33 (22) 29 ° 02,88 (46) 23.05.90. Бюл. 1" 19 (71) Государственный проектный институт строительных металлоконструкций

Ленпроектстальконструкция" (72) С.H,Êósüìåíêî, А.И.Турецкий, Д.Л.Никитин, Г.В.Тесля-Тесленко и Я.N.Aésåíáåðã (53) 699.841 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

t> 1432170, кл. Е 04 Н 9/02, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1328465, кл. Е 04 Н 9/02, 1985. (54)МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ СВЯЗЕВЫЙ КАРКАС

СЕИСМОСТОИКОГО ОДНОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ (57) Изобретение относится к металлическим связевым каркасам сейсмоИзобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении металлических связевых каркасов сейсмостойких одноэтажных зданий.

Целью изобретения является снижение металлоемкости каркаса sa счет уменьшения нагрузок на его элементы.

На фиг. 1 изображен фрагмент металлического связующего каркаса; на

Аиг, 2 — то же, вариант бескранового здания; на фиг. 3 — узел I на фиг. 1; на фиг. 4 — узел II на фиг,2; на фиг. 5 — узел III на фиг. 3; на. фиг. 6 — схема работы каркаса кранового здания в продольном направлении; на фиг. 7 — схема работы каркаса бес„,80„„1566002 . А1 стойких одноэтажн61х здант1й, 1,ель 11зсбретения — снггжен1ге металлоемкости каркаса за счет уменьшения нагрузок на его элементы . Энергопоглотителп В гзиде стержня прикреплены фасонкой к накЛОННЫ11- СВЯЗЯМ И 5-ттОРЯМЦ вЂ” К PIII ЕЛ10, Концы стержней имеют резьбу, пропущены концами сквозь отверстия в упорах и закреплены гайкпмп 11 контргайками, между которыми В61полнен61 зазоpb1, Величина последних превгштает предельное перемещение первой гайки до полного разрушения резьбы. Времен:ое сопротивление разрыву стали стержней

IlpeBHP!ReT ВрЕМЕННаЕ СОПрОтПВЛЕ1нтЕ разр61ву гаек, а псслед11ие имеют различную толщину, yMeIII шаю.1Гуюся от 1!ерВой гайки к контргайкам. В зазорах

МЕЖДУ ГайКаМИ РаЗМЕШЕНЫ ДЕМ дт11РУЮЩИЕ прокладки. 2 з ° и. A-л61, 9 ил. кранового здания В продольном направлении; на фиг. 8 и 9 — графики зависимости суммарной упруг опластической реакции системы от ее перемещения

К-г с каскадом упругопластических разрушающихся элементов — гаек без демпфирующпх и с пемпфирующими прокладками соответственно.

1566002 и энергопоглотители 6 в вице горизонтальных стержней 7, прикрепленных к нижней части фасонок 5 и установлен« ных с зазором 8 относительно ригелей

2, и упоров 9, которые расположены

- двух сторон фасонок 5, же тко прикреплены к ригелям 2 и выполнены с отверстием 10 для установки концов стержней 7, стропильные фермы 11 и стационарные связи 12, Отверстия 10 упоров 9 энергопоглотителей выполнены сквозными,а стержни 7 — с резьбой на концах пропущены концами в отверстия 10 и снабжены гайками 13 и контргайками 14. Первая гайка 13 на каждом конце стержня 7 установлена вплотную к упору 9, а последующие — с зазором 15 между собой и относительно первой гайки 13 и контргайки 14.

