RU2023817C1

RU2023817C1 - Earthquakeproof foundation

Info

Publication number: RU2023817C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Борисович Смирнов; Виктор Леонидович Водолазский
Original assignee: Сергей Борисович Смирнов; Виктор Леонидович Водолазский
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: construction. SUBSTANCE: foundation has lower and upper supporting belts, located by some distance from each other. Upper belt transfers operational loading to lower belt through supports, that act as switching off links. projections are formed between supports in upper belt and matching pits - in lower belt. Projections enter pits with formation of side and horizontal clearances. Vertical flexible rods, ends of which are fixed to belts, are set in side clearances. Height of horizontal clearances does not exceed value of vertical projection of calculated deformation of rods and does not exceed distance between belts. Width of side clearances by horizontal line is less than half of amplitude of relative relocations of supporting belts under calculated seismic action. EFFECT: foundation is used in construction. 7 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и касается выполнения сейсмоизолирующих фундаментов. The invention relates to the field of earthquake-resistant construction and for the implementation of seismic insulating foundations.

Известны сейсмоизолирующие фундаменты из верхнего и нижнего опорных поясов, в зазорах между которыми установлены стержни. Seismic insulating foundations from the upper and lower support zones are known, in the gaps between which rods are installed.

В указанных фундаментах изоляция от сейсмических толчков и волн сдвига осуществляется только за счет изгибно-сдвиговых деформаций стержней, что малоэффективно. Сами же стержни при таком решении неизбежно являются жесткими, т. к. они постоянно несут вес здания, что обусловливает их большую жесткость на изгиб и сдвиг и ведет к повышению передаваемой ими наверх сейсмической силы и снижению сейсмоизолирующей способности. In these foundations, isolation from seismic shocks and shear waves is carried out only due to bending-shear deformations of the rods, which is ineffective. The rods themselves with such a solution are inevitably stiff, because they constantly bear the weight of the building, which makes them more rigid in bending and shear and leads to an increase in the seismic force transmitted by them to the top and a decrease in the seismic insulating ability.

Известен фундамент, в котором для изоляции действия сейсмических толчков наряду с вертикальными стержнями используются обращенные друг к другу поверхности, образующие при расчетной деформации стержней контактные антифрикционные поверхности. There is a well-known foundation in which, to isolate the effects of seismic shocks, along with vertical rods, surfaces facing each other are used, which form contact antifriction surfaces during the calculated deformation of the rods.

Сейсмоизолирующая способность этого фундамента тоже недостаточна вследствие неизбежного диффузионного "залипания" со временем интенсивно сжатых антифрикционных поверхностей. The seismic insulating ability of this foundation is also insufficient due to the inevitable diffusive “sticking” of intensely compressed antifriction surfaces over time.

Наиболее близким к изобретению является сейсмоизолирующий фундамент, в зазоре переменной величины между верхним и нижним поясами которого установлены жесткие опоры, передающие эксплуатационную нагрузку с верхнего пояса на нижний, и вертикальные стержни, включающиеся в работу на сжатие и сдвиг при сейсмических толчках. Closest to the invention is a seismic insulating foundation, in the gap of a variable size between the upper and lower zones of which there are rigid supports that transfer the operating load from the upper zone to the lower, and vertical rods that are included in compression and shear during seismic shocks.

Недостаток этой конструкции фундамента заключается в высокой суммарной жесткости на сдвиг связей между поясами и в недостаточной степени защиты от толчков и волн сдвига. Причина в том, что опорные связи, используемые здесь, воспринимающие интенсивное сжатие от веса здания, имеют большую сдвиговую жесткость, потому не могут обеспечить достаточную степень сейсмоизоляции и передают большую сейсмическую силу наверх. The disadvantage of this foundation design is the high total stiffness of the shear ties between the belts and insufficient protection against shocks and shear waves. The reason is that the support links used here, which perceive intense compression from the weight of the building, have a large shear stiffness, therefore they cannot provide a sufficient degree of seismic isolation and transmit a large seismic force upward.

Цель изобретения - повышение сейсмоизолирующей способности фундамента. The purpose of the invention is to increase the seismic insulating ability of the foundation.

