Сейсмостойкое здание
Владельцы патента RU 2601664:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к области строительства зданий различного назначения в районах с повышенной сейсмической активностью. Здание содержит стены, в конструкции которых имеется каркас из силовых элементов в виде вертикальных, горизонтальных и наклонных балок. Стены наклонены и расположены под углом от вертикали. В силовой схеме каркаса использованы фермы, детали которых образуют жесткие треугольники, а здание имеет сотообразный вид. Балки силового каркаса могут быть выполнены из перфорированных профилей, размещенных с требуемым шагом. Изобретение позволяет увеличить жесткость конструкции здания и устойчивость его к проявлениям сейсмоактивности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для возведения зданий различного назначения в районах с повышенной сейсмической активностью.
Известны устройства сейсмостойких зданий, в которых защита от землетрясений обеспечивается изменением конструкции стен (патенты РФ 2319820, 2256749, 2033514, 2066362, 2214491, 2017001). Многоэтажное сейсмостойкое здание включает верхние пространственно жесткие этажи, образованные колоннами, ригелями, перекрытиями, стеновыми панелями, и первый или цокольный этаж, или и первый и цокольный этажи из стен с ребрами, имеющих закругленные верхние и нижние грани и обладающих свойством устойчиво покачиваться во время землетрясения по бороздам, предусмотренным в горизонтальных плитах, между которыми располагаются указанные выше стены.
Недостатком таких технических решений является усложнение конструкции здания, а также то, что верхние этажи предполагаются пространственно жесткими. В действительности же при сильном землетрясении любое помещение может сложиться, как параллелограмм, так как в поперечном сечении оно представляет собой прямоугольник, т.е. изначально неустойчивую геометрическую фигуру, в углах которой при землетрясении возникнут значительные напряжения.
По патенту RU 2319820 многоэтажное сейсмостойкое здание включает верхние пространственно жесткие этажи, образованные колоннами, ригелями, перекрытиями, стеновыми панелями, и первый или цокольный этаж, или и первый и цокольный этажи из стен с ребрами, имеющих закругленные верхние и нижние грани и обладающих свойством устойчиво покачиваться во время землетрясения по бороздам, предусмотренным в горизонтальных плитах, между которыми располагаются указанные выше стены. Недостатком таких технических решений является усложнение конструкции здания, а также то, что верхние этажи предполагаются пространственно жесткими. В действительности же при сильном землетрясении любое помещение может сложиться как параллелограмм, так как в поперечном сечении оно представляет собой прямоугольник, т.е. изначально неустойчивую геометрическую фигуру, в углах которой при землетрясении возникнут значительные напряжения.
Известно сейсмостойкое здание (патент RU №2208098 «Узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания (варианты)»), являющееся прототипом предлагаемого изобретения. В узле, включающем колонну и прокатный или составной сварной ригель, соединенных между собой сварными швами, ригель имеет участок, на котором стенка отсоединена от полок вертикальными, горизонтальными прорезями или прерванными поясными сварными швами. Соответственно, этим техническим решением компенсируется вышеуказанный недостаток. Снизить нежелательные последствия от напряжений, возникающих при землетрясении, предлагается за счет ослаблений в теле ригелей вне зоны сварных швов, либо с прерыванием оных. Устройство таких зданий наиболее близко к изобретению по технической сущности и может рассматриваться в качестве прототипа, так как такие здания также представляют собой каркасные конструкции, состоящие из вертикальных и горизонтальных силовых элементов (балок, колонн, ригелей). Соответственно, все здание в поперечном разрезе вертикальной плоскостью выглядит как сетчатая структура из прямоугольных ячеек.
Недостатком прототипа является недостаточная жесткость здания и, следовательно, недостаточный уровень безопасности. Причина недостатков заключается в том, что остается неизменной силовая схема здания - любой этаж или любое помещение представляют собой в поперечном вертикальном сечении прямоугольники, изначально неустойчивые геометрические фигуры, способные складываться как параллелограммы.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является увеличение жесткости конструкции здания, устойчивость его к сильным проявлениям сейсмоактивности и повышение уровня безопасности для граждан.