Величина g зазора 15 превышает предельное перемещение от гайки 13 до полного разрушения резьбы, с

Временное сопротивление R „разрыву стали стержней 7 превышает временное сопротивление R„> разрыву гаг ек, которые выполнены различной толщины, уменьшающейся от перлой гайки

13 и определенной иэ соотношения г

ЗО

С-ro Ó 11 где t — толщина гайки 13;

С - величина суммарного пластического сопротивления карка- З5 са;

r — жесткость каркаса (его реако ция на единичное перемещение);

У вЂ” горизонтальное перемещение щ

"я стержня 7, соответствующее началу разрушения резьбы и-й гайки 13, П вЂ” наружный диаметр резьбы гайки 13; д5 1 — предельное сопротивление гайсР 1 ки 13 на срез, В зазоре между гайками 13 могут быть размещены демпфирующие прокладки 16, жесткость которых определяет- уо ся по формуле

Ph (n — 2) + 2PH-r

3 Hh| для бескрановых зданий и по формуле и

7 ) — --(P-rh )

6 к B для зданий с крановым оборудованием, ГЛЕ 1„- жЕСтКОСть ПакЕта прОкладок

16 для одноэтажных зданий без кранового оборудования; г . — жесткость пакета прокладок

31

16 для кранового здания и — количество колонн 1 в продольном ряду колонны;

Р— вертикальная нагрузка на колонну

r к — жесткость колонн 1 при изгибе;

h — высота верхней части колонн

Ь

1 (длина колонн 1 от верха крановой консоли до верха здания);

Н вЂ” высота колонн

При этом толщина гаек определена из соотношения

Г

С вЂ” (7 + 7с1 Уг1 ю. Ф (< с )

Так как материал, из которого выполнен стержень 7, прочнее, чем материал, из которого выполнена гайка

13, в процессе сейсмического воздействия разрушается резьба гайки 13, а не стержня 7 °

Так как толщина гаек 13 определена из соотношения г

С вЂ” r OÓ11

1 1 Г с с 1 величина суммарного упругопластич еского сопротивления каркаса постоянна и не зависит от его перемещения.

В общем случае после окончания сейсмических воздействий колонны 1 возвращаются в первоначальное положение за счет собственной упругости, В том случае, когда для крановых

P зданий r с —— к б

Р и-2 2 а для бескрановых зданий r < — (— -+ — )

2 H колонны i каркаса оказываются слишком гибкими и не могут вернуться в первоначальное положение за счет своей упругости.

В этом случае требуется установка в зазорах 15 между гайками 13 упругих демпфируюших прокладок 16, жесткости которых должны отвечать приведенным неравенствам.

Установленные на концах стержней

7 котргайки 14 служат ограничителем деформаций каркаса и их резьба не может быть разрушена при максимальновозможных нагрузках, Силы, возвраща1 56c c>c ? ющие каркас н первоначальное положение (фиг. 6 и 7), — это силы упругого сопротивления иэгибаемых колонн 1 и сжимаемых демпфирующих прокладок 16, а силы, препятствующие этому, горизонтальные составляющие от вертикальной нагрузки, Металлический каркас сейсмостойкого здания работает следуюшим образом.

При интенсивных сейсмических воэ" действиях, в спектре которых преобладают периоды, равные или близкие периодам свободных колебаний сооружения, в продольном напРавлении пРоисходит интенсивное нарастание инерционных сил и увеличение усилий, действующих на первую гайку 13, прижатую к фланцу. При дальнейшем нарастании инерционных сил первые гайки 13 среза-20 ются, период собственных колебаний увеличивается и эцяние отстраивается от резонанса, что способствует дальнейшему снижению сейсмических нагрузок, Н случае, если амплитуды 2S колебания продолжают возрастать или при повторном. сейсмическом воздействии, выбирается зазор уже между первой и следующей гайками 13, после чего работа сейсмостойкого каркаса всту- 30 пает в следующую стадию, аналогичную первой. При этом происходит дальнейшее увеличение периода собственных колебаний здания и, как следствие, дальнейшее уменьшение сейсмических воздействий, Таким образом, каркас имеет несколько уровней перестройки частот за счет последовательного отключения связей в виде гаек 13, что обеспечивает каскадный характер адаптивной системы и исключает возможность опасного резонансного состояния колеблющегося здания.

Кроме того, несущие способности гаек 13, последовательно включающих-

45 ся в работу, подобраны таким образом, что величина суммарного упругопластического сопротивления продольного каркаса перемещениям, вызванным сейсмическими воздействиями, остается 50 постоянной.

