Фундамент сейсмостойкого здания, сооружения

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям фундаментов зданий и сооружений, возводимых в условиях сейсмических воздействий. Фундамент сейсмического здания, сооружения включает нижнюю опорную часть и верхнюю опорную часть с профилированной выемкой, контактирующей с размещенным под ней элементом подвижной связи круглого сечения с осью его вращения. Новым в изобретении является то, что между элементом подвижной связи и нижней опорной частью установлена плоская качающаяся плита, выполненная в виде рычага второго рода, связанная с одной стороны кинематически с нижней опорной частью, а с другой стороны свободно опирающаяся на эту опорную часть по крайней мере через один установленный на нее промежуточный упругий элемент, причем на верхней поверхности плоской качающейся плиты предварительно выполнена профилированная выемка под элемент подвижной связи. Технический результат изобретения заключается в обеспечении защиты здания, сооружения от вертикальных сейсмических толчков. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области фундаментостроения, в частности к конструкциям фундаментов зданий, сооружений, возводимых в условиях сейсмических воздействий.

Известен свайный фундамент для сейсмостойкого здания, сооружения, включающий сваи, оголовки, стакана и установленные между ними промежуточные элементы подвижной связи в виде шара или эллипсоида вращения (SU 594248 А, 25.02.1978).

Основным недостатком указанного технического решения является отсутствие защиты здания, сооружения от вертикальных сейсмических толчков.

Известен также фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, включающий верхнюю и нижнюю опорные части, в которых образованы стаканы с вогнутыми днищами, и размещенный между ними промежуточный элемент круглого сечения (в виде шара) с осью его вращения, причем верхняя и нижняя опорные части снабжены по их периметру выступами (SU 617532 А, 30.07.1978).

Недостатком такого фундамента является отсутствие защиты здания, сооружения от вертикальных сейсмических толчков.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, включающий расположенные друг над другом опорные части (основание и ростверк) с расположенными на них стаканами с вогнутыми опорными поверхностями, образованными поверхностью тела вращения, и установленный между опорными поверхностями стаканов элемент подвижной связи, выполненный в виде шара, причем опорные поверхности стаканов образованы вращением кривых клотоид, переходящих к середине стаканов в прямую линию, а к краям - в окружность (SU 857357 А, 23.08.1981).

Основным недостатком известного фундамента является также отсутствие защиты здания, сооружения от вертикальных сейсмических толчков.

Целью изобретения является обеспечение защиты здания, сооружения от вертикальных сейсмических толчков.

Поставленная цель достигается тем, что фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, включающий нижнюю опорную часть и верхнюю опорную часть с профилированной выемкой, контактирующей с размещенным под ней элементом подвижной связи круглого сечения, с осью его вращения, согласно изобретению дополнительно содержит между элементом подвижной связи и нижней опорной частью плоскую качающуюся плиту в виде рычага второго рода, связанную с одной стороны кинематически с нижней опорной частью, а с другой стороны свободно опирающуюся на эту же опорную часть по крайней мере через один установленный на нее промежуточный упругий элемент, причем на верхней поверхности плоской качающейся плиты предварительно выполнена профилированная выемка под элемент подвижной связи. Кинематическая связь плоской качающейся плиты в виде рычага второго рода с нижней опорной частью представляет собой вращательную кинематическую пару 5-го класса.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с выбранным прототипом и другими известными аналогами в данной области техники показывает, что заявляемый фундамент сейсмостойкого здания, сооружения отличается тем, что между элементом подвижной связи и нижней опорной частью установлена плоская качающаяся плита в виде рычага второго рода, связанная с одной стороны кинематически с нижней опорной частью, а с другой стороны свободно опирающаяся на эту же опорную часть по крайней мере через один установленный на ней промежуточный упругий элемент, причем на верхней поверхности плоской качающейся плиты предварительно выполнена профилированная выемка под элемент подвижной связи.