Поставленная задача достигается тем, что в известной конструкции, содержащей каркас из силовых элементов в виде вертикальных, горизонтальных и наклонных балок, стены наклонены и расположены под углом от вертикали, а в силовой схеме каркаса вместо вертикальных стоек использованы фермы, детали которых образуют жесткие треугольники. В итоге здание приобретает сотообразный вид.
Кроме того, поставленная задача достигается тем, что балки силового каркаса могут быть выполнены из перфорированных профилей, размещенных с требуемым шагом и позволяющих монтировать на них оборудование инженерной системы здания, строительно-отделочные материалы и даже мебель жильцов.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого силового каркаса сейсмостойкого здания в поперечном сечении вертикальной плоскостью. На фиг. 2 приведена трехмерная схема предлагаемого здания.
Сейсмостойкое здание (фиг. 1, 2) содержит: 1 - вертикальные перфорированные стойки, к которым могут быть прикреплены предметы мебели, быта и т.д.; 2 - горизонтальные балки, на которые монтируется пол; 3 - наклонные стойки, к которым крепится материал стен; 4 - панели наклонных стен.
Таким образом, силовой каркас предлагаемого сейсмостойкого здания (фиг.1) состоит из вертикальных стоек (1), горизонтальных балок (2) и наклонных стоек (3), на которых смонтированы стены (4), наклоненные под некоторым углом от вертикали. Угол наклона стены выбирается в зависимости от статистических данных сейсмической активности в местности, где планируется строительство здания. Чем выше сейсмоактивность в данном районе, тем больше угол наклона. В итоге каждая комната такого здания в поперечном сечении представляет собой шестиугольник, нижние и верхние углы которого соединены вертикальными стойками.
Меняется и традиционная схема проектирования многоквартирных зданий, в частности принцип этажности. Что в свою очередь влечет и изменение принципов формирования лестничных проемов.
Силовые элементы, образующие каркас, например стойки, выполняются перфорированными, с нормализованными шагом и диаметром отверстий, выбираемым для большой группы зданий. Параметры перфорации вносятся в технические условия и открыто публикуются.
Шаг между стойками предлагается выбрать из размерного ряда, где минимальный размер определяется, например, широко распространенными длиной или шириной двуспальных кроватей, но не ограничивается только таким вариантом.
Унификация размеров сделает удобным последующую разработку крепежа и различных технических систем, например устройств, мебели, приборов, инженерных узлов, стеновых материалов и т.д., которые могут быть прикреплены к силовым элементам.
Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является:
1. Увеличен уровень безопасности, так как высокая жесткость конструкции здания обеспечивает устойчивость к сильным проявлениям сейсмоактивности.
2. Наличие перфорации, т.е. упорядоченных отверстий, в элементах каркаса позволяет дизайнерам и проектировщикам создавать объекты мебели и интерьера, с использованием стоек в качестве силовых несущих элементов. Появляется также возможность создания принципиально новых видов мебели и других предметов быта, например подвесных полок, светильников, передвигающейся по квартире техники, электроники и т.д., строительных и отделочных материалов, дверей, окон, лестничных маршей, а также решений в сфере монтажа инженерных систем, сетей, коммуникаций. Кроме того, крепление массивной мебели непосредственно к стойкам каркаса здания положительно отразится на безопасности жителей, так как при сейсмической активности уменьшится риск травматизма от падения мебели, вследствие ее жесткой фиксации.
Таким образом, поставленная задача решается тем, что вертикальные стойки стен заменяются фермами, состоящими из жестких треугольников. В результате существенно возрастает жесткость конструкции, так как жесткость одной вертикальной стойки, представляющую по своей сути вертикальную консоль, ниже, нежели жесткость фермы.
1. Сейсмостойкое здание, содержащее стены, в конструкции которых имеется каркас из силовых элементов в виде вертикальных, горизонтальных и наклонных балок, отличающееся тем, что его стены наклонены и расположены под углом от вертикали, в силовой схеме каркаса использованы фермы, детали которых образуют жесткие треугольники, а здание имеет сотообразный вид.
2. Сейсмостойкое здание по п. 1, отличающееся тем, что балки его силового каркаса выполнены из перфорированных профилей, размещаемых с требуемым шагом.
