Сейсмостойкое основание здания, сооружения

 

Использование: возведение сейсмостойких здани сооружений на сильносжимаемых грунтах. Сущность изобретения: сейсмостойкое основание состоит из гравийно-галечниковой подушки и несущего слоя. Несущий слой выполнен из свай. Общая площадь поперечного сечения свай составляет 5-7% от общей площади основания. Толщина гравийно-галечниковой подушки определена из условия h H(2Vcy00 - Vi p )/(V2 pi - Vi pi ), где h - толщина гравийно-галечниковой подушки; H - толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай; - сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай; Va pi - сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки. Толщина основания назначается равной 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны. Размеры основания в плане соизмеримы с длиной сейсмической волны. 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 02 D 27/34, 31/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

,о 00 4 ос, (21) 4737590/33 (22) 26.07.89 (46) 15,09.92. Бюл. № 34 (71) Среднеазиатский филиал Научно-исследовательского проектно-изыскательского, конструкторско-технологического института оснований и подземных сооружений им.

Н.М.Герсеванова (72) В.А.Ильичев, М.Н.Голубцова, Л.B,Ëàâрусевич и Т.В.Гельман (56) Авторское свидетельство СССР

N 1236064, кл. Е 02 D 27/34, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1506028, кл, Е 02 D 27/34, 1987. (54) СЕЙСМОСТОЙКОЕ ОСНОВАНИЕ ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ (57) Использование; возведение сейсмостойких зданий, сооружений на сильносжимаемых грунтах. Сущность изобретения: сейсмостойкое основание состоит из rpaИзобретение относится к строительству, в частности к сейсмостойким основаниям зданий, сооружений, возводимых на сил ьн осжима ем ых грунтах.

Известно основание под фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, состоящее из несущего слоя, выполненного в виде горизонтальных плит, разделенных слоем упругого материала, и жестко связанного с вертикальными слоями, заглубленными в грунт (1).

Однако это основание характеризуется низкими сейсмоизолирующими свойствами. Это объясняется тем, что геометрические размеры элементов основания не увязаны с физико-механическими сейсмическими характеристиками грунта и динами„„5U„, 1761876 Al вийно-галечниковой подушки и несущего слоя. Несущий слой выполнен из свай. Общая площадь поперечного сечения свай составляет 5-7 от общей площади основания. Толщина гравийно-галечниковой подушки определена из условия h =

H(2Vop, — Ч1 р1 )/(Vz pz — V> p> ), где h— толщина гравийно-галечниковой подушки;

Н вЂ” толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай; V> р1 — сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай: Vz pz — сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки.

Толщина основания назначается равной

1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны. Размеры основания в плане соизмеримы с длиной сейсмической волны. 1 ил. ческими параметрами возводимого здания, сооружения.

Наиболее близким к описываемому изобретению является сейсмостойкое основание здания, сооружения, представляющее собой несущий слой из армированного вертикальными сваями грунта.- Высота основания равна 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны, а общая площадь поперечного сечения свай составляет 87 и выше от общей площади основания (2).

Недостаток известного основания заключается в его недостаточных сейсмоизолирующих свойствах в случае, если представлено сильносжимаемыми грунтами.

1761876

Цель изобретения — повышение сейсмоизолирующих свойств основания из сильносжимаемых грунтов.

Поставленная цель достигается за счет того, что сейсмостойкое основание здания, сооружения, включающее несущий слой из армированного вертикальными сваями грунта и выполненное толщиной, равной

1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны, снабжено дополнительным слоем в виде размещенной на уровне верхних торцов свай гравийно-галечниковой подушки, толщина которой определена из условия

1Я0

Ч2 Р2 Ч1 Р1 где h — толщина гравийно-галечниковой подушки;

Н вЂ” толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай;

Vo ро — сейсмическая жесткость грунта естественного сложения;

V1 p1 — сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай;

Ч2 р2 — сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки, На чертеже изображено описываемое сейсмостойкое основание, поперечный разрез.

Основание имеет гравийно-галечниковую подушку 1 и несущий слой 2 из железобетонных свай 3, заглубленных в грунт и контактирующих своими торцами с поду-. шкой 1.

