Металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (щ973770 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 07.01.81 (21) 3231685/29-33 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 131182. Бюллетень М42

Дата опубликования описания 15.11.82 ($1) М. Кл.

Е 04 H 9/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($$) УДК 699.841 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.М.Остриков и A A Oïëàí÷óê

Казахское отделение Ордена Трудового Красного Знамени центрального научно-исследовательского института

II строительных металлоконструкций ЦНИИпроектстальконструкция (71) Заявитель (5 4) МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС СЕЙСМОСТОЙКОГО

МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в каркасах зданий и сооружений,. возводимых в сейсмических районах и на посадочных территориях, а также для компенсации температурных воздействий.

Известны связевые каркасы, включающие колонны, ригели и наклонные расположенные связи, образующие вертикальные диафрагмы для обеспечения горизонтальной жесткости (1).

Недостатком таких каркасов явля- ется то, что при перегрузках в работу включаются лишь растянутые элементы связей. При возникновении в них растягивающих усилий, превышающих предел текучести, в растянутых элементах связей развиваются остаточные удлинения, которые не исчезают при перемене знака усилия в элементах связей во время циклических знакопеременных перегрузок каркаса. В связях постепенно накапливаются остаточные удлинения, и их несущая способность снижается, связи включаются в работу рывком, что может привести к разрушению каркаса.

Наиболее близким техническим решением является металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания, включающий колонны и ригели, образую щие ячейки, и размещенные в них наклонные связи, снабженные дополнительным элементом, расположенным в углах ячеек и соединенным с колонной, ригелем и связью с помощью фасонок(2).

Недостатками такого каркаса являются сложность выполнения дополнительного элемента — энергопоглотителя для восприятия значительных сил, возникающих в связях при перегрузках, большая податливость изгибаемых элементов энергопоглотителя, ведущая к возникновению в несущих конструкциях дополнительных усилий при смещении ячеек, и малая удельная энергоемкость в связи с тем, что энергию внешних воздействий поглощают лишь

20 максимальные участки энергопоглотителей., в которых развиваются пластические деформации, следствием этого является их повышенная металлоемкость.

Цель изобретения — повышение надежности работы каркаса при сейсмических перегрузках, неравномерных просадках основания и температурных

30 воздействиях, увеличение жесткости

973770 каркаса и снижение металлоемкости каркаса.

Поставленная цель достигается тем, что в металлическом каркасе сейсмостойкого многоэтажного здания, включающем колонны и ригели, обра- 5 зующие ячейки, и размещенные в них наклонные связи, снабженные дополнительным элементом - энергопоглотителем, расположенным .в углах ячеек и соединенным с колонной ригелем и связью с помощью фасонок, каждый дополнительный элемент выполнен в виде отрезка двутавра, причем параметры стенки двутавра определены по формулагл г

1 а ((2,0 - 3i0)h, где а — длина стенки, см; высота стенки, см, о — толщина стенки, см, 1О гибкость стенки, N - усилие в связи, кН;

4г — предел текучести материала стенки, кН/см

При сейсмических колебаниях или

15 периодических температурных воздействиях в каркасе по направлению наклонных связей 4 возникают усилия растяжения или сжатия, передающиеся через фасонки б на стенку 8, в которой развиваются сдвиговые пластические деформации, на что затрачивается часть энергии внешнего воздействия. Ограниченная величина усилия передается через фасонки 7 на р5 несущие конструкции каркаса 1 и 2.

