сейсмостойкий фундамент

Формула изобретения

СЕЙСМОСТОЙКИЙ ФУНДАМЕНТ, включающий корпус в виде открытого кверху резервуара, стенки которого с внутренней стороны выполнены с уступом, амортизирующее устройство в виде водонепроницаемого эластичного кожуха, заполненного рабочей жидкостью и размешенного на дне резервуара, опорную конструкцию, расположенную в корпусе с зазором относительно его стенок, и упругую прокладку, размещенную в зазоре, отличающийся тем, что резервуар и кожух выполнены круглыми в плане, заполняющая кожух рабочая жидкость имеет свободную поверхность, опорная конструкция выполнена в виде круглой горизонтальной плиты с центральным проемом и оперта на уступ стенки резервуара, а упругая прокладка выполнена в виде резинового кольца с выступом, заведенным под плиту в зоне ее опирания, при этом амортизирующее устройство снабжено размещенным в кожухе соосно с резервуаром механизмом, сообщающим жидкости вращательное движение, который соединен с подключенным к сейсмодатчику электроприводом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям фундаментов зданий, сооружений, возводимых на неоднородных грунтах в районах с высокой сейсмичностью.

Известен фундамент зданий, сооружений, включающий расположенную в компенсирующей осадку засыпке между зданием, сооружением и фундаментом камеру с оболочкой, заполняемой рабочей средой [1]

Недостатками этого фундамента является отсутствие саморегулирования и ненадежная стабилизация положения сооружения при осадках основания.

Наиболее близким к предлагаемому фундаменту является сборный железобетонный фундамент зданий, сооружений, включающий полый корпус, выполненный с входящими в него железобетонными, отделенными друг от друга упругими прокладками, стаканами, а амортизирующее устройство выполнено в виде расположенных под днищем резервуаров, полость которых соединена с атмосферой посредством вертикальных трубок с поплавковыми клапанами [2]

Недостатком данного технического решения является то, что при вертикальных сейсмических воздействиях не обеспечивается устойчивость сооружения из-за отсутствия вертикально амортизирующей возможности вследствие большой инерционности в работе. Это объясняется тем, что при вертикальных воздействиях из-за небольшого сечения вертикальной трубки объем амортизатора изменяется незначительно, вследствие чего амортизатор сохраняет почти начальную жесткость и не обеспечивает гашения колебаний от толчка.

Целью изобретения является повышение устойчивости сооружения от сейсмических воздействий.

Указанная цель достигается тем, что в сейсмостойком фундаменте зданий и сооружений, включающем корпус в виде открытого кверху резервуара, стенки которого с внутренней стороны выполнены с уступом, амортизирующее устройство в виде водонепроницаемого эластичного кожуха, заполненного рабочей жидкостью и размещенного на дне резервуара, опорную конструкцию в виде круглой плиты с центральным проемом, расположенную в корпусе с зазором относительно его стенок, и упругую прокладку, размещенную в зазоре, выступ которой заведен под плиту в зоне ее опирания на уступе резервуара.

Изобретение отличается от прототипа тем, что резервуар и кожух выполнены круглыми в плане, заполняющая кожух рабочая жидкость имеет свободную поверхность, опорная конструкция выполнена в виде круглой горизонтальной плиты с центральным проемом и оперта на уступ стенки резервуара, а амортизирующее устройство снабжено размещенным в кожухе соосно резервуару механизмом, сообщающим рабочей жидкости вращательное движение, который соединен с подключенным к сейсмодатчику электроприводом.

Эти отличия позволяют сделать вывод о том, что предлагаемое решение соответствует критерию "новизна".

Признаки, отличающие изобретение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной области техники и, следовательно, обеспечивают соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показан предлагаемый фундамент, разрез (рабочее состояние); на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 разрез фундамента в рабочем состоянии при горизонтальных воздействиях; на фиг.4 то же, при вертикальных воздействиях; на фиг.5 разрез В-В на фиг.6; на фиг.6 механизм, вид сверху.

Сейсмостойкий фундамент представляет собой круглый резервуар из монолитного железобетонного корпуса 1 и опорную конструкцию в виде круглой плиты 2 с проемом в центре 3. В зазоре между корпусом резервуара и опорной конструкцией размещена упругая прокладка 4. В резервуаре устроен водонепроницаемый эластичный кожух 5, заполненный рабочей жидкостью, например водой. Пустоты опорной конструкции наполнены легковесным плавучим веществом. В центральной части резервуара устроен механизм вращения рабочей жидкости, состоящий из турбины 7, проточных каналов 8, выпускных пазов 9. Механизм вращения снабжен электроприводом 10, соединенным к сейсмодатчику 11.