Таким образом, заявляемый фундамент соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с выбранным прототипом, но и с другими выявленными аналогами в данной области техники позволят сделать вывод, что предложенный фундамент сейсмостойкого здания, сооружения выполнен на изобретательском уровне.

Предложенное основное техническое решение на изобретение обладает в некоторых экстремальных условиях низкой (недостаточной) надежностью, поэтому целью предложенного дополнительного первого усовершенствования является значительное повышение надежности работы фундамента за счет увеличения площади контакта элемента подвижной связи с поверхностями предварительно выполненных профилированных выемок под элемент подвижной связи. Это конструктивно выражается в том, что между элементом подвижной связи, с его осью вращения, и верхней опорной частью установлена промежуточная плита с выполненной на ее нижней поверхности профилированной выемкой под элемент подвижной связи, а между промежуточной плитой и верхней опорной частью в районе над элементом подвижной связи дополнительно размещен второй элемент подвижной связи круглого сечения с осью его вращения, контактирующий с промежуточной плитой и верхней опорной частью через соответственно предварительно выполненные на их поверхностях профилированные выемки, причем расположенные друг над другом оба элемента подвижной связи, выполненные в виде цилиндров, установлены таким образом, что их оси вращения должны быть всегда взаимно перпендикулярны.

Целью второго дополнительного усовершенствования изобретения является упрощение монтажа предлагаемой конструкции фундамента за счет исключения необходимости точного совмещения верхних и нижних частей фундамента относительно друг друга. Это достигается тем, что размещенные друг над другом два элемента подвижной связи с их взаимно перпендикулярными осями вращения выполнены в виде гиперболических или катеноидных катков (валиков), контактирующих всегда между собой в отсутствии сейсмических толчков в их средней части, причем на нижней поверхности верхней опорной части и на верхней поверхности плоской качающейся плиты предварительно выполнены профилированные направляющие (рельсы) под эти катки (валики).

Изобретение схематически поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен фрагмент конструкции фундамента с использованием плоско качающейся плиты в виде рычага второго рода и шара в качестве элемента подвижной связи; на фиг. 2 изображен фрагмент предлагаемого фундамента с использованием промежуточной плиты и двух цилиндрических элементов подвижной связи, размещенных друг над другом, и с их взаимно перпендикулярно расположенными осями вращения; на фиг. 3 изображен фрагмент предлагаемого фундамента с использованием гиперболических или катеноидных катков (валиков) в качестве элементов подвижной связи.

Фундамент (см. фиг. 1) включает верхнюю 1 и нижнюю 2 опорные части, между которыми размещен плоский качающийся элемент 3 в виде рычага второго рода, второй опирается на нижнюю опорную часть с одной стороны кинематически через опорный узел 4, а с другой - через по крайней мере один упругий элемент 5, на верхней поверхности качающегося элемента и на нижней поверхности верхней опорной части соответственно выполнены предварительно профилированные выемки 6 и 7, между которыми расположен контактирующий с ними элемент подвижной связи круглого сечения, например, выполненный в виде шара 8.

В предложенном фундаменте (см. фиг. 2) вместо одного элемента подвижной связи используют два цилиндрических элемента подвижной связи 9 и 10 с их взаимно перпендикулярными осями вращения, между которыми размещена промежуточная плита 11. На нижней поверхности верхней опорной части, верхней и нижней поверхностях промежуточной плиты и верхней поверхности плоского качающегося элемента выполнены предварительно профилированные выемки 12, 13, 15 под цилиндрические элементы подвижной связи.

В предложенном фундаменте (см. фиг. 3) вместо цилиндрических элементов подвижной связи использованы гиперболические или катеноидные катки (валики) 16 и 17, а на нижней поверхности верхней опорной части и верхней поверхности плоской качающейся плиты выполнены предварительно профилированные направляющие 18 и 19 под эти катки (валки).

Фундамент здания, сооружения по основному пункту формулы изобретения работает следующим образом (см. фиг. 1).