Толщина подушки h задается формулой

H (2 Vp pp — V1p1)

Ч2 р2 Ч1 р1 где Н вЂ” толщина основания, равная сумме толщины подушки v: лины свай и равная

1/4 длины распросто няющейся в грунте естественного сложс. :ч поперечной сейсмической волны;

Чо р, — сейсмическая жесткость грунта естественного сложения;

V1 p1 — сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай, V2p2 — сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки, При этом толщина основания равна 1/4 длины поперечной сейсмической волны, распространяющейся в грунте с частотой вынужденных колебаний при вибрации от промышленных источников либо с частотой, соответствующей частоте первого тона собственных колебаний здания или сооружения при сейсмических воздействиях.

Размеры основания в плане соизмеримы с длиной поперечной сейсмической волны, а общая площадь поперечного основания свай составляет 5-7% от общей площади основания. При уменьшении площади менее 5% положительный эффект резко

5 снижается, а при увеличении более 7% возрастают трудозатраты и отмечается перерасход материалов.

Пример. Принимая размеры здания

12х30 м, ч стоту первого тона собственных

10 колебаний здания 3,0 Гц, скорость распространения поперечной сейсмической волны

V0 в естественном грунте 150 м/с, определяем: размеры искусственного основания

I, которые выбираются соизмеримыми с дли15 ной поперечной сейсмической волны;

I = Л = Чо/1зд = 150:3,0 = 50 м.

При длине поперечной сейсмической волны Л=-ГГ м толщина основания Н= 1/4

Л= 12,5 м. Сейсмическая жесткость естест20 венного грунта Чсро = 240, сейсмическая жесткость грунта после заглубления свай Ч1

p1 = 343, сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки V2p2 = 1400.

По формуле определяем толщину гравийно-галечниковой подушки

1400 — 343

Длина свай составляет Н вЂ” h = 10,9 м.

Определяем общую площадь искусственного основания S1 = 50 х 50 = 2500 м .

Площадь поперечного сечения свай, принимаемая равной 5% от общей площади искусственного основания в плане, составит S2 =

=2500х0,05=125м, Принимая поперечное

2 сечение одной сваи $з = 0,09 м-, определяем их количество и = 125: 0,09 = 1389 шт.

После отрывки котлована и забивки свай устраивается гравийно-галечниковая подушка. Если до устройства основания частота вынужденных колебаний грунта совпадала с частотой первого тона собственных колебаний здания, то после возведения основания явление резонанса исключается за счет смещения частоты вы45 нужденных колебаний грунта в более высокочастотную область, Так, среднее значение скорости распространения поперечных волн в основании равно

1,6 х 700 — 10,9 х 19

Чср

12,5

= 259,6 м/с а частота искусственного основания толщиной 12,5 м составляет:

Vc 259,6

tîñí = — - = = 5,2 Гц, 4Н 500

1761876

Составитель Г. Гаврищук

Техред М.Моргентал Корректор Н. Тупица

Редактор

Заказ 3239 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 т.е. в 1,7 раза больше частоты первого тона свободных колебаний здания, что исключает резонанс.

Выбор общей площади поперечного сечения свай, составляющей 5 от общей площади основания, позволяет увеличить плотность и, соответственно, жесткость последнего и снизить уровень колебаний на поверхности.

Наличие в верхней части основания гравийно-галечниковой подушки определенной толщины, сейсмическая жесткость которой превышает сейсмическую жесткость нижележащего сильносжимаемого грунта, создает дополнительный отражающий эффект и в результате снижает уровень сейсмических колебаний на частотах, соответствующих преобладающим частотам колебаний естествен ного грунта.

Описываемое техническое решение характеризуется большими вибро- и сейсмоизолирующими свойствами за счет оптимального выбора размеров элементов основания с учетом физико-механических сейсмических характеристик грунта и динамических параметров здания.

Формула изобретения

Сейсмостойкое основание здания, сооружения, включающее несущий слой из армированного вертикальными сваями грунта и выполненное толщиной, равной 1/4 длины распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной

5 сейсмической волны, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения сейсмоизолирующих свойств основания из сильносжимаемых грунтов, основание снабжено дополнительным слоем в виде размещен10 ной а уровне верхних торцов свай гравийно-галеч:ч.ковой подушки, толщина которой определена из условия

15 " Ч - Ч р где h — толщина гравийно-галечниковой подушки;

Н вЂ” толщина основания, равная сумме толщины подушки и длины свай и 1/4 длины

20 распространяющейся в грунте естественного сложения поперечной сейсмической волны;

Vopo — сейсмическая жесткость грунта естественного сложения;

V1 р — сейсмическая жесткость грунта основания после заглубления свай;

V2 р — сейсмическая жесткость гравийно-галечниковой подушки,