NO781302L - Fundament for tunge bygninger. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører fundamenter for tunge bygninger. Bygningen kan være et bolighus, en industribygning, et hotell, en boligblokk, et brofundament, en atomkraftstasjon eller lignende. Oppfinnelsen er hovedsakelig, men ikke utelukkende, beregnet

for bygninger som er utsatt for jordskjelv, eller for bygninger som bør ha en mulighet for å kunne justeres med hensyn til vertikalitet.

Idag kan bygninger stort sett ikke motstå sterke jordskjelv.

Noen bygninger er konstruert med svake ledd. En del av bygningen vil da gi etter, og skaden blir begrenset og kontrollert.

Dette er.idag den mest brukte metode for å unngå store jord-skjelvskader. Det er åpenbart at denne metode burde forbedres.

Justering av en bygnings vertikalitet kan f.eks. bli nødvendig

på grunn av ujevne setninger. Idag ville en slik operasjon normalt bli utført ved å danne opplegg for vanlige jekker, jekke, bygningen på plass og støpe et nytt fundament under bygningen. Dette er en meget vanskelig operasjon, spesielt hvis fundamentet også må ta momenter og horisontalkrefter. Det er også en farlig operasjon, fordi fundamentet blir svekket mens arbeidet pågår.

Disse problemer løses ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Ifølge oppfinnelsen vil bygningen få et dobbelt fundament. Det. ene fundament står på grunnen, og det annet fundament er basis^-konstruksjonen for selve bygningen. Det siste fundament henges opp på det første fundament ved hjelp av kabler, stålstenger, tauverk eller lignende. En dempningsanordning festes mellom de to fundamenter.

Oppfinnelsen beskrives best ved hjelp av eksempler.

Fig. 1 viser et vertikalsnitt av et første utførelseseksempel av oppfinnelsen. j Fig. 2 viser et horisbntalsnitt av det første utførelseseksempel. Fig. 3 viser et annet utførelseseksempel, delvis sett ovenfra og delvis vist i horisontalsnitt. Fig. 4 viser et vertikalsnitt av det annet utførelseseksempel. Fig. 5 viser et vertikalsnitt av et tredje utførelseseksempel. Fig. 6 og 7 viser et vertikalsnitt av to forskjellige utførelses-eksempler av dempningsanordningen. Fig. 8 viser kablene, delvis i oppriss og delvis i vertikalsnitt.

Fig. 9 viser et fjerde utførelseseksempel av oppfinnelsen.

Fig. 10 - 12 viser vertikalsnitt av et femte utførelseseksempel. Fig. 13 viser et horisontalsnitt av det femte utførelseseksempel.

På fig. 1 og 2 er en bygning plassert på en fundamentplate 4. Platen 4 henger i kabler, som er festet i et fast fundament 2.

Bygningen 1 kan være et bolighus, en industribygning, et hotell eller en boligblokk, et brofundament, en kraftstasjon, et tårn, en lagertank eller lignende. Det er imidlertid forutsetningen at det skal være en virkelig bygning, ikke et eller annet in-strument, et leketøy eller lignende. En nedre grense for vekten av bygningen 1 kan f.eks. være 10 tonn. Vanligvis vil vekten være større. Oppfinnelsen har mest for seg når vekten er over 1000 tonn, eller til og med 10 000 og mer. Dette vil være til-fellet for de fleste typer industribygninger.

Fundamentplaten 4 er en enkel betongplate. Den er vist slik for enkelhets skyld. Normalt vil dette element være en mer kompli-sert struktur, utformet.som en del av bygningen 1.

Det faste fundament 2 består av en plate 5, vegger 6 og en ut-kraget plate 7.

Kablene 3 er standard kabler (wires). De kan selvfølgelig utfør-es i en mengde varianter, f.eks. som stålstenger med muttere.

De må bare være tilstrekkelig sterke og bøyelige.