При изменении направления перегрузки .знак усилия в связях 4 изменяется на

1противоположный. В элементах узла 1 сдвигающие усилия падают до нуля, щ после чего увеличиваются, сдвигая стенку 8 в противоположном направлении ° При этом остаточные деформации, возникающие в предыдущем полуцикле в элементах узла 1, исчезают, и развиваются сдвиговые деформации противоположного знака. При односторонних перегрузках, например, от неравномерной осадки основания, в элементах узла 1 развиваются однозначные пластические деформации, стенка 8 остается в деформированном состоянии. Усилия в элементах каркаса 1, 2 и 4 при рассматриваемых перегрузках не превышают расчетных, связи 4 сохраняют устойчивость и не

45 получают остаточных удлинений. — <50

h л

Сесение несущих элементов каркаса

1,,2 и 4 подбирается таким образом, чтобы в момент, когда в стенке 8 двутавров-энергоносителей от сдвигающих усилий пластические деформации достигают заданного уровня, напряжения в колоннах 1, ригелях 2 и связях 4 не превышают расчетных. Сечение связей 4 подбирают так, чтобы энергопоглотители .5 одновременно работали в обоих направлениях как от растягивающих, так и от сжимающих усилий. Фасонки б и 7 служат для передачи усилий от связей 4 на несущие конструкции 1 и 2 через отрезок двутавра, а также предохраняют стен- ку 8 двутавра от потери устойчивосS0

65 где а — длина стенки, см;

h - высота стенки, см, Ф вЂ” толщина стенки, см, Л вЂ” гибкость стенки;

6 — предел текучести материала стенки, кН/сгл, N — усилие в связи, кН.

На фиг. 1 изображена схема каркаса на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1 (вариант с колонной коробчатого сечения) ; на фиг. 3 — разрез A-A на фиг. 2; на фиг, 4 — узел I на фиг. 1 (вариант с колонной двутаврового сечения); на фиг, 5 — разрез Б-Б на фиг. 4.

Металлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания включает колонны 1 и ригели 2, образующие ячейки 3, и наклонные связи 4, уста- новленные в ячейках 3 и снабженные дополнительными элементами — энерго- поглотителями 5.

Э не р гопо глот и тели 5 у ст ановле ны в углах ячеек 3, прикреплены к колоннам 1, ригелям 2 и связям 4 с помощью фасонок б и 7 и выполнены в виде отрезков двутавров. ти. Параметры стенки 8 двутаврового отрезка назначаются по формулам: а < (2,0 — 3,0)h, л — -< 50, h

Экспериментальные исследования по изучению энергопоглощающих элементов, работающих на сдвиг, показывают их высокую надежность и стабильность работы вплоть до разрушения, а также высокую удельную энергоемкость, что объясняется развитием равномерных сдвиговых пластинных деформаций во всем объеме металла стенки 8.

При необходимости увеличения податливости энергопоглотителя 5 он может быть выполнен из материала с меньшим модулем упругости, например, сплавов алюминия, меди и т.п., а для увеЛичения надежности работы рекомендуется уменьшать количество сварных швов, приводящих в околошовной зоне к перекристаллизации металла и снижению пластичности этих

973770

10 где а

О л т

20! г ф б-б участков, для чего возможно исполнение энергопоглощающих элементов

5 литыми.

Предлагаемый каркас здания или сооружения обладает высокой надежностью, большей горизонтальной жесткостью по сравнению с известными решениями связевых каркасов с изгибаемыми энергопоглотителями. Применение такого каркаса обеспечивает снижение металлоемкости энергопоглощающих элементов в 2-3 раза.

Формула изобретения

Иеталлический каркас сейсмостойкого многоэтажного здания, включающий колонны и ригели, образующие ячейки, и размещенные в них наклонные связи, снабженные дополнительным элементом — энергопоглотителем, расположенным в углах ячеек и соединенным с колонной ригелем и связью с помощью фасонок, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы каркаса при

Фиа

ВНИИПИ Заказ 9297/37

Тираж 724 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 сейсмических перегрузках, неравномерных просадках основания и температурных воздействиях, увеличения жесткости и снижения металлоемкости каркаса, каждый дополнительный элемент выполнен в виде отрезка двутавра, причем параметры стенки двутавра определены по формулам: а с (2г0-3к,0)Л, Л - с 50

ll длина стенки, см; высота стенки, см, толщина стенки, см; гибкость стенки; предел текучести материала стенки, кН/см усилие в связи, кН.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9393423, кл. Е 04 В 1/24, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9600268, кл. E 04 В 9/02, 1976.

А-Д