CZ2000515A3 - Způsob ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Description

Způsob ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Oblast použití vynálezu

1.1 Všeobecné použití

Vynález se týká způsobu ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Zařízení podle vynálezu zachycující zatížení, provedená jako nové ochranné moduly proti zemětřesení, jsou relativně jednoduše provedenými nosnými konstrukcemi, které mají vždy jeden podpěrný bod zachycující zatížení způsobené budovou nebo jinými objekty, uspořádaný například místo sloupu.

Ochranné moduly proti zemětřesení na bázi virtuálního kyvadla mohou být navrženy pro nejrůznější použití a jsou určeny pro podepření jak lehkých, tak í nejtěžších objektů.

Tyto ochranné moduly proti zemětřesení jsou založeny na novém způsobu vytvoření virtuálních kyvadel a zvlášť výhodně mohou být použity pro uložení a podepření, odolávající působení zemětřesení, budov a konstrukcí všeho druhu, od mobilních domovů až po obytné budovy, nákupní centra, parkovací domy, nemocnice, mrakodrapy, věže, mosty, visuté silnice, výškové zásobníky vody, skladovací nádrže, sila, lanové dráhy a stožáry lanových drah, stožáry vysokého napětí, osvětlovací zařízení, průmyslová, chemická a nukleární zařízení, trubkové mosty a visuté trubkové silnice, potrubí a jiných objektů, pro izolování vodorovných pohybů a zrychlení způsobených zemětřesením a sil a ničivých vlivů jimi vyvolaných.

Zejména při stavbě zařízení, u nichž má být dosaženo zvlášť intenzivního zabezpečení, protože jejich zničení nebo poškození by mohlo vyvolat další škody, jako jsou například nukleární zařízení a chemická zařízení s nebezpečnými látkami, má zabezpečení proti poškození vlivem zemětřesení zvlášť velký význam.

Systém je zvlášť vhodný rovněž pro mosty. Jeho použitím je možno zcela odstranit problémy, pro něž u doposud známých systémů neexistovalo žádné řešení.

Použití ochranného systému proti zemětřesení přináší rovněž výhody u průmyslových zařízení s citlivými výrobními procesy, jako je například výroba čipů.

Ochrana objektů je přitom tak dokonalá, že budovy nebo zařízení, které mají být chráněny, jsou zcela izolovány od pohybů půdy a zůstávají stát na stejném místě v klidové poloze, a to i při zemětřesení největší velikosti.

Takto dokonalá ochrana je zejména zapotřebí i u nemocnic, které nemohou být při zemětřesení rychle evakuovány, a které proto mohou v případě katastrofy nerušeně fungovat, a když je nutno lékařsky zaopatřit oběti katastrofy, mohou dokonce v průběhu i silných otřesů provádět operace.

Použití vynálezu ve velké míře zmenšuje nebezpečí ztekucení nebo plastifikace půdy, ke kterému může při zemětřesení u určitých podloží budov docházet, protože reaktivní působení hmoty budovy na podloží se při kmitání půdy sníží na extrémně malé hodnoty.

Účinek exploze v blízkosti objektu chráněného systémem podle vynálezu se rovněž zmenší.

Zavěšené objekty, jako jsou osvětlovací zařízení, od nichž hrozí λ nebezpečí požáru, a které jsou tudíž zdrojem ohrožení, mohou být rovněž chráněny zavěšením na virtuálních kyvadlech před poškozením nebo zničením.

Objekty na pilotách a stožárech, které jsou rovněž ohroženy zemětřesením, mohou být rovněž chráněny způsobem podle vynálezu.

Pomocí virtuálních kyvadel je rovněž možno dosáhnout aktivně nebo pasivně se pohybujícími hmotami s výhodou tlumení kmitání věží, vysokých stožárů a průmyslových komínů.

Ochranný modul proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel je základním izolačním systémem, kompaktním, pasivně působícím a zatížení nesoucím zařízením, které se instaluje v suterénu nebo přízemí budovy. Systém brání přenosu kmitání a nárazů půdy na chráněný objekt při zemětřesení. Ochranným modulem proti zemětřesení je budova oddělena od všech pohybů podloží a základové desky.

Navíc má systém podle vynálezu další charakteristiky: sám se centruje a neumožňuje žádná horizontální posunutí způsobená malými silami, vyvolanými větrem nebo bouří. U vysokých budov brání naklánění svislá tuhost. U budov s určitým poměrem výšky k šířce je možno podle potřeby zabudovat další komponenty, aby docházelo k absorbování i svislých kmitů. Systém podle vynálezu může být dimenzován na jakoukoli potřebnou vodorovnou amplitudu kmitání. Ochranný modul proti zemětřesení může být proveden tak, že nevyžaduje údržbu.

V případě extrémně silného zemětřesení, k němuž někdy v určitých oblastech dochází, nepostačuje ochrana dosavadních ochranných systémů a konvenčních způsobů podle stavebních předpisů a škody jsou značné. Na rozdíl od toho při použití ochranného systému proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel nemá velikost zemětřesení, velikost kmitů a frekvence kmitů půdy žádný vliv na chování systému a na téměř klidnou polohu objektu neseného ochranným modulem proti zemětřesení, který má dlouhou periodu vlastního kmitání.

1.2 Dodatečné vybavení existujících domů

Dodatečné vybavení ochrannými moduly proti zemětřesení je rovněž možné.

U existujících budov, které mají skeletovou konstrukci, jé dodatečné vybavení v zásadě dobře proveditelné a v mnoha případech může být provedeno relativně jednoduše.

• ·

U staršího provedení budov s masivní konstrukcí jsou úpravy proti zemětřesení dodatečným vybavením rovněž v zásadě možné. Pomocí běžných prostředků je však takové opatření spojeno s relativně vysokými náklady.

Pomocí nové technologie ochrany proti zemětřesení, to znamená pomocí nově vyvinutého způsobu, pomocí speciálních strojů za tím účelem upravených a pomocí dodatečného vybavení ochrannými moduly proti zemětřesení, se vysoce mechanizovaným způsobem práce umožní zlepšení ochrany proti zemětřesení existujících a dokonce i antických budov a dalších objektů hospodárným a racionálním způsobem s přijatelnými náklady. Tento nový způsob vybavení budov může být použit jak u budov na normální půdě, tak i u domů postavených na skalnatém podkladu.

Pozadí

Posunování kontinentálních desek, představující geofyzikální jev, je stále častěji zdrojem zemětřesení.

Celosvětový problém způsobený zemětřesením

Protože zemětřesení si velmi často vyžádá mnoho obětí a způsobuje obrovské hospodářské škody, je vylepšení bezpečnosti proti účinkům zemětřesení velmi zapotřebí. Je nutno vytvořit takové možnosti, pomocí nichž bude možno v budoucnosti tento problém značně zmírnit. V tomto století již přišlo o život asi 1,6 miliónu lidí. V celosvětovém měřítku je zemětřesením neustále ohroženo více než 40 zemí.

• 9 9 9 · ·

Těmto nebezpečím by mělo být možno čelit řešením podle vynálezu. Mechanika použitá na základě fyziky to umožňuje a zmírňuje ohrožení z geofyzikálního hlediska.

Dosavadní stav techniky

Stav techniky

3.1 Stavební předpisy pro zabezpečení ochrany proti zemětřesení

Konstrukční předpisy pro stavbu budov v oblastech ohrožených zemětřesením zohledňují zpravidla zjištěnou menší velikost zemětřesení, která je pravděpodobná ze statistických pozorování při častějším výskytu, a podle toho určují dimenzování pro potřebnou pevnost konstrukcí budov.

Přitom se stále více zohledňují zvláštní možnosti směřující k tomu, aby v určitých částech konstrukce budovy byla zajištěna pružnost, čímž se při pružných deformacích konstrukce budovy místně zmenšují síly, které mají být konstrukcí přenášeny, tím, že pohyb hmotnostních podílů budovy nacházejících se nad těmito pružnými částmi se v důsledku pružných deformací opožďuje za počátečním pohybem, čímž se zmenšují špičkové hodnoty zrychlení.

Při zemětřesení, při němž dojde k překročení hodnot zatížení tvořících základ konstrukčních předpisů, je možno očekávat poškození nebo zničení budovy a nebezpečí ohrožení lidského života, jak výskyt zemětřesení v poslední době zřetelně ukázal.

Proto se nutně dojde k závěru, že způsoby dimenzování budov pro zajištění proti zemětřesení odpovídajícím výpočtem a dimenzováním jsou při silnějším zemětřesení nedostatečné.

Podle bezpečnostních předpisů pro zajištění konstrukcí proti zemětřesení jsou definována takzvaná referenční zemětřesení, pro která musí být podle způsobů výpočtu rozměrů dokázána bezpečnost pro základní případy zatížení.

Předpoklady týkající se chování budov a pružnosti konstrukcí mají velký stupeň nejistoty.

Zrychlení tvořící základ tohoto referenčního zemětřesení jsou při skutečném zemětřesení často překročena, někdy i značně.

Dimenzování na takové extrémní případy by nebylo proveditelné bez zvláštních opatření. Při extrémním zemětřesení selhávají všechny konvenčně provedené konstrukce.

Dosavadní mínění odborného světa, že ničivé vlivy pohybů pocházejících ze zemětřesení, a tím vznikající síly, působící na stavbu, mohou být v důsledku nanejvýš pevné konstrukce nebo v důsledku použití pružných a kmitání tlumících členů vyloučeny, se očividně nepotvrdilo.

Rovněž představa, že třením nebo tlumením je možno snížit škodlivý vliv pohybů pocházejících ze zemětřesení, se zdá být bez vyhlídek.

Výpočetní metody podle zákonných stavebních norem vycházejí ze silně zjednodušených modelů případů zatížení. Tyto zjednodušené metody rovněž poskytují nedostatečnou přesnost výsledků. Je však rovněž možné zjistit analýzou, která součást selže jako první, a tím začne zřícení budovy. Tyto metody výpočtů dimenzování budov mohou popřípadě sloužit k tomu, aby v příslušných oblastech snesly budovy bez nebezpečných poškození pravidelně se opakující mírná zemětřesení.

Z toho je nutno vyvodit závěr, že tyto způsoby jsou nedostatečné k vytvoření budov skutečně zajištěných proti zemětřesení.

Z četných ničivých vlivů, způsobených zemětřesením na celém· světě v poslední době, z materiálních škod a v neposlední řadě z obětí na lidských životech vyplývá, že cílem snažení musí být dosažení vylepšení ochrany proti zemětřesení.

3.2 Vyhodnocení konvenčních způsobů zajištění proti zemětřesení

Těžiště konstrukčního tělesa leží vesměs nad jeho základní plochou. Pohyb podloží a základové desky tedy musí být přenášen do těžiště budovy. Síla ve formě smyku způsobená konstrukčním tělesem je reakcí setrvačnosti hmoty o velikosti součinu hmoty a zrychlení působící na tuto hmotu.

V závislosti na použitém stavebním materiálu je možno při jakékoli velikosti vzniklého zrychlení dosáhnout a překročit mezní hodnotu pevnosti konstrukce.

··** 99 ·*·· *9 ·· * 9 · · 9 9 ♦ 9 »

9 * 9 9999 *99 9999*9 • **** *999

9 99 99 9 9 *·

Proto není možno u konstrukce budovy spojené obvykle pevně s podložím dosáhnout skutečného zajištění proti zemětřesení.

Při jakékoli intenzitě zemětřesení a při zrychlení s tím spojeným musí nutně selhat každá konstrukce budovy, která je pevně spojena s podložím prostřednictvím základů nebo připouští pouze malé posunutí vůči podloží.

Rovněž představy, že třením nebo tlumením je možno snížit škodlivý vliv pocházející z pohybů vznikajících při zemětřesení, se zdají být bez vyhlídek.

Z energie, která se pohybem při zemětřesení přenáší na budovu, může být procentový podíl, který se odebere z ničivé činnosti odvedením, nebo, přesněji vyjádřeno, přeměnou na teplo, například tlumením, jen malý. Při silnějším zemětřesení nemůže proto použité tření způsobené tlumením zabránit ničivému působení zemětřesení.

Moderní řešení, jako například pružné konstrukce z ocelových rámů, které utrpěly velké škody při zemětřesení v Northridge, a izolační systémy izolující budovy od podloží by měly absorbovat nebo odvést určitý procentový podíl energie, kterou pohyby způsobené zemětřesením přenášejí na konstrukci budovy. Poslední studie U.S.Geological Survey a California Institute of Technology (CalTech) vyjadřují obavy, že i tyto druhy budov by mohly být poškozeny nebo dokonce zničeny v případě skutečně silného zemětřesení, kdyby se nacházely blízko epicentra.

3.3 Izolace základů konstrukce budovy

φ · φ · φ φ φ φ φ φφ φφφφ ·

Snahy ο zvýšení bezpečnosti budov proti zemětřesení vedly k vytvoření velkého počtu nových řešení, která však jako přihlášky vynálezu byla zamítnuta.

Mezi technickými řešeními pro zabezpečení budov proti poškození ze zemětřesení jsou známá zařízení, která se používají navíc k obvyklému dimenzování konstrukce a k dimenzování podle předpisů, a která budovu od základů oddělují a spojují prostřednictvím pohyblivé podložky nebo podpírají prostřednictvím dílů s klouby.

Jedna skupina technických řešení, která patří k systémům základů nebo k systémům tvořících izolaci vůči podloží, umožňuje pohyb konstrukčního tělesa vůči podloží v určitých mezích. Všechna řešení přenášejí třením a tlumicími silami do nesené budovy smykové síly, které mohou být při vysokých frekvencích nebo při velkých amplitudách kmitů rovněž velmi kritické. Některá z těchto řešení nepřenášejí žádné negativní svislé síly, a nejsou proto vhodná pro štíhlé vysoké stavby a věže.

U jednoho druhu izolace základů je konstrukční těleso uloženo na vodorovně pružných blocích, které sestávají z vodorovně vrstvených lamel střídavě z oceli a kaučuku (patenty US 4 527 365, 4 599 834, 4 593 502). Tyto bloky mají ve svislém směru vysokou schopnost zachycování zatížení a umožňují vodorovné posunutí horních lamel vůči dolním lamelám izolačního bloku, které je však velmi omezené. Se zvětšujícím se posunutím ze střední polohy stoupá tuhost pružné charakteristiky, což znamená, že se zvyšuje tuhost bloků, což se projeví vzrůstem smykové síly, která je přenášena z podloží na konstrukční těleso, a která působí na konstrukci budovy.

• · ··· ·*··♦· • · ···· · · · · ···· · 9· »» 99 99

Tím může v extrémních případech v důsledku zvýšení tuhosti pryžových bloků dojít k poškození konstrukce a interiéru.

Tyto bloky mají při silném zemětřesení nevýhodu příliš malého zdvihu při pohybu ve vodorovném směru, čímž může dojít rovněž k ohrožení stavby. Kromě toho nejsou tyto pružné bloky schopné zachycovat jmenovitá negativní zatížení ve svislém směru. Proto existuje nebezpečí odtržení.

Při uložení budov na takových blocích pružných ve vodorovném směru se špičkové hodnoty zrychlení zmenší pružením a tlumením. Přesto dojde v určité míře k přenosu pohybu půdy do budovy. Překročí-li vodorovná amplituda kmitání půdy boční pružný zdvih vodorovně pružného bloku, přenáší se rychlost půdy v plném rozsahu těmito bloky z oceli a elastomeru na chráněný objekt, přičemž existuje nebezpečí, že dojde k ustřižení bloků mezi ocelovými lamelami.

Při velkých amplitudách kmitání půdy mohou být pohyby konstrukčního tělesa podepřeného elastomerovými bloky značné a pohyby budovy v jejích horních částech mohou být zesíleny takzvaným bičovým efektem.

U jiného druhu izolace základů je konstrukční těleso podepřeno na podloží prostřednictvím valivých nebo kluzných těles, která se mohou pohybovat mezi dvěma konkávními deskami nebo mezi jednou rovnou a jednou konkávní deskou, takže tento podpěrný bod budovy se na horní desce pohybuje jako zavěšený na kyvadle (patenty US 4 644 714, 4 881 350). Tato zařízení nepřenášejí žádné negativní síly a nejsou vhodná pro zachycování dvojic sil pocházejících z ohybových momentů působících na stavbu.

4 4444

4994

4 « 4 · 4444 « 4 4 »44·

Při podepření pomocí valivých těles vzniknou problémy z hlediska vysokých hertzových tlaků s tím spojených na dotykových plochách. Tímto provedením jsou rovněž kladeny zvlášť vysoké požadavky na materiály a na povrchy příslušných součástí. Kromě toho není možno u tohoto druhu podepření přenášet žádné negativní síly.

Mezi rovnými deskami mohou být rovněž uspořádána podpěrná tělesa, jejichž poloměr zakřivení na dotykových plochách s deskami je větší než výška tělesa (DE-OS 20 21 031).

U tohoto provedení se horní deska, to znamená opěrný bod neseného objektu, při kývavém odvalování podpěrného tělesa nadzvedává, přičemž rovněž dochází k pohybu podpěrného bodu jako by byl zavěšený na kyvadle. Amplitudy kmitů těchto řešení jsou již při středně silném zemětřesení nedostatečné. Vlastní kmitání těchto řešení je příliš blízké možnému kmitání při zemětřesení a dostatečné oddělení kmitání neexistuje, přičemž může docházet k rezonančnímu kmitání a nemohou být přenášeny negativní síly.

U dalšího druhu izolace základů jsou podpěrné body konstrukce budovy zavěšeny na kyvadlech (patenty US 1 761 321, 1 761 322, 2 035 099, 4 328 648). Provedení délek těchto kyvadel je možné jen v praktických mezích. Oddělení kmitání od kmitajícího podloží nebo kmitající základové desky je nedostatečné.

Pohyb systému je stanoven geometrií kyvadla. Rozměry kyvadel určují periodu vlastního kmitání. Stupeň odlišnosti vlastního kmitání od kmitání půdy určuje pohyb hmoty konstrukčního tělesa zavěšené na kyvadlech.

• · *·« · ·· ····

Zavěsí-li se předmět nebo konstrukční těleso na kyvadla jako v příkladech podle obr. 2, obr. 3 nebo obr. 4, má tento předmět vlastní dynamický pohyb jako matematické kyvadlo. Hmota 1_ tělesa stavby nebo objektu působí jako síla podle svého rozložení na různé podpěrné body v dolním kloubu 3. kyvadla 2 účinkem zemské přitažlivosti a popřípadě přídavného zrychlení. Kyvadla 2. jsou v horním kloubu 4 nesena příslušně provedenou nosnou konstrukcí 5_. Klouby 3_ a 4 jsou provedeny buď jako kulové klouby nebo kardanové klouby a umožňují kývavé pohyby kyvadla ve dvou osách relativně vůči zavěšení nesoucímu zatížení a relativně vůči nesenému objektu nebo budově. Pohyby znázorněných příkladů provedení mohou být zredukovány na model matematického kyvadla.

U všech uvedených řešení se jedná o systémy schopné kmitání, jejichž vlastní kmitání se blíží kmitání způsobenému zemětřesením. Při maximálních amplitudách kmitání způsobeného zemětřesením nelže vyloučit rezonanci ve frekvenčním rozsahu kmitání způsobeného zemětřesením, přičemž nastávají další problémy, které mohou vyvolat poškození budov.

