Сейсмостойкое здание

 

Изобретение относится к области строительства в сейсмических районах. Здание включает пространственно жесткие этажи, опертые на нижнюю железобетонную плиту здания, свободно лежащую на фундаментной бетонной плите. Между ними вмонтирован механизм сейсмоизоляции, который состоит из двух слоев фторопластовой пленки, между которыми расположен слой графитового порошка, и слоя гнилостойкой резины либо неопрена, контактирующего с нижней железобетонной плитой здания. Фундаментная бетонная плита здания имеет на углах ограничители смещения здания, взаимодействующие с отверстиями в нижней железобетонной плите здания с зазором, превышающим максимальное смещение основания при землетрясении. Изобретение позволяет упростить конструкцию механизма сейсмоизоляции и исключить из нее дорогостоящие материалы. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области строительства в сейсмических районах.

Известны сейсмостойкие здания, в которых сейсмические нагрузки уменьшаются включением железобетонного механизма сейсмоизоляции между фундаментом и зданием, содержащего сферические железобетонные стойки и стаканы на их концах, контактирующих с фундаментом и низом первого этажа здания (пат. N 2004696 C1, E 04 D 27/34, E 04 H 9/02; N 2073781 C1, E 04 H 9/02).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является техническое решение (авт.св. N 1682504, кл. E 04 H 9/02, 1991 - прототип), включающее пространственно жесткие этажи, опертые на нижнюю сплошную железобетонную плиту здания, свободно лежащую на фундаментной бетонной плите.

Недостатком данного технического решения является необеспечение общей жесткости и монолитности здания, а также невозможность перемещения здания во всех направлениях на величину смещения основания при землетрясении.

Если обеспечить зданию возможность перемещаться во всех направлениях на величину смещения основания при землетрясении, то будет потеряна пространственная жесткость, если же обеспечить пространственную жесткость - не будет обеспечена фундаменту возможность перемещаться во всех направлениях на величину смещения основания при землетрясении.

Для решения данной технической задачи предлагается в сейсмическом здании, включающем пространственно жесткие этажи, опертые на нижнюю плиту, свободно лежащую на фундаментной бетонной плите здания, между бетонной плитой фундамента и нижней железобетонной плитой здания вмонтирован механизм сейсмоизоляции, состоящей из: слоя фторопластовой пленки, слоя графитового порошка, слоя фторопластовой пленки и слоя гнилостойкой резины, либо неопрена, причем между двумя слоями фторопластовой пленки расположен слой графитового порошка, а слой гнилостойкой резины контактирует с нижней железобетонной плитой здания.

Другое отличие состоит в том, что фундамент имеет на углах ограничители смещения здания взаимодействующие с отверстиями в нижней железобетонной плите здания с зазором, превышающим максимальное смещение основания при землетрясении.

На фиг. 1 изображен разрез устройства; на фиг. 2 - его план; на фиг. 3 - деталь.

Механизм сейсмоизоляции выполняется следующим образом.

Фундамент 1, фундаментная плита 2 и ограничители смещения 3 выполняются из слабо армированного бетона.

По углам нижней железобетонной плиты 4 здания оставляются 4 отверстия, которые с ограничителями смещения 3 здания образуют зазор 5 (60 мм), что дает возможность перемещаться зданию во всех направлениях на величины смещения основания.

На поверхности фундаментной плиты 2 укладывается слой фторопластовой пленки 6 (δ = 0,5 - 1 мм), на ней слой графитового порошка 7(δ = 3 мм), затем еще один слой фторопластовой пленки 6(δ = 0,5 - 1 мм), на нем слой гнилостойкой резины либо неопрена (δ = 10 мм) 8.

На этом слое резины либо неопрена бетонируется нижняя железобетонная плита здания, а на ней возводится обычное несейсмостойкое здание 9.

Работает устройство следующим образом.

Во время землетрясения фундамент 1 вместе с фундаментной плитой 2, ограничителями смещения 3 и нижним слоем фторопластовой пленки 6 будет повторять колебания основания.

Верхний слой фторопластовой пленки 6 взаимодействует со слоем графитового порошка 7 и нижним слоем фторопластовой пленки 6, вследствие малого коэффициента трения в контактах: фторопласт - графит-фторопласт (K_тр = 0,13), а также вследствие силы инерции здания 9 будет находиться вместе с нижней железобетонной плитой 4 здания и самим зданием 9 в состоянии относительного покоя.

