Многоэтажное сейсмостойкое здание

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()968282 Ъ;

«/Гr

« (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

I (22) Заявлено 07. 03. 80 (21) 2891641/29-33 (И)М Кп з

Е 04 Н 9/02 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК699, 841..624.159 ° 14 (088 ° 8) Опубликовано 231082. Бюллетень ¹39

Дата опубликования описания 23,10 ° 82 (72) Авторы изобретения

Б.А Сальников и К.И.Хабибулин.

Всесоюзный научно-исследовательский институт .6 транспортного строительства (71) Заявитель (54) МНОГОЭТАЖНОЕ CEQCNOCTOAKOE ЗДАНИЕ

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений в сей-. смических районах с расчетной сейсмичностью семь и более баллов.

Известно многоэтажное сейсмостойкое здание с пространственно жесткими верхними этажами, опертыми на гибкие в горизонтальном направлении стойки нижнего этажа, между которыми установлены связевые панели, прикрепленные к ним с возможностью отключения при сейсмических воздействиях. Отключение достигается разрушением связевых панелей (1).

Недостатком такого здания является то, что связевые панели после каждого сейсмического воздействия разрушаются и их требуется восстанавливать.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является многоэтажное сейсмостойкое здание с пространственно жесткими верхними этажами и гибким нижним этажом, выполненным из строительных блоков высотой на этаж, соединенных между собой ступенчатыми шпонками из вязкопластичного материала, например асФальтобетонной композиции. Восстановление ступенчатых шпонок в случае их разрушения происходит самопроизвольно под действием собственного веса

5 и пластичности асфальто-бетонной композиции

Недостатком такого здания является медленное самовосстановление шпонок, и при нескольких сейсми10 ческих толчках, следуемых один за другим, шпонка не успеет восстановиться и здание может получить значительные деФормации.

Цель изобретения - повышение сейсмостойкости путем обеспечения мгновенного включения связей после колебаний.

Указанная цель достигается тем, что в многоэтажном сейсмостойком

20 здании с пространственно жесткими верхними этажами и гибким нижним этажом, снабженным выключающимися связями, размещенными между стойками двух взаимно перпендикулярных направлениях, каждая выключающаяся

25 связь выполнена в виде однопролет ных стержней с консолями, имеющими одну шарнирную и одну, свободную опоры, при этом консоль, ближняя к стойке, расположена под углом к последней от 0 до 90 в вбртикаль968282 ной плоскости, а противоположная консоль пригружена.

На фиг. l показана одностержневая выключающаяся связь с прямым стержнем; на фиг.2 - разрез A-А на фиг. lg на фиг.3 — связь с изогнутым стержнем на фиг.4 — связь с наклонной, гранью гибкой стойки нижнего этажа; на фиг.5 — связь с криволинейной поверхностью гибкой стойки; на фиг.б — то же, с изогнутым стержнем; на фиг.7 - взаимодействие системы; на фиг.8 — план выключающихся связей; на фиг.9 - разрез Б-B на фиг.8; на фиг.10 — узел на фиг.9; на фиг.ll схема действия сил на включающуюся связь в точке касания; на фиг.12 зависимость изменения горизонтального усилия от перемещения гибкой стойки здания.

Выключающаяся связь состоит из стержней 1 с двумя консолями с одной шарнирной опорой 2 и свободной опорой 3, длинный конец которого загружен силой P и свободно лежит на опоре 3, консоль, ближняя к стойке, 25 расположена в вертикальной плоскости .под углом<6 к грани гибкой стойки

4 нижнего этажа и соприкасается с ней в точке а. Уголь, .который может.назначаться в пределах от 0 до 30

90, создается за счет наклона к горизонтали всего стержня 1, короткого его конца, путем устройства на грани стойки 4 напротив стержня наклонной плоскости 5, или криволиней- 35 ной поверхности 6, а также за счет сочетания, например, криволинейной поверхности и наклона короткого конца стержня.

Стержни облокированы на одну шарнирную опору 2, концы которой через специальные муфты 7 крепятся к опорной ферме 8.. Ферма выполнена иэ железобетона или.прокатного металла и установлена нижним поясом в рас- 45

IJop на фундаменты 9 стоек и служит для передачи на них усилий, возникающих в опоре 2 при изгибе стойки. Муфта 7 снабжена горизонтальным.и вертикальным винтовыми упорами, c помощью которых регулируется положение стержней с точностью до 0,5 мм. Кре- пятся муфты к верхнему поясу фермы болтами или электросваркой. Здесь же устанавливается и свободная опора 3. 55

Для создания пригруза на консоли, удаленные от стоек, навешиваются грузы 10 на стальных подвесках 11.

Грузы выполняются в виде гирь-дисков .иэ металла или бетона. 60 .Стержни взаимодействуют со стойкой через стальной упор, состоящий иэ наклонной плоскости 5, которая в .точке касания переходит в круглоцилиндрическую поверхность 6 и затем, в нижнем положении, - в горизонтальную плоскость 12. Стержни в точке касания также имеют круглоцилиндрическую поверхность.

Стержни l шарниры 2, муфты 7, грузы 10 и т.д. должны изготавливаться в заводских условиях, опорная ферма 8 может быть изготовлена на месте.

