Сейсмостойкое здание

Изобретение относится к зданиям, возводимым в сейсмоопасных районах. Технический результат: снижение опасности для жизни и здоровья детей в учебно-воспитательных учреждениях, расположенных в местности, подверженной землетрясениям. Сейсмостойкое здание представляет из себя модульно-секционную структуру и в котором отдельные модули, представляющие собой одноэтажные блоки обтекаемой бионической конфигурации с ограждениями двоякой кривизны, включают в себя отдельные секции, соединенные между собой упругими связями и объединенные общим переходом, причем все секции, выходящие на школьный участок, оборудованы дверными проемами, при этом оно снабжено многослойным основанием, в котором нижний слой представляет собой две платформы, между которыми размещены металлические шары, прикрепленные к нижней платформе с помощью пружин, причем некоторые из шаров оборудованы двумя шатунами, шарнирно прикрепленными с двух сторон шара, одним концом, а другим концом к маховику, установленному стационарно на нижней платформе и снабженному коленчатым валом с кривошипами, который, в свою очередь, связан с коробкой передач, являющейся мультипликатором и выполнен с возможностью передачи крутящего момента на электрогенератор, установленный стационарно на нижней платформе и соединенный проводом с аккумулятором, расположенным на уровне земли и связанным с автоматизированной системой управления, датчики и приводы которой, при разрушительном толчке и вибрации шаров, обеспечивают автоматическое раскрытие наружных дверей в секциях здания и светозвуковой сигнал оповещения, в то время как средний слой основания представляет собой фортитуды, являющиеся устройствами, выполненными из железобетонных панелей, объединенными металлическими связями, установленными выше и сбоку платформ с шарами и направленными своими остриями в направлении гипоцентра вероятных источников землетрясений, причем слой с фортитудами заполнен гравием, в массиве которого образована линза, на поверхности которой уложены подержанные автопокрышки, заполненные частично упругим материалом и закрытые резиновыми заглушками, причем автопокрышки засыпаны слоем песка, на котором установлены фундаменты модулей. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к строительству зданий, в частности школьных, в сейсмоопасных районах.

Цель изобретения - снижение опасности для жизни и здоровья детей в учебно-воспитательных учреждениях, расположенных в местности, подверженной землетрясениям.

Известны компактные многоэтажные школьные здания с кирпичными либо крупнопанельными стенами и железобетонными перекрытиями, которые, к сожалению, не защищены в необходимой степени от разрушительных землетрясений и которые сложно быстро покинуть в момент удара стихии [1].

Особенностью землетрясений является их внезапность и невозможность предвидеть точное время и силу последующих толчков - афтершоков [2]. Человека, находящегося в момент удара стихии в замкнутом пространстве, инстинктивно охватывает неконтролируемый страх. Так в результате ташкентского землетрясения 1966 года из 800 тысяч жителей одна тысяча оказалась среди пациентов городской психбольницы. Поэтому важно сохранить в этом случае не только физическое, но и психическое здоровье людей и, особенно, детей, которые могут впервые столкнуться с такой чрезвычайной ситуацией.

Поэтому авторами предлагается школьное здание с модульно-секционной структурой, в котором отдельные модули, представляющие из себя одноэтажные блоки обтекаемой бионической конфигурации с наружными ограждениями из легких конструкций двоякой кривизны, включающие в себя несколько секций, соединенных между собой специальными упругими связями, объединены общим переходом. При этом все секции оборудованы дверными проемами с возможностью выхода непосредственно на школьный участок. Особое внимание при этом уделено основанию здания. Оно выполнено многослойным, где каждый слой имеет свое функциональное назначение. Известны предложения, в которых среди антисейсмических мероприятий предлагаются конструкции, включающие металлические шары, установленные между двумя плитами [3-7]. Однако эти предложения нацелены исключительно на противостояние стихии самого здания. В отличие от этого в данном предложении упор делается на сохранение жизни и здоровья людей, поэтому подобные шары установлены между двумя платформами в нижнем слое основания под каждым модулем и крепятся они к нижней платформе с помощью пружин, а некоторые из шаров оборудованы двумя шатунами, шарнирно прикрепленными с двух сторон шара одним концом, а другим с установленным стационарно на нижней платформе коленчатым валом и кривошипом, снабженным маховиком, который связан с коробкой передач, являющейся мультипликатором, и который, в свою очередь, выполнен с возможностью передачи крутящего момента на электрогенератор, установленный здесь же. Ток, который вырабатывается в генераторе в момент сейсмического удара и последующей вибрации шара передается по проводам на находящийся на поверхности земли аккумулятор, который замыкает сеть, обеспечивая автоматическое раскрытие наружных дверей во всех модулях, и производит светозвуковой сигнал при разрушительном уровне толчка (например, превышающем 7 баллов по шкале Меркалли). В итоге дети могут быстро и беспрепятственно покинуть здание.

