RU2834595C1

RU2834595C1 - Multi-storey earthquake-resistant suspended building

Info

Publication number: RU2834595C1
Application number: RU2024115512A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Александровна Белаш; Илья Владимирович Свитлик; Игорь Борисович Нудьга; Александр Григорьевич Черных
Filing date: 2024-03-12
Publication date: 2025-02-11

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction, particularly to erection of suspended buildings in seismically hazardous areas. Multi-storey earthquake-resistant suspended building consists of a foundation, a central bearing shaft, a cantilever grillage and floor slabs. Floor slabs are suspended to the grillage by means of suspensions and are connected to the bearing shaft. Building is equipped with stiffness diaphragms combining floor slabs into blocks of floors with independent suspension of each block to the grillage. Blocks of floors are connected to each other through connecting links, and with bearing shaft through disconnecting links.

EFFECT: ensuring resistance of the building to seismic effects due to damping of vibrations of parts of the building by creating inertial forces opposite in sign to the perturbing effect, the energy of vibrations is spent on overcoming them; this allows maintaining integrity of structures in conditions of earthquake.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, в частности к возведению зданий подвесного типа в сейсмически опасных районах.The invention relates to the field of construction, in particular to the construction of suspended-type buildings in seismically hazardous areas.

Известно подвесное здание повышенной этажности, включающее в себя несущий ствол, этажные конструкции в виде жестких блоков, подвешенных к стволу на подвесках и опирающихся на него посредством катковых опор, а также механизмы, служащие для перемещения блоков этажей (см. авт. св. СССР №1357529, Е04Н 9/02, Е04 В 1/34).A suspended building with a high number of storeys is known, which includes a supporting trunk, storey structures in the form of rigid blocks suspended from the trunk on hangers and resting on it by means of roller supports, as well as mechanisms used to move the storey blocks (see USSR Author's Certificate No. 1357529, E04N 9/02, E04B 1/34).

Недостатком указанного решения является то, что устройство амортизирующих катковых опор, устанавливаемых между перекрытиями и стволом жесткости, а также механизмов подъема подвешенных этажей вызывает технические трудности в ходе строительно-монтажных работах при возведении здания, причем данная система не устраняет колебаний подвешенных конструкций в условиях нормальной эксплуатации.The disadvantage of this solution is that the device of shock-absorbing roller supports installed between the floors and the stiffening shaft, as well as the mechanisms for lifting suspended floors, causes technical difficulties during construction and installation work during the construction of the building, and this system does not eliminate vibrations of suspended structures under normal operating conditions.

Известно сейсмостойкое здание с подвешенными этажами, состоящее из центрального ядра жесткости, пространственной фермы и последовательно подвешенных к ней перекрытий (см. пат. РФ №175448, Е04Н 9/02).An earthquake-resistant building with suspended floors is known, consisting of a central rigid core, a spatial truss and floors successively suspended from it (see Russian patent No. 175448, E04H 9/02).

Недостатком известного здания является его подверженность эффекту резонанса при землетрясениях с преобладающими низкими частотами колебаний в виду присущих подвесным конструкциям больших периодов собственных колебаний по сравнению с традиционными несущими системами, а также отсутствие каких-либо мер по снижению потенциального эффекта раскачки подвешенных перекрытий.The disadvantage of the known building is its susceptibility to the resonance effect during earthquakes with predominantly low vibration frequencies due to the large periods of natural vibrations inherent in suspended structures compared to traditional load-bearing systems, as well as the absence of any measures to reduce the potential effect of swinging of suspended floors.

Наиболее близким аналогом к заявляемой конструкции является многоэтажное сейсмостойкое здание с подвешенными этажами, включающее в себя ядро жесткости, дисковые перекрытия, подвешенные к пространственной консольной ферме, а также выключающиеся связи (см. авт. св. СССР №791871, Е04Н 9/02, Е04В 1/34).The closest analogue to the claimed design is a multi-story earthquake-resistant building with suspended floors, including a rigid core, disc floors suspended from a spatial cantilever truss, and disconnectable connections (see USSR Author's Certificate No. 791871, E04N 9/02, E04B 1/34).

Недостатком известного здания является то, что при сейсмическом воздействии здание выводится из резонансного состояния за счет соударения перекрытий с ядром жесткости. Подобное решение способно привести к нарушению целостности несущих конструкций, а заанкеренные при этом в фундаменте подвески уменьшают полезное пространство у основания здания.The disadvantage of the known building is that under seismic impact the building is removed from the resonant state due to the collision of the floors with the rigidity core. Such a solution can lead to a violation of the integrity of the supporting structures, and the suspensions anchored in the foundation reduce the usable space at the base of the building.