Сущность действия выключающейся связи состоит в следующем.

В статическом состоянии здание с выключающимися связями представляет жесткую систему с низкими величинами периодов собственных колебанйй, При землетрясении с преобла.данием периодов колебаниИ грунта, близких к пЕриодам собственных колебаний здания, вследствие резонансного эффекта нарастают амплитуды колебания здания, гибкие стойки нижнего этажа под действием горизонтальных сейсмических нагрузок Н изгибаются H вступают во взаимодействие со связями. В начальный момент взаимодействия сила Н, которая в статическом состоянии уравновешивается реакцией R опоры 3,,создает за счет угла оС. гориэснтальное усилие Hp, действующее в направлении, обратном перемещению гибкой стойки 4.

Последующее перемещение вызывает поворот стержня 1 вокруг шарнирной опоры 2, вследствие чего усилие Hp уменьшается и, таким образом, связь частично или полностью отключается. В случае криволинейной поверхности б можно даже при незначительном повороте стержня (порядка 2-3- ) добиться полного отключения связи (Н =О) эа счет резкого изменения направления равнодействующей по поверхности б. При перемещении гибкой стойки в обратном направлении стержень под действием силы P мгновенно занимает первоначальйое положение, и, таким образом, связь вновь включается.

Для обеспечения большей адаптации здания к сейсмическим воздействиям в каждой связи применяется не один, а несколько стержней, создающих различные по величине усилия Нр за счет разных значений сил

P при одинаковой длине стержней или разных стержней при одинаковых силах, По отношению к грани стойки стержни в горизонтальной.плоскости располагаются ступенчато, с зазорами С, обеспечивающими податливость здания при землетрясении. Зазоры назначаются в зависимости от расчетной сейсмической нагрузки и жесткости гибкой стойки, а силы P u расстояние, между опорами расчитываются на основании величины предпо968282

1 оЕ, град

Р, тс

Сечение, ммммм

0,18 0,051

0,18 0,045

0,18 0,040

12 75 1200 40х 80

15 73 1500 . 40х 80

18 71 1800 40К80

Средний

Левый

Правый

Формула изобретения лагаемого горизонтального сейсмического воздействия Н на гибкую .стойку (условие Н =Н ) с учетом сил трения, возникающих при взаимодействии системы, и возможности одновременного взаимодействия со стойкой одного или сразу неско- льких стержней.

Еоличество стоек с выключающимися связями для всего здания назначается расчетом в зависимости от сейсмического воздействия и податливости здания в горизонтальном направлении. Для восприятия сейсмических воздействий с любой стороны, выключающиеся связи устанавливаются по контуру поперечного сечения гибкой стойки 4, например по четырем граням стойки квадратного сечения.

При перемещении стойки 4 вправо происходит проскальзывание одной круглоцилиндрической поверхности по другой, в результате чего стержень 1 поворачивается вокруг шарнира 2 и происходит изменение направления H уменьшение равнодействующей N, Это обуславливает .уменьшение горизонтального усилия Hp, т.е. частичное или полное отключение связи.

Подбор груза P осуществляется по формуле

Р = Н (ctg+-f) т

Стержень H«n, m тс мм мм

Многоэтажное сейсмостойкое здание с пространственно жесткими верхними этажами и гибким нижним этажом, снабженным выключающимися связями, размещенными между стойками в двух, взаимно перпендикулярных направлениях, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения сейсмостойкости путем обеспечения мгновенного включения связей после колебаний, каждая выключающаяся связь выполне-, на в виде однопролетных стержней с двумя консолями, имеющими одну шари где — — соотношение короткого и длинm ного концов стержня 1;

f — коэффициент трения.

Формула выведена.из условия равенства нулю суммы моментов. сил, дейст5 вующих на стержень, относительно шарнира 2, а именно: Т и H — вертикальной и горизонтальной составляющих равноцействующей (нормальной к поверхности) силы. N; F - силы трения

10 равной Nf; P — силы, действующей на длинном конце стержня.

Значения расчетных параметров и результаты расчета представлены в таблице.

Предложенная конструкция выключаю- щихся связей позволяет автоматически менять жесткость гибких стоек нижнего этажа. При .перемещении стойки . лишь на 1 мм горизонтальное усилие

Н уменьшается в 9,6 раэ,при перемещении на 2 мм — в 18 раз и т.д.

Применение стержневой систеьь в качестве выключающихся.связей многократного действия позволяет наибо-, лее рационально адаптировать здания к сейсмическим воздействиям. Экономия достигается за счет применения облегченных конструкций стоек нижнего этажа, обеспечения сохранности зданий от сейсмических воздейст- . вий и сокращения ремонтных работ, необходимых для восстановления здания„ на сумму до 3% от сметной стоимости. нирную и одну свободную опоры, при этом консоль, ближняя к стойке, расположена под углом к последней от

0 до 90 в вертикальной плоскости, а противоположная консоль пригружеиа.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

9 371335, кл. Е 04 H 9/02, 1970.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 554387, кл. E 04 Н 9/02, 1974.

968282

Е

Фиа0

Составитель В.Иеламед

Редактор B.Èâàíoâà Техред М.Гергель КорректорВ.Бутяга

Заказ 8064/50 Тираж 724 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4