Слой гнилостойкой резины либо неопрена 8 будет погашать вертикальную составляющую сейсмической нагрузки. Описанное устройство, обладая коэффициентом трения K_тр = 0,13, способно уменьшить интенсивность сейсмической нагрузки на 2,5 - 3 балла, особенно в начале процесса, когда наблюдаются высокочастотные колебания основания с наибольшей интенсивностью.

Пример расчета.

Коэффициент трения K_тр = 0,13 был определен экспериментально на моделях.

По СНиП 11-7-81 сейсмическая нагрузка определяется уравнением S_ik = K₁·K₂·S_oik = K₁·K₂·Q_k·A·β_i·K_ϕ·η_ik. Для обычного здания в 7 этажей в 9-балльной зоне сейсмичности: K₁ = 0,25 (коэффициент допускаемых повреждений здания); K₂ = 1,3 (коэффициент конструктивного решения здания); Q_k = 2000 (т, вес здания); A = 0,4 (вектор ускорения основания зоны застройки); β_i = 3 (коэффициент динамичности здания); K_ϕ = 1,1 (коэффициент гибкости здания); η_ik = 1,2 (коэффициент тона колебания здания);
S_ik = 0,25 · 1,3 · 2000 · 0,4 · 3 · 1,1 · 1,2 = 1029,6 т.

Коэффициент сейсмичности при этом будет равен

что соответствует 9 баллам.

Введем систему сейсмоизоляции, т.е. K_тр = 0,13;
S_ik = K₁·K₂·S_oik = K₁·K₂·Q_k·A·β_i·K_ϕ·η_ik
= 0,25·1,3·2000·0,4·3·1,1·1,2·0,13 = 133,848.

Коэффициент сейсмичности при этом будет равен

что соответствует 6 баллам.

Если есть предположение, что в данном регионе возможны землетрясения, превышающие 9 баллов, тогда само здание следует рассчитывать и конструировать на 7-балльное воздействие.

В настоящей заявке на изобретение эти механизмы выполнены более упрощенными с исключением дорогостоящих металлов.

Механизм сейсмоизоляции состоит из трех слоев, помещенных между сплошной бетонной плитой фундамента и сплошной железобетонной плитой здания: фторопласт, графит, фторопласт. А для гашения вертикальной составляющей сейсмического воздействия по верху этих трех слоев помещен слой гнилостойкой резины либо неопрена.

Коэффициент трения системы: фторопласт - графит - фторопласт был определен экспериментально на моделях и составил величину K_тр = 0,13, что уменьшает горизонтальную силу в 2-3 раза по отношению к системе: сталь - сталь.

Эта конструкция, в вернее механизм не нуждается в точном определении интенсивности сейсмического воздействия, т.к. он одинакового хорошо работает на внешнюю нагрузку интенсивностью в 6 - 9 баллов, поскольку расчет и эксперимент показывают снижение сейсмического воздействия на 2,5 - 3 балла. Эта система не нуждается и в прогнозе землятресений, т.к. готова к работе постоянно и многократно.

Список использованной литературы
1. Патент N 2004696, C 1 E 27/34, 04 H 9/02.

2. Патент N 2073781, C 16 E 0,4 - 9/02.

3. Авт.св. N 1682504, E 04 H 9/02, 1991.

Формула изобретения

1. Сейсмостойкое здание, включающее пространственно жесткие этажи, опертые на нижнюю железобетонную плиту здания, свободно лежащую на фундаментной бетонной плите, отличающееся тем, что между бетонной плитой фундамента и нижней железобетонной плитой здания вмонтирован механизм сейсмоизоляции, состоящий из слоя фторопластовой пленки, слоя графитового порошка, слоя фторопластовой пленки и слоя гнилостойкой резины либо неопрена, причем между двумя слоями фторопластовой пленки расположен слой графитового порошка, а слой гнилостойкой резины контактирует с нижней железобетонной плитой здания.

2. Здание по п.1, отличающееся тем, что фундаментная бетонная плита имеет на углах ограничители смещения здания, взаимодействующие с отверстиями в нижней железобетонной плите здания с зазором, превышающим максимальное смещение основания при землетрясении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3