Учитывая неопределенность направления удара во многих известных предложениях предусматривалась возможность передвижения шаров в разном направлении [3, 4]. Однако, учитывая, что в настоящее время достаточно изучены причины землетрясений, определены районы наиболее часто возникающих сдвигов литосферных плит Земли, ведутся многолетние наблюдения и регистрация их сейсмографическими станциями, анализ этих наблюдений позволяет установить вероятное расположение ближайших источников упругих деформаций указанных плит, а также глубины залегания гипоцентров землетрясений [2]. Поэтому, если сложно установить время и интенсивность удара стихии, то направленность его с большой долей вероятности можно предвидеть и установить шары таким образом, чтобы их колебания были бы использованы оптимальным образом.

Следующим средством противостояния стихии предлагаются специальные устройства, которые мы называем фортитудами (fortitude - лат. крепость) и которые учитывают не только направление удара, но и угол его атаки и представляют из себя железобетонные плиты, объединенные между собой связями из нержавеющей стали, работающими на растяжение, приваренные к закладным деталям, расположенным на торцах плит. При этом здесь могут быть использованы плиты, которые по каким-либо причинам (например, из-за несоответствия размерам) невозможно использовать в гражданском строительстве в определенном месте. Элементы фортитуд устанавливаются таким образом, чтобы их острия были направлены в сторону гипоцентров возможных толчков. Фортитуды располагают выше и сбоку от платформ с шарами и засыпают гравием, в котором под каждым модулем создается линза, дно которой устилается использованными автопокрышками, заполненными наполовину мелким упругим материалом и закрытыми специальными заглушками. Слой автопокрышек засыпан песком, а на выровненной песчаной основе устанавливают плиты фундаментов секций. Здание оборудовано автоматизированной системой управления, включающей вычислительное устройство и терминал, связанные через интерфейс с датчиками и проводами блоков управления аккумулятором электроэнергии, автоматизированным раскрытием наружных дверей секций, аварийным электроснабжением, водоснабжением, вентиляцией, внутришкольным радиооповещением, спринклерным пожаротушением, а также системой отключения центрального газоснабжения, электроснабжения и водоснабжения (не показано).

На фиг.1 изображен общий план здания; на фиг.2 - разрез здания по сечению А-А на фиг.1; на фиг.3 - план модуля на уровне В-В на фиг.4; на фиг.4 - разрез модуля по сечению С-С на фиг.3; на фиг.5 - узел сопряжения внутренних и наружных стен модуля в плане; на фиг.6 - разрез автопокрышки; на фиг.7 - разрез фрагмента нижнего антисейсмического слоя здания; на фиг.8 - общий вид фрагмента, изображенного на фиг.7; на фиг.9 - общий вид элемента фортитуды.

На фиг.1 и 2 приведены общая планировка здания и его разрез, где видно расположение отдельных модулей 1 вокруг общего перехода 2.

На фиг.3 и 4 приведены план и разрез модуля 1, включающего отдельные секции 3, покоящиеся на фундаменте 4, расположенном на песчаной линзе 5, находящейся на слое использованных покрышек 6, уложенных на гравийный слой 7, в который утоплены элементы фортитуды 8, смыкающейся с нижним антисейсмическим слоем основания 9, включающим верхнюю железобетонную платформу 10 и нижнюю аналогичную платформу 11, на поверхности которой закреплены листы 12 из нержавеющей стали, к которым прикреплены при помощи пружин 13 стальные шары 14.

На фиг.5 приведен узел сопряжения наружных 15 и внутренних 16 стен секций 3, где стойки 17 каркаса объединены общим гибким кольцом 18 и разделены упругим демпфером 19.

На фиг.6 изображен продольный разрез автопокрышки 6, заполненной наполовину упругими мелкими изделиями 20 и закрытой резиновой заглушкой 21, предохраняющей воздушную полость автопокрышки от вышележащего песка.