Техническая проблема известных технических решений заключается в уязвимости зданий, например в нарушении целостности конструкции, при динамических воздействиях различного рода, как при землетрясении, так и в условиях нормальной эксплуатации.The technical problem of known technical solutions lies in the vulnerability of buildings, for example, in the violation of the integrity of the structure, under dynamic impacts of various kinds, both during an earthquake and under normal operating conditions.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что многоэтажное сейсмостойкое здание подвесного типа состоит из фундамента, центрального несущего ствола, консольного ростверка и плит перекрытия. Плиты перекрытия подвешены к ростверку при помощи подвесок и связаны с несущим стволом. Здание снабжено диафрагмами жесткости, объединяющими плиты перекрытия в блоки этажей с независимой подвеской каждого блока к ростверку. Блоки этажей связаны между собой через включающиеся связи, а с несущим стволом через выключающиеся связи.The essence of the claimed invention is that a multi-story earthquake-resistant suspended-type building consists of a foundation, a central load-bearing shaft, a cantilever grillage, and floor slabs. The floor slabs are suspended from the grillage using hangers and connected to the load-bearing shaft. The building is equipped with stiffening diaphragms that unite the floor slabs into blocks of floors with independent suspension of each block to the grillage. The floor blocks are connected to each other through switching connections, and to the load-bearing shaft through switching connections.

Технический результат, достигаемый заявляемого изобретения, заключается в обеспечении сопротивляемости здания сейсмическим воздействиям широкого спектра преобладающих частот за счет гашения колебаний частей здания путем создания противоположных по знаку возмущающему воздействию инерционных сил, на преодоление которых затрачивается энергия колебаний. Это позволяет сохранить целостность конструкций в условиях землетрясения.The technical result achieved by the claimed invention consists in ensuring the resistance of the building to seismic impacts of a wide range of prevailing frequencies by damping the vibrations of parts of the building by creating inertial forces opposite in sign to the disturbing effect, to overcome which the vibration energy is spent. This allows maintaining the integrity of structures in earthquake conditions.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is explained by drawings, where:

- на фиг. 1 схематично изображен вертикальный разрез многоэтажного сейсмостойкого здания подвесного типа;- Fig. 1 schematically shows a vertical section of a multi-story earthquake-resistant suspended-type building;

- на фиг. 2 - планы здания (разрезы А-А, Б-Б);- Fig. 2 - building plans (sections A-A, B-B);

- на фиг. 3 - выключающаяся связь (разрезы В-В, Г-Г);- in Fig. 3 - disconnecting connection (sections B-B, G-G);

- на фиг. 4 - включающаяся связь (узел А, разрез Д-Д).- in Fig. 4 - the switching connection (node A, section D-D).

Здание включает в себя фундамент 1, центральный несущий ствол 2, выполняющий роль ядра жесткости здания, плиты перекрытий 3, подвешенные к консольному ростверку 4 при помощи подвесок 5, а также диафрагмы жесткости 6, объединяющие этажи в геометрически неизменяемые блоки 7. Связь между ядром здания и подвешенными блоками этажей осуществляется через амортизаторы 8 и выключающиеся связи в виде неармированных бетонных балок 9. Включающиеся связи в виде труб 10 установлены между этажными блоками.The building includes a foundation 1, a central load-bearing shaft 2, which acts as the building's core of rigidity, floor slabs 3, suspended from a cantilever grillage 4 by means of hangers 5, as well as rigidity diaphragms 6, which unite floors into geometrically unchangeable blocks 7. The connection between the building core and the suspended blocks of floors is carried out through shock absorbers 8 and disengaging connections in the form of unreinforced concrete beams 9. Engaging connections in the form of pipes 10 are installed between the floor blocks.

При динамическом воздействии несущие конструкции заявляемого изобретения работают следующим образом.Under dynamic impact, the supporting structures of the claimed invention operate as follows.

