Плоскостной подшипник качения и способ его применения в сейсмических фундаментах для защиты зданий и сооружений от горизонтальных колебаний земной коры при землетрясениях

Авторы патента:


Плоскостной подшипник качения и способ его применения в сейсмических фундаментах для защиты зданий и сооружений от горизонтальных колебаний земной коры при землетрясениях
Плоскостной подшипник качения и способ его применения в сейсмических фундаментах для защиты зданий и сооружений от горизонтальных колебаний земной коры при землетрясениях

 


Владельцы патента RU 2545569:

Бикмаев Раис Каюмович (RU)

Изобретение относится к строительству в сейсмически опасных районах, а именно к устройствам, снижающим воздействие горизонтальных колебаний земной коры на здания и сооружения, и способам защиты и сохранения несущих конструкций зданий при землетрясениях. Плоскостной подшипник качения, устанавливаемый в сейсмических фундаментах для защиты зданий и сооружений от горизонтальных колебаний земной коры при землетрясениях, состоит из трех расположенных строго горизонтально, одна над другой, стальных плит (квадратные в плане стальные листы с высокими плоскостными свойствами из низкоуглеродистой термически необработанной стали толщиной не менее 15 мм), между которыми в каретке из полиэтилена низкого давления с шагом 10 мм друг от друга укладываются элементы качения - стальные стержни из круглой стальной низкоуглеродистой термически необработанной проволоки диаметром 5 мм. Между первым и вторым листами стержни укладываются в одном направлении, а между вторым и третьим листами - в перпендикулярном направлении по отношению к первым. Технический результат состоит в обеспечении устойчивости зданий в сейсмически опасных районах, повышении надежности зданий. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений в сейсмически опасных районах, а именно к устройствам и способам применения этих устройств, для снижения воздействия горизонтальных колебаний земной коры на здания и сооружения при землетрясениях

Изобретение соответствует требованию единства, так как представлено устройство конструкции автора и способ эффективного использования данной конструкции для достижения желаемого результата.

Плоскостной подшипник качения показан на Фиг. 2 и представляет собой расположенные одна над другой строго горизонтально три стальные плиты (квадратные в плане стальные листы с высокими плоскостными свойствами из низкоуглеродистой термически не обработанной стали толщиной не менее 15 мм), между которыми в каретке 13, изготовленной из полиэтилена низкого давления (ПНД), один за другим, с шагом до 10 мм, укладываются элементы качения 12 - стальные стержни из высокопрочной круглой стальной проволоки диаметром до 5 мм, причем между первым 8 и вторым 9 листами стержни укладываются в одном направлении, а между вторым 9 и третьим 10 листами в перпендикулярном направлении по отношению к первым. Такое перекрестное расположение элементов качения обеспечивает вынужденное горизонтальное смещение здания по отношению к земной коре в любом направлении, в то время как элементы качения остаются ориентированными по основным осям здания. Для проверки данного утверждения положите на стол два круглых карандаша параллельно друг другу на расстоянии 15 см друг от друга, сверху положите книгу, на книгу положите также два карандаша строго перпендикулярно по отношению к нижним карандашам и сверху положите еще одну книгу, которая является верхней плитой подшипника. Верхняя книга под вашим воздействием может передвигаться в горизонтальной плоскости в любом направлении, в то время, как карандаши остаются ориентированными в первоначальном направлении. Нижний лист 8 подшипника в плане должен быть на 500-600 мм больше двух верхних листов, то есть должен обеспечить компенсацию колебаний земной коры с амплитудой 500-600 мм. Элементы качения 12 - круглые стержни диаметром до 5 мм, в силу своего незначительного веса, являются, практически, безынерционными по отношению к массиву здания. Пространство между листами подшипника - зона укладки элементов качения - заполняется долговечной смазкой, предотвращающей коррозию металлов и обеспечивающей постоянную готовность подшипника к динамическим нагрузкам. Для обеспечения надежного сцепления с бетоном верхний и нижний листы подшипника имеют стальные выпуски 14.

