RU2063503C1

RU2063503C1 - Aseismic building support

Info

Publication number: RU2063503C1
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Безруков
Priority date: 1991-11-04
Filing date: 1991-11-04
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: civil engineering in permafrost. SUBSTANCE: building support is placed between building structures and formed by a portion of sphere and the cylinder introduced inside the sphere, elastic member located in the niche if the sphere, and rigid cylindrical member installed in the cavity of the sphere portion and rested on the elastic member. Radius of the sphere portion exceeds support height. Head diameter of the rigid cylinder is equal to the cylinder diameter. Base of the cylinder coincides with horizontal base of sphere portion. EFFECT: aseismic effect. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и предназначено к использованию при возведении зданий различного назначения в сейсмических районах. The invention relates to construction and is intended for use in the construction of buildings for various purposes in seismic areas.

Известна кинематическая опора, которая уменьшает вертикальные и горизонтальные сейсмические воздействия. Known kinematic support, which reduces the vertical and horizontal seismic effects.

К недостаткам этой опоры относится слабая адаптация здания к сейсмическим воздействиям на резонансных частотах (Авт.свид. СССР N 947367, кл. Е 04 Н 9/02, 1980). The disadvantages of this support are the weak adaptation of the building to seismic effects at resonant frequencies (Autosvid. USSR N 947367, class E 04 H 9/02, 1980).

Известна опора сейсмостойкого здания, включающая элемент, выполненный в виде цилиндра, основания которого вписаны в сферу, причем центры радиусов кривизны криволинейной опорной поверхности сферы размещены на образующих цилиндрах (Авт.свид. СССР N 846701, кл. Е 04 Н 9/02, 1977). Known support for an earthquake-resistant building, including an element made in the form of a cylinder, the bases of which are inscribed in a sphere, and the centers of radii of curvature of the curved supporting surface of the sphere are placed on the forming cylinders (Autosvid. USSR N 846701, class E 04 H 9/02, 1977 )

К недостаткам этой опоры относятся отсутствие устройств для гашения вертикальных составляющих сейсмических воздействий, отсутствие демпфирующих устройств, жесткая связь радиуса и высоты опоры, которая не позволяет подобрать требуемые частотные характеристики системы сейсмозащиты. The disadvantages of this support include the lack of devices for damping the vertical components of seismic effects, the absence of damping devices, the tight connection of the radius and height of the support, which does not allow you to select the required frequency characteristics of the seismic protection system.

Задачей изобретения является повышение надежности защиты здания от сейсмических воздействий за счет перестройки частотных характеристик здания во время землетрясения, исключающих резонансные явления. The objective of the invention is to increase the reliability of building protection from seismic effects due to the adjustment of the frequency characteristics of the building during an earthquake, excluding resonance phenomena.

Указанная цель достигается тем, что в опоре сейсмостойкого здания, включающей элемент, размещенный между верхней и нижней строительными конструкциями и выполненный в виде цилиндра, вписанного основанием в часть сферы с горизонтальным участком, совпадающим с основанием цилиндра и центром радиуса кривизны, расположенным на образующей цилиндра, диаметр цилиндра составляет 1/20-1/3 высоты опоры, а радиус сферы превышает высоту опоры, причем часть сферы установлена с зазором относительно верхней строительной конструкции и выполнена в верхней части с центральной полостью и соединенной с ней горизонтальной нишей, а опора снабжена упругим элементом, расположенным в нише, и жестким цилиндрическим элементом, установленным нижней частью на упругом элементе в полости части сферы с возможностью его перемещения относительно последней и выполненным с оголовком, имеющим горизонтальное основание, диаметр которого равен диаметру цилиндра части сферы. This goal is achieved by the fact that in the support of an earthquake-resistant building, including an element located between the upper and lower building structures and made in the form of a cylinder inscribed by the base in a part of the sphere with a horizontal section coinciding with the base of the cylinder and the center of radius of curvature located on the generatrix of the cylinder, the cylinder diameter is 1 / 20-1 / 3 of the height of the support, and the radius of the sphere exceeds the height of the support, and part of the sphere is set with a gap relative to the upper building structure and is made in the upper parts with a central cavity and a horizontal niche connected to it, and the support is provided with an elastic element located in the niche and a rigid cylindrical element mounted on the elastic element with the lower part in the cavity of the sphere part with the possibility of its movement relative to the latter and made with a head having a horizontal base whose diameter is equal to the diameter of the cylinder of the sphere.

Кроме того, упругий элемент может быть выполнен в виде дисковой пружины с прокладками из упруго-пластического материала и ядром из прокаленного песка, а нижняя строительная конструкция может быть выполнена с выемкой, в которой размещена часть сферы, а полость между последней и стенками выемки заполнена песком с образованием демпфера. In addition, the elastic element can be made in the form of a disk spring with gaskets of elastic plastic material and a core of calcined sand, and the lower building structure can be made with a recess in which a part of the sphere is placed, and the cavity between the last and the walls of the recess is filled with sand with the formation of a damper.

На чертеже изображена опора сейсмостойкого здания. Опора сейсмостойкого здания содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 строительные конструкции, между которыми размещен элемент 3, выполненный в виде цилиндра 4, вписанного основанием в часть сферы 5 с горизонтальным участком 6, совпадающим с основанием 7 цилиндра 4 и с центром 8 радиуса R кривизны, расположенным на образующей 9 цилиндра 4. The drawing shows the support of an earthquake-resistant building. The support of the earthquake-resistant building contains the upper 1 and lower 2 building structures, between which there is an element 3 made in the form of a cylinder 4, inscribed by the base in a part of the sphere 5 with a horizontal section 6 coinciding with the base 7 of the cylinder 4 and with a center 8 of radius R of curvature located on the generatrix 9 of the cylinder 4.

Диаметр цилиндра 4 составляет 1/20-1/3 высоты опоры. The diameter of the cylinder 4 is 1 / 20-1 / 3 of the height of the support.

Радиус R сферы имеет большую величину, чем высота опоры. The radius R of the sphere is larger than the height of the support.

Часть сферы 5 установлена с зазором 10 относительно верхней строительной конструкции 1 и имеет в верхней части центральную полость 11 и соединенную с ней горизонтальную нишу 12. Part of the sphere 5 is installed with a gap 10 relative to the upper building structure 1 and has a central cavity 11 and a horizontal niche 12 connected to it in the upper part.

В нише 12 расположен упругий элемент 13, а в полости 11 жесткий цилиндрический элемент 14, опертый на упругий элемент 13 нижней частью. Жесткий элемент 14 установлен в полости 11 с возможностью его перемещения по вертикали относительно части сферы 5 и имеет оголовок 15 с горизонтальным основанием. Диаметр последнего равен диаметру цилиндра 4 части сферы 5. In the niche 12, an elastic element 13 is located, and in the cavity 11 a rigid cylindrical element 14, supported on the elastic element 13 by the lower part. The rigid element 14 is installed in the cavity 11 with the possibility of its movement vertically relative to part of the sphere 5 and has a head 15 with a horizontal base. The diameter of the latter is equal to the diameter of the cylinder 4 of the sphere 5.

Упругий элемент 13 может быть выполнен в виде дисковой пружины 16 с прокладками 17 из упруго-пластического материала и ядром 18 из прокаленного песка. The elastic element 13 can be made in the form of a disk spring 16 with gaskets 17 of elastic plastic material and a core 18 of calcined sand.

Нижняя строительная конструкция 2 может иметь выемку 19, в которой размещена основанием часть сферы 5. The lower building structure 2 may have a recess 19 in which the base of the sphere 5 is placed.

Полость 20 между частью сферы 5 и стенками выемки 19 заполнена песком с образованием демпфера, обеспечивающего вязкое затухание колебаний. The cavity 20 between the part of the sphere 5 and the walls of the recess 19 is filled with sand with the formation of a damper, providing viscous damping of the oscillations.

Опора такой конструкции представляет собой самовосстанавливающуюся связь. The support of this design is a self-healing relationship.

Упругий элемент 13 может быть заменен при необходимости. Для этого его извлекают из ниши 12, предварительно вынув клиновой упор 21. The elastic element 13 can be replaced if necessary. To do this, it is removed from the niche 12, previously removing the wedge stop 21.

Защита от сейсмического воздействия осуществляется следующим образом. Protection against seismic effects is as follows.

При конструировании кинематической телескопической опоры через соотношение радиуса части сферы 5 и высоты опоры подбирают период колебаний гибкого здания, не совпадающий с периодами собственных колебаний и преобладающими прогнозными колебаниями грунта при сейсмическом воздействии, а диаметр цилиндра 4 в зависимости от требуемого уровня снижения сейсмических нагрузок на здание, но не ниже ветровых. Например, при необходимости снизить нагрузки на здание с 9 до 8 баллов, т.е. в 2 раза, диаметр цилиндра подбирают по формуле:

,
где H высота опоры 1,2 м;
S расчетная сейсмическая нагрузка (для 9 баллов) 25690 кH;
Q собственный вес здания 59938 кH.When designing a kinematic telescopic support through the ratio of the radius of part of the sphere 5 and the height of the support, the vibration period of the flexible building is selected that does not coincide with the periods of natural vibrations and the prevailing predicted vibrations of the soil under seismic effects, and the cylinder diameter 4, depending on the required level of reduction of seismic loads on the building, but not lower than wind. For example, if necessary, reduce the load on the building from 9 to 8 points, i.e. 2 times, the cylinder diameter is selected according to the formula:

,
where H support height 1.2 m;
S calculated seismic load (for 9 points) 25690 kH;
Q own weight of the building 59938 kH.

Здание, построенное на кинематических телескопических опорах, в период между землетрясениями опирается на основания цилиндра 4 и работает как жесткое здание. При землетрясении с периодом колебаний грунта, близким к периоду собственных колебаний здания вследствие развития резонансных эффектов, амплитуды колебаний здания нарастают до порогового уровня, при достижении которого происходит перевал через ребро цилиндра 4 на часть сферы 5 опоры, т.е. происходит отключение жесткой связи, периоды колебаний здания резко возрастают, здание "уходит" из резонансного режима, сейсмические нагрузки существенно снижаются и под действием гравитационных сил (т.к. радиус части 5 сферы больше высоты опоры) здание возвращается в первоначальное положение, происходит самовосстановление выключающейся связи. A building built on kinematic telescopic supports, in the period between earthquakes, rests on the base of cylinder 4 and works as a rigid building. In an earthquake with a period of soil oscillations close to the period of the building’s own vibrations due to the development of resonance effects, the building oscillation amplitudes increase to a threshold level, upon reaching which there passes through the edge of cylinder 4 to a part of the sphere 5 of the support, i.e. disconnection of the hard link occurs, the building’s oscillation periods increase sharply, the building “leaves” the resonance mode, seismic loads decrease significantly and under the influence of gravitational forces (since the radius of part 5 of the sphere is greater than the support height), the building returns to its original position, self-healing occurs communication.

При землетрясении с периодом грунта, близким к параметрам гибкого здания, резонансные эффекты не развиваются, т.к. здание опирается на горизонтальные основания цилиндра 4 и работает как жесткое. In an earthquake with a period of soil close to the parameters of a flexible building, resonant effects do not develop, because the building rests on the horizontal bases of cylinder 4 and works as rigid.

Изобретение позволяет увеличить срок эксплуатации здания под действием силы тяжести сооружения, при ветровом воздействии и при деформации основания, снизить возникающие при землетрясении сейсмические силы до определенного значения, ограничивать амплитуду смещений и ускорение колебаний, а также обеспечивать общую устойчивость сооружения, а также изготовить элементы опоры из материала, долговечность которого проверена из опыта, а в случае необходимости легко их заменить. The invention allows to increase the life of the building under the influence of the gravity of the structure, with wind and during deformation of the base, to reduce the seismic forces that occur during an earthquake to a certain value, to limit the amplitude of displacements and the acceleration of vibrations, as well as to ensure the overall stability of the structure, as well as to manufacture support elements from material, the durability of which is tested from experience, and if necessary, it is easy to replace them.

Claims

1. The support of an earthquake-resistant building, including an element located between the upper and lower building structures and made in the form of a cylinder inscribed by the base in a part of the sphere with a horizontal section coinciding with the base of the cylinder, and with a center of radius of curvature located on the cylinder generatrix, characterized in that the cylinder diameter is 1/20 1/3 of the height of the support, and the radius of the sphere exceeds the height of the support, and part of the sphere is set with a gap relative to the upper building structure and made in the upper part with a cent a hollow cavity and a horizontal niche connected to it, and the support is equipped with an elastic element located in the niche and a rigid cylindrical element mounted on the elastic element with the lower part in the cavity of the sphere part with the possibility of its movement relative to the latter and made with a head having a horizontal base, diameter which is equal to the cylinder diameter of the sphere.

2. Support according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of a disk spring with gaskets of elastoplastic material and a core of calcined sand.

3. Support according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the lower building structure is made with a recess in which a part of the sphere is placed, and the cavity between the last and the walls of the recess is filled with sand with the formation of a damper.