Результат интеллектуальной деятельности: СТЕРЖЕНЬ ДЛЯ КИРПИЧНОЙ ПАНЕЛИ СЕЙСМОСТОЙКОГО ЗДАНИЯ

Изобретение относится к строительству в сейсмоопасных районах зданий и сооружений.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является стержень для кирпичной панели, выполненный демпфирующим, в виде коаксиально расположенных цилиндрических обечаек, между которыми коаксиально расположены трубчатые демпфирующие элементы, к концам которых жестко присоединены плоские жесткие упоры, а в качестве вибродемпфирующего материала трубчатых демпфирующих элементов используется полиуретан, плоские жесткие упоры, соединяющие торцевые поверхности коаксиально расположенных цилиндрических обечаек, выполнены комбинированными, состоящими из, по крайней мере трех, слоев: нижний и верхний выполнены жесткими, а третий слой, расположенный между ними, выполнен демпфирующим (патент РФ №2572860 - прототип).

Недостатком конструкции стержня является то, что ввиду повышенной жесткости и отсутствия эффективных демпфирующих многослойных элементов, стержни являются волноводами механических колебаний, что не только в условиях сейсмической опасности, но и при транспортных нагрузках ведет к разрушению панели.

Технически достижимый результат - повышение сейсмостойкости кирпичной стеновой панели.

Это достигается тем, что в стержне для кирпичной панели сейсмостойкого здания, содержащем коаксиально расположенные цилиндрические обечайки, между которыми коаксиально расположены трубчатые демпфирующие элементы из вибродемпфирующего материала, к концам которых жестко присоединены плоские жесткие упоры, при этом плотность слоев вибродемпфирующего материала меньше плотности коаксиально расположенных цилиндрических обечаек, при этом коаксиально расположенные цилиндрические обечайки арматурных демпфирующих стержней выполнены перфорированными, а в качестве вибродемпфирующего материала трубчатых демпфирующих элементов используется полиуретан, плоские жесткие упоры, соединяющие торцевые поверхности коаксиально расположенных цилиндрических обечаек, выполнены комбинированными, состоящими из, по крайней мере трех, слоев: нижний и верхний выполнены жесткими, а третий слой, расположенный между ними, выполнен демпфирующим, а внутренняя полость заполнена набором, по крайней мере, из двух демпфирующих дисков, закрепленных на упругой оси, коаксиально расположенной с цилиндрической обечайкой, а между демпфирующими дисками расположена, по крайней мере одна, цилиндрическая винтовая пружина

На фиг. 1 изображен кирпич (несущий элемент) в аксонометрии с двумя отверстиями; на фиг. 2 - сейсмостойкая кирпичная стеновая панель, вид в плане; на фиг. 3 - схема демпфирующего стержня кирпичной стеновой панели; на фиг. 4 - вариант выполнения арматурных стержней в виде набора чередующихся цилиндрических обечаек и трубчатых демпфирующих элементов; на фиг. 5-7 - варианты выполнения полых арматурных стержней.

Стержень для кирпичной панели сейсмостойкого здания (фиг. 3 и 4) предназначен для кирпичной стеновой панели (фиг. 2), выполненной из кирпичей 1 (фиг. 1) с двумя отверстиями 2. Отверстия 2 выполнены по середине ширины кирпича и на одной четверти длины от торцов кирпича. В совмещенные отверстия 2 кирпичей 1 помещены демпфирующие (арматурные) стержни 3 (фиг. 3), на торцах которых жестко закреплены плоские упоры 5 по толщине, равные толщине растворного шва 4.

Каждый из демпфирующих (арматурных) стержней 3 представляет собой цилиндрический демпфирующий элемент, к концам которого жестко присоединены (например, посредством сварки) плоские жесткие упоры 5, а внутренняя полость заполнена слоем вибродемпфирующего материала, например песком, причем плотность вибродемпфирующего слоя должна быть меньше плотности внешней цилиндрической обечайки демпфирующего элемента. В случае, если плотности вибродемпфирующего слоя и внешней цилиндрической обечайки будут равны, то демпфирующий элемент 3 потеряет свойства гасить вибрации, что недопустимо.

