МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СЕЙСМОСТОЙКОЕ ЗДАНИЕ (ДВА ВАРИАНТА)

Полезная модель относится к строительству зданий в сейсмически активных районах, а также на территориях с большим количеством ураганов, смерчей, подтоплений и наводнений, а именно, к строительству зданий широкой сферы применения: жилым, административно-бытовым и производственным зданиям, складам (хранилищам), укрытиям, убежищам и другим.
Известно сейсмостойкое здание, включающее фундаменты; крышу; каркас из колонн и ригелей; опирающиеся на ригели каркаса плиты перекрытий; панели наружных и внутренних стен; шарнирные и жесткие узлы соединений, соединяющие собой плиты перекрытий, панели наружных и внутренних стен; а также ограничители горизонтальных перемещений в виде упругосжимаемого материала в зазорах между плитами перекрытий и панелями стен (Авторское свидетельство №1705530 от 29.11.1989 г., опубл. 15.01.1992 г., бюл. №2).
Это известное здание позволяет повысить его сейсмостойкость за счет пирамидальной формы здания, повышающей его устойчивость, а также за счет преобразования в гибкую конструктивную систему в период сейсмических воздействий, вызывающую эффект снижения сейсмических нагрузок на каркас здания.
Недостатками этого известного здания является сложность его конструкции, трудоемкость изготовления и дороговизна строительства, обусловленные необходимостью использования не только жестких, но и шарнирных узлов соединения с ограничителями перемещений в виде упругосжимаемого материала в зазорах между плитами перекрытий и панелями стен. Само наличие многочисленных соединений элементов конструкции здания приводит к возникновению напряжений и работе на излом в ходе сейсмических толчков и этих соединений и самих соединяемых элементов конструкции здания, понижая тем самым предел его прочности. Кроме того, недостаточная прочность конструкции здания в период умеренных сейсмических воздействий, допускающая неустойчивость его формы относительно фундамента и обусловленная отсутствием связи между узлами соединений и фундаментом, способна привести к разрушению здания из-за возникновения в нем крутильных колебаний и невозможности осуществления им возвратного движения к первоначальному состоянию после изменения его положения в пространстве, т.к. ограничители перемещений в виде упругосжимаемого материала в зазорах между плитами перекрытий и панелями стен работают только на свои части здания, а не на всю его конструкцию целиком. Также эта известная конструкция здания не обеспечивает должную защиту внутренних помещений здания от электромагнитных излучений, подтоплений и наводнений из-за немонолитности его конструкции.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является многофункциональное сейсмостойкое здание, включающее фундаменты; крышу; каркас из колонн и ригелей; опирающиеся на ригели каркаса плиты перекрытий; внешние стены, формирующие собой вертикально-пирамидальную форму здания; внутренние тонкостенные перегородки, разделяющие здание на отдельные внутренние помещения; и предварительно напряженные наклонные стальные элементы, заанкерные одним концом в фундаментах и жестко закрепленные в узлах соединения колонн и ригелей верхней части здания (Авторское свидетельство №1738985 от 19.02.1990 г., опубл. 07.06.1992 г. в бюл. №21).
Это наиболее близкое к заявляемой полезной модели многофункциональное сейсмостойкое здание позволяет повысить свою сейсмостойкость не только за счет формирования пирамидальной формы здания, но и за счет обеспечения связи узлов соединения колонн и ригелей с фундаментом при помощи стальных элементов, снижающих крутильные колебания и формирующих усилие, возвращающее здание назад к первоначальному состоянию.
Недостатками этого наиболее близкого к заявляемой полезной модели многофункционального сейсмостойкого здания, также как и приведенного выше аналога, является непрочность его конструкции, допускающая неустойчивость его формы относительно фундамента в период средних и выше сейсмических воздействий, раскачивая его консольную часть относительно фундамента, что ведет к преждевременному разрушению конструктивных элементов здания и, как следствие, к разрушению самого здания. Также наличие многочисленных соединений элементов конструкции здания приводит к возникновению напряжений и работе на излом в ходе сейсмических толчков и этих соединений и самих соединяемых элементов конструкции здания, понижая тем самым предел его прочности. Кроме того, высокая техническая сложность конструкции здания, трудоемкость его возведения и высокая себестоимость строительства, требующая применения специальных мощных и, соответственно, дорогостоящих механизмов для создания и поддержания эффекта предварительного напряжения крупноразмерных стальных элементов в период возведения силового каркаса здания, а также необходимость изготовления сильно заглубленных, сложных и массивных фундаментов здания, мощнейших ригелей и колонн, способных удерживать большие по размеру напряженные стальные элементы, значительный расход строительных материалов и металла, а также обязательность использования высококвалифицированного персонала в период строительства - все перечисленное препятствует массовому строительству таких зданий для разных сфер их применения. Также эта известная конструкция здания не обеспечивает защиту его внутренних помещений от электромагнитных излучений, подтоплений и наводнений из-за немонолитности его конструкции. Вместе с тем, часть территории нашей страны подвержена таким бедствиям, как наводнения, смерчи, кратковременные сильные (ураганные) ветра, которые легко сносят крыши жилых домов и разрушают верхние этажи зданий.