Vykonává-li systém budovy v blízkosti rezonančního kmitání s kmitáním způsobeným zemětřesením ještě přídavné klopné pohyby vůči svislé ose budovy, mají části budovy vzdálenější od země vyšší zrychlení a v důsledku toho na ně působí vyšší výsledné zatěžující síly.

Pomocí velmi pružných izolátorů mezi horní částí budovy a jejími základy a pomocí s tím spojeného uložení konstrukčního tělesa poddajného ve vodorovném směru není možno při silnějších otřesech

99··

999.9 * · ♦ 9 » • * » · » · ♦ 9 9

9 9 9

9999 9 99 • 9 99

9 9 9 9

9·99

9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 «« 99 99 dosáhnout plně uspokojivých výsledků, když oddělení kmitání od sebe není dostatečné.

Možná blízkost rezonančního kmitání k možnému spektru kmitání vyvolanému zemětřesením může způsobit velké zvětšení amplitudy kmitání v horních částech budov.

Tím vzniká možnost, že konstrukční tělesa nesená takovými zařízeními se dostanou do silnějšího kmitání s odpovídající frekvencí.

V těchto situacích může docházet rovněž k poškozování budov a zůstává nebezpečí, že pohyblivé předměty uvnitř budovy budou klouzat sem a tam, čímž mohou způsobit škody a ohrožovat osoby.

3.4 Vymezení nového řešení vůči dosavadnímu stavu techniky

Při zvlášť silném zemětřesení, někdy označovaném jako BigShake nebo MegaShake, nebude ochrana dosahovaná známými ochrannými systémy a všemi dalšími konvenčními způsoby provedení podle stavebních předpisů dostatečná a dojde k jejímu selhání. Ničivé následky a počet obětí mohou nabýt katastrofálních rozměrů. Jsou známá zemětřesení se statisíci obětí.

Známá řešení izolace podloží umožňují pohyblivost konstrukce budovy vůči podloží v úzkých mezích. S většími amplitudami kmitání klesá u známých ochranných systémů stupeň snižování impulsu. Při extrémních zemětřeseních existuje možnost selhání ochranných systémů.

Na rozdíl od známých ochranných systémů proti zemětřesení není řešení podle vynálezu ani odvalovacím ani kluzným ani elastomerovým zařízením, které energii absorbuje nebo odvádí, nýbrž je systémem, který impuls dále nevede, umožňuje volný pohyb vůči základové desce v každém směru, nedochází k žádné absorpci ani k rozložení energie. Řešení podle vynálezu způsobuje to, že nedochází k žádnému přenosu pohybu půdy a k žádnému přenosu energie do budovy.

Vynález tak, jak je definován v nárocích, se vyznačuje tím, že vodorovné kmitání základové desky, způsobené zemětřesením, se nepřenáší na stavbu, přičemž tato stavba nemůže sledovat kmitavý pohyb základové desky způsobený zemětřesením, a zůstává proto v klidové poloze. Účinně se přitom zamezí škodám způsobeným zemětřesením.

Frekvence kmitání způsobeného zemětřesením a vlastní frekvence virtuálních kyvadel nesené konstrukce jsou od sebe odděleny do té míry, že pohyb půdy nemůže být přenášen na podepřenou neboli nesenou konstrukci. Princip je plně účinný beze změny chování při každé frekvenci kmitání způsobeného zemětřesením. Podepřená nebo nesená hmota, která zůstává v klidové poloze, nepůsobí na konstrukci budovy žádnými reakčními silami pocházejícími ze zrychlení. Nedochází proto k žádným poškozením budovy nebo interiéru dokonce ani při nejsilnějším myslitelném zemětřesení.

Naproti tomu elastomerová uložení a kluzná uložení využívající tření přenášejí na konstrukci budovy vždy nemalé smykové síly, což by mohlo být v extrémním případě i kritickým.

Zatímco uložení s izolací podloží prostřednictvím odvalovacích těles, elastomerových bloků nebo kluzných zařízení nemohou zachycovat žádná svislá zatížení v tahu, jsou ochranné moduly proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel vhodné k přenosu negativních svislých zatížení.

Ochranný systém proti zemětřesení podle vynálezu představuje perfektní systém pro izolaci vůči základové desce, který tvoří kompaktní, pasivně působící zatěžované zařízení, které může být instalováno v suterénu nebo přízemí budovy, a které umožňuje volný pohyb budovy vůči základové desce v každém směru, přičemž současně umožňuje eliminování vlivu větrné energie.

Perfektní chování ochranných modulů proti zemětřesení není ovlivňováno velikostí impulsů, velikostí zemětřesení, zrychlením základové desky, amplitudou a frekvencí kmitání způsobeného zemětřesením, ať už harmonického nebo disharmonického. Výsledek je vždy tentýž: budova zůstává v klidu a nepohybuje se. Všechny nároky jsou matematicky podloženy.

Ochranný modul proti zemětřesení podle vynálezu není zařízením, které by energii zachycovalo nebo odvádělo, nýbrž je zařízením, které nepřenáší žádný vodorovný impuls a umožňuje volná posunutí vůči základové desce. Kmitání podepřených nebo nesených objektů, způsobené zemětřesením, může být sníženo téměř na nulu (méně než 0,01 g), nezávisle na intenzitě zemětřesení a nezávisle na frekvencích a amplitudách pohybů půdy. V důsledku toho se na budovu nepřenáší žádná energie pocházející z pohybu půdy. Smykové síly, které působí na budovu, se sníží na bezvýznamné hodnoty.

I nejsilnější zemětřesení nezpůsobí na konstrukci, fasádě nebo interiéru budovy žádné škody. Osoba nacházející se v budově by možná ani nezpozorovala, že došlo k zemětřesení.

Ochranná funkce budovy je tak dokonalá, že nezávisle na intenzitě zemětřesení nemohou být na budovu přenášeny žádné síly s ničivým účinkem. Pomocí nového způsobu je umožněno dosáhnout takového chování tímto způsobem podepřeného nebo neseného objektu, že tento objekt zůstane téměř v klidu, a to i tehdy, když se základová deska pohybuje s velkými amplitudami nebo s vysokými zrychleními.

Elastomerová uložení a třecí kluzná uložení nemohou zachycovat svislé tahové síly. Když zemětřesení vyvolá vysoká svislá zrychlení, může dojít k poškození uložení nebo konstrukce, nebo dokonce k nadzvednutí od úložného místa, se závažnými důsledky. Tyto problémy znemožňují použití takových izolačních zařízení, izolujících budovy od podloží, u štíhlých vysokých domů, na které by mohly působit klopné momenty vznikající při silném větru nebo při zemětřesení v důsledku vysokých zrychlení podloží při velkých amplitudách pohybu podloží.

Ochranné moduly proti zemětřesení ve formě virtuálních kyvadel řeší tento problém zdvihacích sil spojením budovy se základy i při největších amplitudách kmitů základové desky, přičemž toto spojení je provedeno jako spojení s tvarovým stykem, to jest s tvarovým přizpůsobením navzájem zabírajících ploch, kde síla mezi oběma spojovacími součástmi není přenášena třením, magnetickými silami, přilnutím nebo silami způsobenými proudem, nýbrž pouze plochami, které se navzájem dotýkají nebo na sebe narážejí.

Pomocí této nové technologie je nyní rovněž umožněno úplné izolování nejvyšších výškových domů od pohybů způsobených zemětřesením.

Na štíhlý výškový dům podepřený tímto způsobem nepůsobí žádný takzvaný bičový efekt vyvolaný zemětřesením, okna nepraskají a v interiéru nepoletují žádné předměty.

Na základě principu svého provedení je výškový dům pomocí této technologie právě tak stabilní a robustní jako běžně konstruované stavby s ocelovým skeletem s tou další výhodou, že se pohybů půdy nijak neúčastní, takže u něj nedochází k žádným deformacím s poškozením konstrukce, takže je perfektně zabezpečen proti zemětřesení.

Pomocí způsobu podle vynálezu dosáhne seismické zabezpečení budov a objektů, uložených na podpěrných nebo nosných zařízeních, která vytvářejí stejnou možnost pohybu bodu nesoucího zatížení jakou má dolní konec kyvadla s dlouhou periodou, a která tudíž představují virtuální kyvadlo, perfektní úrovně.

Maximální výchylky pohybů známých izolačních zařízení nejsou při silném zemětřesení dostatečné. Dojde-li k překročení těchto hodnot, mohou být budovy poškozeny nebo zničeny.

Dokonce i blízko epicentra silného zemětřesení, kde dochází k velkým rozkmitům půdy, které všechny doposud známé ochranné systémy přetěžují, nabízí systém podle vynálezu bezpečnost, protože může být dimenzován na největší amplitudy kmitání.

• ·

Systém podle vynálezu plní vysokou ochrannou funkci tím, že vodorovná zrychlení, která mohou být přenášena ze základové desky na budovu, se omezí na bezvýznamné hodnoty menší než 0,01 g.

S těmito možnostmi a charakteristikou nabízí popsaná technologie ochrany proti zemětřesení ve srovnání s již existující technikou jedinečné výhodné vlastnosti.

Není známý žádný další způsob, který by způsoboval srovnatelné chování.

Tímto novým revolučním principem nastal průlom v řešení celosvětového problému týkajícího se úspěšného zabezpečení proti ohrožení způsobeného zemětřesením.

4. Přehled vynálezu

Vynález představuje systém pro izolaci budov od základové desky a je kompaktním, pasivně působícím a zatížení zachycujícím zařízením, které může být instalováno v základech nebo suterénu budovy. Systém brání přenosu kmitání a nárazů půdy na chráněný objekt.

Chráněná budova je novou nosnou konstrukcí zcela izolována od vodorovného pohybu půdy, přičemž vlastní kmitání objektu je dizonantně odděleno od kmitající základové desky.

Účinně se zabrání poškození způsobenému zemětřesením. Princip virtuálního kyvadla je účinný při každé frekvenci kmitání způsobeného zemětřesením a při každém zrychlení základové desky způsobeném ···· • · · 1 • · · « zemětřesením a může být dimenzován pro každou potřebnou amplitudu kmitání.

Nosné zařízení provedené na způsob virtuálního kyvadla může být dimenzováno pro každou potřebnou amplitudu kmitání a pro všechna svislá zatížení, která připadají v úvahu, a nevyžaduje žádnou údržbu. Zařízení je vhodné pro zabezpečení objektů jakéhokoli druhu proti zemětřesení, aby došlo k jejich oddělení od kmitání půdy, a může být použito i pro zajištění proti zemětřesení dodatečným vybavením již existujících objektů.

Tento nově definovaný úkol je vyřešen tím, že konstrukční těleso, neboli objekt určený k ochraně, je uloženo na nosných konstrukcích, které jsou zde označovány jako ochranné moduly proti zemětřesení, souvislých jednotlivých zemětřesení, konstrukční těleso ve více bodech a umožňují mu v podpěrných neboli nosných bodech vykonávat na ochranných modulech proti zemětřesení prostorový pohyb ve všech směrech s velkou amplitudou kmitů s malou vratnou silou, která způsobuje jen minimální zrychlení.

Vynález představuje nosný systém, který není citlivý na zemětřesení, a který slouží k uložení a podepření konstrukcí všeho druhu, jako jsou budovy, mosty, věže, průmyslová a nukleární zařízení nebo jiné objekty, a který je uspořádán mezi základy a podepřenou nebo nesenou konstrukcí a brání tomu, aby tato konstrukce nebyla vystavena měnícím se vodorovným pohybům a zrychlením způsobeným zemětřesením a z nich vyplývajícím silám v důsledku dynamiky které jsou pevně spojeny s pudou prostřednictvím společných základů nebo rovněž základů pro jednotlivé ochranné prostřednictvím moduly proti přičemž tyto ochranné moduly proti zemětřesení nesou kmitavého pohybu, aby tak tyto konstrukce byly chráněny před ničivými účinky v důsledku zemětřesení.

Pro tlumení nebo eliminování svislých kmitání způsobených zemětřesením je možno v případě potřeby použít mechanických, hydropneumatických nebo viskoelastických pružících systémů s velmi plochou pružností v kombinaci s uložením prostřednictvím virtuálních kyvadel.

4.1 Zadání úkolu a cíle

Úkolem vynálezu je vytvořit způsob a zařízení na ochranu proti zemětřesení, aby se dosáhlo tak dokonalého izolování budovy nebo objektu od pohybu půdy, že nezávisle na intenzitě zemětřesení nemohou být na budovu přenášeny žádné síly s ničivým účinkem.

Je nutno dosáhnout rezonanční volnosti budovy při kmitání půdy, přičemž vlastní frekvence objektu v jeho uložení musí být od frekvence kmitání půdy tak rozdílná, že oba kmitavé systémy se od sebe oddělí a vodorovné síly způsobené zrychleními a nárazy v důsledku pohybu půdy nebudou moci být přenášeny na těleso budovy.

Liší-li se frekvence kmitání způsobeného zemětřesením a vlastního kmitání nosné konstrukce s nesenou konstrukcí o faktor 20 a vyšší, není již možno očekávat to, že by kmitání půdy s podstatně vyšší frekvencí způsobilo kmitání nesené konstrukce. Kmitání nesené konstrukce s periodou 20 sekund nebo delší by již nebylo významné z hlediska ohrožení konstrukce. Takové pomalé kmitání a s ním spojená malá zrychlení lze stěží ještě fyzicky vnímat.

4.2 Dedukce k řešení zadané úlohy

Následující zásadní úvahy slouží především k vyřešení daného problému.

Výchozím bodem úvahy je zavěšení hmoty na kyvadlech.

Obr. 5: Hmota objektu X působí jako hmotný bod na dolním konci kyvadla 2. Přemístí-li se hmota objektu X umístěná na dolním konci kyvadla 2 o hodnotu vodorovné výchylky e ze své statické klidové polohy, dojde současně k jejímu nadzvednutí o zdvih h, protože kyvadlo 2 o délce [ opisuje svým dolním koncem 3. kružnici kolem horního závěsného bodu 4 o poloměru r, pro který platí r = 1. Protože pohyby v každém směru mohou být prováděny ve dvou osách, opisuje dolní konec 3. kyvadla 2_, to znamená závěsný bod objektu X, sférickou plochu, která je při pohledu shora konkávní.

Nadzvednutí objektu i o zdvih 80 způsobí to, že hmota objektu 1 získá vyšší potenciální energii. Když přestane působit síla, která způsobila vodorovnou výchylku e hmoty objektu X a nadzvednutí hmoty objektu X o zdvih h, způsobí tahová síla Z v kyvadle 2 a síla ze zemské gravitace a z hmoty objektu X (m*g) výslednou vratnou sílu R, která vrátí hmotu objektu X na konci X kyvadla 2. do střední klidové polohy. Přitom hmota objektu X překmitne klidovou polohu a třecím tlumením se kmitání zastaví.

Stejné poměry nastanou tehdy, když se ze své klidové polohy nepohybuje hmota objektu X, nýbrž tehdy, když se přemístí horní závěsný bod 4 kyvadla 2 prostřednictvím nosné konstrukce 5_ v důsledku bočního pohybu základové desky 6. Tím se kyvadlo 2 nejprve dostane v důsledku setrvačnosti zavěšené hmoty objektu L, která se tudíž opozdí, do šikmé polohy a hmota objektu 1_ se nadzvedne. Pohyb hmoty objektu 1_, který potom začne, se provede na způsob kmitání kyvadla.

Přitom pro úhlovou frekvenci kmitání platí vztah

Ή? ⁽¹⁾ g ......... gravitační zrychlení

......... délka kyvadla

Kmitání kyvadla je přitom určeno výlučně délkou kyvadla.

Frekvence kmitání kyvadla je ω

2π

(2)

Doba kmitu neboli perioda je _ 2^ _ 2ΤΓ / ® 17

V / (3)

Velká délka kyvadla znamená tedy malou frekvenci kmitání kyvadla a dlouhou periodu kmitání.

Jsou-li frekvence kmitání kyvadla a vlastní frekvence základové desky velmi rozdílné, budou jejich pohyby od sebe prakticky odděleny.

Pohybuje-li se například horní závěsný bod kyvadla v důsledku vodorovného kmitání základové desky v případě zemětřesení s frekvencí obvykle mezi 0,5 Hz a 2 Hz a má-li kyvadlo při své velké • 99 9 9

99

9 9 4

9 9 <

9 9 9 4

9 9 4

99 délce velmi nízkou vlastní frekvenci vůči budicí frekvenci, nemůže hmota objektu sledovat pohyb základové desky a zůstává téměř na místě. Když se hmota uvede do pohybu velmi malou rychlostí při dlouhé periodě vlastního kmitání, dojde s podstatně vyšší frekvencí k přemístění závěsného bodu kyvadla v opačném směru před tím, než by se hmota podstatně vzdálila ze Své původní polohy. Tato inverze nastává při neustávajícím kmitání se stálou změnou, takže hmota zůstává téměř na stejném místě.

Aby se dosáhlo požadovaného oddělení kmitání, je zapotřebí, aby délky kyvadel byly velké.

Proti provedení zvlášť velkých délek kyvadel však existují praktická hlediska.

Doposud uvažované kyvadlo, které je kloubově zavěšeno na svém horním konci, představuje stabilní nosný element, protože v důsledku gravitačního zrychlení má nesená hmota neustále snahu dostat se do stabilní neboli klidové polohy s nejníže položeným těžištěm.

Uskutečnění takzvaného virtuálního kyvadla, které umožní provedení malé konstrukční výšky, avšak bude mít účinnost kyvadla s velkou délkou, a tudíž i dlouhou periodou kmitání, je založeno na tom principu, že působení stabilních nosných elementů, nadzvedávajících hmotu, a labilních nosných elementů, způsobujících klesání hmoty, se sdruží tím způsobem, že nadzvedávající stabilizující vliv nepatrně, avšak dostatečně, převáží.

U stabilního nosného elementu má nesená hmota v rozsahu své volnosti pohybu vlivem gravitačního zrychlení snahu dosáhnout polohy s nejmenší potenciální energií.

»

Je-li pohyb hmoty veden drahou nebo upoutáním, například kyvadlem, tak, že přemístění z klidové polohy zvýší její potenciální energii, vrátí se hmota vlivem gravitačního zrychlení do své původní klidové polohy.

Poloha hmoty je stabilní.

Sníží-li se při přemístění hmoty z výchozí polohy v důsledku předem stanovené dráhy jejího pohybu její potenciální energie, má hmota snahu účinkem gravitačního zrychlení dosáhnout dalšího snížení potenciální energie.

Poloha hmoty je nestabilní.

Sdružováním a superponováním obou vlivů, to znamená stabilním a labilním přemísťováním hmoty, se vhodnou volbou geometrických velikostí vazebních členů dosáhne toho, že výsledný pohyb hmoty vede k malému nazdvednutí a pouze k nepatrnému zvýšení potenciální energie, výsledkem čehož je pomalý návrat do klidové polohy, a proto dlouhá perioda vlastního kmitání.

Toto je účinek dlouhého kyvadla.

Když není podle vynálezu fyzikálně k dispozici dlouhé kyvadlo, a přesto se dosáhne účinnosti dlouhého kyvadla s dlouhou periodou, hovoří se o takzvaném virtuálním kyvadle s dlouhou peridou.

Toto takzvané virtuální kyvadlo má však při malé konstrukční výšce účinnost dlouhého kyvadla s dlouhou periodou vlastního kmitání.

