Разработка системы стационарной сейсмоизоляции Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 699.841

И.В. Захарченко, Н.М. Мальков

ЗАХАРЧЕНКО Иван Валентинович - магистрант кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). МАЛЬКОВ Николай Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры гидротехники, теории зданий и сооружений Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). Е-шаП: [email protected]

© Захарченко И.В., Мальков Н.М., 2012

Разработка системы стационарной сейсмоизоляции

Предлагается классификация существующих систем сейсмозащиты зданий, обращается внимание на специальную сейсмозащиту, которую можно разделить на сейсмоизоляцию и сейсмогашение. Выделена стационарная сейсмоизоляция как наиболее эффективная из современных методов сейсмозащиты и проанализированы недостатки известных конструкций сейсмоизоляторов. На основе этого анализа разработана новая конструкция сейсмоизолятора (получен патент на полезную модель), в основе действия которой лежат магнитные силы. Ее описание с обоснованием преимущества приводится в данной работе. Ключевые слова: классификация сейсмозащиты, стационарная сейсмоизоляция, конструкция сейсмоизо-лятора, полезная модель.

Developing a Stationary Seismic Insulation System. Ivan V. Zakharchenko, Nikolai M. Malkov - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).

The paper presents classification of seismic protection systems. Special seismic protection is emphasized in the classification. The seismic protection is divided into seismic resistance and shock damping. Disadvantages of known seismic insulators are analyzed. A stationary seismic insulation is emphasized as the most efficient seismic protection method. New seismic insulator design was developed based on magnetic forces action. A patent on the utility model was received. The description of new seismic insulator design is resulted and its' advantages are described.

Key words: classification of seismic resistance, stationary seismic insulation, design seismic insulator, utility model.

Известно, что сейсмические силы не являются чисто внешними, а генерируются самой конструкцией в процессе ее колебаний [1, 2, 7]. Это обстоятельство обусловливает два пути повышения сейсмостойкости сооружений: традиционный и специальный [3, 5, 7].

Традиционные методы в основном связаны с уменьшением массы конструкций, повышением их прочностных и жесткостных характеристик, а также с выбором рациональных конструктивных и планировочных решений. Назначение же специальных методов сейсмозащиты - целенаправленное изменение динамической схемы работы сооружения, они наиболее актуальны для высоких, а также ответственных зданий [6]. Известны многие системы сейсмозащиты, использующие различные подходы к обеспечению сейсмостойкости. Общая их классификация представлена на рис.1.

Специальную сейсмозащиту принято разделять на сейсмоизоляцию и сейсмогашение. В системах сейсмогашения, включающих демпферы и динамические гасители, механическая энергия колеблющейся конструкции переходит в другие виды энергии (что приводит к демпфированию колебаний) или перераспределяется от защищаемой конструкции к гасителю.

В системах сейсмоизоляции обеспечивается снижение механической энергии, получаемой конструкцией от основания, преимущественно

Рис. 1. Классификация систем сейсмозащиты

путем отстройки частот колебаний сооружения от преобладающих частот воздействия. Различают адаптивные и стационарные системы сейсмоизоляции. В адаптивных системах динамические характеристики сооружения необратимо меняются в процессе землетрясения, «приспосабливаясь» к сейсмическому воздействию. В стационарных системах динамические характеристики сохраняются в процессе и после землетрясения.

Стационарная сейсмоизоляция является наиболее эффективным из современных методов сейсмозащи-ты, однако известные конструкции сейсмоизоляторов имеют следующие значительные недостатки.

1. Большинство сейсмоизоляторов очень сложны в изготовлении и монтаже (часто требуется обеспечить герметичность антифрикционного покрытия, имеются сложности с организацией монтажа надфунда-ментных конструкций), при этом характеристики антифрикционного покрытия со временем ухудшаются.

2. Вопрос ограничения перемещений чаще всего решается использованием стальных пружин либо тросов (при этом возникает вероятность чрезмерных перемещений, вследствие чего здание теряет общую устойчивость).

3. В случае больших перемещений надфундаментных конструкций при сильном сейсмическом воздействии возникает вероятность разрушения конструкции сейсмоизолятора из-за отсутствия механизма уменьшения ускорения здания при граничных перемещениях.

На основе анализа существующих систем сейсмоизоляции была разработана новая конструкция сейсмоизолятора, в основе действия которой лежат магнитные силы. Цель нашей работы - ее представление и обоснование преимуществ.

Разработанная конструкция сейсмоизолятора (получен патент на полезную модель [4]) представляет собой механизм, располагающийся между конструкциями фундамента и надфундаментной части. Использование сейсмоизолятора возможно как при применении колонн в качестве вертикальных несущих элементов, так и при применении стен (диафрагм). Основной целью использования данной конструкции является снижение внутренних усилий, возникающих в каркасе здания при сейсмических воздействиях, за счет устройства скользящего пояса.