Так как в результате разрушения гаек 13 при пороговых нагрузках в графике R-Y возникает петля гистерезиса (фиг.8), можно утверждать, что гайки являются эффективным энергопог-. лотителем. НЯ фиг. 8 чзображен также график упругой реакции каркаса (линия 17) . Жесткость н предельная нов сущая сппсоб пстт демнфируюших прокладок 16 такова, что гярантпруpT возвращение деформированных колонн 1 в первоначальное положение.

Кроме того, последовательное включение в работу цемпфируюших прокладок 16 приводит к тому, что график

R максимально ;рпблпжается к L!о огибающей 18 и в идеале возможно их слияние, А это характеризует систему как наиболее оптимальную по матер.lалоемкости и нацежности, Последовательное включение в работу демпфируюшпх прокладок приводит к увеличению его податливости от действия единичной нагрузки, что приводит к плавному демпфпрованию, исключающему удары, что иллюстрируется семейством графиков 19, веером с>,пдящихся в одну точку, Пзобретение позволяет снизится металлоемкость каркаса промышленного сейсмостойкого здания за счет уме шения нагрузок на егп элементы и э» счет обеспечения постояннпи ве.ш .:ины реакции каркаса на его перемещения при сейсмических воздействиях и каскадной адаптации каркаса с гарантией возвращения элементов каркаса в исходное положение °

Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

1, Металлический связевый каркас сейсмостойкого однп=тажного здания, включающий колонны и рпгепи,, образующие ячейки, в которых раэмеше:.ы парные наклонные связи, верхними кп .цями прикрепленные к колоннам, а нпжш1мп к ригелям посредством вертьп;аль .ых фасонок и энергопоглотителей в вице гориз онтальных стержней, прпкр епл ен— ных к нижней части фасонок и установленных с зазором относительно рпгелей и упоров, которые расположены с двух сторон фасонок, жестко прикреплены к ригелям и выполнены с отверстием цля установки концов стержней, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью снижения металлоемкости каркаса за счет

i уменьшения нагрузок на его элемеliThl отверстие упоров каждого знергопоглотителя выполнено сквозным, а стержень — с резьбой на концах пропущен последними сквозь отверстия упоров и снабжен Гяйкями и контргайками пиl!l этом первая гайка на каждом кпн1566002

20 це стержня установлена вплотную к упору, а последующие — с зазором между собой и относительно первой гайки и контргайки, причем величина зазора превышает предельное перемещение гайки до полного разрушения резьбы, а временное сопротивление разрыву стали стержня превышает временное сопротивление разрыву гаек, которые выполнены различной толщины, уменьшающейся от первой гайки и определяемой из соотношения

1, а roYn

t, вП С, j 15, где t — толщина гайки;.

С вЂ” величина суммарного пластического сопротивления карка- . са;

r, — жесткость каркаса;

Y — горизонтальное перемещение стержня, соответствующее началу разрушения резьбы и-й гайки;

D — наружный диаметр резьбы гайки; — предельное сопротивление гайсР1 ки на срез.

2. Каркаспо и. 1, о тлич аюm q и с я тем, что каждый энергопогло-30 титель снабжен демпфирующими проклад" ками, размещенными в зазорах между гайками„ а жесткость демпфирующих прокладок определена иэ соотношения

Ph (n-2)+ 2PH — r

Г )

Н-1 ! где r " жесткость пакета прокладок;

n — количество колонн в продоль3 ном ряду каркаса;

P — вертикальная нагрузка на колонну;

r z — жесткость колонн при изгибе;

h - высота верхней части колонн;

Н вЂ” B6ICOTB КОЛОННа

3. Каркас, по п. 2, о т л и ч а юшийся тем, что при возведении каркаса здания с крановым оборудованием толщина гаек определена из соотношения

Г

С вЂ” (ry + гo) Уп р а жесткость демпфирующих прокладок— из гоотношения

> — — (Р - r h ) à

Ь

"в а

1566002.

q ч. р f

1

i.5б6002

1566002

Фиг,3

Составитель Г.Иванова

Редактор М. Бланар Техред M.Дидык Корректор И.Муска

Заказ 1205 Тираж 588 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям нри ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб,, д. л/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101