Цель достигается за счет того, что в фундамент включаются расположенные на расстоянии друг от друга нижний и верхний жесткие опорные пояса, размещенные между ними опоры, передающие эксплуатационную нагрузку с верхнего пояса на нижний, и вертикальные упругие стержни. Нижний и верхний пояса выполнены с расположенными между опорами соответственно углублениями и выступами, заведенными в углубления с образованием боковых и горизонтальных зазоров. Упругие стержни размещены в боковых зазорах, жесткие опоры выполнены в виде выключающихся при разрушении связей и связей, включающихся при закрытии зазоров. Горизонтальные зазоры имеют высоту, не превышающую вертикальной проекции расчетной деформации стержней и не превышающую расстояния между поясами. Ширина боковых зазоров по горизонтали меньше половины амплитуды относительных перемещений опорных поясов при расчетном сейсмическом воздействии. Поверхность дна углублений и обращенная к ней поверхность выступа (включающейся связи) покрыты фрикционным материалом. В боковых зазорах могут быть установлены дискретные демпферы. The goal is achieved due to the fact that the base includes the lower and upper rigid support belts located at a distance from each other, supports placed between them, transmitting the operating load from the upper belt to the lower one, and vertical elastic rods. The lower and upper zones are made with recesses and protrusions located between the supports, respectively, led into the recesses with the formation of lateral and horizontal gaps. Elastic rods are placed in the lateral gaps, the rigid supports are made in the form of disconnecting when breaking the ties and ties that are turned on when closing the gaps. Horizontal gaps have a height not exceeding the vertical projection of the calculated deformation of the rods and not exceeding the distance between the belts. The width of the lateral gaps horizontally is less than half the amplitude of the relative displacements of the support zones during the calculated seismic impact. The surface of the bottom of the recesses and the surface of the protrusion (turning on the connection) facing it are covered with friction material. Discrete dampers can be installed in the side gaps.

Кроме того, боковые зазоры между выступами пояса могут быть заполнены упругим материалом - заполнителем, соотношение жесткости которого с жесткостью упругих стержней таково, что заполнитель слабо работает на сжатие от веса здания, но оказывает боковое давление на стержни, удерживая их от выпучивания. Комбинированная система из упругих стержней и заполнителя обладает свойствами, способствующими эффективной сейсмоизоляции: она сохраняет постоянную малую жесткость на сдвиг и постоянную большую жесткость на сжатие при боковых смещениях от толчков. In addition, the lateral gaps between the protrusions of the belt can be filled with an elastic material - a filler, the ratio of the rigidity of which with the stiffness of the elastic rods is such that the filler weakly compresses the weight of the building, but exerts lateral pressure on the rods, preventing them from bulging. The combined system of elastic rods and aggregate has properties that contribute to effective seismic isolation: it maintains a constant low shear stiffness and a constant high compressive stiffness at lateral displacements from shocks.

Нижний пояс имеет снизу тонкий антифрикционный слой, лежащий на таком же подстилающем антифрикционном слое, размещенном на грунте. Кроме того, фундамент обнесен защитным рвом, дно которого расположено ниже его подошвы. The lower belt has a thin anti-friction layer below, lying on the same underlying anti-friction layer, placed on the ground. In addition, the foundation is surrounded by a protective moat, the bottom of which is located below its sole.

На чертеже показан сейсмостойкий фундамент. The drawing shows an earthquake-resistant foundation.