Совместная работа ядра жесткости здания 2 и подвешенных этажных блоков 7 в условиях нормальной эксплуатации, сопровождающихся ветровыми воздействиями, осуществляется при помощи связей 9 в виде неармированных бетонных балок. Устройство балок 9 предусматривает обетонирование выпусков арматуры 11 из стен ядра жесткости 2 и плит перекрытий 3. Разрушение бетонных балок 9 происходит при сейсмическом воздействии, что приводит к изменению конструктивной системы здания. Освобожденные от жесткой связи с центральным несущим стволом 2 блоки этажей 7 начинают колебаться независимо друг от друга, так как они прикреплены к консольному ростверку 4 при помощи отдельных подвесок 5. Для обеспечения подобного принципа подвески, перекрытия 3 блока 7, расположенного выше, должны обладать меньшими габаритами. Разность в поведении этажных блоков 7 при сейсмическом воздействии обусловлена различной длиной подвеса 5, причем частота собственных колебаний блока будет тем больше, чем больше длина подвеса этого блока. Взаимодействие блоков этажей 7 с несущим стволом здания 2 осуществляется через амортизаторы 8, установленные в зазоре между перекрытиями 3 и стволом 2 по его периметру. Обладающие отличной от ядра жесткости 2 здания частотой собственных колебаний подвешенные блоки 7 выполняют функцию гасителя колебаний. Во избежание возникновения эффекта раскачки подвешенных конструкций здания 7 между ними установлены включающиеся связи 10. В состав включающейся связи входит труба с фланцем 12, а также трубные проходки 13, устанавливаемые в монолитные перекрытия 3 соседних блоков 7 до бетонирования. Диаметр трубной проходки 13 превышает диаметр трубной связи 12, что позволяет блокам перемещаться независимо друг от друга. Труба 12 включится в работу, если взаимное смещение блоков 7 превысит величину, равную двум зазорам между элементами связи. Резкое повышение жесткости подвешенной части здания за счет включения связей 10 в работу позволяет вывести этажные блоки 7 из резонансного состояния. Этажные блоки 7, отличающиеся друг от друга частотой собственных колебаний, препятствуют значительным перемещениям друг друга. При этом величина допускаемого относительного смещения блоков и жесткости связей обладают большой вариативностью за счет разнообразия сортамента трубных элементов. Во избежание шума, способного возникнуть при соударении элементов включающейся связи, по внутреннему периметру трубной проходки 13 предусмотрена прокладка из упругого материала 14, в качестве которого можно использовать техническую резину.The joint operation of the rigid core of the building 2 and the suspended floor blocks 7 under normal operating conditions accompanied by wind effects is carried out using ties 9 in the form of unreinforced concrete beams. The device of beams 9 provides for concreting of the reinforcement outlets 11 from the walls of the rigid core 2 and floor slabs 3. The destruction of concrete beams 9 occurs under seismic action, which leads to a change in the structural system of the building. Freed from the rigid connection with the central load-bearing shaft 2, the floor blocks 7 begin to oscillate independently of each other, since they are attached to the cantilever grillage 4 using separate hangers 5. To ensure such a suspension principle, the floors 3 of block 7 located above must have smaller dimensions. The difference in the behavior of floor blocks 7 under seismic action is due to the different length of the hanger 5, and the frequency of the natural oscillations of the block will be the greater, the greater the length of the hanger of this block. The interaction of the floor blocks 7 with the supporting trunk of the building 2 is carried out through shock absorbers 8 installed in the gap between the floors 3 and the trunk 2 along its perimeter. The suspended blocks 7, which have a natural oscillation frequency different from that of the rigidity core 2 of the building, perform the function of an oscillation damper. In order to avoid the occurrence of the effect of swinging of the suspended structures of the building 7, switching ties 10 are installed between them. The switching tie includes a pipe with a flange 12, as well as pipe penetrations 13 installed in the monolithic floors 3 of adjacent blocks 7 before concreting. The diameter of the pipe penetration 13 exceeds the diameter of the pipe tie 12, which allows the blocks to move independently of each other. The pipe 12 will be activated if the mutual displacement of the blocks 7 exceeds a value equal to two gaps between the tie elements. A sharp increase in the rigidity of the suspended part of the building due to the inclusion of connections 10 in the work allows to remove the floor blocks 7 from the resonant state. Floor blocks 7, differing from each other in the frequency of their own oscillations, prevent significant movements of each other. At the same time, the value of the permissible relative displacement of the blocks and the rigidity of the connections have a large variability due to the diversity of the assortment of pipe elements. In order to avoid noise that can arise when the elements of the included connection collide, a gasket made of elastic material 14 is provided along the inner perimeter of the pipe penetration 13, for which technical rubber can be used.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить сейсмостойкость здания при землетрясениях с различной интенсивностью и широким спектром преобладающих частот за счет устройства в здании подвешенных этажных блоков, которые выполняют роль инерционных демпферов, способствующих затуханию колебаний несущей системы.Thus, the claimed invention makes it possible to ensure seismic resistance of a building during earthquakes of varying intensity and a wide range of predominant frequencies by installing suspended floor blocks in the building, which act as inertial dampers that help dampen vibrations of the supporting system.

Claims

A multi-story earthquake-resistant suspended-type building consisting of a foundation, a central load-bearing shaft, a cantilever grillage, floor slabs suspended from the grillage by means of hangers and connected to the load-bearing shaft, characterized in that the building is equipped with rigidity diaphragms that unite the floor slabs into blocks of floors with independent suspension of each block to the grillage, wherein the blocks of floors are connected to each other via engaging ties, and to the load-bearing shaft via disengaging ties.