« · · · • · · ♦ ·· ··*· ·· »···

Když je nyní při konstrukční výšce prostoru, která je k dispozici, a na ní závislé délce 1 kyvadla 2 zdvih h příliš velký, musí se přídavným superponováním negativní hodnoty, to znamená poklesu, dosáhnout výsledného malého nadzvednutí, které odpovídá žádanému výsledku. To je možné tehdy, když se vhodným způsobem navzájem sdruží stabilní zavěšené kyvadlo a nestabilní stojící kyvadlo a při vodorovné výchylce spojených podpěrných členů se sečtou jejich příslušné svislé zdvihy, které jsou jednou pozitivní a jednou negativní.

Protože průběh zdvihů obou podpěrných členů v důsledku vodorovné výchylky je harmonický, jelikož podpěrné členy jsou přímo závislé na trigonometrické funkci, je rovněž průběh rozdílu obou svislých zdvihů v důsledku vodorovné výchylky harmonický, což je však v souladu s použitím tohoto principu pro splnění vytčeného cíle.

Na obr. 6 je tato souvislost znázorněna. Hmotný bod dolního konce 3_ stabilního kyvadla 2 o délce t vykoná při vodorovné výchylce e zdvih h, pro který platí h = l\l- arctg

Horní konec stojícího nestabilního kyvadla 7 s délkou 1,. se v důsledku vodorovné výchylky sníží o pokles s, pro který platí s = l.

l -arctg k Λ?

(5)

Sečtou-li se svislé pohyby obou podpěrných členů, dojde k výslednému nadzvednutí se zdvihem hj_es.

Poměry α:β a e:e_s jsou ovlivňovány druhem použité vazby a volně volitelným poměrem 1:1,.

Přímým součtem svislých zdvihů stabilních a labilních podpěrných kyvadel se dosáhne ve výsledku poměrů, znázorněných na obr. 6.

Spojení stabilních a labilních podpěrných kyvadel je možno provést různým způsobem. Pro definování vhodných podpěrných bodů, které v důsledku vzájemného spojení pod společným vlivem přímo úměrného neboli proporcionálního nadzvednutí a poklesu obou druhů podpěrných kyvadel provedou požadované nadzvednutí, je možno použít pseudohodnot na podpěrných elementech nebo na spojovacích členech, proporcionálních pákovým vlivem se zdvihy a poklesy.

Na obr. 7 je znázorněna vodorovná výchylka e._E zvoleného podpěrného bodu zatížení dolního konce virtuálního kyvadla, která je funkcí nebo prvním přiblížením přímo úměrným s vodorovnou výchylkou e na zavěšeném stabilním fyzickém kyvadlu.

Stejně tak jsou nadzvednutí a superponovaný pokles podpěrného bodu, dolního koncového bodu virtuálního kyvadla, funkčními nebo přímo úměrnými hodnotami s nadzvednutím nebo s poklesem hmotných bodů na zavěšených stabilních a stojících labilních fyzických kyvadlech.

Zdvih h_E hmotného bodu P na virtuálním kyvadle v důsledku výchylky ze střední polohy odpovídá v prvním přiblížení kruhové dráze, přičemž tento hmotný bod P vykyvuje ve dvou osách a opisuje plochu ve formě sférické plochy, konkávní při pohledu shora.

»4 ··»*

4 4 4 4 ·

4 4 4 ·

4 4 4

Poloměr β. zakřivení se rovná délce 1^ virtuálního kyvadla.

Na obr. 8 představuje jeden podpěrný element stabilní zavěšené kyvadlo 2 o délce l_h a další podpěrný element labilní stojící kyvadlo 7 o délce LU zavěšeného kyvadla 2 se volně pohyblivý konec tohoto kyvadla 2 při kývání vychýlí o úhel a a nadzvedne o zdvih h. U stojícího kyvadla 7 se při pohybu tohoto kyvadla 7 vychýlí pohyblivý konec kyvadla Ί_ o úhel β_ a sníží o pokles sl U zavěšeného kyvadla 2_ opisuje volný konec sférickou plochu, konkávní při pohledu shora. U stojícího kyvadla 7 opisuje volný konec sférickou plochu, konvexní při pohledu shora.

Obr. 9: Podle vynálezu se nyní oba podpěrné elementy, to jest zavěšené kyvadlo 2 a stojící kyvadlo 7, spojí prostřednictvím spojovacího elementu 8_. Při sdruženém kývání obou kyvadel 2,. 7. poklesne část spojovacího elementu 8., která se nachází u stojícího kyvadla 7. Část spojovacího elementu 8_> která se nachází blíže zavěšeného kyvadla 2, se při kývání nadzvedne.

Na jakékoli částí spojovacího elementu 8., který má délku c, se hmotný bod P spojovacího elementu který představuje úložný bod P neseného objektu, při kývání obou navzájem spojených kyvadel 2, 7. v obou směrech pohybu v rozsahu základní vodorovné amplitudy poněkud nadzvedne o hodnotu odpovídající poměru délek a ku b.

Tato skutečnost je ovlivňována volbou velikostí a vzájemných poměrů délek b, b, c a poměrem délek a ku b. Menší délka lh

9* »·»9

9« 99·· » 9 «

I 9 9 ·

9· *9 • 9 99 • 9 9 ·

9 9 * • 99 »

9 9 ·

99 zavěšeného kyvadla 2. znamená při stejné vodorovné výchylce e větší zdvih h konce zavěšeného kyvadla 2. Zvětšení délky b stojícího kyvadla 7 znamená při stejné vodorovné výchylce e zmenšení poklesu s.. Volba polohy bodu P na spojovacím elementu 8., který má délku c, v poměru délek a ku b, se provádí tak, že nadzvednutí bodu P při vodorovné výchylce e zavěšeného kyvadla 2 je v každém případě pozitivní, avšak zůstává minimální. Zabrání-li se vhodným uložením otáčení spojovacího elementu 8_ kolem svislé osy H, platí stejnou měrou doposud uvedené úvahy i tehdy, když ke kývání kyvadel 2 a 7_ dojde v jiném směru, přičemž tato situace je znázorněna v půdorysu na obr. 10.

Obr. 10: Spojovací element 8_ je uložen v. ložiscích B, pevně spojených s nesenou hmotou, otočně kolem osy Q, a tudíž se nemůže otáčet kolem svislé osy H. Volný konec zavěšeného kyvadla 2 opisuje konkávní sférickou plochu K, viděno při pohledu shora. Stojící kyvadlo ]_ opisuje konvexní sférickou plochu B, viděno při pohledu shora. Při výchylce e volného konce zavěšeného kyvadla 2 v jakémkoli směru se bod P spojovacího elementu ÍL, a tudíž osy £b nadzvedne stejným způsobem, jako při vychýlení ve směru osy X·

Bod otočného připojení spojovacího elementu 8_ ke stojícímu kyvadlu 7 vykonává při jakémkoli směru vychýlení kyvadel 2 a 7, stejně jako při vychýlení ve směru osy X, rovněž pokles. Proto se bod P na spojovacím elementu 8_ při vychýlení spojených kyvadel 2 a 7 v jakémkoli směru nadzvedne.

Na obr. 9 je znázorněno, že bod P se pohybuje jako volný koncový bod zavěšeného dlouhého kyvadla o délce Iv, takže představuje volný konec virtuálního kyvadla velké délky.

·· ···· *· .··.·· ·· ·· • · · ·· · ····

Obr. 11: Při vodorovné výchylce E spojovacího elementu 8. na obr. 9 z klidové polohy a při nadzvednutí bodu P o zdvi h h^ se podle obr. 11 stanoví délka Iv virtuálního kyvadla jako e² + h ²

2/?„ (6)

Pro úhlovou frekvenci ω virtuálního kyvadla platí vztah

I ²S^hP e² + h² (7)

Pro frekvenci f kmitání virtuálního kyvadla platí

2π V e² + h² (8)

Perioda T kmitání virtuálního kyvadla se stanoví ze vztahu

Τ=2π.

(9)

Maximální rychlost v_max bodu P volného konce virtuálního kyvadla činí

2g./íp
	(h>	2
1 +	P < e y

(10)

Maximální zrychlení am_ax volného konce virtuálního kyvadla, a tudíž jím neseného objektu, činí

max

2g-h_p

e (Π)

Zavěšená kyvadla 2 mohou být při přibližně stejné účinnosti provedena i z lan, přičemž se upustí od kloubových zavěšení, pokud budou tato zavěšená kyvadla 2 ve všech případech zatížení zatěžována pouze tahovými silami.

Obr. 12 znázorňuje variantu tohoto principu.

Kromě volby poměrů délek 1^ ku L. a délek a ku b je možno prostřednictvím úhlu y_ činné páky na délce b spojovacího elementu 8_ a rovněž zavedením úhlu činné páky na délce a spojovacího elementu 8_ ovlivňovat charakteristiku nadzvedávání bodu P, a tudíž určovat účinnou délku virtuálního kyvadla.

Stanovení rozměrů může být provedeno tak, že účinná délka Iv virtuálního kyvadla představuje několikanásobek konstrukční výšky zařízení podpírajícího nesený objekt.

Tím je umožněno to, že frekvence kmitání virtuálního kyvadla a jím nesené hmoty m je velmi podstatně nižší než frekvence kmitání základové desky 6 při vzniku vodorovných pohybů vyvolaných zemětřesením.

To znamená oddělení polohy objektu neseného virtuálními kyvadly od vodorovných pohybů půdy.

Zrychlení působící maximálně na konstrukční těleso neboli na nesený objekt vzniknou z pohybů matematického kyvadla podle rovnice (11).

Vhodným stanovením rozměrů je rovněž umožněno snížit toto maximální vodorovné zrychlení na tak malou hodnotu, že může být lidmi sotva fyzicky vnímáno. Tento účinek je nezávislý na tom, kterým vodorovným zrychlením je základová deska 6. při zemětřesení podrobena.

Velikost zemětřesení nemá žádný vliv na téměř klidnou polohu konstrukčního tělesa neseného virtuálním kyvadlem s velkou účinnou délkou a s dlouhou periodou.

Obr. 13 odpovídá v základním principu řešení podle obr. 9 a obr. 12. U tohoto provedení je však páka s účinnou délkou b oddělena od páky s délkou a a má vlastní jednoosé uložení ve vyšší poloze na podpěře Wi, která zčásti podpírá nesenou hmotu ra.

U tohoto řešení požadují stabilní zavěšené kyvadlo 2 a labilní stojící kyvadlo 7. se svými příslušnými délkami £h a L větší podíl výšky prostoru, který je k dispozici. Tím se dosáhne toho, že při stejně velké maximální úhlové výchylce dvouose kloubově uložených podpěrných elementů neboli kyvadel 2 a 7 se vodorovná amplituda kmitání systému vůči svislé výšce prostoru zvětší.

Nosič, neboli spojovací element 8., je prostřednictvím spojovacího elementu 8^. ve formě podpěry, který je na obou stranách uložen otočně kolem jedné osy, spojen s nosičem, neboli spojovacím elementem 8*, který je na jedné straně uložen na podpěře W_L otočně kolem jedné osy a na druhé straně je otočně ve dvou osách uložen na labilním stojícím kyvadle 7. Průběh pohybů odpovídá schématu podle obr. 9 a obr. 12.

Obr. 14 a obr. 15 znázorňují ve dvou směrech možnost amplitud kmitání nesené hmoty vůči základové desce.

Obr. 16 znázorňuje možnost kmitání neseného objektu vůči základové desce ve třech fázích pohybu s vykývnutím S_.

Obr. 17 znázorňuje, jak se při vykývnutí S_ základové desky 6 a virtuálního úložného bodu virtuálního kyvadla, který je spojen se základovou deskou 6, nadzvedne zavěšené kyvadlo 2. výkyvným pohybem dolního podpěrného bodu o zdvih h a jak poklesne labilní stojící kyvadlo ]_, neboli jeho horní podpěrný bod, o pokles s, zatímco nesený objekt J_ vykoná zdvih h^ odpovídající zdvihu virtuálního kyvadla Pv.

Obr. 18: U tohoto příkladu provedení je upraven spojovací element 9 ve tvaru trojúhelníku.

Obr. 19 znázorňuje v půdorysu systém z obr. 18. Spojovací element 9_ ve tvaru trojúhelníku je otočně kolem dvou os uložen na podpěrných elementech 11, zavěšených otočně kolem dvou os na základové desce 6 ve třech opěrných bodech 10, uspořádaných šikmo pod úhlem δ_.

Nadzvedne-li se na jedné straně spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku podpěrný element 11 ve svém dolním kloubu 12 tím, že jeho horní opěrný bod 10 se přemístí posunutím základové desky 6. od • ·

středu spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku směrem ven, a tím, že spojovací element 9_ ve tvaru trojúhelníku se v důsledku své setrvačnosti a v důsledku hmoty objektu opozdí vůči pohybu základové desky 6_, dojde prostřednictvím spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku k poklesu dolních kloubů 12 otočně připojených podpěrných elementů 11 nacházejících se na protilehlé straně, a to na základě šikmé polohy ve výchozí poloze podpěrných elementů 11.

Protože v důsledku výchozí polohy podpěrných elementů 11, skloněných pod úhlem δ, je pokles na jedné straně spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku menší než zdvih na protilehlé straně, nedojde k žádnému nadzvednutí středu 13 spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku.

Poměr nadzvednutí spojovacího elementu 9. ve tvaru trojúhelníku na jedné straně k poklesu na jeho protilehlé straně je ovlivněn volbou velikosti úhlu δ při střední klidové poloze spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku a volbou poměrů geometrických velikostí podpěrných elementů 11 a spojovacího elementu 9. ve tvaru trojúhelníku.

Při posuvu základové desky 6 ve více směrech se pohybuje střed 13 spojovacího elementu 9_ ve tvaru trojúhelníku na sférické ploše, která je při pohledu shora konkávní a má poloměr g zakřivení.

Střed 13 spojovacího elementu 9_ ve tvaru trojúhelníku se pohybuje jakoby byl zavěšen na virtuálním kyvadle o délce rovnající se poloměru g. zakřivení. Střed 13 spojovacího elementu 9_ ve tvaru trojúhelníku vykoná při přemístění ε nadzvednutí o zdvih h a spojovací element 9 ve tvaru trojúhelníku vykývne do šikmé polohy o úhel ζ_.

Obr. 20: Je-li se spojovacím elementem 9_ ve tvaru trojúhelníku pevně spojen v jeho středu svislý podpěrný element 14 o výšce b představuje tato jednotka sama o sobě stojící fyzikální nestabilní kyvadlo, které je pod svým fyzickým rozložením virtuálně podepřeno otočně ve dvou osách a při naklonění kolem dolního momentálního bodu otáčení se v důsledku spojení prostřednictvím spojovacího elementu 9 ve tvaru trojúhelníku s podpěrnými elementy 11 na obr. 19 nadzvedne o zdvih h.

Úložný bod P nesené hmoty na horním konci svislého podpěrného elementu 14 o výšce 1^, tvořícího jednotku se spojovacím elementem 9 ve tvaru trojúhelníku, v důsledku naklonění o úhel ζ. relativně poklesne o hodnotu s_a s_p 1_ρ(1-008ζ) (12) a navíc provede excentrickou výchylku u u = l_p · sin ζ (13)

Celková excentrická vodorovná výchylka e bodu P bude e = ε + u e = ε + l_p · sin ζ (14)

Výsledný zdvih h_abodu P bude h_p = h - s_p h_p = h - l_p(l-cos ζ) (15) ·· ···· ·· ···· »· ·· · « 9 '· · · ♦ · ·

9 ··· · · · ·

Obr. 21: Bod P, to jest horní konec svislého podpěrného elementu 14. se pohybuje na konkávní ploše, otevřené směrem nahoru, s plochým zakřivením. Toto zakřivení a zbytková stabilita se určí pomocí vztahů rozměrů jednotlivých členů konstrukční skupiny vůči sobě, zejména velikostí svislé délky.

Volba délky 1__E je omezena výškou, při níž je systém nestabilní. Zařízení podle obr. 21 představuje virtuální kyvadlo pro dvouosé otočné uložení podepření objektu v bodu P, jakoby objekt byl zavěšen na dlouhém kyvadle o délce Lv rovnající se poloměru β. zakřivení s možností pohybu na zakřivené ploše s poloměrem β. zakřivení.

Pomocí vodorovné výchylky e a zdvihu h_£ z rovnic (14) a (15) se určí délka virtuálního kyvadla ze vztahu podle rovnice (6).

Přitom rovněž platí rovnice (7) až (11).

Podpěrné elementy 11 mohou být při přibližně stejné účinnosti provedeny i z lan, přičemž se upustí od kloubového zavěšení, pokud podpěrné elementy 11 jsou ve všech případech zatížení zatěžovány pouze tahovými silami.

Podpěrný bod na ochranných modulech proti zemětřesení má možnost prostorového pohybu, jakoby byl dolním koncem velmi dlouhého kyvadla. Tento podpěrný bod se proto pohybuje po málo zakřivené virtuální sférické ploše.

V této sférické ploše má podpěrný bod snahu vždy zaujmout nejhlubší místo, to znamená střed této sférické plochy.

Čím plošší sférická plocha je, to znamená čím méně je zakřivená, tím menší je vratná síla vyvolaná zemskou přitažlivostí a působící směrem ke středu sférické plochy, a tím pomaleji se podpěrný bod pohybuje ke středu sférické plochy.

Obr. 22 znázorňuje další příklad způsobu provedení virtuálního kyvadla, definovaného v patentovém nároku 1.

Na nosných konstrukcích 5. spojených se základovou deskou 6 jsou upevněny alespoň dva, nebo i více, kolem dvou os otočně uložené Stabilní podpěrné elementy ve formě rovnoběžně zavěšených kyvadel 2, která na svém dolním konci nesou nosič nebolí spojovací element 8. ve formě desky.

Ve středu spojovacího elementu 8. je uspořádán svislý podpěrný element 14 nesoucí ložisko 59 zachycující svislé zatížení, přičemž svislý podpěrný element 14 je svým dolním koncem uložen axiálně posuvně a otočně kolem dvou vodorovných os v kloubovém uložení 43. V tomto kloubovém uložení 43 může svislý podpěrný element 14 vykonávat výkyvné pohyby kolem vodorovných os.

Střed ložiska 59 má stejnou možnost prostorového pohybu jako dolní konce zavěšených kyvadel 2 o délce [h a při vodorovné výchylce e vykoná zdvih h.

Horní konec svislého podpěrného elementu 14 se nadzvedne společně s ložiskem 59 o zdvih h, který se současně sečte s poklesem s_e_. Výsledný zdvih hj_e8 se tedy rovná h_res = h - s_e.

V příkladu podle obr. 22 je pro horní konec svislého podpěrného elementu 14 výsledné nadzvednutí negativní, což znamená, že tento horní konec poklesne. Tento takzvaný horní bod by proto jako podpěrný bod nebyl vhodný.

Horní bod svislého podpěrného elementu 14 opisuje při přemístění ze středové polohy ve všech směrech při pohledu shora konvexní plochu, stejně jako horní konec kyvadla uloženého na dolním konci, to znamená otočného nestabilního virtuálního kyvadla o délce lvi·

Svislý podpěrný element 14 je při svislém zatížení na horním konci při těchto rozměrech ve vztahu k rozměrům dalších připojených elementů, to jest kyvadel 2 a spojovacího elementu 8_, nestabilní.

Sám o sobě je svislý podpěrný element 14 bez spojení s dalšími elementy nestabilní. Teprve spojením s dalšími elementy, jejichž stabilizační vliv působením zatížení převáží, se celý systém stane stabilním a jako nosné zařízení tvoří virtuální kyvadlo.

Aby se dosáhlo stability při zatížení, je nutno délku lo zvolit tak, že horní bod bude mít pozitivní zdvih hj_e3. Proto se podpěrný bod pohybuje na při pohledu shora konkávní ploše. Tento, tímto způsobem zvolený, podpěrný bod P s odstupem od ložiska 50 rovnajícím se délce 1^ vykoná při přemístění ze střední polohy malý zdvih h^ a představuje koncový bod virtuálního kyvadla o délce 1^.

Na obr. 23 jsou znázorněna zakřivení drah pohybu podpěrných bodů zavěšených kyvadel 2_, středu spojovacího elementu 8. a podpěrného bodu P na horním konci svislého podpěrného elementu 14.

0.0 ···· 0 0 0 0 0 '0 0 0 0 0 0 0 0 · 0 0 0 4

0 0 000 4 4 0

00 0 0 00 0

00 0 * 40

Obr. 23a, 23b a 23c znázorňují fáze superponovaného pohybu neseného objektu £ relativně vůči základní desce 6 v extrémních polohách.

Obr. 24 znázorňuje schematicky virtuální kyvadlo podle principu objasněného na obr. 22 a 23c, přičemž je znázorněna střední poloha a fáze pohybu základní desky 6 vůči nesenému objektu £. Při vodorovné výchylce e základní desky 6 v důsledku zemětřesení se nesený objekt £ působením virtuálního kyvadla nadzvedne o nepatrný zdvih h_a.

Poměr velikosti poklesu s základní desky 6 ke konstrukční výšce Hm ochranného modulu proti zemětřesení ukazuje, že při průměrné výšce podlaží jsou již možné relativně velké amplitudy kmitání systému.

Průběh pohybů odpovídá matematickému kyvadlu. Perioda vlastního kmitání je určena pouze účinnou délkou virtuálního kyvadla.

Tuto skutečnost ukazuje názorně kyvadlo hodin.

Pohybuje-li se horní závěsný bod kyvadla 2, spojený s kmitající základovou deskou 6, při zemětřesení sem a tam rychle, nemůže hmota zavěšená na dolním konci virtuálního kyvadla v důsledku své setrvačnosti určené kyvadlem sledovat rychlý obrat pohybu horního závěsného bodu. Při rychlé změně směru pohybu tedy zůstane nesená hmota téměř na jednom místě.

4.3 Výsledek řešení problému » 9 • 4 (»·»

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen způsobem ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky, například při zemětřesení, podle vynálezu, jehož podstatou je, že v systému nesoucím objekt se působení stabilních podpěrných elementů, nadzvedávajících hmotu objektu, a labilních podpěrných elementů, způsobujících pokles hmoty objektu, superponuje spojením tím způsobem, že při střídavém vodorovném pohybu základové desky v důsledku zemětřesení se pod vlivem přemístění opěrných bodů podpěrných elementů, spojených se základovou deskou, vůči poloze nesené hmoty objektu uskuteční pouze malé nadzvednutí hmoty objektu na podpěrném bodě, čímž se vytvoří jen malá vratná síla stabilizující ve směru do klidové polohy, z čehož vznikne jen malé zrychlení objektu s dlouhou periodou vlastního kmitání.

Tento úkol je dále vyřešen zařízením k provádění způsobu podle vynálezu, jehož podstatou je, že pro uložení objektu na alespoň třech úložných bodech pro oddělené kmitání oproti kmitající základové desce pro ochranu objektu před kmitáním základové desky je provedeno podepření objektu na spojovacím elementu, který je podepřen prostřednictvím výkyvné do všech směrů uložených podpěrných elementů, které navzájem spojuje, na kmitající základové desce, přičemž dimenzování a uspořádání podpěrných elementů v jejich výchozí poloze je provedeno tak, že spojovací element společně s podpěrnými elementy k němu otočně připojenými představuje virtuální kyvadlo, které pro úložný bod objektu na spojovacím elementu vytváří srovnatelnou formu pohybu jakou opisuje volný konec velmi dlouhého kyvadla.

•· ·444 44 44 · · 4 4' 4ι 4 4

4 4 4 4' 4 '4

4 ·4·4 4 4

4- 4 4 4 4 4 4

Další výhodná provedení jsou uvedena v závislých patentových nárocích.

Vynález zaručuje rezonanční volnost budovy při kmitání půdy v důsledku pohybů způsobených zemětřesením, přičemž vodorovné síly způsobené zrychlením a nárazy vyplývajícími z pohybu půdy nejsou již na těleso budovy přenášeny. Tím je zajištěna integrální ochrana proti zemětřesení, která spolehlivě chrání konstrukční těleso nebo objekt i při nejsilnějších vodorovných kmitáních půdy.

Způsobem podle vynálezu je možno při vhodné volbě rozměrových parametrů dosáhnout takového chování podepřeného objektu, že podepřený objekt zůstává téměř v klidové poloze, i když'se půda pohybuje s velkými amplitudami a vysokými zrychleními.

Způsobem podle vynálezu se dosáhne toho, že perioda vlastního kmitání se prodlouží natolik, že s ní spojená setrvačnost způsobí to, že objekt již nemůže sledovat oscilační pohyb základové desky vzniklý při zemětřesení. Ochrana objektů je přitom tak dokonalá, že tímto způsobem chráněné budovy nebo zařízení zůstávají v klidu i při zemětřesení největší velikosti.

Tato účinnost je matematicky transparentně dokazatelná.

Funkce vynálezu a integrální ochrany mohla být demonstrována již modelovou simulací se zrychleními do 1,2 g.

Objekt je proto vůči vodorovnému pohybu půdy zcela izolován, přičemž se jedná o účinnou izolaci od základové desky podepřením prostřednictvím nosné konstrukce, která při malé vlastní konstrukční ·*. 0000

0000 00

0 0 0 0 · *000 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 00* 0 0 0 * 0 0 • 0 0 0 00 0000

0000 · 00 00 00 00 výšce umožňuje prostorový pohyb objektu neseného v podpěrných bodech jakoby byl zavěšen na velmi dlouhých kyvadlech. Podepření je tedy provedeno prostřednictvím virtuálních kyvadel s dlouhou periodou.

Rozměrové parametry je možno volit v širokých mezích. Proto je možno volně určit rozdíl mezi frekvencí vlastního kmitání systému a frekvencemi, které obvykle nastávají při zemětřesení, a zvolit velikost tohoto rozdílu tak, že kmitající systém budovy je prakticky oddělen od kmitajícího systému základové desky, takže nesená konstrukce zůstává v klidové poloze.

Protože nesené konstrukční těleso nemůže sledovat rychle se měnící pohyby půdy, nebudou na ně ani působit žádné síly vyvolané zrychleními hmot. Nevzniknou proto žádná nebezpečná smyková napětí a zabrání se poškození v důsledku zemětřesení.

Ochranné moduly proti zemětřesení ve formě virtuálních kyvadel nabízejí efektivní ochranu i proti zemětřesení největší velikosti a s největším ničivým potenciálem. V první řadě je možné naplánovat každý druh budov, a to i výškových budov a jiných konstrukcí, tak, aby byly zcela chráněny proti zemětřesení, přičemž je zároveň možné dodatečně tímto způsobem vybavit již existující objekty.

Hmota budovy je jakoby zavěšena na virtuálních kyvadlech s velkou účinnou délkou, přičemž bod zavěšení se nachází v prostoru vysoko nad budovou. Nový ochranný modul proti zemětřesení uskutečňuje průběh pohybů velmi dlouhého kyvadla, aniž by měl velké rozložení ve svislém směru, takže proto představuje virtuální kyvadlo s velmi velkou účinnou délkou. S pouze malou konstrukční výškou má φφ_ φφφφ • Φ ΦΦΦ· • φ φ φ φ φ φ φ φ • · · φ ·· · · φ φ φ φ φ φ φ φ dost místa ve výšce jednoho patra a může být uspořádán v úrovni země nebo ve sklepě.

Horní závěsný bod virtuálního kyvadla je pevně spojen se základovou deskou prostřednictvím ochranného modulu proti zemětřesení.

Hmota zavěšená na velmi dlouhém kyvadle se může pohybovat pouze pomalu. Doba jednoho kmitu je velká. Pomocí této techniky je možno volně zvolit periodu kmitání, například 20 sekund nebo i delší, a podle toho dimenzovat součásti. Doba k provedení jednoho kmitu při zemětřesení se pohybuje obvykle v rozsahu od 0,5 do 2 sekund. Když se závěsný bod kyvadla přemístí rychle nebo skokově, přemístí se hmota zavěšená na kyvadle do nově určené polohy pouze rychlostí, která odpovídá kmitání kyvadla velké délky.

Velikost zemětřesení nemá žádný vliv. Nehraje žádnou roli, jak rychle se půda pohybuje, jak silně je základ budovy zrychlen, jak vysoká nebo jak nízká je frekvence kmitání při zemětřesení nebo jak harmonicky nebo disharmonicky pohyb probíhá. Výsledek je vždy stejný.

Zrychlení, které může být přeneseno na budovu, se zmenší na hodnotu nižší než 0,01 g, to znamená na hodnotu, která může být fyzicky stěží vnímána.

Účinnost ochrany tohoto principu je stále stejná při všech vyskytujících se rychlostech a zrychleních půdy.

• · φ « · · · ♦ φφφφ φ Φ · Φ • Φ · · '· · * ’· Φ φ

Φ · ΦΦ Φ φφφ φ φ · φ Φ Φ φ · φ · · ·

Φ · φφφφ φΦΦφ φφφφ· φ φ φ Φ φ · · ·

Budova se pohybuje i při nejsilnějším zemětřesení stejně tak málo, jako při slabém zemětřesení.

U řešení podle vynálezu nejsou žádné energie odváděny, přeměňovány nebo absorbovány, přičemž nedochází k žádnému přenosu pohybů do konstrukčního tělesa.

Protože nejsou do konstrukčního tělesa přenášeny žádné rychle se měnící pohyby, nebudou na ně působit ani žádné síly vyvolané zrychlením hmot, takže se účinně zabrání škodám vzniklým ze zemětřesení.

Objekt je vůči vodorovných pohybům půdy zcela izolován, takže se jedná o nejúčinnější izolaci základové desky.

Z tohoto důvodu není zapotřebí ani žádných konstrukčních opatření pro zesílení konstrukce budov, která jsou vyžadována u standardních staveb stavebními předpisy týkajícími se ochrany proti zemětřesení.

Modelová simulace již dokázala předem vypočítané a očekávané účinky.

4.4 Silně snížené tření při vodorovném posunutí

U řešení podle vynálezu je fyzikálně existující tření v úložných místech konstrukčních elementů konstrukčního řešení, v důsledku principiálního řešení problému, účinně sníženo na efektivní tření, které nastává jako odpor pohybující se hmoty.

· · 9 9 9 9'· 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 ^99 * 9 9 · · · · · 9

9999 9 9 9 9 9 9 9 9 9

Nastaví se extrémně nízký účinný koeficient tření. V důsledku toho nejsou ani třením přenášeny podstatné síly, způsobené zrychlením základové desky, na nesené konstrukční těleso. Budova se proto může posunovat vůči základové desce jenom velmi málo. Nesený objekt může ze střední polohy jeho pohybového rozsahu posunout větrná energie a tím v jednom směru při vzniku posunutí základové desky při zemětřesení zkrátit výchylku jeho kmitání relativně vůči základové desce.

Koncepce nosné konstrukce nového řešení způsobí to, že fyzikálně účinné tření se vysokým redukčním faktorem sníží na velmi malé hodnoty. Odpor W při posunování činí

W - m · g · μ_Γβ<ι (16) dosažitelnými jsou hodnoty: p_red = 0.002 ..... 0,004

Proto se i prostřednictvím ještě účinného tření přenášejí jen velmi malé síly ke zrychlení podepřené hmoty.

V žádném případě se nesmí tímto vlivem zmenšit možná výchylka při kmitání tak, aby byla menší než eventuální amplituda kmitání zemětřesení nebo dokonce klesla na nulu.

Pro splnění primárního úkolu, to znamená podepření chráněného objektu izolovaně od pohybů půdy, je tedy zapotřebí integrovat do celkového řešení elementy, které zajistí centrovanou výchozí polohu při začátku kmitání způsobeného zemětřesením.

4.5 Centrování neseného objektu a podepření proti síle větru

4 444 ·· 4444 44 4 4

4 4 4 4 4 4444

44 4 44 4; » • · «4 4 444 * 4 4

4 4444 444 4

4 4 4 4 44 4 4 4 4 4 4'

Pohyb úložných bodů neseného objektu na ochranných modulech proti zemětřesení se provádí ve velmi ploché sférické ploše, shora konkávní, přičemž zakřivení nepředstavuje přesnou, nýbrž jen přibližnou, kulovou výseč. Zakřivení sférické plochy není vychýlením ze středové polohy konstantní, což však neubírá na funkčnosti systému. Na základě nadzvednutí při úplné výchylce vznikne účinkem gravitace vratná síla, která způsobí automatické vycentrování úložného bodu. Návrat do středu se ovšem v důsledku existujícího tření, i když je velmi malé, neuskuteční úplně.

Vodorovný účinný zdvih Sjj, který vyvolá vratnou sílu při vychýlení objektu zavěšeného na virtuálních kyvadlech ze středové polohy v důsledku tíhového zrychlení hmoty tohoto objektu, je

V

S_H -mg.—.cos arcsin

Sh ..... vodorovný zdvih působením gravitace m ...... nesená hmota g ....... tíhové zrychlení e ....... výchylka ze střední polohy l_v ...... délka virtuálního kyvadla

Vodorovný odpor Wh v důsledku tření při posunování je W_H = m . g . před (18)

Wh .... vodorovný odpor pří posunování p_red..... snížený koeficient tření

Vodorovný odpor při posunování je v důsledku koncepce ochranných modulů proti zemětřesení extrémně nízký.

I 9 9 * ·> « * 9? i • 9 9999

9* 9999

Koeficient tření se sníží v poměru poloviny průměru ložiska podpěrného elementu neboli kyvadla k účinné délce kyvadla.

Pro snížený koeficient yjed tření platí

D,/2 μ^μ —j— (19) μ ...... koeficient tření ložisek kyvadel

Dl ..... průměr ložisek podpěrných elementů neboli kyvadel l_p ....... délka podpěrného elementu neboli kyvadla

Protože zakřivení pohybové plochy koncového bodu virtuálního kyvadla v důsledku snahy o oddělení od pohybů půdy je ve střední oblasti velmi ploché, dojde i přes extrémně nízké tření po vychýlení k hysterezi s vodorovnou odchylkou Ah od střední polohy

Ah = l_v/sin(arc sin.are cos p_red) (20)

Ah ...... vodorovná odchylka od středové polohy

Koncepce ochranných modulů proti zemětřesení připouští, aby amplitudy kmitání mohly být velké, takže v případě extrémních pohybů půdy existuje dostatečný volný prostor pro kmitání relativně vůči základové desce, a to i tehdy, když výchozí polohou ke kmitání nebyl střed. Vlivem posunutí způsobeného silou větru a příslušným vykývnutím po zemětřesení může být poloha budovy různá. Tam, kde by tato skutečnost nevadila, mohlo by se vystačit bez přídavného centrování budovy a podepření proti síle větru. Avšak tam, kde existuje požadavek, aby budova zůstala stále ve stejném místě, je zapotřebí přídavného zařízení k přesnému vycentrování.

* φ · · · · φ φ · · φ » φφφ φ * φ 9

Λ Ό · Φ φ. Φ Φ Φ · Φ Φ Φ »

Η Ο * Φ φφφφφφφφ φφφφ · ·· φφ ·· *φ

Na obr. 25 je znázorněno jednoduché řešení vodorovného podepření. Takového zařízení je zapotřebí alespoň na dvou místech budovy, avšak může být integrováno i do jediného ochranného modulu proti zemětřesení.

Se základovou deskou 6 je svým dolním koncem spojena předepnutá tažná pružina 41. Tato tažná pružina 41 nese na svém horním konci čep 42. který je axiálně posuvně uložen ve sférickém kloubovém uložení 43, které je pevně spojeno s nesenou konstrukcí. Tažná pružina 41 je předepnuta do té míry, že vodorovná páková síla ve výšce kloubového uložení 43 působí proti maximální očekávané větrné energii neboli síle větru, aniž by došlo k naklonění čepu 42 ohybem tažné pružiny 41 a oddálením závitů tažné pružiny 41 na jedné její straně. Dojde-li však k vodorovnému pohybu základové desky 6 vůči hmotě nesené budovy v důsledku zemětřesení s vysokým zrychlením, čímž vznikne z hmoty budovy impuls, který účinek větrné energie podstatně převýší, vzniklý moment prostřednictvím páky čepu 42 tažnou pružinu 41 vyhne. Základová deska 6. vykoná vůči budově přemístění ε. Při dalším posunutí po překonání tohoto počátečního momentu se velikost síly nezvětšuje již lineárně, nýbrž degresivně. Tímto způsobem se reakční síla tažné pružiny 41 prostřednictvím vykývnutí S_ udržuje na malé hodnotě.

Vodorovné podepření může být použito i v obráceném uspořádání, přičemž kloubové uložení 43 bude spojeno se základovou deskou 6 nebo bude zapuštěno do základu, přičemž konec čepu 42 s tažnou pružinou 41 bude upevněn zavěšením na nesené konstrukci 5 1 objektu 1_.

t ·· ·*Φ· »· »··· *· • · » 9 9 9 9

9 9 9 9 9 * • · *99 99 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9

99 9 9 9 9 9 9 · 9 9 9

Na obr. 26 je znázorněno podobné řešení pro centrování budovy s pružným blokem 48 z elastomeru. Při vhodném dimenzování tohoto pružného bloku 48 je chování srovnatelné s chováním řešení podle obr. 25. Pouze zde neexistuje žádný výrazný moment utržení z klidu. Pohyb se uskutečňuje ze začátku stále v závislosti na vodorovné síle. I u tohoto provedení je možné opačné uspořádání.

Na obr. 27 znázorňuje zařízení k centrování budovy, u něhož se přidržovací zařízení 50 upevní pod nesenou konstrukcí 51 budovy v alespoň dvou bodech. Centrovací koule 44 uložená v kulovém loži 49 je tlačena pružinou 47 do centrovacího trychtýře 45 svislou silou Fv, která je v rovnováze s maximálně očekávatelnou vodorovnou silou Fh, přičemž platí

F_v = F_h tg(y/2) (21)

F_v ..... svislá síla Fh ..... vodorovná síla γ ...... úhel rozevření centrovacího trychtýře

Je-li svislá síla F_y větší než síla, která může být vyvolaná silou větru, a než síla, která pochází z impulsu při zemětřesení, je centrovací koule 44 tlačena proti pružině 47 prostřednictvím pístu 52 v důsledku vodorovného posunutí centrovacího trychtýře 45 se základovou deskou 6 a dostane se do oblasti centrovacího trychtýře 45 s klesajícím sklonem, respektive s větším úhlem χ rozevření. Tím vodorovně přenášená síla klesá a klesne na nulu tehdy, jakmile centrovací koule 44 opustí oblast centrovacího trychtýře 45 a odvaluje se po rovné ploše.

Tekutina tlačená pístem 52 teče přes zpětný ventil 53 do externí zásobní nádrže nebo do integrovaného vyrovnávacího prostoru 5 5. Při ·· 9999 ·4·9

9 9 • 9 9

9 9 9

9 9 9

99

99

9 9

9 9

9 ·

9 9 možném zpětném odpružení se rychlost vyjetí pístu 52 zbrzdí tím, že tekutina může protékat zpět pouze přes škrticí klapku 30.

Při rychlém kmitání základové desky 6. nezůstane pomalu se vracející centrovací koule 44 opět ve strmém středu centrovacího trychtýře 45, nýbrž v oblasti s menším sklonem. Proto jsou přenášené vodorovné síly malé.

Když kmitání ustane, usadí se centrovací koule 44 ve strmější části centrovacího trychtýře 45 a opět centruje nesený objekt X pomocí opět působící vyšší přidržovací vodorovné síly Fh.

Na obr. 28 je znázorněna jiná forma centrování budovy a podepření proti síle větru. Mezi boční stěnou suterénu 22 budovy a svislou stěnou základu 20 na základové desce 6. jsou na dvou navzájem protilehlých stranách uspořádány alespoň dvě vodorovné podpěry 24 a na dvou zbylých stranách obdélníkové budovy je uspořádán vždy alespoň jeden podpěrný element. Vodorovná podpěra 24 je znázorněna ve vodorovné poloze, přičemž směr pohybu kladek 25 je vodorovný a dochází k němu ve stejné výšce svislé stěny základu 20. Všechny ostatní objekty schematického zobrazení jsou znázorněny ve svislém řezu. Vodorovná podpěra 24 sestává z hydraulického válce 40 s pístní tyčí vysunutou zcela k dorazu, která je na svém konci opatřena pojezdovým ústrojím s jednou nebo více kladkami 25. Mezi kladkou 25 a lamelou 26 na stěně základové desky 6_ jako odvalovací dráhy je upravena minimální vzduchová mezera při přesném centrování dolní části budovy uvnitř základové desky 6. Směr odvalování kladek 25 je vodorovný. Aby pístní tyč s pojezdovým ústrojím zachovala svůj směr, je konec pístní tyče spojen s hydraulickým válcem 40 prostřednictvím kolenového kloubového pákového mechanismu jako pojistkou proti

9 otáčení. Když se svislá stěna základu 20 přibližuje k suterénu 22 budovy, prostřednictvím kladky 25 a pístní tyče se píst zasune do hydraulického válce 40 a přitom vytlačí přítomnou kapalinu, která proudí do jednoho nebo více hydraulických zásobníků 127, které mohou být vytvořeny jako membránové, roztažné nebo pístové zásobníky, a která stlačí na druhé straně membrány 28 plyn, vzduch nebo dusík. Proto působí hydraulicky válec 40 jako pružná podpěra s plynovou pružinou. Je-li pístní tyč zcela vysunuta k mechanickému dorazu v hydraulickém válci 40, nachází se regulační ventil 29, řízený prostřednictvím pístní tyče, v otevřené poloze. Tlak plynu v hydraulických zásobnících 127 tlačí tekutinu škrticí klapkou 30. otevřeným regulačním ventilem 29 zpět do zásobní nádrže 32. Je-li pístní tyč v důsledku přiblížení svislé stěny základu 20 k suterénu 22 budovy zasunuta do hydraulického válce 40, regulační ventil 29 je otevřený a tekutina teče z tlakového potrubí 33 do hydraulických zásobníků 127, takže tlak se vytváří tak dlouho, dokud jím způsobená síla nezpůsobí vysunutí pístní tyče z hydraulického válce 40 a těleso budovy se opět neuvede do své nulové polohy. Proto je budova uvedena do své střední polohy. Tento postup je účinný tehdy, když síla větru vychýlí budovu v důsledku její snadné posunutelnosti vůči základové desce 6. z její střední polohy. Protože se síly větru nemění skokově, nýbrž k jejich vzniku a nebo zániku je vždy zapotřebí určité doby, je přivádění a odvádění tekutiny přes škrticí klapku 30 dostatečně rychlé, aby byl tento regulační postup udržen na požadované hodnotě, to znamená, aby byla budova udržována ve své střední poloze. Dojde-li k přiblížení svislé stěny 22 k budově rychleji, jako je tomu při zemětřesení, je přivádění tekutiny do pneumatického pružného systému a odvádění tekutiny z tohoto pneumatického pružného systému přes škrticí klapku 30 v důsledku rychlého přemísťování pístu, a tudíž otevírání a zavírání regulačního ventilu 29 v rychlém sledu, malé. Síla plynové pružiny v hydraulickém válci 40, která byla nejprve v rovnováze s příslušnou silou větru, se mění v důsledku ploché pružnosti a přivádění a odvádění přes škrticí klapku 30 ve frekvenci zemětřesení při pohybech pístu a regulačního ventilu 29 jen málo. Systém může být dimenzován tak, že tyto síly způsobující zrychlení zůstanou tak malé, že způsobí vzhledem k hmotě budovy jen velmi malá účinná zrychlení v rychlejším sledu při změně frekvence zemětřesení. Hydraulický systém je zásobován centrálně z jedné zásobní nádrže 32 prostřednictvím čerpadla 36 poháněného motorem 34, který je ovládán spínačem 35 regulátoru tlaku. Přívod energie pro pohon by mohl být soběstačný v důsledku využití solární energie nebo větrné energie. Hydraulická energie je tlumena v baterii hydraulických tlakových akumulátorů 3 8, takže výkon čerpadla 36 může být malý. Při zemětřesení je k dispozici dostatečně velká externí energie, která může být v tomto zařízení současně využita, takže podle jedné varianty se píst vodorovného podepření zkombinuje s pístovým čerpadlem 37. Při rychlém pohybu základové desky 6 vůči konstrukčnímu tělesu dopravuje proto pístové čerpadlo 37 tekutinu ze zásobní nádrže 32 do hydraulických tlakových akumulátorů 38 a pokrývá tím hmotnostní tok, který vznikne tím, že tekutina proudí z pružícího systému, sestávajícího z hydraulického válce 40 a z hydraulického zásobníku 127, přes škrticí klapku 30 regulačním ventilem 29, otevřeným frekvencí zemětřesení v průběhu půlvlny, do zpětného vedení.

Na obr. 29 je znázorněno vodorovné podepření prostřednictvím kulisy 3 9. Pomocí tohoto provedení mohou být prováděny zvlášť velké výchylky a změny odstupu vůči svislé stěně základu 20. Kulisa 39 je uložena na stojanu 46 upevněném na tělese budovy a prostřednictvím jednoho nebo více válců 40 neseném stěnou suterénu 22 budovy, který nese na svém konci kladkové pojezdové ústrojí s jednou nebo podle ···· • ·

velikosti zatížení více kladkami 25. které se mohou pohybovat na pojezdové dráze z lamel 26 na svislé stěně základu 20 základové desky 6.. Místo kladek 25 je možno použít smýkadel z vhodných kluzných materiálů. Na stojanu 46 se dále nachází regulační ventil 29. který je ovládán kulisou 39 a má stejnou funkci jako u provedení podle obr. 28. V ostatních podrobnostech odpovídá toto hydraulické zařízení provedení podle obr. 28.

Rovněž toto zařízení je zapotřebí pro jednu stavbu v alespoň šesti provedeních, aby se zajistila požadovaná poloha budovy ve třech osách, to znamená ve dvou vodorovných a jedné svislé ose. Toto provedení kulis 39 pro vodorovné podepření umožňuje dosahování velkých hodnot amplitud kmitání vůči základové desce 6_.

Pružící systém, sestávající z hydraulického válce 40 a z dále zařazených hydraulických akumulátorů, jako u příkladu podle obr. 28, má bez vnějších vodorovných posunovacích sil v důsledku působení větru počáteční pružnost podle funkce

F_o = Co.f (22) přičemž f je pružný zdvih. Při větších pružných zdvizích není charakteristika lineární, nýbrž v důsledku stlačení plynu odpovídá charakteristika funkci polytropní komprese. Při střídavé změně polohy základové desky 6. vůči nesenému konstrukčnímu tělesu o přemístění ε bude síla AFp účinná jako síla ze zrychlení působící na hmotu konstrukčního tělesa. Při větru automaticky vzroste podpěrná síla systému podle síly větru, jak je popsáno u provedení podle obr. 28, aniž by se podstatně změnila poloha konstrukčního tělesa. Dojde-li nyní v průběhu zatížení větrem silou Fw současně k pohybu v důsledku zemětřesení a ke změně polohy základové desky 6 vůči budově o přemístění ε, vzroste síla v podpěrném pružícím systému podle funkce

Fw ^— C2.f+Fw (23)

Tato funkce má poněkud větší strmost než funkce vycházející z nulového bodu, protože poměr vytlačených objemů tekutiny při stlačení pružícího systému vůči objemům plynu se změnil. Při stlačení pružícího systému o hodnotu přemístění ε se nyní podpěrná síla zvětší o hodnotu diferenční síly AFw a tato diferenční síla AFw působí jako síla ze zrychlení působícího na hmotu budovy a není o mnoho větší než síla AFp při bezvětří.

Na obr. 30 ie znázorněno v podstatě stejné vodorovné podepření prostřednictvím kulisy 39. popsané podle obr. 29. Toto provedení je přídavně opatřeno pístovým čerpadlem 37. které je uspořádáno mezi: kulisou 39 a stojanem 46, stejně jako hydraulický válec 40. Pístové čerpadlo 37 má stejnou funkci, jak je popsáno u provedení podle obr. 28.

Na obr. 31 je znázorněn princip systému pro centrování a kompenzaci sil větru, u něhož je pod suterénem 22 budovy 5 1. která je nesena ochrannými moduly 56 proti zemětřesení a je vůči svislé stěně základu 20 základové desky 6. podepřena vodorovně prostřednictvím podpěrného zařízení 27 proti síle větru, uspořádána zvláštní část budovy 51 s jedním nebo více suterény 22 oddělená od horní části budovy 5 1 a podepřená ve svislém směru vlastními ochrannými moduly 56u proti zemětřesení.

Tato zvláštní část budovy je uložena se zvlášť nízkým třením a s automatickým centrováním a není vystavena žádnému vlivu větru, to znamená, že nepotřebuje ani žádné podpěrné zařízení proti síle větru a nachází se stále ve své střední poloze i tehdy, když základová deska 6

kmitá, a slouží jako referenční uložení pro centrování. Mechanickým nebo bezdotykovým měřením vzdáleností ve dvou osách mezi vždy dvěma referenčními body 60 na horní části a dolní části budovy 51 se zjišťuje regulační veličina pro regulaci podpěrného zařízení 27 proti síle větru.

4.6 Svislá izolace chráněného objektu proti kmitání

Pro stavby s určitým poměrem výšky k šířce, u nichž neexistuje žádný sklon k naklonění svislé osy budovy v důsledku gravitace, může být uspořádáno přídavné zařízení pro zmenšení nebo pro úplné eliminování svislých zrychlení.

Toto provedení by bylo výhodné u nemocnic a průmyslových zařízení s citlivými výrobními procesy a u chemických a nukleárních zařízení.

Budova podepřená pomocí této technologie zůstává téměř úplně v klidu.

Setrvačnost budovy vůči zrychlením vodorovně kmitající základové desky 6 vyvolá jako reakci smykové síly v konstrukci budovy, které při zemětřesení často způsobí překročení smykových napětí, kterým materiály mohou odolávat. Smykové síly vzniklé vodorovným kmitáním jsou hlavní příčinou porušení konstrukce budovy. Naproti tomu svislým zrychlením bude budova odolávat bez poškození, protože při pevnostním dimenzování budovy se zohlední vlastní a provozní zatížení prostřednictvím bezpečnostního faktoru nebo několikanásobku stupně namáhání materiálu. Ze zrychlení základové desky ve svislém směru proto všeobecně nevznikne žádné

00·· • · · · • 0 0 0 poškození konstrukce, leda že by se při překročení hodnoty 1 g svislého zrychlení při nedostatečném upevnění objekt vytrhl z ukotvení v základové desce a dalšími vlivy poškodil.

Jestliže se přesto tlumení kmitání ve svislém směru považuje za výhodné, může se ochranný modul proti zemětřesení opatřit dodatečným svislým pružením.

Na obr. 32 je schematicky znázorněn příklad odpružení nesené budovy 5 1. Podpěra 16 budovy 51 je vytvořena jako hydraulický válec 64 s integrovaným regulačním šoupátkem 61 pro regulování výšky a zatížení nese na pístní tyči 62. Na dolním konci hydraulického válce 64. je otočně kolem jedné osy připojen spojovací element 8. ochranného modulu proti zemětřesení. Výkyvné páky 63 působí jako zajištění hydraulického válce 64, pohybujícího se nahoru a dolů, proti otáčení, aby spojovací element 8. nemohl vykonávat otáčení kolem svislé osy.

Přívod tekutiny se provádí prostřednictvím tlakové přípojky 65., přičemž zpětným potrubím 66 se oběh tekutiny pružící podpěry odlehčí. Tlakový prostor 67 hydraulického válce 64 je prostřednictvím přípojky 68 spojen s jedním nebo více hydraulickými tlakovými akumulátory 38. Pomocí objemu hydraulických tlakových akumulátorů 3 8 je určena hydropneumatická pružnost.

Když se zdvihem hydraulického válce 64 svislým pohybem základové desky 6 zmenší objem tekutiny v hydraulickém válci 64 vůči objemu v hydraulických tlakových akumulátorech 38, vzroste tlak v hydraulických tlakových akumulátorech 3 8 jen nepatrně.

• ·· · ··

Kvocient zvýšení tlaku vůči výchozímu tlaku představuje stupeň zrychlení vztažený na hodnotu 1 g, v důsledku kterého bude mít nesená hmota svislé zrychlení při svislých pohybech půdy. Vhodným dimenzováním je možno dosáhnout každého požadovaného snížení zrychlení. Zvlášť výhodně je možno dosáhnout s viskoelastickými tekutinami velmi plochých pružících charakteristik.

Na obr. 33 je znázorněno svislé odpružení srovnatelné s provedením podle obr. 32, přičemž u tohoto provedení se pružná podpěra 69 opírá o ochranný modul 56 proti zemětřesení podle schématu z obr. 21, do nějž je integrováno centrovací a sílu větru zachycující podpěrné zařízení 70 podle schématu z obr. 25. Tlaková přípojka 65, zpětné potrubí 66 a přípojka 68 jsou zde uspořádány stejně jako u provedení podle obr. 32 a slouží k přivádění a odvádění tekutiny, jakož i ke spojení s hydraulickými tlakovými akumulátory 3 8.

4.7 Zajištění objektů na pilotách proti zemětřesení prostřednictvím virtuálních kyvadel

Objektům, jako jsou osvětlovací tělesa nebo informační tabule na stožárech nebo pilotách, hrozí při silných vodorovných kmitáních zlomení nebo ulomení, protože může dojít k zesílení pohybů a ke zvětšení maximálního zrychlení v důsledku rezonance kmitání.

Zatímco poloha základové desky zůstává při kmitání půdy ve vodorovném i svislém směru v podstatě rovnoběžná s výchozí polohou, vykonává horní konec piloty nebo stožáru, sloužící jako základ pro nesení dalšího objektu nebo ochranného modulu proti zemětřesení, přídavný pohyb v důsledku ohybu piloty nebo stožáru a v důsledku naklonění základu nesoucího tento další objekt.

···· ·· ···· • · · · e · e » • ··· ····** • · · · · · · · ·

34. Velikost hmoty nesené stožáru. Ohybový moment

Tato skutečnost je znázorněna na obr. na špičce stožáru má silný vliv na kmitání způsobený reakční silou hmoty při vodorovném zrychlení je u stožárů bez zatížení jejich vrcholu malý a je způsoben pouze vlastní hmotou, takže ohyb a naklonění horního konce stožáru budou menší.

Je-li mezi koncem stožáru a neseným objektem uspořádán ochranný modul proti zemětřesení, je špička stožáru zatížena ještě přídavně hmotou tohoto ochranného modulu proti zemětřesení, která může být podstatně menší než je hmota neseného objektu. Tím se úhel ohybu konce stožáru zmenší.

Aby nesený objekt nebyl vystaven přídavným změnám sklonu konce stožáru, protože tím vzniklé otřesy kolem vodorovné osy tento objekt mohou ohrožovat a vyřadit z funkce, musí být rovněž změna sklonu kompenzována nebo alespoň velmi zmenšena ochranným modulem proti zemětřesení.

Na obr. 35 je znázorněno v bokorysu a dílčím řezu ochranné zařízení proti zemětřesení, uspořádané na horním konci stožáru 71. Toto ochranné zařízení proti zemětřesení podpírá nosič 72, sloužící například k uložení osvětlovacích těles.

Obr. 35a představuje příčný řez provedením z obr. 35 a obr. 35b představuje půdorys provedení z obr. 35.

Stožár 71 nese na svém horním konci čtyři nosná ramena 73, z nichž vždy dvě nosná ramena 73 nesou jeden nosník 74, na jehož

čtyřech koncích je otočně kolem dvou os upevněno vždy jedno zavěšené kyvadlo 2.

Nosič 72 je otočně kolem jedné osy uložen prostřednictvím dvou podpěr 75 na dvou spojovacích elementech 8_. Spojovací elementy Ř jsou zavěšeně otočně kolem dvou os uloženy na dvou kyvadlech 2 a ve třetím bodě jsou s uložením otočným kolem dvou os podepřeny stojícím kyvadlem 7, které je svým dolním koncem uloženo otočně kolem dvou os na horním konci stožáru 71. Podpěrné elementy, to znamená zavěšené kyvadlo 2 a stojící kyvadlo ]_, jsou uspořádány prostorově s takovým sklonem, že při naklonění osy horního konce stožáru 71 od svislice zůstane nosič 72 v přibližně vodorovné poloze. Oddělením kmitání nosiče 72 s jeho zatížením od kmitání stožáru 71, které bylo vybuzeno základovou deskou, nepůsobí nesené hmoty svými reakčními silami na stožár 71 a zmenšují jeho zatížení.

Na obr. 36 je znázorněna izolace kmitání pro ochranu osvětlovací jednotky na stožáru 71 proti zemětřesení, u níž je použito virtuálního kyvadla podle principu znázorněného schematicky na obr. 21.

Na horním konci stožáru 71 jsou uspořádána tři přidržovací ramena 76. u tohoto příkladu provedení vždy ve formě prstence, která ve svém horním vrcholu nesou v ložisku Otočném kolem dvou os podpěrný element 11, neboli šikmo uspořádané kyvadlo. Na dolním kloubu 12 je nesen spojovací element 9, který má v půdorysu na obr. 36a tvar třípaprskové hvězdy. Spojovací element 9 nese na své špičce v kardanově ložisku 77 podpěrné těleso 78, na němž jsou uspořádána tři paprskovitá ramena 79, jichž může být i větší počet, která jsou spojena s prstencem 80, nesoucím lampy 81.

• 9 *

9· ·9· 9 · 9 9 9 9 • 9 · 9 9 • · 9 · 9

9 9 9 9

9 9 9 9 «

9999 9 ·9 '99

99

Kyvadla jako podpěrné elementy 11 mohou být provedeny stejně jako u provedení podle obr. 36b z lana.

Pro spojení mezi stožárem 71 a lampami 81 může jako elektrická průchodka sloužit pružná zvlněná trubka.

Na obr. 37 je znázorněn druhý příklad použití virtuálního kyvadla na principu podle obr. 21, a to pro oddělení kmitání nosných ramen 82 lamp od kmitání stožáru 71, jehož vlastní kmitání je superponováno s kmitáním půdy.

Stožár 71 nese na svém horním konci tři přidržovací ramena 76, k jejichž koncům je připojeno vždy jedno kyvadlo jako podpěrný element 11, které je vytvořeno buď jako tuhý podpěrný element s uložením otočným kolem dvou os na obou svých koncích nebo jako jednoduchá struktura z lan, přičemž kyvadla nesou spojovací element 9_ ve formě trojnožky, která ve svém kardanovém ložisku 77 nese zavěšené podpěrné těleso 78, které je jako nosič lamp pevně spojeno se třemi nosnými rameny 82.

Obr. 38: U tohoto provedení uložení skupiny lan na stožáru 71 pro oddělení kmitání od kmitání půdy použije virtuální kyvadlo, provedené na principu podle obr. 23. Tři nebo více přidržovacích ramen 76 nese na horním konci stožáru 71 pomocí lan 83, nebo alternativně pomocí kyvadel 2. s kardanovými ložisky na obou koncích, spojovací element 8. s hvězdicovitě uspořádanými nosnými rameny 73., jejichž počet odpovídá počtu kyvadel 2.

·· ····

Ve středu 13 spojovacího elementu 8. je kardanově uložen svislý podpěrný element 14. Dolní konec svislého podpěrného elementu 14 je ve stožáru 71 uložen otočně radiálně kolem dvou os, přičemž je uložen zároveň axiálně posuvně.

Na horním konci svislého podpěrného elementu 14 je v kardanově ložisku uložen nosič 82 s více nosnými rameny 79, nesoucími lampy 81.

Obr. 39 znázorňuje variantu s využitím stejného principu jako u provedení podle obr. 38. U znázorněného provedení jsou přidržovací ramena 76 umístěna uvnitř uspořádání kyvadel 2.. Kyvadla provedená z lan 83 nebo kyvadla 2 s klouby na svých obou koncích, otočnými kolem dvou os, nesou prstenec 80. který paprskovitými nosnými rameny 73 nese ve svém středu náboj 84, v němž je upevněn v kardanovém ložisku 77 svislý podpěrný element 14. V ostatních podrobnostech odpovídá toto provedení příkladu podle obr. 38.

4.8 Zajištění zavěšených objektů proti zemětřesení pomocí virtuálních kyvadel

Objekty zavěšené na stropech budovy, jako jsou například lampy, informační a zobrazovací tabule, se rovněž při kmitání budovy uvedou do kmitání. Zavěšené objekty představují samy kyvadla a při svých obvyklých rozměrech se mohou dostat do rezonančního kmitání. Výchylka kmitání se zvětší a zavěšené objekty mohou narážet do stropu, čímž se mohou poškodit nebo zničit a někdy i utrhnout. Ohrožení zavěšenými elektrickými objekty spočívá v nebezpečí vzniku elektrických krátkých spojení a požárů. Těžké zavěšené objekty, jako *

99 9

9 9

jsou velké lustry a sálech a halách, představují při utržení i ohrožení osob.

U existujících budov proto může mít smysl zmenšit u zavěšených objektů potenciál ohrožení tím, že se tyto objekty zavěsí na virtuální kyvadla.

Obr. 40 znázorňuje zavěšení osvětlovací jednotky na virtuálním kyvadle na principu podle obr. 21.

Na třech lánech 83 (kabelech) upevněných ve třech rohových bodech rovnostranného trojúhelníku na stropě místnosti a uspořádaných přibližně stejně šikmo směrem dolů ke společnému středu je zavěšen trubkový stojan ve formě trojstranné pyramidy 85.Ve špičce této pyramidy 85 je otočně kolem dvou os, v nejjednodušší formě prostřednictvím dvou navzájem řetězově spojených prstenců, zavěšena tyč 86 jako nosič lamp.

Obr. 41 znázorňuje lampu zavěšenou na virtuálním kyvadle velké délky v provedení odpovídajícím provedení podle obr. 40. U znázorněného provedení sestává spojovací element 9 ze tří přidržovacích ramen 76, která tvoří hrany trojstranné pyramidy.

Obr. 42: Na vždy dvou virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 11 jsou zavěšena v řadě svítidla 87. Stabilní podpěrný element je tvořen kyvadlem 2 zavěšeným na stropě ve formě otočně kolem dvou os upevněné tyče, lana nebo řetězu, a nese konec spojovacího elementu 8.. Nosná konstrukce 5. sestává ze čtyř Členů ve formě tyčí, lan nebo řetězů upevněných na stropě a tvořících hrany opačně zavěšené pyramidy, v jejímž vrcholu je vytvořen podpěrný bod 88 otočně kolem • 9 9 >9 9 99 9 99 91

9 9 9

9 9 9

9 9 9 9 > 9 9 9 9 >9 9 9 99 4 dvou os uloženého úložného bodu nestabilního podpěrného elementu ve formě stojícího kyvadla 7, které je na svém horním konci spojeno otočně kolem dvou os s dalším koncem spojovacího elementu 8_. Na spojovacím elementu 8. je otočně kolem jedné osy zavěšena podpěra 89, na níž je ve svislém směru pružně zavěšeno svítidlo 87.

4.9 Tlumení kmitání prostřednictvím stožárů na virtuálních kyvadlech

Výškové domy, štíhlé věže, vysoké stožáry a komíny jsou uváděny zemětřesením a silným větrem do příčného kmitání, které může mít kritické účinky. Aby se zmenšila napětí při vychylování, způsobující deformaci, a aby se předešlo únavě materiálu, používají se velmi účinné tlumiče kmitů, zmenšující amplitudu kmitů. Za tím účelem se na horní část stavby, nebo u štíhlých komínů a pomocí lan upevněných stožárů, přidává v místech, kde dochází ke vzniku největších amplitud kmitání, uspořádají přídavné hmoty schopné vlastního kmitání, které se spojí s budovou prostřednictvím pružných podpěrných členů a tlumičů nebo jsou pohybovány aktivními systémy, aby svými reakčními silami působily jako tlumiče kmitání proti vlastnímu pohybu budovy.

Pro podepření těchto přídavných hmot je možno s výhodou použít virtuálních kyvadel. Při nejmenším nároku na místo mohou být upravena virtuální kyvadla jednoduchým způsobem pro každou požadovanou vlastní frekvenci podepřené nesené hmoty volnou volbou rozměrů a vztahů mezi nimi.

U aktivně poháněných tlumičů kmitání je při použití virtuálních kyvadel výhodné zavěšení hmot s velmi malým třením a libovolně nastavitelná perioda vlastního kmitání.

9 ·» 4·«·

9 · 9 9 ' ’ ' · · * · * ·· · · 4 9 9 9 9 ' 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 » 4 · 9 9 · · · 9 9 ···· · 44 99 44 4«

Obr. 43 znázorňuje pasivní tlumič kmitání ve věži. Tři virtuální kyvadla Pv na principu odpovídajícím obr. 11 podpírají takzvanou tlumicí hmotu 90. Pružné tlumiče 91 podpírají tuto tlumicí hmotu 90 vodorovně vůči hmotě budovy.

Obr. 44: Znázorněný aktivní tlumicí systém kmitání sestává z tlumicí hmoty 90. podepřenou třemi virtuálními kyvadly Pv na principu který odpovídá provedení podle obr. 11. Na principu odpovídajícímu obr. 9 je na třech virtuálních kyvadlech, která mají v místech uložení velmi malé tření, mají malou hysterezi pro návrat do střední polohy a jsou dimenzována na dlouhou periodu vlastního kmitání, podepřena referenční hmota 92..

Čidla 93 pro zjišťování polohy referenční hmoty 92, oddělené od pohybu konstrukce budovy prakticky v obou vodorovných osách, ve vztahu k poloze budovy, prostřednictvím regulačního zařízení dodávají nastavovací veličiny do ovladačů 94 pro pohyb tlumicí hmoty 90..

Obr. 45 znázorňuje systém tlumení kmitání s podepřením tlumicí hmoty 90 třemi virtuálními kyvadly Pv na principu, který odpovídá provedení podle obr. 13, který může být použit pro aktivní nebo i pasivní systém. V tomto příkladu provedení jsou podpěrné elementy zatížené tahem provedeny jako lana 83.

Obr. 46 znázorňuje podepření tlumicí hmoty 90 nebo referenční hmoty 92 u aktivního systému na třech virtuálních kyvadlech Fv na principu, který odpovídá obr. 21. V tomto příkladu provedení jsou stabilní podpěrné elementy 11 provedeny jako struktury z lan.

»*·· ·· ···· • · · • · ···· ·

» # 9 tt »· • · • * • · • · ··

Obr. 47: U systému tlumení kmitání, určeného pro trubkové stožáry, je tlumicí hmoty 90 ve formě prstence uspořádána mimo stožár a podepřena třemi virtuálními kyvadla Pv na principu, který odpovídá obr. 11. Stabilní podpěrný element, to jest kyvadlo 2_, není přímo spojen se spojovacím elementem 8^, nýbrž je prostřednictvím nástavce 95. který nepůsobí jako kyvadlo, a vložené páky 96. uložen ve vyšší rovině a tím zabírá v radiálním směru málo místa, čímž se zmenší odpor pro průchod vzduchu. Obložením 97 se tlumení tlumičem kmitání nesčítá se silami větru.

Obr. 48: U pasivního systému tlumení kmitání, určeného pro stožár z příhradové konstrukce, je tlumicí hmota 90 pro zmenšení odporu při průchodu vzduchu uspořádána ve formě plochého prstencového kotouče kolem stožáru a podepřena třemi virtuálními kyvadly Pv podle principu, který odpovídá obr. 11. Odpružení je kromě automatického centrování virtuálními kyvadly Py_ provedeno pružinami 98 na dolním kloubu nestabilního podpěrného elementu 7. Tlumení je provedeno třecím kotoučem 99. Stabilní podpěrné elementy 2. jsou vytvořeny z lana.

Aby funkce nebyla ovlivněna silami větru, je tlumicí konstrukce prakticky zakryta obložením 97 s malým aerodynamickým odporem.

4.10 Zmenšení nebezpečí ztekucení půdy (liquefaction)

Velké zmenšení nebezpečí ztekucení půdy

Při kmitající půdě vyvolávají střídající se momenty pocházející z kmitání budov vzrůstající zatížení základu, která u určitých podloží

mají za následek změkčení půdy a zmenšení nosnosti půdy, takže budovy mohou do podloží klesat.

Protože budovy podepřené virtuálními kyvadla jsou od vodorovných kmitání půdy téměř úplně izolovány, není hmota budovy vystavena žádnému vodorovnému zrychlení, takže nevznikají žádné reakční síly z klopných momentů hmoty budovy a účinky, které způsobují změkčení půdy, se odstraní nebo v mezním případě zmenší.

Reakční síly hmoty budovy způsobí při vibracích u určitých podloží ztekucení půdy s fatálními účinky. Půda se stane vysoce viskozní kapalinou a budovy se v půdě nakloní nebo klesnou. Je-li hmota budovy menší než hmota půdy nebo zeminy, kterou zaujímá objemový podíl stavby uložené v půdě, budova při ztekucení půdy plave a z půdy se zvedá. Ochrannými moduly proti zemětřesení na bázi virtuálních kyvadel se reakční síla hmoty budovy sníží na 3/1000. Ztekucení se v mezních případech zabrání.

Při vodorovném kmitání půdy se ke statickému zatížení základové desky přičítá pár sil měnící směr synchronně s kmitáním pro zachycování klopného momentu budovy způsobeného zrychlením hmoty budovy.

Měnící se přídavné zatížení na okrajích základové desky ze zrychlení hmoty budovy se určí podle vztahu (24) m ..... hmota budovy a ...... zrychlení v těžišti budovy h_m..... výška těžiště budovy nad klopnou hranou základní desky

L = m.a.67

W ..... největší odstup klopných hran základové desky ve směru kmitání půdy

Měnící se tlaky v půdě způsobují ve vlhké půdě čerpání vody v ní obsažené. Tím se pulsujícím zaplavováním vodou zmenšuje tření mezi částicemi půdy, jako je písek a hrubý písek, z půdy se stane viskózní tekutina a půda se zkapalní na kaši.

Tím může dojít k poklesu budov v půdě a při nesymetrickém působení těchto vlivů i k jejich převrhnutí.

U podepření objektů podle vynálezu výše uvedené reakční působení nesené hmoty však nenastává, protože nesená hmota není vystavena žádnému podstatnému zrychlení. Statické zatížení základové desky se neskládá se střídavými zatíženími z klopných momentů. Nebezpečí ztekucení půdy se ve velké míře sníží.

Obr. 49: Aby se i u velmi měkké a mokré půdy dále snížilo nebezpečí ohrožení budov chráněných proti zemětřesení virtuálními kyvadly P_v, je základová deska jako základna pro ochranné moduly proti zemětřesení provedena tak, že dolní část budovy nacházející se v půdě je podle hustoty okolní půdy provedena jako lehká tuhá konstrukce a je dimenzována tak, aby hmotnost jejím objemem vytlačené půdy odpovídala hmotnosti celé budovy.

Aby se snížily účinky mechanických sil na základovou desku v důsledku kompresních vln v půdě, je dolní strana 100 základu zakřivena k okraji a směrem ven se zvedá.

Obr. 50: Je-li u vlhké půdy pod sedimentační vrstvou v nepříliš velké vzdálenosti dosažitelná pevnější půda nebo skalnatý podklad, je provedení základu podle obr. 49 navíc opatřeno pilotami 103 pro takzvané pilotování základu.

4.11 Těsnění mezi základovou deskou a neseným objektem

Obr. 51: Mezi vnější stěnou suterénu 22, která je zapuštěna v půdě a při zemětřesení vykonává vodorovné kmitavé pohyby s půdou, a konstrukcí budovy 51, podepřenou ochrannými moduly proti zemětřesení na principu virtuálních kyvadel, která zůstává v klidové poloze na jednom místě, je upravena dilatační spára 113, která by však neměla být propustná pro vítr, prach, vlhkost a hmyz.

Na jedné straně dilatační spáry 113, s výhodou na horní straně, jsou upraveny pásy z drátěných kartáčů 101 a mezery mezi nimi jsou vyplněny upěchovanou izolační vlnou 104. Na protilehlé straně je nastavitelně připevněn kluzný rám 102 se zkosenými hranami.

Obr. 52: Jsou-li ochranné moduly proti zemětřesení navíc pro potlačení svislého kmitání vybaveny svislým odpružením a tlumením, je zapotřebí, aby i těsnění v dilatační spáře 113 bylo opatřeno svislým odpružením.

Ke konstrukci budovy 5 1 izolované proti kmitání nebo k přídavné kluzné ochranné lamele 105 je přitlačován těsnicí rám 106 tvaru U, a to pružnými elementy 107, například ve formě šroubových nebo listových pružin. Těsnicí rám 106 je dolní částí 108 ve tvaru U, která je pevně spojena s vnější stěnou suterénu 22 budovy 51, veden ve svislém směru a vůči dolní části 108 utěsněn kluznými těsnicími lištami • · • ·♦ ·

109 ustavenými pružnou silou. Těsnicí rám 106 je utěsněn vůči konstrukci budovy 51. izolované proti kmitáni, nebo vůči kluzné ochranné lamele 105 těsnicími lištami 109. tlačenými pružnou silou svisle směrem vzhůru, a ucpávkou 110.

4.12 Menší nebezpečí požáru zlepšením situace rozhraní

Obr. 53: Protože hmota budovy 51 je při vodorovném kmitání půdy při změně frekvence urychlována, způsobuje reakční síla této hmoty na půdu prostřednictvím svislých ploch suterénu 22 budovy 51 uloženého v půdě stlačování. V závislosti na vzniklých měrných tlacích se půda pěchuje a odlehčuje, přičemž mezi napájecími vedeními 111 položenými v půdě a přípojkami vedení upevněnými v budově 5 1 dochází ke škubavým pohybům, které mohou způsobit porušení těchto napájecích vedení 111. Porucha plynových a elektrických vedení může vyvolat požár v důsledku krátkého spojení. Tyto časté příčiny požáru je možno potlačit tím, že pěchování půdy a s tím spojené škubání vedení se zmenší, protože měrné tlaky v půdě se sníží a reakční síla již nebude působit ze zrychlení hmoty celé budovy 51, nýbrž jen z podstatně menší části, to znamená z hmoty základu budovy 5 1. Odpovídajícím způsobem se tedy sníží místní nebezpečí porušení vedení.

Uvnitř budovy 51 zajišťují ohebné spojky vedení v zavěšených smyčkách 112 tvaru U to, že při relativním pohybu mezi kmitajícím základem a konstrukcí budovy 51, podepřenou izolovaně proti přenosu kmitání, nedojde k žádnému poškození vedení.

4.13 Tolerování tvorby spár v půdě pod budovami

ΊΟ • 4» • * • * • »

Dokonce i v nejneobvyklejším případě, kdy podél spáry přímo pod budovou se pohybují oba okraje v opačném směru nebo se od sebe oddalují a ponechávají otevřenou spáru, může tuto skutečnost systém podle vynálezu tolerovat, protože ochranné moduly fungují nezávisle na sobě a vyrovnávají změny podpěrné vzdálenosti na základu.

Přesto systém dodává nesené konstrukci stabilitu.

Obr. 54: Rozteč t podpěr 16 budovy 51 je v důsledku pevné montáže neproměnná. Rozteč ochranných modulů 56 proti zemětřesení na základu 20 odpovídá rozteči na horní části budovy 5 1.

Dojde-li v důsledku kompresních vln při zemětřesení k tvoření spár mezi ochrannými moduly 56 proti zemětřesení, zvětší se podpěrná vzdálenost ochranných modulů 56 proti zemětřesení o šířku Sp spáry. Ochranné moduly 56 proti zemětřesení centrují jako virtuální kyvadla podpěrný bod ve středu jeho amplitudy kmitání pod jeho virtuálním závěsným bodem.

Dojde-li ke zvětšení odstupu virtuálních závěsných bodů dvou virtuálních kyvadel, zaujmou navzájem pevně spojené podpěrné body vyrovnávající polohu, takže odchylka od původní střední polohy u obou virtuálních kyvadel je stejná.

4.14 Snížení účinku nárazů při explozích

Na základě menšího odporu neseného objektu proti posunování vůči základu či základové desce se může podle vynálezu budova nebo objekt při působení sil v důsledku pohybu vzduchu, které jsou větší než tlaky způsobené nejsilnějším větrem, a které vznikají při explozích v blízkosti budovy, vychýlit v každém směru, a proto účinek momentů způsobených těmito silami snížit.

Podepření proti síle větru se nastaví automaticky na sílu větru rychlostí změny regulačních veličin, která odpovídá požadavkům změny velikosti síly větru.

Zvýšení tlaku vzduchu na základě exploze však nastane v extrémně krátké době, v jejímž průběhu nedojde automatickou regulací k žádnému podstatnému zvýšení podpěrné síly pro kompenzaci síly větru. Proto se může budova při náhlém zvýšení tlaku v důsledku tlakové vlny při malé protisíle vychýlit zpět, což ne nepodstatně sníží výměnu impulsu.

Přehled obrázků na výkresech

Krátký popis obrázků

Obr. 1 znázorňuje dům podepřený podle vynálezu ochrannými moduly, které představují virtuální kyvadla velké délky s takovým průběhem pohybů, jako by dům byl zavěšen na dlouhých kyvadlech o délce l_v.

Obr. 2 - obr. 4 znázorňují zařízení k ochraně proti zemětřesení podle dosavadního stavu techniky podle vyobrazení z příslušných spisů.

Obr. 5 znázorňuje schematicky matematické kyvadlo s příslušnými vztahovými značkami a funkčními veličinami, které byly

9 9 99 9 99 9999 99 99 • ·.' - 9 9 9 9 · ♦ · ·

999 9 · 9 ·

9 9 9 9 9 9 9 · 9 · • · 9999 9 9 99

99999 99 99 9 · 9 9.

i použity pro základní úvahy v části popisu o názvu „Dedukce k řešení zadané úlohy“.

Obr. 6 a obr. 7 představují skládání neboli superponování harmonického pohybu ve svislém směru nahoru a dolů.

Obr. 8 slouží k objasnění vynálezu a znázorňuje schematicky porovnání stabilního kyvadla a labilního kyvadla jako podpěrných členů.

Obr. 9 znázorňuje zjednodušeně schematicky příklad zařízení, které tvoří virtuální kyvadlo velké délky při poměrně malém rozložení ve svislém směru, a dále znázorňuje princip činnosti pro vyřešení zadané úlohy, podle něhož může jeden bod tohoto kinematického schématu sloužit jako podpěrné zařízení objektu určeného k nesení s průběhem prostorových pohybů takovým, jako by tento bod byl kmitajícím koncem dlouhého kyvadla.

Obr. 10 zjednodušeně znázorňuje půdorys schématu z obr. 9.

Obr. 11 znázorňuje použité vztahové značky ke schématu kyvadla.

Obr. 12 znázorňuje zjednodušeně schematicky variantu schématu z obr. 9.

Obr. 13 znázorňuje virtuální kyvadlo v jedné variantě schématu z obr. 12, u níž jsou páka k otočnému připojení zavěšeného stabilního kyvadla a páka k otočnému připojení stojícího labilního kyvadla umístěny v různých výškových rovinách.

·»»· ·· ···* ·· ·· • · · 0 0 0*·· 00 0 0 0 00··

00 0 000 0 0 0 • 0000 0 0 00 00 00 00 0* ·0.

Obr. 14 - obr. 16 znázorňují virtuální kyvadlo z obr. 13 v různých fázích pohybu.

Obr. 17 znázorňuje virtuální kyvadlo z obr. 13 v pohybové relaci vůči kmitající základové desce.

Obr. 18 zjednodušeně schematicky znázorňuje druhý příklad řešení k uskutečnění virtuálního kyvadla, odlišného od příkladu na obr. 9.

Obr. 19 znázorňuje schematicky v půdorysu příklad z obr. 18.

Obr. 20 a obr. 21 zjednodušeně schematicky znázorňují doplněk k příkladu podle obr. 18 a obr. 19 pro dosažení velké délky virtuálního kyvadla.

Obr. 22 znázorňuje schematicky varianty virtuálních kyvadel.

Obr. 23, 23a, 23b a 23c znázorňují schéma virtuálního kyvadla a fází jeho pohybu.

Obr. 24 znázorňuje relativní pohyb základové desky vůči virtuálnímu kyvadlu.

Obr. 25 znázorňuje principiálně proveditelnou formu zařízení pro centrování a přidržování proti síle větru pro objekt nesený virtuálním kyvadlem.

Φ φ

Obr. 26 znázorňuje zařízení k centrování objektu neseného virtuálními kyvadly prostřednictvím pružného bloku z elastomeru.

Obr. 27 znázorňuje podpěrné zařízení pro centrování a podpěru proti síle větru pro objekt nesený virtuálními kyvadly prostřednictvím koule zatlačované pružnou silou do trychtýře.

Obr. 28 znázorňuje zjednodušeně schéma hydropneumaticky ovládaného systému pro centrování a podepření proti síle větru objektu neseného virtuálními kyvadly.

Obr. 29 znázorňuje zařízení pro centrování a podpěru proti síle větru objektu neseného virtuálními kyvadla prostřednictvím kulisy, která se hydropneumatickou pružnou silou opírá o boční stěnu základu spojeného se základovou deskou.

Obr. 30 znázorňuje stejné zařízení jako obr. 29 s přídavnou integrací hydraulického čerpadla, které odvozuje svou hnací energii z pohybu základové desky při zemětřesení.

Obr. 31 znázorňuje systém pro centrování budovy při zatížení větrem, přičemž část budovy, která není vystavena působení větru, slouží jako referenční poloha.

Obr. 32 znázorňuje schematicky svislé odpružení pro zmenšení zrychlení.

Obr. 33 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení se svislým odpružením a se zachycováním síly větru.

Φ Φ W · »Φ 9ΦΦΦ ·♦ ·*·· ··

Ί5 >ΦΦΦ Φ ΦΦ ·«

Obr. 34 znázorňuje pružné deformace při kritickém kmitání stožárů osvětlení.

Obr. 35 znázorňuje virtuální kyvadlo na špičce stožáru.

Obr. 35a znázorňuje příčný řez provedení z obr. 35.

Obr. 35b znázorňuje půdorys provedení z obr. 35.

Obr. 36, 36a, 36b znázorňují skupinu lamp na sloupu s izolací proti přenosu kmitání použitím virtuálního kyvadla a podrobnosti provedení.

Obr. 37 až obr. 39 znázorňují varianty lamp na sloupech s izolací proti přenosu kmitání.

Obr. 40 a obr. 41 znázorňují zavěšené lampy s izolací proti přenosu kmitání použitím virtuálních kyvadel podle schématu z obr. 21.

Obr. 42 znázorňuje zavěšení řady svítidel na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 9.

Obr. 43 znázorňuje tlumič kmitání s podpěrou na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 9.

Obr. 44 znázorňuje tlumič kmitání jako na obr. 43 s referenční polohou na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 21.

φφ φφφφ ·· φφφφ ·♦ ·· φ φ · · φ φ φφφφ

Φφ ΦΦΦ φφφφ φ φ ΦΦΦ Φφφφφφ φ φ φφφφ φφφφ φφφφ φ φφ φφ φφ Φ·«

Obr. 45 znázorňuje podepření tlumicí hmoty pro tlumení kmitání na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 13.

Obr. 46 znázorňuje zavěšení tlumicí hmoty nebo referenční hmoty na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 21.

Obr. 47 znázorňuje tlumicí hmotu na trubkovém stožáru podepřenou virtuálními kyvadly.

Obr. 48 znázorňuje tlumicí hmotu na stožáru s příhradovou konstrukcí podepřenou virtuálními kyvadly.

Obr. 49 znázorňuje základ ochrany proti zemětřesení jako základ pro virtuální kyvadla.

Obr. 50 znázorňuje základ ochrany proti zemětřesení s ukotvením pomocí pilot jako základ pro virtuální kyvadla.

Obr. 51 znázorňuje utěsnění dilatační spáry pro budovy izolované proti přenosu kmitání.

Obr. 52 znázorňuje utěsnění dilatačních spár u vodorovné a svislé izolace budovy proti přenosu kmitání.

Obr. 53 znázorňuje situaci rozhraní pro napájecí vedení u budovy izolované proti přenosu kmitání.

Obr. 54 znázorňuje působení spáry v půdě v důsledku zemětřesení mezi ochrannými moduly proti zemětřesení s principem virtuálních kyvadel.

·· «· ···· ·» ···· • · 9 9 9 9 9 9'9 ·

9 9 9 9 9 9-9 9 • · · 9 9 9 9 9 9 ··

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9999 9 9 9 9 9 9 9 9 9-.

Obr. 55 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení instalovaný v suterénu budovy jako zařízení k nesení budov a objektů s uskutečněním virtuálního kyvadla podle principu z obr. 21.

Obr. 56 znázorňuje instalaci ochranného modulu proti zemětřesení se svislým odpružením v suterénu budovy.

Obr. 57 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení, jaký je znázorněn na obr. 55, s integrovaným zařízením pro centrování a pro zachycování síly větru podle schématu z obr. 25.

Obr. 58 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení jako na obr. 55, zkombinovaný s elastomerovým blokem jako centrovací pružinou.

Obr. 59 znázorňuje ochranný modul proti zemětřesení instalovaný v půdě jako zařízení k nesení budov a objektů s uskutečněním virtuálního kyvadla podle principu z obr. 12.

Obr. 60 znázorňuje svislý řez budovou nesenou ochrannými moduly proti zemětřesení jako na obr. 59, přičemž je znázorněna poloha podpěrných zařízení k centrování budovy a k zachycování sil větru.

Obr. 61 znázorňuje vodorovný řez suterénem budovy a základem ve tvaru rámu v rovině centrovacího zařízení, přičemž je znázorněno uspořádání podpěr příkladu provedení podle obr. 30.

φφ φφφφ φφ φφφφ φ φ φ · · φ

Φ 9 φ Φ Φ • » φ Φ Φ ·

Φ Φ ΦΦΦΦ

ΦΦΦΦ Φ ΦΦΦΦ

Obr. 62 znázorňuje přemístění základové desky se základem relativně vůči v klidu stojícímu suterénu budovy ve směru pohybu rovnoběžném s jednou stěnou budovy.

Obr. 63 znázorňuje přemístění základové desky se základem relativně vůči v klidu stojícímu suterénu budovy ve směru pohybu se sklonem vůči stěně budovy.

Obr. 64, 64a, 64b znázorňují virtuální kyvadla k podpírání výškového domu.

Obr. 65 znázorňuje virtuální kyvadlo k instalování v betonovém základu podle schématu z obr. 21.

Obr. 66 znázorňuje podepření jízdní dráhy na pylonech prostřednictvím virtuálních kyvadel.

Obr. 67 znázorňuje podepření pylonu na virtuálních kyvadlech na základové desce.

Obr. 68 znázorňuje podepření stožáru s příhradovou konstrukcí na virtuálních kyvadlech podle schématu z obr. 21.

Obr. 69 znázorňuje podepření potrubí na virtuálních kyvadlech.

Obr. 70 znázorňuje podepření trubkového mostu na virtuálních kyvadlech.

Příklady provedení vynálezu φφ φφφ φ

ΦΦ ··»· φ φφ φ φφφφ • φφφ φφφφ • « · φ · ♦ · φφ « • φ φφφφ φφφφ φφφφ φ φφ φφ φφ φφ,

Popis výhodných provedení

Obr. 1 znázorňuje, že podle vynálezu je chráněný objekt uložen na nosných konstrukcích, nazvaných zde jako ochranné moduly 56 proti zemětřesení, které jsou spojeny s půdou prostřednictvím souvislého společného základu nebo rovněž prostřednictvím jednotlivých základů pro jednotlivé ochranné moduly 56 proti zemětřesení. Ochranné moduly 56 proti zemětřesení nesou konstrukční těleso nebo stavbu a umožňují mu vykonávat ve svých podpěrných bodech prostorové pohyby tím způsobem, že objekt vykonává takové pohyby, jako by byl zavěšen na velmi dlouhých kyvadlech, čímž u tohoto objektu dochází pouze k minimálnímu zrychlení. Při velmi malé konstrukční výšce představuje takový ochranný modul 56 proti zemětřesení virtuální kyvadlo Py s velkou virtuální délkou Iv a s velkou periodou. Tyto nosné konstrukce neboli ochranné moduly 56 proti zemětřesení jsou dimenzovány tak, aby mohly vykonávat každou požadovanou nebo potřebnou amplitudu možného pohybu, takže ani nejextrémnější vodorovné pohyby půdy se na nesený objekt nepřenášejí. Vhodným dimenzováním je možno dosáhnout toho, že vlastní frekvence kmitání budovy uložené na ochranných modulech 56. proti zemětřesení je mnohokrát menší než frekvence kmitání půdy, k němuž obvykle při zemětřesení dochází.

Na obr. 55 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení v provedení podle schématu z obr. 21, který je vestavěn do suterénu domu. Tři podpěrné elementy 11 mají na svých koncích vždy jedno sférické kloubové uložení 15 nebo alternativně kardanův kloub nebo kulový kloub 17 a jsou na svém horním konci zavěšeny otočně kolem dvou os na nosné konstrukci 5 a na svém dolním konci nesou spojovací element 9.. Na horním konci spojovacího elementu 9 je otočně uložena

9999 • 9 «

9 9

9 «9 9999

9 9 9

9 · 9 • 9 9 9 9

9 9 9 9

99 podpěra 16 budovy spojená s nesenou konstrukcí budovy 51. Vlnovec 18 z elastomeru nebo kovu utěsňuje hermeticky kulový kloub 17.. Mezeru mezi neseným konstrukčním tělesem, které se může pohybovat vůči základové desce 6, utěsňuje kluzné těsnění 19, uspořádané mezi částí budovy a základovou deskou 6.

Na obr. 56 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení podle schématu z obr. 12, vestavěný v suterénu domu. Do podpěry 16. budovy je integrována izolace proti přenosu kmitání podle schématu, které odpovídá obr. 32. Pro přizpůsobení relativního pohybu mezi základovou deskou a horní částí budovy izolované od kmitání je uspořádáno těsnění 114 podle schématu, které odpovídá obr. 52.

Na obr. 57 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení podobného provedení jako na obr. 55. Navíc je zde způsobem podle obr. 25 integrováno zařízení 57 pro centrování a zachycování síly větru. Toto řešení je výhodné z hlediska úspory místa. Obě funkce, to znamená nesení objektu a jeho přesné centrování a zachycování síly větru prostřednictvím protisíly, jsou v této jednotce sdruženy.

Na obr. 58 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení s další kombinací nosné a centrovací funkce. Centrování zde přebírá elastomerový pružný blok 48..

Na obr. 59 je znázorněn ochranný modul 56 proti zemětřesení v provedení podle schématu z obr. 12, určený pro velká zatížení výškových budov a instalovaný na povrchu země. Zavěšené kyvadlo 2 má na obou koncích vždy jedno sférické kloubové uložení nebo kardanův kloub a na svém horním konci je zavěšeno na nosné konstrukci 5_. V dolním ložisku zavěšeného kyvadla 2 je uložen nosič

9999 • 9 *· • · 9 9 9 9 9 9 9 9 • w 9 · 9 9 9 9 *?

·» · «9* 999 9·«

9 9999 9999

9999 9 99 >9 9 9 99 v jako spojovací element 8.. Další konec spojovacího elementu 8_ se opírá o kulový kloub 17, nebo alternativně i o kardanův kloub nebo sférické kloubové uložení, labilního stojícího kyvadla 7. Stojící kyvadlo 7 se opírá stejným kulovým kloubem 17 jako horní konec i svým dolním koncem o základovou desku, v tomto případě o základ 20. Na nosiči tvořícím spojovací element 8. je otočně kolem jedné osy uložena podpěra 16 budovy, která nese budovu neboli objekt £. Přízemí objektu £ je zavěšené společně se suterénem 22, popřípadě s více suterény, na objektu L Meziprostor 23 mezi suterénem 22 a základem 20 na základové desce je zakryt vnější částí přízemí a dilatační spára u základu 20 je utěsněna kluzným těsněním 19. Spojení pro vstup a výstup 21 vody a energie do budovy a pro komunikaci jsou mezi základem 20 a suterény 22 budovy provedeny jako ohebné zavěšené smyčky tvaru U, takže mezi základem 20 a budovou může docházet k relativním pohybům, aniž by tato spojení byla nějak ohrožena.

Obr. 60 znázorňuje svislý dílčí řez výškovým domem s podepřením ochrannými moduly 56 proti zemětřesení podél vnějšího okraje budovy, které odpovídá provedení podle obr. 59. V jedné rovině 54 suterénu 22 jsou na obvodu budovy umístěny vodorovné podpěry 24 podle principu, který odpovídá obr. 22 nebo obr. 30, s příslušnou hydraulickou výbavou podle obr. 28.

Na obr. 61 je znázorněn vodorovný řez suterénem 22 budovy a základem 20, vytvořeným jako rám kolem suterénu 22, sloužícím jako nosný základ pro ochranné moduly 56 proti podél vnějšího okraje budovy v rovině 54 z obr. 60. Na každé straně suterénu 22, který je pohyblivý nebo posuvný relativně vůči základové desce 6 a s ní spojenému základu 20 ve všech směrech, se nacházejí na každé stěně vždy dvě zařízení tvořící vodorovnou podpěru 24 zachycující síly větru • · · · a pro přesné centrování budovy relativně vůči základu 20. Podpěrná zařízení odpovídají schématu z obr. 30. Působí-li na horní část budovy síla větru, zůstane budova ve stejné poloze, jak je znázorněno na obr. 61. Podpěrná zařízení reagují na nejmenší odpružení a zvyšují podpěrnou sílu v pružících elementech tak dlouho, dokud není dosaženo rovnováhy se silou větru. Při přesné střední poloze bez působení vnější sil účinkem větru je mezi kladkami a stěnou základu 20 upravena malá vůle. Všechny pružící válce jsou zcela vysunuty až ke svému hydraulicky tlumenému dorazu.

Obr. 62: Dojde-li k posunutí základu 20 ve směru znázorněných šipek 58 v důsledku zemětřesení, dojde k odpružení vodorovných podpěr 24 na té straně, kde se stěna základu 20 přiblíží k budově. Na protilehlé straně budovy se podpěrná zařízení neboli vodorovné podpěry 24 od stěny oddálí.

Obr. 63: Při pohybu základu 20 ve směru šipky 58, který není rovnoběžný s okrajem budovy, odpruží boční vodorovné podpěry 24 na dvou stranách a na dvou protilehlých stranách se od stěny oddálí.

Na obr. 64 je znázorněna část pohledu z vnějšku na výškovou budovu s podepřením na povrchu země na ochranných modulech 56 proti zemětřesení při využití principu virtuálních kyvadel. Virtuální kyvadla podle schématu, které odpovídá obr. 12, jsou uspořádána zrcadlově v párech. Stabilní zavěšená kyvadla 2 se pro vyrovnání tolerancí v párech opírají o vyrovnávací nosník 115 uložený otočně kolem jedné osy na sloupku 116.

Z uspořádání ochranných modulů 56 proti zemětřesení lze seznat, že toto provedení je vhodné pro dodatečné vybavení existujících budov se skeletovým způsobem konstrukce. Existující sloupy jsou v oblasti mezery G nahrazeny vloženými elementy virtuálního kyvadla.

Na obr. 64a a obr. 64b je znázorněn vždy svislý řez provedením podle obr. 64, který zobrazuje vnější ukončení budovy u rovné země s dělicí dilatační spárou a s těsněním 114. přičemž jednou se ochranné moduly 56 proti zemětřesení nacházejí ve vnější části budovy a jednou ve vnitřní části budovy.

Na obr. 65 je znázorněno virtuální kyvadlo jako ochranný modul proti zemětřesení podle principu, který odpovídá obr. 21. V tělese 117 zabetonovaném v základové desce 6_ se usadí předem smontovaný modul jako jednotka a spojí prostřednictvím přírubových spojů. Podpěry 89 se spojí s neseným objektem přírubovými spoji. Stabilní podpěrné elementy 11 ve formě kyvadel jsou provedeny z lan. Podpěrný element 14 se pro zachycování sil větru vycentruje prostřednictvím pružiny 118 a pro zachování svislého negativního zrychlení je přidržován další pružinou 119. Podpěra 89 je v podpěrném elementu 14 uložena prostřednictvím kulového kloubu 17 otočně kolem dvou os a prostřednictvím teleskopického vedení 120 a pružného podepření prostřednictvím pružného elementu 126 ve formě mechanické pružiny, popřípadě alternativně pneumatických pružin, nese zatížení podepřeného objektu.

Na obr. 66 je znázorněno uspořádání visuté jízdní dráhy 122 nesené na pylonech s izolací od příčných kmitání plošiny 121 pylonů. Tímto způsobem se odlehčí těleso pylonu od ohybových zatížení, protože je zatěžován nikoli již reakčními silami z příčného zrychlení hmoty visuté jízdní dráhy 122, nýbrž v podstatě jen velmi malou vlastní hmotou a malým podílem hmoty ochranných modulů proti zemětřesení. Provedení virtuálních kyvadel odpovídá principu podle obr. 13. Pokud by podpěrný bod visuté jízdní dráhy 122 byl tvořen pevným ložiskem, byl by spojovací element 8^ s vodorovně působícími pružnými elementy 126 přidržován ve své střední poloze. Teprve tehdy, když dojde k překonání předem stanovené pružné síly, je umožněn relativní pohyb mezi visutou jízdní dráhou 122 a plošinou 121 pylonu.

Na obr. 67 je znázorněna izolace pro oddělení kmitání pylonu 125 pro visuté jízdní dráhy od základové desky. Virtuální kyvadlo je zde provedeno podle principu, který odpovídá obr. 9. Ve znázorněné formě představuje tato podpěra visuté jízdní dráhy současně volné uložení mostu. Stabilní podpěrný element, to znamená zavěšené kyvadlo 2, sestává ze dvou táhel 123 a dvou příčných nosníků 124.

Na obr. 68 je znázorněn stožár z příhradové konstrukce nesený na ochranných modulech proti zemětřesení, provedených podle principu, který odpovídá obr. 21, a opatřených podepřením proti síle větru.

Na obr. 69 je znázorněno podepření potrubí s jedním stabilním zavěšeným kyvadlem 2 a jedním labilním stojícím kyvadlem 7 podle schématu, které odpovídá obr. 9. Spojovací element 8. je vytvořen jako úložný element potrubí. Střed trubkového průřezu opisuje při vodorovném posouvání dráhu jako dolní konec dlouhého kyvadla. Zavěšení potrubí je tedy provedeno na virtuálním kyvadle. Stojící kyvadlo T_ je ve svislé poloze přidržováno pružinou 47, která je přitlačuje k dorazu. Teprve při určitém klopném momentu působícím na stojící kyvadlo 7 se dosáhne stlačení pružiny 47 a umožní se pohyb podpěrného systému. Klopný moment se předem stanoví tak, aby pohyb způsobily pouze reakční síly hmoty způsobené příčným zrychlením v důsledku zemětřesení.

Na obr. 70 je znázorněno podepření trubkového mostu, který se používá v chemických zařízeních a rafinériích, na virtuálních kyvadlech. Podpěra 89 je podepřena spojovacím elementem X, který je podepřen stabilním podpěrným elementem, to jest zavěšeným kyvadlem 2, a labilním podpěrným elementem, to jest stojícím kyvadlem 7.

Claims (29)

1. Způsob ochrany budov a objektů před dynamickými silami ze zrychlení základové desky (6), například při zemětřesení, vyznačující se tím, že v systému nesoucím objekt (1) se působení stabilních podpěrných elementů (2, 11), nadzvedávajících hmotu objektu, a labilních podpěrných elementů (7, 14), způsobujících pokles hmoty objektu, superponuje spojením tím způsobem, že při střídavém vodorovném pohybu základové desky (6) v důsledku zemětřesení se pod vlivem přemístění opěrných bodů (10) podpěrných elementů (2, 7, 11, 14), spojených se základovou deskou (6), vůči poloze nesené hmoty objektu (1) uskuteční pouze malé nadzvednutí hmoty objektu (1) na podpěrném bodě (P), čímž se vytvoří jen malá vratná síla., stabilizující ve směru do klidové polohy, z čehož vznikne jen malé zrychlení objektu s dlouhou periodou vlastního kmitání, (obr. 9, 12, 13, 16, 17, 21, 22, 23, 24)

2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že pro uložení objektu (1) na alespoň třech úložných bodech (P) pro oddělené kmitání od kmitající základové desky (6) pro ochranu objektu (1) před kmitáním základové desky (6) je provedeno podepření objektu (1) na spojovacím elementu (8, 9, 14), který je podepřen prostřednictvím výkyvné do všech směrů uložených podpěrných elementů (2, 7, 11, 14), které navzájem spojuje, na kmitající základové desce (6), přičemž dimenzování a uspořádání podpěrných elementů (2, 7, 11, 14) v jejich výchozí poloze je provedeno tak, že spojovací element (8, 9, 14) společně s podpěrnými elementy (2, 7, 11, 14) k němu otočně připojenými představuje virtuální kyvadlo, které pro úložný bod (P) objektu (1) na spojovacím elementu (8, 9, 14) vytváří • · ·' · · srovnatelnou formu pohybu jakou opisuje volný konec velmi dlouhého kyvadla, (obr. 9, 12, 13, 16, 17, 21, 22, 23, 24)

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že spojovací element (8, 9) na jedné straně otočného připojení podpěrných elementů (2, 7, 11) vykonává nadzvednutí a na protilehlé straně poklesnutí, přičemž úložný bod (P) pro podepření objektu (1) na spojovacím elementu (8, 9, 14) při základní vodorovné amplitudě kmitající základové desky (6) vykoná jen malé nadzvednutí a provede takový pohyb, že opisuje naplocho zakřivenou sférickou plochu, konkávní při pohledu shora. (obr. 9, 12, 13, 16, 17, 21)

4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že dva podpěrné elementy (2, 7) jsou spojeny otočně kolem dvou os spojovacím elementem (8, 8b), přičemž jeden podpěrný element (2) je vytvořen jako stabilní zavěšené kyvadlo, zavěšené výkyvné otočně kolem dvou os na svém horním konci na opěrném bodě (10) spojeném se základovou deskou (6), a další podpěrný element (7) je vytvořen, jako labilní stojící kyvadlo, uložené otočně kolem dvou os na svém dolním konci na základové desce (6), a přičemž spojovací element (8, 8b) je uložen na objektu (1) na vodorovné ose, takže nemůže vykonávat otáčení kolem svislé osy relativně vůči objektu (l).(obr. 9, 12, 13, 16, 17)

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že spojovací element (8) je rozčleněn na další spojovací element (8b) a prostřednictvím spojovacího elementu (8a) je s ním na obou stranách spojen otočně kolem jedné osy, přičemž podpěrný element (8b), který je otočně kolem jedné osy uložen na podpěře (Wl), je otočně kolem i

·*· · dvou os podepřen labilním kyvadlem neboli podpěrným elementem (7). (obr. 13 až 17)

6. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že ke spojovacímu elementu (9, 14) jsou ve třech bodech na obvodu otočně kolem dvou os připojeny tři podpěrné elementy (11), které jsou v klidové poloze uspořádány od středu spojovacího elementu (9) šikmo směrem vzhůru a ven a jsou zavěšeny otočně kolem dvou os na základové desce (6). (obr. 18, 19)

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že úložný bod (P) k podepření objektu (1) je uspořádán nad rovinou proloženou třemi úložnými body (12) podpěrných elementů (11) na spojovacím elementu; (9). (obr. 19, 20, 21)

8. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že spojovací element (8), který je otočně kolem dvou os spojen s alespoň dvěma podpěrnými elementy (2), které jsou v navzájem rovnoběžné poloze zavěšeny na svém horním konci výkyvné otočně kolem dvou os v podpěrném bodě (10) spojeném se základovou deskou (6), nese ve svém středu podpěrný element (14), který je ve spojovacím elementu (8) uložen otočně kolem jedné osy, přičemž výkyvný pohyb podpěrného elementu (14) směřuje do směru k podpěrným bodům (10) spojovacího elementu (8) na podpěrných elementech (2), a který je na svém dolním konci pod svým uložením ve spojovacím elementu (8) uložen otočně kolem dvou os a axiálně posuvně, a který nad svým uložením ve spojovacím elementu (8) nese ve svém úložném bodě (P), uloženém otočně kolem dvou os, objekt (1). (obr. 22, 23, 24) • · · · φ • · · Β « • · · 4 · · • φφφφ « · · 9 »9

9. Zařízení podle nároku 2 a 8, vyznačující se tím, že u zařízení odlišného od provedení podle nároku 8 je spojovací element (8) podepřen na více symetricky uspořádaných a navzájem rovnoběžných podpěrných elementech (2), přičemž podpěrný element (14) je ve spojovacím elementu (8) uloženo otočně kolem dvou os.

10. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že pro zachycování sil větru je pod neseným objektem (1) mezi základovou deskou (6) a objektem (1) uspořádána tyč zachycující příčné síly, jejíž jeden konec je pevně neotočně spojen s koncem předepjaté tažné pružiny (41), upevněné neotočně na základové desce (6) nebo na neseném objektu (1), a jejíž další konec je čepem (42) axiálně posuvně uložen v kloubovém uložení (43), otočném kolem dvou os a upevněném na protilehlém objektu (1), popřípadě na základové desce (6), čímž je poloha objektu (1) vůči základové desce (6) relativně fixována a k relativnímu posuvu mezi základovou deskou (6) a objektem (1) dojde teprve tehdy, když příčná síla působící na tyč (42) překročí velikost předem stanovenou předpětím tažné pružiny (41). (obr. 25)

11. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že pod neseným objektem (1) je mezi základovou deskou (6) a objektem (1) uspořádána tyč zachycující příčné síly, jejíž jeden konec je pevně spojen s pružným blokem (48) z elastomeru, pevně spojeným se základovou deskou (6) nebo s neseným objektem (1), a jejíž další konec je čepem (42) axiálně posuvně uložen v kloubovém uložení (43), otočném kolem dvou os a upevněném na protilehlém objektu (1), popřípadě na základové desce (6), čímž je poloha objektu (1) vůči základové desce (6) relativně fixována, (obr. 26)

Φ·

12. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že pro zachycování sil větru je pod neseným objektem (1) upevněno jedno nebo více přidržovacích zařízení (50), čímž je centrovací koule (44), uložená otočně ve všech směrech a vedená ve svislé ose, tlačena předem stanovenou silou mechanické nebo hydropneumatické pružiny (47) směrem dolů do středu centrovacího trychtýře (45) pevně spojeného se základovou deskou (6), který má úhel rozevření zvětšující se z počáteční hodnoty v jeho středu směrem ven až na 180°, čímž je vytvořeno spojení s vzájemným tvarovým přizpůsobením mezi objektem (1) a základovou deskou (6), které je schopné přenášení vodorovných sil až do mezní hodnoty závislé na pružnosti a úhlu rozevření ve středu centrovacího trychtýře (45), přičemž při jeho překročení se centrovací koule (44) nadzvedne svisle proti pružné síle šikmými stěnami centrovacího trychtýře (45) a odvalí do oblasti ploché části centrovacího trychtýře (45), přičemž vodorovně přenášená síla se zmenší a mimo centrovací trychtýř (45) bude mít nulovou hodnotu, takže v průběhu relativních pohybů mezi objektem (1) a základovou deskou (6) při kmitání základové desky (6) v důsledku zemětřesení nejsou ze základové desky (6) na objekt (1) přenášeny téměř žádné vodorovné síly v závislosti na amplitudě kmitání základové desky (6). (obr. 27)

13. Zařízení podle nároku 12 k centrování objektu, popřípadě budovy, snadno vodorovně posunutelného v důsledku vlastnosti jeho uložení a k vytvoření přidržovací síly, vyznačující se tím, že svisle vedená a v kulovém loži (49) uložená centrovací koule (44) je mechanickou nebo hydropneumatickou nebo viskoelastickou pružnou silou tlačena do centrovacího trychtýře (45), takže síla větru působící vodorovně na konstrukci budovy (51) nemůže v bodě dotyku centrovací koule (44) v centrovacím trychtýři (45) vyvolat žádnou

49 94

4 9 » 9 9

9 4 9 9

4 9 9 4 * 4

9 9 9 9 9 • 9 9999 reakční sílu, jejíž svislá komponenta (F_v) může zatlačit centrovací kouli (44) zpět do svislého vedení proti pružné síle. (obr. 27)

14. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že centrovací trychtýř (45) má vně kružnice, která tvoří dotykovou linii centrovací koule (44) v nejhlubší poloze s centrovacím trychtýřem (45), úhel (γ) rozevření, zvětšující se až na 180°, takže vodorovná komponenta (Fh) kolmé síly v dotykovém bodě centrovací koule (44) s centrovacím trychtýřem (45) se směrem od středu centrovacího trychtýře (45) radiálně směrem ven zmenšuje, když vodorovná posouvací síla, která je větší než maximální vodorovná síla větru, vytlačí centrovací kouli (44) z jejího svislého vedení a dotykový bod mezi centrovací koulí (44) a centrovacím trychtýřem (45) se přemísťuje v centrovacím trychtýři (45) radiálně směrem ven. (obr. 27)

15. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že centrovací koule (44) může být ve svém svislém vedení nebrzděné vytlačena proti svisle působící svislé síle tehdy, když svislá síla (F_v) vyvolaná vodorovným posuvem centrovacího trychtýře (45) překročí pružnou sílu, přičemž zpětné pružení svislého vedení s centrovací koulí (44) je brzděno na malou rychlost hydraulickým škrcením, takže doba pro vykonání úplného zpětného zdvihu činí několikanásobek maximální periody kmitání při zemětřesení, (obr. 27)

16. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že pro zachycování sil větru jsou mezi svislými bočními stěnami základové desky (6) a body neseného objektu (1) nacházejícími se ve stejné výšce kolem objektu (1) zasahujícího do vybrání v základové desce (6) uspořádány alespoň tři páry vodorovných podpěr (24), vždy jeden pár pro každou osu pohybu, a to jeden pár pro svislou osu »··* pohybu a dva páry pro vodorovné osy pohybu, vždy v párech zrcadlově vůči objektu (1), s mechanickou nebo hydropneumatickou pružinou (47) s plochou pružností a se smýkadly nebo kladkami (25), vysunutelnými na vhodných vedeních ve směru k boční stěně základu až k předem stanovenému dorazu, nebo s pojezdovými ústrojími s více kladkami s vodorovným směrem oběhu kolem objektu (1). (obr. 28, 29, 3 0)

17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že zařízení k zajištění rovnoměrných odstupů ve vodorovném směru od boční stěny základu (20) kolem dokola při nejmenším odpružení posunutím objektu relativně vůči základové desce působením síly větru zvýší samočinně, regulací hydraulických ventilů, pružnou sílu, dokud není dosaženo úplného vycentrování v požadované poloze, a při přemístění základové desky v průběhu odpružení při kmitání v důsledku zemětřesení se na základě ploché pružnosti zvýší podpěrná síla proti existující síle větru jen nepatrně, takže na hmotu objektu působí jen malá rozdílová síla jako síla způsobující zrychlení, (obr. 28, 29, 30)

18. Zařízení podle nároku 16 a 17, vyznačující se tím, že relativní pohyb mezi základem kmitajícím se základovou deskou (6) a konstrukcí budovy s izolací proti přenosu kmitání prostřednictvím virtuálních kyvadel se využije k pohonu jednoho nebo více čerpadel (37) pro získávání ovládací energie, která mohou být uspořádána jednotlivě nebo v kombinaci s podpěrnými elementy pro centrování a zachycování síly větru, které jsou spojeny s relativním pohybem, (obr. 28, 30)

19. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že část (22) budovy, podepřená virtuálními kyvadly (56u) s izolací ·· »··· »»»··· ·· »· » · * » £ · · · · o-i *»»*·»»» y 3 ····* ···*· j · φφφφ ΦΦΦ ·*·· · ·· ·» ·» ·· proti přenosu kmitání odděleně od hlavní budovy (51) mimo působení větru, slouží jako referenční uložení pro regulaci uložení hlavní budovy při zatížení větrem, (obr. 31)

20. Zařízení podle jednoho z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že podpěra mezi úložným bodem (P) virtuálního kyvadla a podepřenou budovou (51) je provedena jako svislá odpružená noha s pružností s velmi plochou charakteristikou a s tlumením k ní přizpůsobeným, přičemž pružné elementy mohou být mechanickými, hydraulickopneumatickými nebo tekutinoelastíckými elementy, (obr. 32) φ' ·«?·'

21. Zařízení podle nároku 4, 6, 10 a 20, vyznačující se tím, že podpěrná zařízení (70) pro zachycování síly větru a svislé odpružení (69) jsou sdružena do jedné jednotky s virtuálním kyvadlem (56). (obr. 33, 56)

22. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že spojovací element (8) virtuálních kyvadel je přidržován na pilotách dvou , zavěšených kyvadel, neboli podpěrných elementů (2), a na jednom stojícím kyvadle, neboli podpěrném elementu (7), přičemž podpěrné elementy (2, 7) jsou uspořádány v prostoru šikmo pro vyrovnání šikmé polohy konce stožáru při výchylce při kmitání, aby se uložení objektu nedostalo ve stejné míře do šikmé polohy, (obr. 35, 35a, 35b)

23. Zařízení podle nároku 4 a 6, vyznačující se tím, že spojovací elementy (8, 9) mají svůj podpěrný bod (P) na dolní straně a nesou zavěšené objekty, přičemž podpěrné elementy (2, 11) jsou provedeny z lan. (obr. 37, 40, 42) »· φφφφ » φ φ φ φ φφφφ φ φ φ φ φ * φ φ φ φφ' φφ φ φ φ φ φ φ · φ φ φ φ φ φ φ φ φ φφ φφ

24. Zařízení podle nároku 8 a 9, vyznačující se tím, že podpěrné elementy (2) jsou provedeny z lan. (obr. 38, 39)

25. Zařízení podle nároku 4 a 23, vyznačující se tím, že zavěšené kyvadlo, neboli podpěrný element (2), je zavěšeno na stropě místnosti, který je prostřednictvím budovy spojen se základovou deskou, přičemž nestabilní kyvadlo, neboli podpěrný element (7), je jako základ podepřeno ve svém dolním bodě uzlovým bodem, tvořeným čtyřmi nebo třemi tyčemi, lany nebo řetězy (5), zavěšenými na stropě budovy, (obr. 42)

26. Zařízení podle nároku 4, 5, 7 a 23, vyznačující se tím, že alespoň tři virtuální kyvadla nesou hmotu působící jako tlumič kmitání, (obr. 43, 44, 45, 46, 47, 48)

27. Zařízení podle nároku 4, 5, 6, 7, 8, 9 a 23, vyznačující se tím, že stabilně zavěšená kyvadla jsou tvořena lany nebo řetězy, (obr. 36b, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 45, 46, 47, 48)

28. Zařízení jako základ pro ochranné moduly proti zemětřesení podle nároku 2 až 9, vyznačující se tím, že dolní strana (100) základu pro instalaci virtuálních kyvadel je zakřivena k vnějším okrajům a směrem ven se zvedá. (obr. 49, 56)

29. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že spojovací element (8) představuje přímé uložení objektu, (obr. 69)