При сейсмическом толчке происходит перемещение верхней опорной части 2 относительно нижней 1: горизонтальное - за счет перекатывания элемента подвижной связи 8 по профилированным выемкам 6 и 7, вертикальное - за счет поворота плоского качающегося элемента 3 вокруг оси опорного узла 4 и деформации упругого элемента 5. Возвращение конструкции в исходное устойчивое положение происходит за счет действия гравитационной силы и силы упругости промежуточного упругого элемента 5.

Работа фундамента по первому дополнительному усовершенствованию (второй зависимый пункт формулы изобретения, см. фиг. 2) отличается от работы фундамента по основному пункту тем, что горизонтальное перемещение нижней опорной части 2 относительно верхней 1 осуществляется за счет перекатывания цилиндрических элементов подвижной связи 9 и 10 по профилированным выемкам 12, 15, 13, 14, расположенным, соответственно, на верхней опорной части, нижней опорной части, верхней и нижней поверхностях промежуточной плиты 11.

Работа фундамента по второму дополнительному усовершенствованию (третий зависимый пункт формулы изобретения, см. фиг. 3) отличается от работы фундамента по основному и первому дополнительному пунктам формулы тем, что горизонтальное перемещение нижней опорной части 2 относительно верхней 1 осуществляется за счет перекатывания элементов подвижной связи 16 и 17, выполненных в виде гиперболических или катеноидных катков (валиков), по профилированным направляющим 18 и 19, расположенным соответственно на нижней поверхности верхней опорной части и верхней поверхности плоской качающейся плиты.

Эффективность гашения сейсмических колебаний обеспечивается путем подбора параметров системы: плечи плоской качающейся плиты-рычага, жесткость промежуточного упругого элемента, геометрическая форма и размеры профилированных выемок.

Благодаря применению плоской качающейся плиты в виде рычага второго рода и упругих элементов предлагаемое техническое решение способствует не только гашению вертикальных колебаний, но и равномерному распределению нагрузки между опорами.

Применение качающейся плиты при соответствующем подбор плеч позволяет значительно уменьшить суммарную жесткость упругих элементов, обеспечивает упрощение и осмотра, регулировки и замены.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет надежно защитить здание, сооружение как от вертикальной, так и от горизонтальной составляющей сейсмического воздействия.

Формула изобретения

1. Фундамент сейсмостойкого здания, сооружения, включающий нижнюю опорную часть и верхнюю опорную часть с профилированной выемкой, контактирующей с размещенным под ней элементом подвижной связи круглого сечения с осью его вращения, отличающийся тем, что между элементом подвижной связи и нижней опорной частью установлена плоская качающаяся плита, выполненная в виде рычага второго рода, связанная с одной стороны кинематически с нижней опорной частью, а с другой стороны свободно опирающаяся на эту опорную часть по крайней мере через один установленный на нее промежуточный упругий элемент, причем на верхней поверхности плоской качающейся плиты предварительно выполнена профилированная выемка под элемент подвижной связи.

2. Фундамент по п. 1, отличающийся тем, что между элементом подвижной связи с его осью вращения и верхней опорной частью установлена промежуточная плита с предварительно выполненной на ее нижней поверхности профилированной выемкой под элемент подвижной связи, а между этой промежуточной плитой и верхней опорной частью, в районе над элементом подвижной связи, дополнительно размещен второй элемент подвижной связи круглого сечения с его осью вращения, контактирующий с промежуточной плитой и верхней опорной частью через соответственно предварительно выполненные на их поверхностях профилированные выемки, причем расположенные друг над другом оба элемента подвижной связи установлены таким образом, что их оси вращения должны быть всегда взаимно перпендикулярны.

3. Фундамент по п.1 или 2, отличающийся тем, что размещенные друг над другом два элемента подвижной связи с их взаимно перпендикулярно распложенными осями вращения выполнены в виде гиперболических или катеноидных катков, контактирующих непосредственно всегда между собой, в отсутствии сейсмических толчков, в их средней части, причем на нижней поверхности верхней опорной части и на верхней поверхности плоской качающейся плиты предварительно выполнены профилированные направляющие под эти катки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3