Фундамент здания рекомендуется выполнять плитным (возможно устройство широкого низкого ростверка при применении свай). В местах опирания колонн (а также стен) устраиваются специальные ограничительные борта (рис. 2), препятствующие чрезмерному (свыше установленного) смещению надфундамент-ных конструкций относительно фундамента. Колонны нижнего уровня в узле опирания на фундамент имеют специальную распределительную плиту, размеры которой принимаются исходя из габаритов пирамиды про-давливания, а также в зависимости от вертикальной осевой нагрузки на колонну. Между распределительной плитой и плитой фундамента располагаются подшипниковые шары диаметром 40-60 мм, находящиеся в техническом вазелине для снижения трения и истирания поверхности.

Шары удерживаются под распределительной плитой специальным ограничивающим бортиком и способствуют свободному горизонтальному смещению колонн и стен относительно фундаментной плиты в пределах, обозначенных бортами-ограничителями. При интенсивных сейсмических воздействиях ускорение

грунта (соответственно, и фундамента) может достигать 7 м/с2, а удар плиты об ограничитель на высокой скорости может привести к катастрофическим последствиям. Данная проблема решается путем устройства электромагнитов с противоположно направленными магнитными полями по периметру распределительной плиты надфундаментной конструкции и ограничителя. Распределительная плита и борта фундамента имеют специальные полки, на которых размещаются электромагниты, подключенные к аккумуляторным батареям так, чтобы их поля были направлены навстречу друг другу. Сила взаимного отталкивания таких электромагнитов зависит от расстояния между ними. Таким образом, по мере их сближения

бортик

Рис. 2. Схематичная конструкция сейсмоизолятора

отталкивающая сила постепенно возрастает, обеспечивая плавное снижение ускорения, передаваемого над-фундаментным конструкциям от основания.

В том случае, если силы взаимного отталкивания электромагнитов окажется недостаточно для того, чтобы избежать удара распределительной плиты об ограничитель, сила удара будет частично поглощена резиновыми демпфирующими прокладками, устраиваемыми по периметру плиты и борта.

Предлагаемая полезная модель позволяет создать фундаментную конструкцию, которая значительно снижает расход материала и предоставляет возможность вести строительство высотных зданий в районах сейсмичностью более 8 баллов.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в значительном (до трех раз) снижении внутренних усилий в элементах каркаса здания и как следствие - снижении расхода материалов. При этом достигнута возможность применения данной конструкции в любом сейсмическом районе, так как ее эффективность обеспечивается при воздействии любой интенсивности и частоты.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айзенберг Я.М. Адаптивные системы защиты сооружений. М.: Наука, 1978. 248 с.

2. Амосов А.А., Синицын С.Б. Основы теории сейсмостойкости сооружений. М.: АСВ, 2001. 96 с.

3. Арутюнян А.Р. Современные методы сейсмоизоляции зданий и сооружений // Инженерно-строит. журн. 2010. № 3. С. 56-60.

4. Захарченко И.В. Сейсмоизолирующий фундамент. Патент на полезную модель № 109474. 2011 г. (ЯИ 109474 и1).

5. Зеленьков Ф.Д. Предохранение зданий и сооружений от разрушения с помощью сейсмоамортизатора. М.: Наука, 1979. 52 с.

6. СП 31-114-2004. Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах. М.: ФГУП ЦНС, 2005. 53 с.

7. Уздин А.М. Основы теории сейсмостойкости и сейсмостойкого строительства зданий и сооружений. СПб.: ВНИИГ, 1993. 176 с.

УДК 621.9.01:658.512 Л.В. Бут

БУТ Людмила Викторовна - доцент кафедры инженерной графики Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). © Бут Л.В., 2012

Построение развёрток поверхностей вращения с нанесением сетей

В практике строительства и для макетирования часто требуется осуществлять покрытие из плоского материала. Для моделирования поверхности плоской фигуры создается сеть, состоящая из квадратов. Предлагается графический прием выполнения развёртки поверхности сферы. Ключевые слова: развёртка, сферическая поверхность, сетка, квадрат.

Construction of pattern surfaces of rotation and networks. Liudmila V. But - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok).

Covering by flattened material is common in engineering and modeling. To image the surface of planar figure, it's necessary to create a net of squares. Graphical method of performing sphere pattern is offered. Key words: pattern, spherical surface, net, square.

Сферическая поверхность принадлежит к неразвёртывающимся поверхностям. Для построения условной развёртки разделим горизонтальную проекцию поверхности полусферы меридианами на 16 долей. В плане показана только половина рассматриваемой поверхности. Построим развёртку одной доли. Для того чтобы в развёртку доли вписать четыре «квадрата», впишем в нее четыре окружности. Радиус первой окружности к подберем так, чтобы она касалась прямой I, при этом будет закончено построение первого