Многоэтажное каркасное сейсмостойкое здание с рамами-диафрагмами

Полезная модель относится к строительству многоэтажных каркасных зданий конструктивной рамно-связевой схемы с железобетонными конструкциями сборного, монолитного и сборно-монолитного исполнения. Технический результат - повышение устойчивости и прочности здания на действие сейсмических нагрузок. Он достигается тем, что в устройстве, содержащем железобетонные диафрагмы, диафрагмы выполнены в виде рамы с жесткими ригелями.

Полезная модель относится к строительству многоэтажных каркасных зданий конструктивной рамно-связевой схемы с железобетонными конструкциями сборного, монолитного и сборно-монолитного исполнения.

Известно многоэтажное сейсмостойкое здание, каркас которого выполнен по рамной конструктивной схеме, характеризующейся жесткими узлами сопряжений ригелей с колоннами, (см. ЦНИИПромзданий ГОССТРОЯ СССР. Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах (к СНиП II-7-81), Москва, Стройиздат, 1984, разделы 3.61, 3.72).

Его недостаток - недостаточная прочность конструкций при действии сейсмической нагрузки, полностью воспринимаемой рамами каркаса.

В качестве прототипа принято многоэтажное сейсмостойкое здание, каркас которого выполнен по связевой конструктивной схеме с вертикальными устоями жесткости в виде железобетонных диафрагм, непрерывных по всей высоте здания. (см. ЦНИИПромзданий ГОССТРОЯ СССР. Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах (к СНиП II-7-81), Москва, Стройиздат, 1984, разделы 3.61, 3.62, 3.72).

Его недостаток - различие форм деформирования диафрагмы и рядовых рам, вследствие чего возникает сложное внутреннее взаимодействие элементов конструкции, при этом диафрагмы через перекрытия передают дополнительную нагрузку на рядовые рамы.

Техническая задача - усовершенствование конструкции диафрагмы с целью обеспечения подобия форм деформирования с поперечными рамами здания, но имеющей существенно большую жесткость в сравнении с ними.

Технический результат - повышение устойчивости и прочности здания на действие сейсмических нагрузок за счет снижения нагрузки на рядовые рамы вследствие подобия форм деформирования диафрагм и рядовых рам.

Он достигается тем, что устройство, содержащее рамный каркас, вертикальные устои жесткости в виде железобетонных диафрагм, имеет диафрагмы в виде рам с ригелями, колонны рам-диафрагм, рядовые рамы, колонны рядовых рам, ригели рядовых рам, при этом колонны рам-диафрагм имеют высоту сечения в 2 и более раз превышающую высоту сечения колонн рядовых рам, высота сечения ригелей рам-диафрагм в полтора и более раз превышает высоту сечения колонн рам-диафрагм, а подобие форм деформирования рам-диафрагм и рядовых рам достигается путем подбора соотношения погонных жесткостей ригелей и колонн рам-диафрагм.

Подобие форм деформирования рам-диафрагм и рядовых рам достигается расчетным путем - подбором соотношения погонных жесткостей ригелей и колонн рам-диафрагм, что позволяет не учитывать деформирование ригеля и считать его жестким.

Колонны рамы-диафрагмы имеют высоту сечения в 2 и более раз превышающую высоту сечения колонн рядовых рам, что приводит к увеличению момента сопротивления в 4 и более раз и, соответственно к увеличению прочности колонн рамы-диафрагмы по сравнению с рядовыми колоннами. Момент инерции колонн рамы-диафрагмы увеличивается в 8 и более раз и, соответственно жесткость колонн рамы-диафрагмы увеличивается по сравнению с колоннами рядовых рам.

Примем высоту сечения колонн рядовых рам - h, тогда высота сечения колонн рамы-диафрагмы - 2h; ширина сечения колонн рядовых рам и колонн рам-диафрагм - b.

Момент сопротивления W прямоугольного сечения определяется по известной формуле:

момент инерции I прямоугольного сечения определяется по известной формуле:

Момент сопротивления колонн рядовых рам равен: W_p=bh²/6; момент сопротивления колонн рам-диафрагм равен: W_д=4bh²/6. Из соотношения W_д/W_р=4 следует, что W_д больше W_p в 4 раза.

Момент инерции колонн рядовых рам равен: I_р=bh³/12; момент инерции колонн рам-диафрагм равен: I_д=8bh³/12. Из соотношения I_д/I_р=8 следует, что I _д больше I_р в 8 раз.

Конструкция поясняется чертежом (фиг.1 - фрагмент многоэтажного здания с рамой-диафрагмой в разрезе). Устройство имеет ригели 1 рамы-диафрагмы 2, колонны 3 рамы-диафрагмы 2, ригели 4 и колонны 5 рядовых рам.

Устройство работает следующим образом.

Ригели 1 и колонны 3 образуют раму-диафрагму 2 значительно большей жесткости по сравнению с рядовыми рамами, состоящими из ригелей 4 и колонн 5.

За счет жестких ригелей 1 рама-диафрагма 2 деформируется по сдвиговой схеме, аналогично рядовым рамам.

При выборе высоты сечения колонн 3 рамы-диафрагмы 2 в два и более раз превышающую высоту сечения колонн 5 рядовых рам и высоты сечения ригелей 1 рамы-диафрагмы 2 в полтора и более раз превышающую высоты сечения колонн 3 рамы-диафрагмы 2 сохраняется подобие форм деформирования рам-диафрагм и рядовых рам, при существенном увеличении прочности и жесткости рам-диафрагм относительно рядовых рам. Это приводит к более равномерному распределению внутренних усилий в здании и увеличению его способности к восприятию сейсмической нагрузки.

Положительный эффект - увеличение устойчивости каркасного здания с рамами-диафрагмами предложенной конструкции к действию сейсмической нагрузки, в результате чего такое здание способно оставаться безопасным для людей и оборудования, находящихся в здании в момент воздействия.

Источники информации принятые во внимание:

1. Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1991, стр.527-528.

2. Плевков B.C. Железобетонные и каменные конструкции сейсмостойких зданий и сооружений. - Томск: Изд-во Том. гос. архит. - строит. ун-та, 2006, стр.90 (Прототип).

Многоэтажное каркасное сейсмостойкое здание с рамами-диафрагмами, содержащее рамный каркас, вертикальные устои жесткости в виде железобетонных диафрагм, отличающееся тем, что устройство имеет диафрагмы в виде рам с ригелями, колонны рам-диафрагм, рядовые рамы, колонны рядовых рам, ригели рядовых рам, при этом колонны рам-диафрагм имеют высоту сечения в 2 и более раз превышающую высоту сечения колонн рядовых рам, высота сечения ригелей рам-диафрагм в полтора и более раз превышает высоту сечения колонн рам-диафрагм, а подобие форм деформирования рам-диафрагм и рядовых рам достигается путем подбора соотношения погонных жесткостей ригелей и колонн рам-диафрагм.