Принцип работы предлагаемого фундамента заключается в следующем.

От сигнала сейсмодатчика, срабатывающего при сейсмических, сравнительно слабых воздействиях, автоматически включается электропривод турбины, которая устроена на монолитном, железобетонном кожухе, являющемся частью дна резервуара 1, где и вращается рабочий винт турбины. Вращением лопастей в кожухе вода нагнетается в каналы, количество которых может быть разным в зависимости от размеров резервуара. Из проточных каналов рабочая жидкость под напором впрыскивается в резервуар через выпускные пазы по направлению вращения турбины, вследствие чего рабочей жидкости придается вращательное движение. Остановка механизма вращения происходит после окончательного успокоения земной коры. Большая водная масса, имеющая определенную угловую скорость, выполняет роль гироскопа для сооружения. При вращении водная масса стремится к наружному борту резервуара, образуя воронку под проемом опорной конструкции в центре и создает определенное децентрализованное давление вертикально вверх, что естественно приводит к опусканию центра тяжести строения. При горизонтальном сейсмическом воздействии указанное давление перераспределяется исчезает на противоположной от толчка стороне и нарастает со стороны толчка. У строения и опорной конструкции формируется тенденция вертикально-кругового движения вокруг вновь возникшей оси на месте уравновешивания пеpеpаспpеделенной вертикальной силы давления рабочей жидкости и силы тяжести возведенного строения у опорной плиты в целом (точка "О", см. на фиг. 3). Горизонтальная составляющая сил, придающих строению и опорной конструкции в целом вертикально-круговое движение, распределяется по всей высоте строения в виде треугольной эпюры и противодействует инерционной силе, стремящейся опрокинуть строение в сторону источника горизонтального воздействия, то же распределенной по всей высоте строения в виде треугольной эпюры сил противоположного значения, т. е. исключает вертикальный изгиб строения и необходимость дорогостоящего достижения высоких качеств гибкости конструктивных элементов. Разница во времени образования двух эпюр компенсируется резиновым кольцом вокруг опорной конструкции.

При уменьшении площади давления сил рабочей жидкости на опорную конструкцию вследствие горизонтального толчка строение может и вертикально опускаться при сравнительно большой силе и амплитуде толчка, добавочно опуская центр тяжести и придавая этим дополнительную устойчивость строению. Очевиден эффект саморегуляции уровня центра тяжести, следовательно, и степени устойчивости строения в зависимости от величины силы толчка. Кроме того, сила толчка частично гасится на самом резервуаре инерционным противодействием массы рабочей жидкости.

При вертикальных толчках рабочая жидкость с сопротивлением сжимается между дном резервуара и опорной конструкцией за счет медленного заполнения своей воронки и может успокаивать большие вертикальные колебания, максимальная амплитуда которых в критическом случае может достигать до 0,5 м.

В зависимости от массы строения с дисковой опорной конструкцией в целом соответственно высчитываются радиус резервуара и угловая скорость вращения рабочей жидкости. Следовательно, в каждом случае создается вертикально амортизирующая система со строго соответствующей необходимой жесткостью, т.е. вертикальная жесткость фундамента может регулироваться изменением угловой скорости рабочей жидкости.

Формула взаимосвязи массы строения и опорной плиты в целом, радиуса бассейна и угловой скорости рабочей жидкости в бассейне

P ²2d где Р масса строения и опорной плиты в целом;

удельный вес рабочей жидкости;

R радиус резервуара;

угловая скорость вращения рабочей жидкости.

Предлагаемый сейсмостойкий фундамент своей конструктивной особенностью позволяет возводить здания, сооружения на неоднородных в вертикальном сечении грунтах и в грунтах с относительно меньшим вертикальным удельным сопротивлением.

Предлагаемый сейсмостойкий фундамент может применяться с типовыми и индивидуальными проектами всех однокорпусных высотных жилых домов, гостиниц и других строений промышленных сооружений. Он особенно идеален для атомных электростанций, так как незначительной частью вырабатываемой энергии можно иметь постоянно вращающуюся рабочую жидкость, что одновременно можно использовать для технологических нужд станции, как, например, охлаждение реакторов замкнутым циклом, что ограничивает вредные выбросы станции в окружающую среду.