Для повышения эффективности гашения ударных нагрузок и вибрации в каналах, предназначенных для размещения слоя строительного раствора 4, у торцов панели (и сбоку) размещают слои 7 вибродемпфирующего материала, конструктивно выполненные П-образного типа и воспринимающие пространственную вибрацию, и выполненные, например, из измельченных покрышек пневматиков (изношенных автопокрышек) на связке (резиновый клей, жидкое стекло, полимерное связующее). После достижения запроектированной высоты панели для усадки слоев вибродемпфирующего материала 7 по времени делают выдержку и приваривают последние жесткие упоры 5. Оставшийся промежуток (щель) заделывают обычным способом.

Стержни выполнены демпфирующими, и каждый из них представляет собой коаксиально расположенные цилиндрические обечайки 3 и 6, между которыми коаксиально расположены трубчатые демпфирующие элементы 9 из вибродемпфирующего материала, к концам которых жестко присоединены плоские жесткие упоры 5, а внутренняя центральная полость 8 заполнена песком, при этом плотность слоев вибродемпфирующего материала меньше плотности коаксиально расположенных цилиндрических обечаек 3 и 6.

Возможен вариант выполнения арматурных стержней в виде набора чередующихся цилиндрических обечаек 3 и 6 (фиг. 4) и трубчатых демпфирующих элементов 9, количество которых подбирается с учетом требуемого демпфирования, зависящего от уровня сейсмозащищенности объекта.

Сейсмостойкая кирпичная стеновая панель монтируется и осуществляет виброизоляцию следующим образом.

На фундамент (на чертеже не показано) между колоннами наносят слой строительного раствора 4. На строительный раствор устанавливают в виде полос плоские жесткие упоры 5 с приваренными к ним вертикально демпфирующими стержнями 3 длиной 1000 мм и диаметром, например, 16 мм, если диаметр отверстия 2 кирпича равен 20 мм, например на кирпиче размером 70×120×250 мм. Через каждые 8÷10 рядов уложенных на растворе кирпичей 1 привариваются жесткие упоры 5, а демпфирующие стержни 3 удлиняются с применением сварки. В целях экономии арматуры в каналах средней зоны может заливаться раствор с вибродемпфирующей крошкой из измельченных покрышек автомобильных шин (изношенных) для образования более жестких зон.

Возможны следующие варианты выполнения арматурных демпфирующих стержней 3.

Коаксиально расположенные цилиндрические обечайки арматурных демпфирующих стержней выполнены перфорированными. В качестве вибродемпфирующего материала трубчатых демпфирующих элементов используется полиуретан. Плоские жесткие упоры, соединяющие торцевые поверхности коаксиально расположенных цилиндрических обечаек арматурных демпфирующих стержней, выполнены комбинированными, состоящими из, по крайней мере трех, слоев: нижний и верхний выполнены жесткими, а третий слой, расположенный между ними, выполнен демпфирующим.

Сейсмостойкая кирпичная стеновая панель в динамике обладает следующими особенностями.

Более короткие демпфирующие стержни 3 арматуры не являются волноводами механических колебаний, так как распространению колебаний препятствуют, во-первых, узлы сварки с жесткими упорами 5, а во-вторых, слои 6 вибродемпфирующего материала, расположенные в самих демпфирующих стержнях 3. При подходе волн механических колебаний к панели извне их встречает вибродемпфирующий материал, в слоях 7, размещенных в каналах у торцов панели, и гасит, препятствуя их проникновению к средней зоне. Между слоем строительного раствора 4 и поверхностями жестких упоров 5, а также кирпичами 1 происходит бесконечно убывающее отражение волн механических колебаний.

По сравнению с конструкцией прототипа предлагаемая сейсмостойкая панель обладает следующими преимуществами: расширен диапазон гашения колебаний механических воздействий за счет комплексных конструктивных особенностей: более коротких арматурных стержней 3 и наличия в их полостях 6 вибродемпфирующего материала, а также слоев 7 вибродемпфирующего материала, конструктивно выполненных П-образного типа и экономно размещенных по периметру панели.

Кроме того, возможна стыковка панелей сваркой выпусков плоских жестких упоров 5.

Монтаж балок для полов осуществляется сваркой П-образных накладок на кирпич (на чертеже не показано), одновременно выполняющих функцию упоров 5, жестко соединенных с арматурным стержнем 3. Стыковка панелей осуществляется сваркой выпусков плоских жестких упоров 5 (на чертеже не показано).

