CC BY
8УДК 331.225.3
Самат А.С.
магистрант группы МСтр-18(1), МОК, КазГАСА
Научный руководитель: Хомяков В.А.
академический профессор ФОС, КазГАСА
Научный консультант: Ержанов С.Е.
к.т.н., член-корр. МИА и НИА управляющий директор по науке АО «КазНИИСА»
СРАВНЕНИЕ СЕЙСМОИЗОЛИРУЮЩИХ КОНСТРУКЦИИ
Аннотация: в статье рассмотрены технические решения, направленные на повышение сейсмостойкости зданий и сооружений с повышенной устойчивостью к воздействиям землятресении.
Ключевые слова: сейсмостойкое здание, основание здания, свайные фундаменты, виброизоляция.
Проблема проектирования и строительства зданий и сооружений в сейсмически активных районах получает большое развитие в наше время. Особое место занимает вопрос обеспечения прочности, устойчивости, жесткости и безопасности зданий и сооружений, подвергаемых такому типу особых нагрузок. Даже небольшое землетрясение всего в 3-5 баллов может в считанные минуты нанести зданию или сооружению непоправимый ущерб, который повлечет их лавинообразное обрушение и приведет к гибели людей. Поэтому перед проектировщиками и строителями стоит вопрос о том, как сделать так, чтобы здание не только не разрушилось во время данного стихийного бедствия, но и выстояв, получило повреждения, не превышающие своего предельного значения, даже при больших толчках, чем в 3-5 баллов. С древних времен
люди придумывали различные методы и конструкций, чтобы избежать природные стихийные бедствия. На ваше внимание мы покажем несколько конструкции, которые были придуманы с целью сохранение основных конструктивов здания при сильных и не сильных землетрясениях. Сейсмоизолирующее основание под фундамент
Целью изобретения является повышение эффективности гашения сейсмических колебаний за счет обеспечения отражения и поглощения энергии колебаний конструкцией сейсмоизолирующего основания зданий, сооружений. Поставленная цель достигается тем, что сейсмоизолирующее основание здания, сооружения включает расположенное под фундаментом здания, сооружения упругое основание, имеющее форму перевернутой усеченной прямоугольной пирамиды, грани которой состоят из попеременно уложенных горизонтальных и наклонных слоев из материалов с различными акустическими свойствами и центрального упругого ядра, выполненного из армированного грунта, при этом масса сейсмоизолирующего основания равна массе
Недостатком этой конструкции фундамента является его недостаточная эффективность после первого этапа сейсмоколебаний, когда упругая прослойка и напряженные анкера исчерпают демпфирующие свойства.
Сейсмоизолирующее основание под фундамент - 1. здания, сооружения - 2, расположенного в котловане - 3, включает: нижние и боковые экранирующие пояса из чередующихся слоев различной акустической жесткости, например из железобетона - 4 и из пенополиуретана, резины - 5; центральное упругое ядро, выполненное из
глинистого грунта, уложенного послойно с уплотнением (7) и армированное геосеткой или стальной полосовой арматурой (6); грунт обратной засыпки 8. Сейсмостойкие опоры
В конструкций размещен упругий элемент с податливостью по трем координатным осям, заполненный демпфирующей жидкостью. Упругий элемент выполнен в виде сварного сильфона из гофрированных в радиальном и окружном направлениях основных мембран и дополнительной мембраны. В одной из крайних основных мембран выполнены калиброванные отверстия, с ней же по наружному контуру и жесткому центру с образованием герметичной полости соединена дополнительная мембрана.
Сейсмостойкие опоры зданий, сооружений и может быть использовано в качестве амортизаторов в объектах, работающих при больших вибрационных и ударных ускорениях: на автомобильном и железнодорожном транспорте, в энергетических установках и ядерных реакторах, для установки прецизионного оборудования, в качестве демпфирующих устройств в растяжках высотных сооружений.
8
На фиг. 1 - изображена конструкция сейсмостойкой опоры; Сейсмостойкая опора работает следующим образом.
Динамические колебания фундамента 11 сооружения с закрепленным в нем
вертикальным элементом заделки 9 опоры по трем координатным осям - вертикальной
и двум горизонтальным, включая и угловые колебания вокруг этих осей по отношению
к надфундаментной конструкции сооружения 12 и вертикальному элементу заделки 8
при землетрясении или транспортных воздействиях приведут к деформации и
взаимному смещению центров мембран 2 упругого элемента 1 по трем координатным
142
осям, ослаблению ударных импульсных нагрузок за счет малой контактной жесткости, передаваемых от фундамента 11 к надфундаментной конструкции сооружения 12, снижению контактных напряжений, перемещению демпфирующей жидкости 15 в межмембранной полости между мембранами 2 в радиальном направлении и из межмембранной полости -в полость между верхней мембраной 2 и дополнительной мембраной 7 через калиброванные отверстия 6 (направления движения демпфирующей среды на фиг. 1 указаны стрелками для случая сжатия упругого элемента 1), что приведет к возникновению демпфирующих сил и моментов по трем координатным осям Сейсмоизолирующие свайные фундаменты
Сущность конструктивного обеспечения сейсмозащиты зданий с помощью свайных фундаментов заключается в том ,что ростверк здания с жесткой конструктивной схемой (каменные, крупнопанельные, крупнообломочное, кирпичные и т.д.) на свайных фундаментах расположена не на поверхности грунта, а на некоторой высоте от него и сопряжен со сваями с помощью конструктивного узла, снимающего изгибающие моменты и допускающего поворот оголовка сваи относительно ростверка. Такие конструкции в принципе осуществляют идею гибкого первого этажа, хотя существенно отличается от нее.
В свайных фундаментах (мною предложенный) с верхней части практически снимаются изгибающие моменты, а нижняя часть сваи оказывается в упруго заделанной в грунт, в результате чего получается более равномерное распределение напряжений на большей длине свай и большая деформативность свайных фундаментов по сравнению с гибким первым этажом при одной и той же свободной длиной стоек и свай. К началу воздействия сваи находятся в вертикальном положении, что соответствует состоянию устойчивого равновесия. Выведенное из этого состояния здание будет испытывать нагрузку, равную восстанавливающей силе. Сейсмоизолирующий свайный фундамент позволяет часть сейсмической силы направить на деформацию свай, вместе с тем, и на перемещения надфундаментной части здания в целом, уменьшая деформации ее несущих конструкций. Шарнирное соединение ростверка со сваями уменьшает жесткость сваи по сравнению с соответствующим жестким соединением, увеличивает
периоды собственных колебаний системы, что способствует достижению намечаемой цели - снижению горизонтальной сейсмической нагрузки.
Свайные фундаменты с высоким расположением ростверка обладает повышенными податливостью и диссипативными свойствами. Отличительной особенностью работы сейсмоизолирующих свайных фундаментов является интенсивное взаимодействие свай при землетрясений с окружающим их грунтом в верхней, близкой к дневной поверхности зоне.
Период собственных колебаний зданий на свайных фундаментах рассматриваемых типов практически можно изменить в широких диапазонах. Это достигается изменением свободной свай над поверхностью грунта, поперечного сечения сваи и количества.
Список литературы
1. Ержанов С.Е. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Сейсмические реакции жестких зданий, опирающихся на сейсмоизолирующие свайные фундаменты», Алма-ата, 1983. - с. 21-27
2. Елисеев О.Н., Уздин А.М. Сейсмостойкое строительство, ч. 1. С. -Петербург, 1997.
3. Ухов С.Б. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. Изд.АСБ.: Москва, 1994.
4. Аубакиров А.Т. Некоторые вопросы расчета и конструирования свайных фундаментов в сейсмических районах. Тезисы докладов III Всесоюзной конференции «Динамика оснований, фундаментов и подземных сооружений» Изд. «Фан», Ташкент, 1973. - с. 114-118
5. Аубакиров А.Т. Об упругом сопротивлении свайных фундаментов в лессовых просадочных грунтах при горизонтальной нагрузке. В сб. «Исследования сейсмостойкости сооружений и конструкций», труды института Казпромстройниипроект, вып. 5(15), Алма-ата, 1972. - с. 56-63