На Фиг. 1 показано как подшипник собирается (монтируется) в процессе строительства. Вначале нижний лист подшипника 4 укладывается в свежеуложенный бетон нижней части фундамента 1 и является «столом», по которому перемещается верхняя часть фундамента 2, затем полностью собирается подшипник качения 4 и бетон верхней части фундамента 2 укладывается на верхний лист подшипника 4. Опорная часть фундамента («стол») выполняется уступами, которые обеспечивают относительную фиксацию здания 3 в границах фундамента в пределах заданной амплитуды колебаний 500-600 мм, для чего уступы повышаются от центра здания к его краям, с разницей в отметках не менее 200 мм, на каждом уступе устанавливается по одному подшипнику. Размеры подшипников в плане могут колебаться от 3,0-4,0 метров до 1,0 метра в зависимости от размеров здания, этажности и его общего веса. В уступах образуются ниши 5 и 6 для установки пластичных демпферов 7 из деформируемых материалов, а также для установки домкратов при ремонте универсальных подшипников после стихийного бедствия.

Известен способ снижения горизонтальных инерционных нагрузок для сейсмоизолирующего кинематического фундамента со сферическими поверхностями опорных тел качения, который в силу своей несостоятельности не нашел применения в практическом строительстве. Недостаток его в том, что отсутствует собственное своевременное возвращение здания к начальному положению после землетрясения, в дороговизне сферических тел, а также в том, что сферические тела качения не обеспечивают относительную фиксацию здания на фундаменте («на столе») в его основных осях и не могут предотвратить вращение здания, что, в конечном счете, может привести к «срыву» здания с фундаментов.

Известен также способ снижения горизонтальных сейсмических нагрузок для кинематического фундамента с опорными телами качения в виде стоек со сферическими торцами, в котором обеспечивается при сейсмическом воздействии взаимное горизонтальное смещение опорной и фундаментной плит и возвращение к начальному положению равновесия силой взаимной реакции между опорной и фундаментной плитами, пропорциональной отклонению, возникающей подобно реакции от действия жесткости эквивалентной упругой связи. Реакция, возникающая за счет обусловленного эксцентричностью поверхностей качения торцов стоек поднятия центра тяжести объекта при его горизонтальном отклонении, имеет фиксированное значение коэффициента пропорциональности, аналогичного коэффициенту жесткости эквивалентной упругой связи. (См. авторское свидетельство СССР №554388, МПК8 Е04Н 9/02, опубликовано 15.04.1977).

Недостатком данного аналога является то, что коэффициент жесткости определен фиксированным значением радиуса сферических торцов, что ограничивает свободу выбора частоты основного тона собственных колебаний, оставляя его в области возможных низких частот колебания при землетрясениях. Главным недостатком данного способа является ограничение амплитуды колебаний при землетрясениях в минимальных значениях и невозможность изготовления такого фундамента в построечных условиях.

Известен также способ применения упругой связи для собственного возвращения здания в первоначальное положение, когда между опорной и фундаментной плитами размещаются шаровые тела качения. (См. авторское свидетельство RU 2342493 С2, МПК E02D 27|34, 2006.01).

Недостатком данного аналога является то, что не представлено само устройство - упругая связь, ее природа, способ ее изготовления и способ ее практического применения. Очевидно, что в данном случае ни в коем случае нельзя применять упругую связь (пружину), так как необходимо гасить колебания, а не усугублять их новыми упругими реактивными динамическими воздействиями. Применение шаровых тел качения, предположительно шариков для подшипников, значительно удорожает стоимость строительства, а также при возникновении сейсмических воздействий может привести к вращательному смещению здания относительно своих привязочных осей.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение устойчивости зданий в сейсмически опасных районах путем выполнения антисейсмических фундаментов в обычных построечных условиях с применением традиционных строительных материалов.