Фундамент содержит верхний 1 и нижний 2 опорные пояса, между которыми образован сломанный зазор, который может быть заполнен упругим материалом-заполнителем 3. Верхний пояс 1 выполнен с чередующимися опорными выступами 4, а нижний - с ответными углублениями, между которыми образованы опорные выступы 5, имеющие на верхней грани разрушимые опоры 8. В углубления нижнего пояса заведены выступы 4 с образованием боковых 6 и горизонтальных 7 зазоров. Опирание верхнего пояса на нижний в период отсутствия сейсмических воздействий осуществляется через опоры 8 в виде выключающихся связей. В боковых зазорах 6 размещены гибкие стержни 9 из упругопластического и ударно-вязкого материала, включающиеся после разрушения опор 8 и работающие в упругой или пластической стадии. Стержни 9 подкреплены упругим заполнителем 3 или демпферами, размещенными в зазорах 6. Концы стержней 9 заделаны в опорные пояса. Дно углублений в нижнем поясе и обращенная к нему поверхность выступов 4 покрыта материалом 10 с антифрикционными свойствами. Горизонтальные зазоры 7 могут быть не заполнены упругим материалом. The foundation contains the upper 1 and lower 2 support belts, between which a broken gap is formed, which can be filled with elastic filler material 3. The upper belt 1 is made with alternating support protrusions 4, and the lower one with reciprocal recesses between which support protrusions 5 are formed, having on the upper face destructible supports 8. In the recesses of the lower zone are ledges 4 with the formation of side 6 and horizontal 7 gaps. The support of the upper belt to the lower one during the period of absence of seismic influences is carried out through the supports 8 in the form of disconnecting links. In the lateral gaps 6 are placed flexible rods 9 of elastoplastic and impact-viscous material, which are turned on after the destruction of the supports 8 and work in an elastic or plastic stage. The rods 9 are supported by an elastic filler 3 or dampers placed in the gaps 6. The ends of the rods 9 are embedded in the support belts. The bottom of the recesses in the lower zone and the surface of the protrusions 4 facing it is covered with a material 10 with antifriction properties. The horizontal gaps 7 may not be filled with elastic material.

В боковые зазоры 6 между выступами в поясах могу быть вставлены дискретные демпферы вместо упругого материала-заполнителя. In the lateral gaps 6 between the protrusions in the belts, discrete dampers can be inserted instead of an elastic filler material.

Нижний пояс 2 имеет снизу тонкий антифрикционный слой 11, лежащий на другом таком же слое 12, уложенном на грунт. The lower belt 2 has a thin anti-friction layer 11 below, lying on another layer of the same 12, laid on the ground.

Фундамент ограждается сейсмоизолирующим рвом 13, дно которого расположено ниже подошвы фундамента. The foundation is protected by a seismic isolating moat 13, the bottom of which is located below the base of the foundation.

Работа фундамента осуществляется следующим образом. The work of the foundation is as follows.

В исходном состоянии фундамент представляет собой жесткую систему. Эксплуатационные и ветровые нагрузки от сооружения передаются на нижний опорный пояс через жесткие опоры 8, которые при сейсмических толчках разрушаются и выключаются из работы. Это скачком снижает сдвиговую жесткость в уровне пpомежуточного слоя и резко уменьшает сейсмическую реакцию, передаваемую им на здание. В результате здание кратковременно (на время действия толчков) завиcает на гибких вертикальных стержнях 9 и допускает сдвиг нижнего пояса. Это свойство обеспечивает минимум волновой сейсмической силы, передаваемой при толчках с нижнего пояса на верхний. In the initial state, the foundation is a rigid system. Operational and wind loads from the structure are transferred to the lower support belt through rigid supports 8, which are destroyed and seized from seismic shocks. This abruptly reduces the shear stiffness at the level of the intermediate layer and sharply reduces the seismic reaction transmitted by it to the building. As a result, the building briefly (for the duration of the shocks) hinges on flexible vertical rods 9 and allows the lower belt to shift. This property provides a minimum wave seismic force transmitted during shocks from the lower belt to the upper.

После окончания первого опасного толчка здание плавно опускается на прогибающиеся стержни 9, поддерживаемые заполнителями 3. При продолжении опасных толчков может произойти пластический изгиб стержней 9, горизонтальные зазоры уменьшаются и полностью закрываются. Происходит плавный контакт между антифрикционными поверхностями углублений и выступов и обеспечивается дальнейший сдвиг поясов. Такая комбинированная система из гибких опор и заполнителя обладает особыми свойствами. After the end of the first dangerous shock, the building gradually descends onto the bending rods 9, supported by placeholders 3. When the dangerous shocks continue, plastic bending of the rods 9 can occur, horizontal gaps are reduced and completely closed. There is a smooth contact between the antifriction surfaces of the recesses and protrusions and a further shift of the belts is provided. Such a combined system of flexible supports and aggregate has special properties.

Во-первых, она имеет малую жесткость на сдвиг и значительную жесткость на сжатие. Firstly, it has low shear stiffness and significant compressive stiffness.

Во-вторых, это сочетание жесткостей не изменяется при существенных сдвиговых смещениях нижнего пояса за счет того, что с ростом прогиба связей возрастает боковой отпор материала или засыпки, которые их поддерживают. Secondly, this combination of stiffness does not change with significant shear displacements of the lower belt due to the fact that with an increase in the deflection of the bonds, the lateral resistance of the material or the backfill that supports them increases.