На фиг.7 и 8 приведен комплекс, обеспечивающий автоматическое раскрытие дверей 22 в секциях 3 и звукосветовую сигнализацию, включающий стальной шар 14, прикрепленный с помощью пружин 13 к стальным листам 12, закрепленным к нижней платформе 11, снабженный шарнирно присоединенными шатунами 23, состоящими из двух шарнирно соединенных между собой элементов, один из которых прикреплен к шаровому пальцу 24, проходящему через центральную ось 25 шара 14, к которому прикреплены пружины 13.

Вторые свободные концы шатунов 23 шарнирно соединены с кривошипами 26 коленчатого вала 27, установленного на кронштейнах 28, жестко закрепленных на нижней платформе 11, при этом один из концов коленчатого вала 27 снабжен маховиком 29 и через зубчатый шкив 30 связан с помощью зубчатого ремня 31 с зубчатым шкивом 32 мультипликатора 33, установленного на платформе 11 и который способен передавать усиленный крутящий момент на электрогенератор 34 с помощью трансмиссии, включающей шкив 35 мультипликатора, ремень 36 и шкив 37 электрогенератора 34, который, как и мультипликатор 33, закреплен на платформе 11 и через провод 38 передает электроток к аккумулятору 39, расположенному на поверхности земли, и который, замыкая сеть, обеспечивает включение звукосветосигнального устройства и раскрытие дверей 22.

На фиг.9 приведен элемент фортитуды 8, включающий железобетонные плиты 40, объединенные стержнями 41 из нержавеющей стали, приваренными к закладным деталям 42 плит 40.

Источники информации

1. Пособие к МГСН 4.06-96. Общеобразовательные учреждения. М.: ГУП «НИАЦ», 1997, С.123-125.

2. Большая российская энциклопедия, т.10. - М.: Большая российская энциклопедия, 2008, С.387.

3. US 4517778, 1985.

4. RU 2023111, 1994.

5. RU 2024689, 1994.

6. RU 2062833, 1996.

7. RU 2187598, 2002.

1. Сейсмостойкое здание, характеризующееся тем, что оно представляет из себя модульно-секционную структуру, в котором отдельные модули, представляющие собой одноэтажные блоки обтекаемой бионической конфигурации с ограждениями двоякой кривизны, включают в себя отдельные секции, соединенные между собой упругими связями и объединенные общим переходом, причем все секции, выходящие на школьный участок, оборудованы дверными проемами, при этом оно снабжено многослойным основанием, в котором нижний слой представляет собой две платформы, между которыми размещены металлические шары, прикрепленные к нижней платформе с помощью пружин, причем некоторые из шаров оборудованы двумя шатунами, шарнирно прикрепленными с двух сторон шара, одним концом, а другим концом к маховику, установленному стационарно на нижней платформе и снабженному коленчатым валом с кривошипами, который, в свою очередь, связан с коробкой передач, являющейся мультипликатором, и выполнен с возможностью передачи крутящего момента на электрогенератор, установленный стационарно на нижней платформе и соединенный проводом с аккумулятором, расположенным на уровне земли и связанным с автоматизированной системой управления, датчики и приводы которой при разрушительном толчке и вибрации шаров обеспечивают автоматическое раскрытие наружных дверей в секциях здания и светозвуковой сигнал оповещения, в то время как средний слой основания представляет собой фортитуды, являющиеся устройствами, выполненными из железобетонных панелей, объединенными металлическими связями, установленными выше и сбоку платформ с шарами и направленными своими остриями в направлении гипоцентра вероятных источников землетрясений, причем слой с фортитудами заполнен гравием, в массиве которого образована линза, на поверхности которой уложены подержанные автопокрышки, заполненные частично упругим материалом и закрытые резиновыми заглушками, причем автопокрышки засыпаны слоем песка, на котором установлены фундаменты модулей.

2. Здание по п.1, отличающееся тем, что автоматизированная система управления включает вычислительное устройство и терминал, связанные через интерфейс с датчиками и приводами блоков управления аккумуляторов электроэнергии, автоматизированным раскрытием наружных дверей секций, аварийным электроснабжением, водоснабжением, теплоснабжением, вентиляцией, внутришкольным радиооповещением, спринклерным пожаротушением и системой отключения центрального газоснабжения, электроснабжения и водоснабжения.