Решение технической задачи достигается путем реализации комплекса мероприятий в построечных условиях для достижения сейсмической устойчивости зданий, а именно:

а) разделение инерционных масс, то есть массив здания отделяется от «стола» - от поверхности земной коры - специальными устройствами - предлагаемыми плоскостными подшипниками качения, расположенными на уступах опорной части фундамента.

б) установка на каждом уступе демпферов (амортизаторов-гасителей) между опорной и подвижной частями фундаментов из деформируемых материалов, обеспечивающих поглощение ударных воздействий инерционных горизонтальных нагрузок и относительную фиксацию здания в границах фундаментов при возникновении запредельных значений амплитуды колебаний; в) обеспечение поглощения динамической энергии горизонтальных колебаний земной коры материалом обратной засыпки фундаментов.

При сейсмическом воздействии на здания в конкретном населенном пункте, при возникновении горизонтальных колебаний земной коры, опорная часть фундамента 1 - «стол» - совместно с земной поверхностью приходит в движение, а здание остается в относительно неподвижном состоянии, причем при значительных, запредельных значениях амплитуды колебаний в работу подключаются демпферы (амортизаторы-гасители) искусственные, расположенные в уступах фундаментов и изготовленные из материалов, обладающих высокой деформативностью, а также демпферы естественные - мягкие грунты и материалы в конструкции обратной засыпки верхней подвижной части фундаментов.

На Фиг. 1 изображен поперечный разрез фундамента здания, где на грунтовом основании в земной коре устраивается нижняя часть фундамента 1, в котором в свежеуложенный бетон укладывается нижний стальной лист подшипника 4, затем, после отвердения бетона, производится сборка подшипника с укладкой элементов качения, и на подшипник укладывается бетон верхней части фундамента 2, причем свободными оставляются ниши 5 и 6 по 250-300 мм в плане, обеспечивающие амплитуду колебаний земной коры до 600 мм (при необходимости можно увеличить), в ниши 5 и 6 устанавливаются заменяемые демпферы 7 из деформируемого материала, а также устанавливаются домкраты при ремонте подшипников и распорные устройства для «возвращения» здания 3 в исходное положение после стихийного бедствия. После завершения работ по сооружению фундамента производится обратная засыпка пазух фундаментов материалом, обладающим теплоизолирующими свойствами, а также мягко поглощающим горизонтальные колебания верхней части фундамента.

Аналоги предлагаемого изобретения не нашли применения в строительной практике в силу своей иллюзорности, поскольку идеи поставить здание на шарики витают в мире на протяжении сотен лет, но они не подкреплены техническими решениями.

Использование предлагаемого изобретения позволит незамедлительно в обычных построечных условиях начать строительство сейсмически устойчивых зданий.

Обеспечиваются две главные задачи сейсмического строительства:

1) спасение людей (человеческих жизней) при внезапном сейсмическом воздействии - при землетрясениях, которые, к сожалению, невозможно предсказать;

2) сохранение зданий для дальнейшего использования их по назначению после ликвидации последствий стихийного бедствия.

Незначительное удорожание при сооружении антисейсмических фундаментов позволит исключить разрушение зданий и сооружений при землетрясениях до 9 баллов включительно и использовать их по прямому назначению после ликвидации последствий стихийного бедствия, сохранить жизни людей и в целом снизить затраты на сейсмическое строительство. Главным техническим условием проектирования и строительства надземной части здания для его значительной сейсмической устойчивости наряду с жесткими наружными стенами является наличие достаточного количества ребер жесткости во внутренних стенах, обеспечивающих общую жесткость здания.

1. Плоскостной подшипник качения, устанавливаемый в сейсмических фундаментах для защиты зданий и сооружений от горизонтальных колебаний земной коры при землетрясениях, отличающийся тем, что состоит из трех расположенных строго горизонтально, одна над другой, стальных плит (квадратные в плане стальные листы с высокими плоскостными свойствами из низкоуглеродистой термически необработанной стали толщиной не менее 15 мм), между которыми в каретке из полиэтилена низкого давления с шагом 10 мм друг от друга укладываются элементы качения - стальные стержни из круглой стальной низкоуглеродистой термически необработанной проволоки диаметром 5 мм, причем между первым и вторым листами стержни укладываются в одном направлении, а между вторым и третьим листами - в перпендикулярном направлении по отношению к первым.