В-третьих, жесткость заполнителя на сдвиг не возрастает и не происходит его уплотнения как при толчках, так и при длительном действии собственнго веса, поскольку вес передается только на гибкие опоры (связи), подпираемые заполнителем, а затем дублируется включающимися опорными выступами 4. Thirdly, the rigidity of the filler in shear does not increase and its compaction does not occur both with jolts and with the long-term action of the self-weight, since the weight is transferred only to flexible supports (ties) supported by the filler, and then duplicated by the included supporting protrusions 4.

Постоянная связь между поясами осуществляется через стержни 9. В результате применения опор 8 происходит перестройка жесткой системы на гибкую с выходом в сейсмоизолирующий режим. При дальнейшем возрастании силы сейсмических толчков гибкие стержни 9 интенсивно деформируются, обеспечивая изоляцию от волн сдвига. A constant connection between the belts is carried out through the rods 9. As a result of the use of the supports 8, the rigid system is rebuilt into a flexible system with access to the seismic isolating mode. With a further increase in the strength of seismic shocks, the flexible rods 9 are intensively deformed, providing isolation from shear waves.

По мере возрастания силы толчков увеличиваются деформации (изгиб) стержней, горизонтальный зазор 7 закрывается. Происходит скачкообразный контакт между поверхностями дна и включаются опорные выступы 4, допускающие сдвиг поясов. As the strength of the shocks increases, the deformations (bending) of the rods increase, the horizontal gap 7 closes. A spasmodic contact occurs between the bottom surfaces and the supporting protrusions 4 are turned on, allowing belt shifting.

Первичный сейсмоизолирующий эффект осуществляется за счет сдвига грунта под фундаментом по антифрикционному подстилающему слою и глубокого защитного рва, ослабляющего действие толчков. Сейсмоизолирующий эффект осуществляется также за счет сдвига нижнего пояса 2 антифрикционным материалом 10 относительно фундамента под верхним поясом 1. The primary seismic insulating effect is due to the displacement of the soil under the foundation along the anti-friction underlayer and a deep protective ditch that weakens the effect of the shocks. The seismic insulating effect is also carried out due to the shift of the lower belt 2 by antifriction material 10 relative to the foundation under the upper belt 1.

Таким образом обеспечивается сейсмозащита сооружения за счет последовательного включения в работу различных гасителей волн сдвига. При этом заведение стержней в углубления позволяет увеличить их высоту и, следовательно, включить в работу большую энергию их деформаций, не увеличивая при этом расстояние между поясами, т.е. не снижая устойчивости сооружения. This ensures the seismic protection of the structure due to the sequential inclusion in the work of various shear wave dampers. In this case, the insertion of the rods into the recesses makes it possible to increase their height and, therefore, to include in the work a large energy of their deformations, without increasing the distance between the belts, i.e. without reducing the stability of the structure.

Claims

1. SEISMIC ISOLATING BASE, including the lower and upper support belts located at a distance from each other, the supports placed between them to transfer the operational load from the upper belt to the lower and flexible vertical rods, characterized in that the lower and upper belts are made with those placed between the supports, respectively recesses and protrusions brought into the recesses with the formation of lateral and horizontal gaps, flexible rods are placed in the lateral gaps and are fixed by the ends in the belts, the supports are made in the form of This turns the links, and horizontal gaps have a height not exceeding the vertical projection of the rods and the calculated deformation not exceeding the distance between the support belts.

2. The foundation according to claim 1, characterized in that the width of the lateral gaps horizontally is less than half the amplitude of the relative displacements of the reference zones during the calculated seismic impact.

3. The foundation according to claims 1 and 2, characterized in that the bottom surface of the recesses and the surface of the protrusions facing it are covered with a friction material forming a connecting bond.

4. The foundation according to claims 1 to 3, characterized in that the lateral gaps are filled with an elastic-viscous-plastic or loose material.

5. The foundation according to claims 1 to 4, characterized in that the horizontal gaps are filled with an elastic-viscous-plastic or bulk material.

6. The foundation according to paragraphs. 1-3, characterized in that dampers are discretely installed in the lateral gaps.

7. The foundation according to claims 1 to 5, characterized in that a layer of antifriction material is placed under the lower support belt.