Конструктивные элементы сейсмостойких зданий

О. С. Кочетов

Аннотация

Статья относится к области строительства, а именно к реконструкции, восстановлению или возведению сейсмостойких зданий и сооружений, расположенных в зоне риска возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС).

В настоящее время разработка усиленных зданий и сооружений с повышенной устойчивостью к воздействиям ветровых нагрузок и землетрясениям является актуальной задачей. Она решается за счет размещения в этих объектах многослойных виброизолирующих опор, воспринимающих вертикальные нагрузки во время их использования и активно воспринимающих горизонтальные нагрузки во время сейсмической активности без необратимых и критических разрушений или с минимальными деформациями, что повышает сейсмическую надежность и безопасность здания или сооружения в условиях ЧС, а также снижение их уязвимости при воздействии ветровых нагрузок и землетрясений, повышение их сейсмической безопасности, долговечности и остаточного ресурса.

Способ возведения рассматриваемых объектов предусматривает размещение виброизоляторов и силовых приспособлений между основанием и временно опирающимся на него посредством упоров верхним строением здания, сооружения и приведение виброизоляторов посредством силовых приспособлений в рабочее состояние с отрывом верхнего строения от основания, причем виброизоляторы и силовые приспособления размещают в открытых снизу нишах верхнего строения враспор между верхним строением и основанием, а приведение виброизоляторов в рабочее состояние осуществляют в нишах путем их сжатия, после чего между виброизолятором и основанием размещают опорные блоки, фиксирующие виброизоляторы в сжатом состоянии, и извлекают силовые приспособления, а после отрыва за счет сил упругости виброизоляторов верхнего строения от основания извлекают упоры [1-12].

Рис. 1 Общий вид сейсмостойкой конструкции здания: 1-виброизолированный фундамент; 2-вертикадбные несущие конструкции с системой виброизоляции; 3-горизонтальные несущие конструкции с системой виброизоляции; 4-внутренние перегородки; 5-кровля здания; 6-дверные проемы с усилением; 7-оконные проемы с усилением

Конструкция пола выполнена на упругом основании (рис.2) и содержит установочную плиту 8, выполненную из армированного вибродемпфирующим материалом бетона, которая устанавливается на базовой плите 9 межэтажного перекрытия с полостями 10 через слои вибродемпфирующего материала 11 и гидроизоляционного материала 12 с зазором 13 относительно несущих стен 2 здания.

Чтобы обеспечить эффективную виброизоляцию установочной плиты 8 по всем направлениям слои вибродемпфирующего материала 11 и гидроизоляционного материала 12 выполнены с отбортовкой, плотно прилегающей к несущим конструкциям стен 2 и базовой несущей плите 9 перекрытия. На рис.3 представлена схема виброизоляции цокольного этажа в основании здания.

Для повышения эффективности виброизоляции и сейсмостойкости здания базовые несущие плиты 9 перекрытия (на рис.2 показана плита 9 перекрытия только для одного этажа здания и с одной стороны несущих стен 2) снабжены в местах их крепления к несущим стенам здания системой пространственной виброизоляции, состоящей из горизонтально расположенных виброизоляторов 14 и 15, воспринимающих вертикальные статические и динамические нагрузки, а также вертикально расположенных виброизоляторов 16, воспринимающих горизонтальные статические и динамические нагрузки.

Рис. 2 Разрез междуэтажного перекрытия здания.

На рис.4 представлена схема виброизоляции железобетонной плиты, состоящей из связанных между собой железобетонных балок 23 в основании здания, которая является вариантом виброзащиты без домкратов и включает в себя, по крайней мере, четыре резиновых виброизолятора 24 (рис.5 и рис.6), устанавливаемых между металлической плитой 25 и железобетонной балкой 23, расположенной в основании 26 здания, выполненного заодно целое с, по крайней мере, восемью ленточными фундаментными блоками 27 и 28, являющимися своеобразными "ловушками", а каждая из металлических плит 25

установлена на, по крайней мере, трех железобетонных столбах-упорах 29.

Рис. 4 Схема виброизоляции железобетонной плиты в основании здания.

Между каждыми ленточными фундаментными блоками 27 и 28 и каждой из железобетонных балок 23 устанавливаются песчаные подушки 30, а под резиновыми виброизоляторами 24 закреплены тензорезисторные датчики 31, контролирующие осадку виброизоляторов 24. Песчаные подушки 30 установлены в металлических разъемных обоймах.

Схема виброизоляторов, выполненных из эластомера представлена на рис.5-6. Каждый из виброизоляторов 14, 15, 16 состоит из жестко связанных между собой резиновых плит: верхней 32 и нижней 33 (рис.5 и 6), в которых выполнены сквозные отверстия 34, расположенные по поверхности виброизолятора в шахматном порядке. По форме виброизоляторы выполнены квадратными или прямоугольными, а также их боковые грани могут быть выполнены в виде криволинейных поверхностей n-ого порядка, обеспечивающие равночастотность системы виброизоляции в целом. Отверстия 34 имеют в сечении форму, обеспечивающую равночастотность виброизолятора.

Система виброизоляции фундамента 17 с цокольным этажом 18 (рис.3) осуществляется путем установки поднимаемой части здания на виброизоляторы (рис.5, рис.6) с одновременной отрезкой его швами типа антисейсмических (на чертеже не показано) от соседних зданий и окружающего грунта. Для защиты от вибраций вертикального направления виброизо-ляторы устанавливаются в ниши стен цокольного этажа 18 на участки ленточного фундамента 19. Каждый комплект системы виброизоляции состоит из металлической плиты, 4-х виброизолятоов (рис. 5 и рис. 6), 2-х листов наждачной бумаги для исключения возможности скольжения элементов фундамента и 2-х опорных железобетонных блоков (на чертеже не показано).