2. Способ обеспечения пассивной антисейсмической защиты зданий от разрушений при землетрясениях состоит во внедрении плоскостного подшипника качения по п. 1, при этом включает дополнительные технические мероприятия, которые в целом предусматривают: а) разделение инерционных масс, то есть отделение массива здания от «стола» - подвижной опорной части фундамента в земной коре от верхней неподвижной части фундамента, путем установки плоскостных подшипников качения, монтируемых на уступах фундамента, б) применение искусственных демпферов - амортизаторов - на каждом уступе фундаментов, обеспечивающих поглощение ударных воздействий инерционных горизонтальных нагрузок и относительную фиксацию здания в границах фундамента при запредельных значениях амплитуды колебаний, и в) обеспечение поглощения динамической энергии горизонтальных колебаний земной коры материалом обратной засыпки фундаментов, причем работы должны выполняться в следующей последовательности: на свежеуложенный бетон уступа нижней подвижной части фундамента укладывается нижний стальной лист подшипника, затем после отвердения бетона производится сборка подшипника с укладкой элементов качения, после чего на верхний стальной лист подшипника укладывается бетон верхней неподвижной части фундамента, а в нишах уступов фундамента устанавливаются искусственные демпферы - амортизаторы, а после завершения работ по сооружению фундаментов производится обратная засыпка фундаментов материалом, обладающим теплоизолирующими свойствами, а также мягко поглощающим горизонтальные колебания верхней части фундамента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению фундаментов на просадочных основаниях. Фундамент для просадочных оснований, включающий наружную коническую или пирамидальную оболочку с уширением в нижней части.

Изобретение относится к строительству фундаментов мелкого заложения на вечномерзлых грунтах. Плитный фундамент в вечномерзлом грунте, усиленный заглубленной обоймой, расположенной вне фундамента по его периметру на некотором расстоянии от края плиты.

Изобретение относится к области строительства, в частности к опорам сейсмостойких сооружений (зданий). Сейсмоизолирующая опора включает несущий элемент колонны, которая через верхнюю опорную плиту опирается на резинометаллическую опору (РМО), а нижняя опорная пластина РМО при помощи анкерных болтов соединена с фундаментом, РМО выполнена из поочередно уложенных друг на друга упругих резиновых листов (прокладок) и металлических листов, а в средней части устроено центральное ядро.

Изобретение относится к области строительства, в частности к защите строительных конструкций от сейсмического воздействия и снижению сейсмической нагрузки на здание.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для мониторинга основания фундаментов в проблемных грунтовых условиях. Фундамент с индикатором сверхнормативных деформаций, просадок, провалов в основании представляет собой монолитную железобетонную плиту, ленту либо сборный блок, в которых выполнены на всю толщину вертикальные технологические каналы (штрабы).

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и может быть использовано при строительстве каркасных зданий с отдельными фундаментами. Система сейсмозащиты каркасных зданий характеризуется наличием элементов скольжения.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении тяжелых с перекрестно-стеновой конструктивной схемой сооружений, которые устраиваются на сжимаемых грунтах в районах с повышенной сейсмичностью.

Изобретение относится к области строительства сейсмостойких сооружений. Технический результат: обеспечение оперативного управления сейсмозащитой здания или сооружения и повышение сейсмостойкости объекта в аварийной ситуации.

Изобретение относится к электроэнергетике. Устройство сейсмоустойчивой установки разрядника содержит монтажный узел под нижнем фланцем разрядника, заземлитель, регистратор срабатывания и стойку-фундамент.