Монтаж балок для полов, крепление трубопроводов, кабелей производится сваркой их креплений к П-образным поперечным накладкам на кирпич, одновременно выполняющим функцию жестких упоров 5, жестко соединенных с арматурным стержнем 3.

Сейсмостойкая панель может быть применена при строительстве кузовов транспортных средств путем использования кирпичей из легких и прочных материалов, дерева с пропиткой, пластмасс, синтетических смесей, микропористых материалов.

Возможен вариант, когда внутренняя центральная полость цилиндрической обечайки заполнена вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, или вспененным полимером, например полиэтиленом или полипропиленом, или крошкой из вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката типа «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, залитых эластомером, например полиуретаном, или из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал.

Возможен вариант, когда внутренняя центральная полость 8 коаксиально расположенных цилиндрических обечаек заполнена вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, или вспененным полимером, или крошкой из вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката типа «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, и залитых эластомером, например полиуретаном.

Возможен вариант (фиг. 5) выполнения полых арматурных стержней с набором демпфирующих дисков во внутренней полости. Полый арматурный стержень 3 представляет собой цилиндрический демпфирующий элемент, к концам которого жестко присоединены плоские жесткие упоры 5, а внутренняя полость заполнена набором, по крайней мере, из двух демпфирующих дисков 11 и 12, закрепленных на упругой оси 10, коаксиально расположенной с цилиндрической обечайкой, а между демпфирующими дисками 11 и 12 расположена, по крайней мере одна, цилиндрическая винтовая пружина 13.

Возможен вариант, когда в качестве вибродемпфирующего материала цилиндрической обечайки трубчатых демпфирующих элементов используется полиэтилен или полипропилен, а внутренняя полость между демпфирующими дисками 11 и 12 и плоскими жесткими упорами 5 заполнена крошкой из вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката типа «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, залитых эластомером, например полиуретаном, или из сплошного демпфирующего материала, в котором использована губчатая резина, или иглопробивной материал типа «Вибросил» на базе кремнеземного или алюмоборосиликатного волокна, или нетканый вибродемпфирующий материал.

Возможен вариант, когда третий слой плоских жестких упоров 5, соединяющих торцевые поверхности коаксиально расположенных цилиндрических обечаек, выполнен демпфирующим, и состоящим из вибродемпфирующего материала, например полиуретана, или вспененного полимера, или крошки из вибродемпфирующих материалов: резины, пробки, пенопласта, капрона, вспененного полимера, пластиката типа «Швим», с размером фракций крошки 1,5÷2,5 мм, и залит эластомером, например полиуретаном.

Возможен вариант (фиг. 6) выполнения полых демпфирующих арматурных стержней 3 с коаксиально расположенной пружиной 15 во внутренней цилиндрической полости 19, к концам стержней 3 которой присоединены плоские жесткие упоры 5, при этом нижний упор соединен с цилиндрическим демпфирующим элементом жестко, например сваркой, а верхний упор соединен посредством резьбовой втулки 14, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру стержня 3. При этом пружина 15 «заневолена» внутри стержня 3, т.е. находится в не свободном состоянии, а в напряженном упругодемпфирующем состоянии, готовом для демпфирования даже незначительных сейсмических толчков или другого внешнего воздействия стохастического (случайного) характера. Внутренняя полость 19 стержня 3 заполнена вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном.

Возможен вариант (фиг. 7) выполнения полых демпфирующих арматурных стержней 3 с коаксиально расположенной пружиной 15, состоящей из двух частей, разделенных демпфирующим диском 17, расположенным во внутренней полости стержня 3, к концам которого присоединены плоские жесткие упоры 5, при этом нижний упор соединен с цилиндрическим демпфирующим элементом жестко, например сваркой, а верхний упор соединен посредством резьбовой втулки 14, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру стержня 3. При этом пружина 15 «заневолена» внутри стержня 3, т.е. находится в не свободном состоянии, а в напряженном упругодемпфирующем состоянии, готовом для демпфирования даже незначительных сейсмических толчков или другого внешнего воздействия стохастического (случайного) характера. Внутренняя полость стержня 3 также, как и пружина 15 разделена на две части: верхнюю полость 20 и нижнюю 21, заполненные вибродемпфирующим материалом, например полиуретаном, а демпфирующий диск 17 сверху и снизу покрыт слоями 16 и 18 вибродемпфирующей мастики типа «ВД-17».