Hvis et jordskjelv rammer en bygning ifølge denne oppfinnelse, vil det faste fundament 2 ha liten masse i seg selv og følgelig få små krefter. Den hengende bygning vil få noen små svingning-er gjennom kablene, men horisontalakselerasjonene vil bli mye mindre enn de ville blitt dersom bygningen hadde vært fundamen-

ta

tert på normal måte. Også vertikalakselerasjonene blir redusert på grunn av fleksibiliteten i kablene.

Bygningen 1 må ha en form for opplegg også i horisontal retning. Hvis ikke vil selv små vindlaster kunne sette bygningen i sving-ninger, og svingningene ved et jordskjelv ville bli meget van-skelige å forutsi. Det horisontale opplegg bør ha en viss dempende effekt, og blir fra nå av kalt en "demper". Også vertikalt kan en demper være nyttig.

På fig. 1 består demperen av vertikale dybler 8 som står ned i sand 9. Under vanlige vindlaster vil det passive jordtrykk holde dyblene, og dermed bygningen 1, på plass. Ved større be-lastninger, f.eks. ved jordskjelv, vil dyblene pløye seg gjennom sanden men under en viss motstand slik at bevegelsen dempes.

Fig. 7 viser en dybel 8 i detalj. Dybelen har tilnærmet sirkulært tverrsnitt og vil derfor stort sett forårsake den samme dempning i alle horisontale retninger.. Dybelen er innspent i den hengende bygning 4 og står ned i sand 9. En flens 10 vil gi litt dempning også vertikalt. Det dempende medium kan selvføl-gelig også bestå av andre materialer enn sand, som f.eks. små stålkuler, en væske e.l. En væske bør være forholdsvis stiv, som f.eks. asfalt.

Dybelen kan også være festet til grunnen, og sanden være plassert på den hengende bygning.

l

|Fig. 3 og 4 viser et annet eksempel av oppfinnelsen. Et dekk 11 skal understøttes på tårnene 12 på en betongplattform av typen Condeep. Dekket er plassert på en sirkulær ringvegg 13 av betong, méd en horisontal ringdrager 14. Tårnet har en horisontal ringdrager 15 på toppen. Dekket/ringfundamentet henger i kabler 3 som igjen henger i ringdrageren 15. Fig. 5 viser et tredje utførelseseksempel av oppfinnelsen. Dette er kun en modifikasjon av det annet eksempel. Ringveggen 13 er skrå (konisk) og det samme er den øvre del av tårnet 12. Ringveggen 13 kan»selvfølgelig også ha andre former. F.eks. kan den være rektangulær/kvadratisk i toppen for å gi bedre under-støttelse for dekksbjeikene. Fig. 8 viser en detalj av kabelen 3. Kabelen går gjennom et hull 16 i det øvre faste fundament 17 og gjennom et hull 18 i det nedre hengende fundament 19. Kabelen har muttere 20 i begge ender. Mutterne ligger på underlagsskiver 21. Skivene 21 er splittet for å muliggjøre montasje fra sidene. Der kan være flere skiver 21 av forskjellige tykkelser i en ende. Tykkveggede rør 22 med buede vegger er plassert rundt kablene. Dette er for å forhindre skarpe bend på kablene når den hengende bygning svinger. Det kan brukes vanlige forspenningskabler som leveres fra en rekke leverandører, hver med sin spesielle utførelse av forankringene. Enhver standardutførelse kan brukes med små mo-difikasjoner.-

Når kabellengdene skal justeres for å løfte eller senke den hengende bygning, er det selvfølgelig mulig å justere kablene samtidig til deres korrekte lengde. Men dette vil kreve mange jekker og stort mannskap og kan også være risikabelt. Det kan være bedre å ta en og en kabel etter hverandre, idet man utnytter forlengelsen av kablene. En 10 m lang kabel vil ha en forlengelse på ca. 6 cm under full last. Normal last vil være redusert, f.eks. halvparten av full last. Ved å justere hver kabel for seg og bare noen centimeter hver gang, er det derfor mulig å justere høyden på den hengende bygning meget rolig og kontrollert.

For store bygninger er standard kabler opp til 1000 tonn kapasitet å få. For mindre bygninger kan stålstenger med muttere kan-i

1 iskje være mer egnet enn kabler. ji

Det kan tenkes en rekke utførelser av demperne. En utførelse, dybler i sand e.l., er allerede nevnt. Prinsipielt, så skal demperne være stive for normale laster, men gi etter for ekstre-me laster. Hvordan last-forlengelsekurven for demperen skal se ut, må bestemmes i hvert enkelt tilfelle, og valg av demper være deretter.

Fig. 6 viser en annen utførelse av demperen. En ståldybel 23 er festet i det øvre, faste fundament 24 og går gjennom et hull 25 i det nedre, hengende fundament 26. Dybelen har et i det vesent-lige sirkulært tverrsnitt. Hullet 25 har et ringformet elastisk lager . 27 og en stålring 28 i lageret. Lageret vil dempe slag, og stålringen vil beskytte lageret. Både dybelen, lageret og ringen er enkle å skifte ut. Dybelen kan bevege seg fritt vertikalt, men er fastholdt horisontalt. Horisontal bevegelse av det hengende fundament relativt til det faste fundament er derved forhindret. Imidlertid, hvis dybelen blir overbelastet, vil den flyte og tillate en liten horisontalbevegelse. Dybelen kan i prinsippet monteres i en hvilken som helst.retning: vertikalt, horisontalt eller skrått.

På fig. 5 er en demper ifølge fig. 6 angitt med 29 og en demper ifølge fig. 1 er angitt med 30.

Foreliggende oppfinnelse forutsetter som normalt at kablene monteres vertikalt. En noe skrå montasje kan imidlertid også tenkes, slik at de f.eks. følger overflaten på en avkuttet kjegle. I dette tilfelle vil kablene i seg selv gi litt dempning. Skrå-stillingen må være meget liten, f.eks. mindre enn 1:10.

Hvis man bruker stålstenger istedenfor kabler, kan de innspennes i endene. Dette arrangement ville føre til at stengene også virket som dempere.

På fig. 4 er en sandsekk 31 plassert mellom den faste og den hengende konstruksjon. Sandsekken vil her virke som demper.

Mer sofistikerte dempere kan tenkes. Dempningsproblemet ifølgeJ

i

denne oppfinnelse har meget tilfelles med støtdempning for bi-ler. Man kunne derfor tenke seg modifiserte bilstøtdempere brukt. Plassering av en slik demper er antydet med 32 på fig. 4.

I virkelig avanserte tilfeller, f.eks. hvor man plasserer et atom-kraftverk i et jordskjelvområde, kan man også tenke seg aktive dempere. En slik demper ville få informasjon gjennom et instru-menteringssystem, regne ut den mest effektive dempning ved hjelp av elektroniske regnemaskiner, og regulere dempningen i henhold til dette. Selve demperen kunne være hydraulisk drevet ved hjelp av motor.

Et neoprenlager e.l. kunne også brukes som demper, men dette sy-stem ville hovedsakelig være elastisk, ikke elastisk-plastisk som de fleste andre utførelseseksempler. Demperen kunne også bestå av friksjonsplater, presset sammen med en bestemt kraft.

Byggemetoden for det første utførelseseksempel av oppfinnelsen er uten problemer. Byggeteknikken for plattformdekk er mer kompli-sert, og et eksempel skal skisseres.

Når man betrakter det annet utførelseseksempel (fig. 3 og 4) bygger man plattformen med tårn 12 og øvre ringdrager 15 på vanlig måte. Nedre ringdrager 14 bygger en på provisoriske stil-laser, eller hengende i kablene 3 som da må monteres før ringdrageren 14 støpes. Deretter støper man ringveggen 13. 'Når dette er gjort, senker man hele plattformen ned inntil man har et fribord på ca. 6 m, slik som man normalt gjør. Deretter blir dekket 11 (som kun er indikert med sin underside på vertikalsnit-tet) fløtet over mens det ligger på pontonger. Når dekket er på plass, blir plattformen hevet og ringveggen 13 blir festet til dekket i skjøten 33. Demperne monteres til slutt.

Et fjerde utførelseseksempel er vist på fig. 9. Her er det vist et Condeep Monotower 35. Dekket 11 er understøttet ifølge foreliggende oppfinnelse. Plattformen 35 hviler på sjøbunnen 36 på vanlig måte. De seks perifere celler 37 er sirkulære og avsluttet i toppen med kuleskall 38. Det sentrale tårn 39 er delvis konisk. Dé perifere celler 37 er luftfylte og inneholder lagertanker 40. Lagertankene er avsluttet i endene med kuleskall 41J I Tankene henger i kabler 42 og har dempere 43 ifølge foreliggende<i>oppfinnelse. Demperne er av. typen vist på fig. 6 og er fastspent i den hengende lagertank. Tankene 40 kan være fylt med olje eller vann/luft og virke som lagertanker, eller være fylt med vann permanent og virke som rene vekter.

Hensikten med utførelsen i det fjerde eksempel er å redusere massen som må følge grunnen under et jordskjelv, mens man samtidig har den nødvendige vekt til å motstå oppdriften. Man kan eventuelt oppnå lager i tillegg.

En annen versjon av oppfinnelsen er å henge hele plattformen 35

i kabler.

En annen versjon igjen ville være å la en flytende struktur danne det faste fundament.

Det femte utførelseseksempel, vist på fig. 10-13, viser igjen et plattformdekk. Dekket 11 er et vanlig ståldekk med ståldragere 44. Ringveggen ("konen") 13 er sirkulær nederst og går over til et kvadrat.i øvre ende for å danne et godt opplegg for dekksbjelkene 44. Byggemetoden er som følger: 1. Plattformen med tårnene 12, ringvegg 13 og kabler 3 bygges innenskjærs, taues til feltet utenskjærs og installeres. 2.. Dekket 11 bygges ved land samtidig med plattformen. Dekket er opplagt på pontonger 45 og fagverk 46 for å komme i riktig høyde. 3. Dekket taues til feltet, plasseres over plattformens tårn og senkes ned ved at man slipper vann inn i pontongene. Denne fase er vist på fig. 10.

4. Pontongene med fagverkene fjernes.

5. Kablene 3, som til å begynne med er lange, forkortes ved suksessiv jekking og utskifting av lange kabler med kortere kabler. Derved blir hele dekket 11 løftet til sin endelige høyde.

i i

6.. Demperne 50 blir montert.

i j 7. Sikkerhetsknaster 47 blir støpt på stedet. Det ferdig mon-terte dekk er vist på fig. 11.

Noen spesielle detaljer skal nevnes. Ringveggen er utvidet på toppen 49. Dette er for å oppnå et bredere opplegg for dekket og derved få store toleranser, noe som er viktig ved operasjoner til havs.

Et eller annet bløtt materiale, f.eks. bly, bør plasseres på ringveggen 13 for å få god kontakt mellom dekk 11 og ringvegg.

Ringveggen er vist kvadratisk øverst. Den kan også være rek-tangulær eller ha en annen form som passer til dekksbjelkene 44. Den kan også ha senteret øverst litt til siden fra tårnets sen-terlinje.

Monteringsoperasjonene kan reverseres. Det blir derfor mulig å bruke dekket omigjén på et annet plattformunderstell.

På en plattform med to eller flere tårn, kan man bruke en enkelt pontong. Pontongene kan være av den halvt neddykkbare typen.

Hvis kablene svikter, må dekket være forhindret fra å falle ned. Dette oppnås ved sikkerhetsknastene 47. De har et visst- mellom-rom til tårnet 12, men mellomrommet, bortsett fra noen få centimeter,, er utfylt med elastisk eller plastisk materiale 48 for å dempe støtet dersom dekket faller ned. Materialet 48 kan økes eller minskes hvis jekking av kablene 3 er nødvendig.

Fordelene ved oppfinnelsen er følgende:

1. Bedre motstand mot jordskjelv. Den hengende bygning vil få reduserte og kontrollerte akselerasjoner. En nyttig dempning er innført. Rekonstruksjon etter flytning er enkelt. 2. Det er enkelt å justere vertikalitet. Dette kan gjøres når som helst uten å avbryte andre gjøremål. Metoden er sikker og nøyaktig.> ■3. Med hensyn til plattformdekkene (fig. 3-5 og 10-13) så kan det tillates større toleranser mellom tårn og dekk. Det er' også mulig å oppnå forspenning av dekket ved å ha forskjellig strekk i kablene. Dette er viktig ved montasje for å unngå store forandringer i dekkmomentene når dekket plasseres på tårnene og når utstyr plasseres på dekket. 4. Hvis statisk ubestemt, så er den hengende bygning mye mindre påkjent enn en vanlig konstruksjon. Dette skyldes elastisi-teten i kablene som fordeler alle spenningskonsentrasjoner. 5. Nedmontering og fjerning av den hengende bygning (f.eks. plattformdekket) er enkelt. Noen tall skal indikeres. Hvis man igjen ser på plattformdekket (fig. 3-4) så kan dekket være 60 x 80 m og veie 20 000 t. Dia-meteren på et tårn kan være 14 m. Maksimal relativ bevegelse mellom tårn og dekk kan være 0,5 m ved jordskjelv. Lengden på kablene bør være minst to ganger dette tall, men helst adskillig lengre, f.eks. 5 eller 10 m. 10 meter vil gi en forlengelse på ca. 6 cm når kablene er fullt belastet. En samlet last på 20 000 t vil gi gjennomsnittlig 5000 t på hvert tårn. For å ta vare på alle slags ujevn belastning må kablenes kapasitet over-stige dette tall betraktelig. En kapasitet på 10 000 t pr. tårn er rimelig. Femti kabler på 200 t hver er brukbart. Maksimal vind-last på dekket kan være 1000 t. Som demper kan velges typen på fig. 6.. Seksten vertikale dybler med en kapasitet på 100 t hver for flytning vil gi tilsammen 1600 t, noe som synes rimelig.

Man kan i særlig tilfelle tenke seg å feste demperne i begge ender. Vektfordelingen mellom kabler og dempere vil da i ube-skadiget,stand være avhengig av forspenningen i kablene. Når demperne begynner å flyte, vil mesteparten av vekten bli over-ført til kablene.

Hvis man betrakter fig. 9 kan man tenke seg å utføre nedre demper som et kontinuerlig stålskjørt plassert under lagertankenes vegger, og med kablene 42 litt forspent. Hvis man får et kraftig jordskjelv, vil skjørtet knekke ut og vekten overføres til kab-

i lene. Skjørtet vil i fortsettelsen virke som en demper. Skjør-

I jtet kan ogsa o være av aluminium eller et annet metall. 'j

Det er umulig å vise særskilt alle mulige variasjoner av oppfinnelsen. Det nevnes derfor bare at de forskjellige detaljer som er vist kan brukes i hvilken som helst kombinasjon innenfor opp-finnelsens ramme.

Claims (7)

1. Fuhdamenteringssystem for bygninger, karakterisert ved at bygningen har et fundament som er opphengt i et annet fundament ved hjelp av et strekkledd og hvor den hengende bygning er fastholdt sideveis ved hjelp av en demper.

2. Fundamenteringssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at strekkleddet består av kabler eller stålstenger med muttere i enden(e).

3. Fundamenteringssystem ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at demperen består av en ver-tikal dybel som er fastspent i øvre fundament og går ned i sand, asfalt e.l. i nedre fundament.

4. Fundamenteringssystem ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at demperen består av "en dybel som er fastspent i det ene fundament og går gjennom et hull i det andre fundament.

5. Fundamenteringssystem ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at demperen er festet i både den hengende bygning og det faste fundament.

6. Fremgangsmåte for å fremstille et fundament ifølge noen av de foregående krav, karakterisert ved at fundamentstrukturen flyter og har det nedre fundament forhånds-montert og at fundamentstrukturen nedsenkes til et moderat fribord, selve bygningen flø tes over og forbindes med det nedre fundament. ii

7. Fremgangsmåte ifølge krav' 6, karakterisert i i ved at fundamentstrukturen installeres på sjøbunnen og at JI bygningen fløtes over og senkes ned på det nedre fundament.