Изобретение относится к строительству, в частности к области обеспечения сейсмостойкости зданий и сооружений. Предварительно напряженная сейсмоизолирующая опора для зданий и сооружений состоит из нижней и верхней частей, образующих замкнутую камеру, в которой размещена промежуточная подушка из шариков и смазки.

Изобретение относится к средствам защиты зданий и сооружений от сейсмической нагрузки. Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах, содержит корпус, основание, упругий элемент, нижний и верхний ограничители хода упругого элемента, выполненные из эластомера, и резьбовую втулку, соединяющую упругий элемент с виброизолируемым объектом. Корпус жестко связан с основанием, выполненным в виде круглого подпятника, на который опирается нижний цилиндрический упругодемпфирующий элемент из эластомера с осевым цилиндроконическим отверстием, выполняющий функции нижнего ограничителя хода пружины, ось которой перпендикулярна основанию. Пружина взаимодействует с верхним и нижним ограничителями хода через нижний опорный стакан и верхнюю, охватывающую пружину, крышку, которая жестко соединена с осесимметричной пружине резьбовой втулкой. На крышке закреплен верхний ограничитель хода пружины, выполненный в виде цилиндрической втулки, охватывающей сверху крышку. Верхний ограничитель служит верхним упругодемпфирующим элементом и выполнен из эластомера, а в резьбовой втулке закреплен винт для соединения упругого элемента с виброизолируемым объектом. Корпус в верхней части соединен с крышкой, на торцевой поверхности которой, обращенной в сторону виброизолируемого объекта, закреплен упругий ограничитель динамического хода объекта, выполненный из эластомера, а в крышке, перпендикулярно ее оси, выполнено отверстие для закачки в систему смазочного вязкого материала, например солидола. В осевом цилиндроконическом отверстии нижнего цилиндрического упругодемпфирующего элемента из эластомера коаксиально между собой и соосно корпусу расположены два дополнительных демпфирующих элемента, один из которых, имеющий форму в виде цилиндроконической втулки, выполнен из полиуретана, а другой, расположенный внутри первого и имеющий цилиндрическую форму, выполнен упругим сетчатым элементом, плотность сетчатой структуры упругого сетчатого элемента находится в оптимальном интервале величин 1,2 г/см3…2,0 г/см3. Материал проволоки упругих сетчатых элементов - сталь марки ЭИ-708, а диаметр ее находится в оптимальном интервале величин 0,09 мм…0,15 мм. Пружина выполнена из винтовой, пустотелой и упругой стальной трубки, внутри которой коаксиально и осесимметрично установлена с зазором по крайней мере одна дополнительная упругая стальная трубка. В зазорах между трубками расположен, по крайней мере, один фрикционный элемент, например из полиэтилена, обладающего высоким коэффициентом теплового расширения по сравнению со сталью. Поверхности корпуса и дополнительной упругой стальной трубки соприкасаются с поверхностями фрикционных элементов, а их оси совпадают с осью витков корпуса, а центрально, коаксиально и осесимметрично корпусу расположен винтовой упругий стержень, выполненный сплошным, а фрикционные элементы выполнены трубчатыми, например из полиэтилена. Технический результат - повышение эффективности виброизоляции. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению зданий и сооружений в сейсмических районах. Сейсмостойкое промышленное здание включает каркас, фундамент и промежуточные элементы. Фундамент выполнен из отдельных опор и ленты, установленных относительно друг друга с зазором. В подошве опор и на верхней поверхности ленты выполнены совмещенные чашеобразные углубления с образованием полости, внутри которой расположены промежуточные элементы в виде шара. Между опорами выполнены каналы, внутри которых установлены балки-распорки с зазором относительно стенок канала. Над лентой с зазором по периметру опор закреплены барьеры с образованием полости, над которой установлена надфундаментная плита. По периметру нижней поверхности плиты выполнены швы скольжения. Технический результат состоит в повышении надежности и сейсмостойкости промышленного здания при значительных горизонтальных сейсмических воздействиях, снижении материалоемкости и трудоемкости его возведения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх