RU2767842C1

RU2767842C1 - Seismic-resistant dome structure

Info

Publication number: RU2767842C1
Application number: RU2021127849A
Authority: RU
Inventors: Руслан Петрович Кулов
Priority date: 2021-09-22
Filing date: 2021-09-22
Publication date: 2022-03-22

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction and can be used for the construction of civil and industrial dome structures for areas with increased seismic activity. The seismic-resistant dome structure includes large-sized reinforced concrete slabs, the longitudinal ribs of which are directed along the meridians, and in the lower part are rigidly connected to a support ring buried in the ground, and a reinforced concrete ring foundation. A horizontal structural gap is formed between the support ring and the annular foundation, in which support metal balls are placed in individual metal bowls with the possibility of their free movement in any direction of the horizontal plane. One metal bowl is fixed to the support ring, and the other to the ring foundation. Between the support ring and the adjacent soil, fixed by a concrete wall, a vertical structural gap is formed, with a width not less than the diameter of the metal bowl, covered at the level of the ground surface along the perimeter of the structure by a sliding blind area.

EFFECT: increasing the seismic resistance of the dome structure under significant multiple seismic impacts, ensuring the exclusion of deformation of the structure and increasing its operational reliability.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для строительства купольных сооружений гражданского и промышленного назначения для районов с повышенной сейсмической активностью. The invention relates to construction and can be used for the construction of civil and industrial dome structures for areas with increased seismic activity.

Известно купольное сооружение, включающее, крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, в нижней части, жестко соединённые с опорным кольцом, каждая железобетонная плита содержит по две вставки из пенобетона и покрытие из высокопрочной листовой стали с наружной и внутренней стороны до вставок. Вставки из пенобетона закрыты с обеих сторон металлическими накладками, одной стороной, жестко соединённой с покрытием (см. патент RU N 2639230, МПК (2006.01) Е04В 1/32, опубл. 20.12.2017 г.). A domed structure is known, including large-sized reinforced concrete slabs, the longitudinal ribs of which are directed along the meridians, in the lower part, rigidly connected to the support ring, each reinforced concrete slab contains two foam concrete inserts and a coating of high-strength sheet steel from the outside and inside to the inserts. Foam concrete inserts are closed on both sides with metal plates, one side is rigidly connected to the coating (see patent RU N 2639230, IPC (2006.01) E04V 1/32, publ. 20.12.2017).

Недостатками данного технического решения является то, что демпферы в виде пенобетонных вставок, введенные во все железобетонные плиты купола выполняют, предназначенные им функции, лишь частично, в узких пределах сейсмических воздействий, а при значительных сейсмических колебаниях, то есть значительных горизонтальных перемещениях грунта и, следовательно, перемещениях самого купольного сооружения и возникновения горизонтальных разрушительных инерционных сил, пенобетонные вставки из "поглотителей энергии колебаний" превращаются в очаги сосредоточения деформаций несущих элементов купола и при весьма значительных сейсмических проявлениях общая деформация купольного сооружения неизбежна, вплоть до разрушения. То есть данный аналог не существенно повысит коэффициент разрушения купольного сооружения, а при повторных сейсмических воздействиях деформированные пенобетонные вставки как демпферы не работоспособны и уменьшают прочность несущих железобетонных элементов купола и, следовательно, снижают эксплуатационную надежность сооружения в сейсмических районах. The disadvantages of this technical solution is that dampers in the form of foam concrete inserts introduced into all reinforced concrete slabs of the dome perform their intended functions only partially, within a narrow range of seismic effects, and with significant seismic vibrations, that is, significant horizontal movements of the soil and, therefore , movements of the dome structure itself and the occurrence of horizontal destructive inertial forces, foam concrete inserts from "oscillation energy absorbers" turn into centers of concentration of deformations of the bearing elements of the dome, and with very significant seismic manifestations, the general deformation of the dome structure is inevitable, up to destruction. That is, this analogue will not significantly increase the destruction coefficient of the dome structure, and with repeated seismic impacts, the deformed foam concrete inserts as dampers are not operational and reduce the strength of the supporting reinforced concrete elements of the dome and, therefore, reduce the operational reliability of the structure in seismic areas.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является купольное сооружение, включающее крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, в нижней части жестко соединённые с опорным кольцом, в него дополнительно включены кольцо из пенобетона и железобетонное кольцо основания, причём кольцо из пенобетона жестко соединено с опорным кольцом и с железобетонным кольцом основания, при этом все кольца заглублены в грунт (см. патент RU N 2638682, МПК (2006.01) Е04В 1/32, опубл. 15.12.2017 г., Бюл. №35). The closest to the claimed technical solution is a dome structure, including large-sized reinforced concrete slabs, the longitudinal ribs of which are directed along the meridians, in the lower part are rigidly connected to the support ring, it additionally includes a foam concrete ring and a reinforced concrete base ring, and the foam concrete ring is rigidly connected to a support ring and with a reinforced concrete base ring, while all the rings are buried in the ground (see patent RU N 2638682, IPC (2006.01) E04B 1/32, publ. 12/15/2017, Bull. No. 35).

Недостатками прототипа является то, что прочность демпфирующего кольца, выполненного из пенобетона, недостаточна для восприятия нагрузки от массы железобетонного купола и изолирующих слоев покрытия купола, даже без сейсмического воздействия, ввиду того, что пенобетон материал не конструкционный, а теплоизоляционный с незначительными прочностными характеристиками, а при сейсмических колебаниях происходят многократные знакопеременные перемещения кольца основания с возникновением горизонтальных инерционных сил, воздействующих на опорное кольцо с базирующимся на нем купольном сооружении, и мало прочное пенобетонное кольцо, оказавшись как бы между двумя мельничными жерновами, неизменно будет полностью разрушен с последующим нулевым демпфирующим качеством. Такой демпфер становится причиной деформирования сооружения, вплоть до сброса его с железобетонного кольца основания и при повторных сейсмических колебаниях пенобетонное кольцо не работоспособно. На основании вышесказанного, прототип имеет низкую сейсмостойкость и эксплуатационную надежность в сейсмических условиях, особенно, при значительных и многократных сейсмических воздействиях. The disadvantages of the prototype is that the strength of the damping ring made of foam concrete is insufficient to absorb the load from the mass of the reinforced concrete dome and the insulating layers of the dome coating, even without seismic impact, due to the fact that the foam concrete material is not structural, but heat-insulating with low strength characteristics, but during seismic vibrations, multiple alternating movements of the base ring occur with the occurrence of horizontal inertial forces acting on the support ring with the dome structure based on it, and the low-strength foam concrete ring, being, as it were, between two millstones, will invariably be completely destroyed with subsequent zero damping quality. Such a damper becomes the cause of the deformation of the structure, up to its release from the reinforced concrete ring of the base, and with repeated seismic vibrations, the foam concrete ring is not operational. Based on the foregoing, the prototype has low seismic resistance and operational reliability in seismic conditions, especially with significant and repeated seismic impacts.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение сейсмостойкости купольного сооружения при значительных многократных сейсмических воздействиях, исключение деформации сооружения и повышение его эксплуатационной надежности. The technical result of the proposed technical solution is to increase the seismic resistance of the dome structure under significant multiple seismic impacts, the exclusion of deformation of the structure and the increase in its operational reliability.

Технический результат достигается тем, что в сейсмостойком купольном сооружении, включающем крупноразмерные железобетонные плиты, продольные рёбра которых направлены по меридианам, а в нижней части жестко соединены с заглубленным в грунт опорным кольцом, железобетонный кольцевой фундамент, согласно изобретению, между опорным кольцом и кольцевым фундаментом образован горизонтальный конструктивный зазор, в котором размещены опорные металлические шары в индивидуальных металлических чашах с возможностью их свободного перемещения в любом направлении горизонтальной плоскости, при этом одна металлическая чаша закреплена к опорному кольцу, а другая к кольцевому фундаменту, а между опорным кольцом и прилегающим грунтом, фиксированным бетонной стенкой, образован вертикальный конструктивный зазор, шириной не менее диаметра металлической чаши, перекрытый на уровне поверхности земли по периметру сооружения скользящей отмосткой.The technical result is achieved by the fact that in an earthquake-resistant domed structure, including large-sized reinforced concrete slabs, the longitudinal ribs of which are directed along the meridians, and in the lower part are rigidly connected to a support ring buried in the ground, a reinforced concrete annular foundation, according to the invention, is formed between the support ring and the annular foundation a horizontal structural gap in which support metal balls are placed in individual metal bowls with the possibility of their free movement in any direction of the horizontal plane, while one metal bowl is fixed to the support ring, and the other to the ring foundation, and between the support ring and the adjacent soil, fixed concrete wall, a vertical structural gap is formed, with a width not less than the diameter of the metal bowl, covered at the ground level along the perimeter of the structure by a sliding blind area.

Данное конструктивное решение позволит повысить сейсмостойкость купольного сооружения при значительных многократных сейсмических воздействиях и обеспечит эксплуатационную надежность сооружения. This design solution will improve the seismic resistance of the dome structure under significant multiple seismic impacts and ensure the operational reliability of the structure.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен поперечный разрез сейсмостойкого купольного сооружения, на фиг.2 изображен узел А на фиг. 1. The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a cross section of an earthquake-resistant dome structure, figure 2 shows node A in fig. one.