Для защиты здания от вибраций горизонтального направления, распространяющихся по грунту, устраивается система виброизоляции по вертикальным граням наружных стен 20 цокольного эта-жа 18 на уровне фундамента 17 и перекрытий 9 (рис.2). С этой целью вокруг всего здания устраивается подпорная стенка, контрфорсы 21 которой соединяются с торцами несущих стен через виброизоляторы (рис.5 и рис.6), которые устанавливаются в нишах 22 контрфорсов 21. Конструкция виброизолированного здания имеет повышенную жесткость.

Цокольный этаж здания выполнен в виде пространственной рамной конструкции из монолитного железобетона с включенными в раму перекрытием и перегородками (на чертеже не показано). Такая конструкция обеспечивает повышенную жесткость здания, компенсирующую ее снижение из-за опирания на виброизоляторы. С этой же целью усилены перемычки над дверными и иными проемами (на чертеже не показано) так, чтобы жесткость перегородок не изменилась, а фундамент 17 выполнен в виде ленточной перекрестной конструкции высотой порядка 50 см, выступающей над фундаментной плитой-стяжкой.

Каждый из виброизоляторов 24 (рис.5 и рис.6) состоит из жестко связанных между собой резиновых плит: верхней 32 и нижней 33, в которых выполнены сквозные отверстия 34, расположенные по поверхности виброизолятора в шахматном порядке. По форме виброизоляторы 24 выполнены квадратными или прямоугольными, а также их боковые грани могут быть выполнены в виде криволинейных поверхностей n-ого порядка, обеспечивающие равночастотность системы виброизоляции в целом. Отверстия 34 имеют в сечении форму, обеспечивающую равночастотность виброизолятора 24.

Все магистрали, трубопроводы и т.п. коммуникации, проходящие через фундамент в здание или установленное на нем оборудование, устроены с компенсаторами либо отрезаны от фундамента скользящими швами (на чертеже не показано). Места установки вентиляционного, электрического и т.п. оборудования в цокольном этаже выбраны из условия доступа к виброизоляторам (на чертеже не показано), их монтажа и демонтажа.

Взаимодействие звуковых волн с активными полостями, заполненными негорючим звукопоглотителем приводит к шумоглушению в высокочастотном диапазоне, причем за счет наличия полостей увеличивается поверхность звукопоглощения, и, как следствие, повышается коэффициент звукопоглощения.

При установке виброактивного оборудования на плиту 8, происходит двухкаскадная виброзащита, за счет вибродемпфирующих вкраплений в саму массу плиты 8, а также за счет слоя вибродемпфирующего материала 11, в качестве которого могут быть использованы: иглопробивные маты типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, материал из твердых вибродемпфирующих материалов, например, пластиката, из звукоизоляционных плит на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60-80 кг/м³.

Литература

1. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Сейсмостойкая конструкция здания // Заявка на изобретение № 2012102738. Опубликовано 10.08.2013. Бюллетень изобретений № 22.

2. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Малошумное сейсмостойкое производственное здание // Заявка на изобретение № 2012102740. Опубликовано 10.10.13. Бюллетень изобретений № 28.

3. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Способ повышения сейсмостойкости кирпичной стеновой панели // Заявка на изобретение № 2012104582. Опубликовано 20.08.2013. Бюллетень изобретений № 23.

4. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Сейсмостойкое здание // Патент РФ на полезную модель № 120447. Опубликовано 20.09.2012. Бюллетень изобретений № 26.

5. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Сейсмостойкое сооружение // Патент РФ на полезную модель № 123433. Опубликовано 27.12.2012. Бюллетень изобретений № 36.

6. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю., Авгуцевичс А.Х. Сейсмостойкая кирпичная стеновая панель // Патент РФ на полезную модель № 118331. Опубликовано 20.07.2012. Бюллетень изобретений № 20.

7. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Малошумное сейсмостойкое производственное здание // Патент РФ на полезную модель № 129125. Опубликовано 20.06.2013. Бюллетень изобретений № 17.

8. Дурнев Р.А., Кочетов О.С., Иванова О.Ю. Виброизолятор для фундаментов зданий, работающих в сейсмически опасных районах // Патент РФ на полезную модель № 129584. Опубликовано 27.06.2013. Бюллетень изобретений № 18.

9. Аюбов Э.Н., Омельченко М.В., Кочетов О.С., Тараканов А.Ю., Скубак Н.Ю., Поляков И.А. Сейсмостойкое сооружение // Патент РФ на полезную модель № 131036. Опубликовано 10.08.2013. Бюллетень изобретений № 22.

10. Аюбов Э.Н., Омельченко М.В., Кочетов О.С., Тараканов А.Ю., Скубак Н.Ю., Поляков И.А. Сейсмостойкое здание // Патент РФ на полезную модель № 131038. Опубликовано 10.08.2013. Бюллетень изобретений № 22.

11. Маклаков А.С., Авгуцевичс А.Х., Кочетов О.С., Тараканов А.Ю. Сейсмостойкое сооружение // Патент РФ на полезную модель № 131037. Опубликовано 10.08.2013. Бюллетень изобретений № 22.