Сейсмостойкое купольное сооружение состоит из крупноразмерных железобетонных плит 1, продольные рёбра которых направлены по меридианам и в нижней части жестко соединены с заглубленным в грунт опорным кольцом 2. Опорное кольцо 2 базируется на железобетонном кольцевом фундаменте 3 с горизонтальным конструктивным зазором 4. В зазоре 4 размещены опорные металлические шары 5, свободно перемещающиеся в индивидуальных металлических чашах 6, которые закреплены соответственно одна к опорному кольцу 2, другая к кольцевому фундаменту 3. Между опорным кольцом 2 и прилегающим грунтом, укрепленным бетонной стенкой 7, образован вертикальный конструктивный зазор 8, шириной не менее диаметра металлической чаши 6. Полость вертикального конструктивного зазора 8 защищена на уровне поверхности земли по периметру сооружения скользящей отмосткой 9. The seismic-resistant domed structure consists of large-sized reinforced concrete slabs 1, the longitudinal ribs of which are directed along the meridians and in the lower part are rigidly connected to the support ring 2 buried in the ground. The support ring 2 is based on the reinforced concrete ring foundation 3 with a horizontal structural gap 4. metal balls 5, freely moving in individual metal bowls 6, which are fixed, respectively, one to the support ring 2, the other to the ring foundation 3. Between the support ring 2 and the adjacent soil, reinforced by a concrete wall 7, a vertical structural gap 8 is formed, with a width not less than the diameter metal bowl 6. The cavity of the vertical structural gap 8 is protected at the ground level along the perimeter of the structure by a sliding blind area 9.

Сейсмостойкое купольное сооружение работает следующим образом. При сейсмических воздействиях на сооружение кольцевой фундамент 3 вместе с землей перемещается в любом направлении горизонтальной плоскости, вынуждая опорные шары 5 свободно прокатываться в своих металлических чашах 6 в аналогичном направлении. При этом опорное кольцо 2 вместе с куполом остается в состоянии покоя. Подобный эффект имеет место при любых значительных горизонтальных сейсмических колебаниях и соответственных горизонтальных сейсмических перемещениях. Диаметр металлических чаш 6 принимается не менее величины сейсмических перемещений так же, как и ширина вертикального конструктивного зазоров 8 для беспрепятственного перемещения кольцевого фундамента 3 относительно опорного кольца 2, то есть обеспечения состояния покоя купольного сооружения. Скользящая отмостка 9 предохраняет полость вертикального зазора 8 от попадания в неё посторонних предметов. Earthquake-resistant dome structure works as follows. Under seismic impacts on the structure, the annular foundation 3 moves along with the earth in any direction of the horizontal plane, forcing the support balls 5 to roll freely in their metal bowls 6 in the same direction. In this case, the support ring 2 together with the dome remains at rest. A similar effect occurs with any significant horizontal seismic vibrations and the corresponding horizontal seismic movements. The diameter of the metal bowls 6 is assumed to be no less than the magnitude of seismic movements, as well as the width of the vertical structural gaps 8 for unhindered movement of the annular foundation 3 relative to the support ring 2, that is, to ensure the state of rest of the domed structure. The sliding blind area 9 protects the cavity of the vertical gap 8 from the ingress of foreign objects into it.

Использование предлагаемого сейсмостойкого купольного сооружения позволит, по сравнению с прототипом, повысить сейсмостойкость купольного сооружения при значительных многократных наиболее разрушительных горизонтальных сейсмических колебаниях, исключить деформацию сооружения, повысить его эксплуатационную надежность.The use of the proposed seismic-resistant dome structure will allow, in comparison with the prototype, to increase the seismic resistance of the dome structure with significant multiple most destructive horizontal seismic vibrations, eliminate the deformation of the structure, and increase its operational reliability.

Claims

Seismic-resistant domed structure, including large-sized reinforced concrete slabs, the longitudinal edges of which are directed along the meridians, and in the lower part are rigidly connected to the support ring buried in the ground, as well as a reinforced concrete ring foundation, characterized in that a horizontal structural gap is formed between the support ring and the ring foundation, in which support metal balls are placed in individual metal bowls with the possibility of their free movement in any direction of the horizontal plane, while one metal bowl is fixed to the support ring, and the other to the annular foundation, and between the support ring and the adjacent soil, fixed by a concrete wall, is formed a vertical structural gap, not less than the diameter of the metal bowl, covered at the ground level along the perimeter of the structure by a sliding blind area.