Задача, решаемая полезной моделью, состоит в расширении архитектурно-планировочных решений при проектировании и строительстве сейсмостойких зданий, обеспечивающих защиту самого здания и находящихся в нем людей от разрушения, подтоплений и наводнений, а также от солнечной радиации.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, состоит в обеспечении прочности и влаго-газонепроницаемости конструкции здания при простоте его конструкции, нетрудоемкости возведения и невысокой себестоимости строительства за счет формирования из его элементов цельно-неразъемной пространственно-устойчивой конструкции здания из монолитного армированного бетона.
Технический результат достигается тем, что многофункциональное сейсмостойкое здание по первому варианту, включающее фундамент, крышу, каркас из колонн и ригелей, опирающиеся на ригели каркаса перекрытия, внешние стены, формирующие собой вертикально-пирамидальную форму здания, и тонкостенные перегородки, разделяющие здание на отдельные внутренние помещения, его фундамент, крыша, каркас, перекрытия и внешние стены выполнены заодно из монолитного армированного бетона с возможностью образования ими цельно-неразъемной конструкции здания, при этом, внешние стены здания выполнены трапециевидными и связаны плавными переходами с крышей и с фундаментом здания, а крыша здания имеет сферическую форму.
Стены и крыша здания по первому варианту могут иметь разные конструкции, например, при выполнении внешних стен плоскими, крышу здания изготавливают многогранной формы в плане, а при выполнении внешних стен округло-выпуклыми наружу его крышу изготавливают круглой формы в плане. При этом, здание с округлыми формами более обтекаемо, поэтому оно меньше подвержено неблагоприятным внешним воздействиям.
Технический результат достигается также тем, что многофункциональное сейсмостойкое здание по второму варианту, содержащее фундамент; крышу; каркас из колонн и ригелей; опирающиеся на ригели каркаса перекрытия; внешние стены, формирующие собой вертикально-пирамидальную форму здания; и тонкостенные перегородки, разделяющие здание на отдельные внутренние помещения; дополнительно включает смонтированный внутри здания пустотелый многогранник с образующими внутренний открытый сверху двор вертикальными стенками, по высоте превышающими высоту внешних стен здания, при этом, вертикальные стенки многогранника расположены встречно внешним стенам пирамиды и связаны с ними внутренними тонкостенными перегородками, а фундамент, крыша, каркас из колонн и ригелей, перекрытия, внешние стены здания и вертикальные стенки многогранника выполнены заодно из монолитного армированного бетона с возможностью образования ими цельно-неразъемной конструкции здания, причем внешние стены здания выполнены трапециевидными и связаны плавными переходами с фундаментом здания, а крыша здания связана плавными переходами с внешними стенами - здания и вертикальными стенками многогранника.
Второй вариант многофункционального сейсмостойкого здания предпочтителен для крупных пирамидальных многоуровневых сооружений, занимающих большую площадь и нуждающихся в повышенной прочности всего каркаса здания.
Выполнение сейсмостойкого здания по первому и второму вариантам многоуровневым позволяет удовлетворить потребность нуждающихся в помещениях.
Стены и крыша здания по второму варианту также могут иметь разные конструкции, например, при выполнении внешних стен плоскими, крышу здания изготавливают многогранной кольцевой формы в плане, а при выполнении внешних стен округло-выпуклыми наружу его крышу изготавливают кольцевой округлой снаружи формы в плане.
Внешние стены здания по первому и второму вариантам могут быть выполнены с оконными проемами, плотно закрываемыми с внешней стороны при неблагоприятных погодных условиях рол-ставнями.
Оснащение здания по первому и второму вариантам световодами позволяет транслировать солнечный свет во внутренние, не имеющие внешних оконных проемов, помещения здания, способствуя дополнительной экономии электроэнергии.
Для дополнительной экономии энергоресурсов и обеспечения резервного тепло- энергоснабжения многофункциональное сейсмостойкое здание может быть также оснащено встроенными энергомодулями - гелиоэнергетическими установками, работающими от солнечного света.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах:
Фиг.1 - Многофункциональное сейсмостойкое здание с плоскими внешними стенами, первый вариант.
Фиг.2 - Многофункциональное сейсмостойкое здание с многогранной в плане крышей, первый вариант (аксонометрия).
Фиг.3 - Многофункциональное сейсмостойкое здание с круглой в плане крышей и округло-выпуклыми наружу внешними стенами, первый вариант (аксонометрия).
Фиг.4 - Многофункциональное сейсмостойкое здание с плоскими внешними Стенами и крышей многогранной кольцевой формы в плане, второй вариант (аксонометрия).
Фиг.5 - разрез А-А на фиг.4.
Фиг.6 - Многофункциональное сейсмостойкое здание с округло-выпуклыми наружу стенами и крышей кольцевой округлой снаружи формы в плане, второй вариант (аксонометрия).
Многофункциональное сейсмостойкое здание по первому варианту (фиг.1) содержит образующие цельно-неразъемную конструкцию из монолитного армированного бетона элементы: фундамент 1; сферическую крышу 2; каркас из колонн 3 и ригелей 4; опирающиеся на ригели каркаса 4 перекрытия 5; внутренние тонкостенные перегородки 6, разделяющие здание на отдельные внутренние помещения; внешние стены 7 трапециевидной формы, формирующие собой вертикально-пирамидальную конструкцию здания, способную выдерживать землетрясения до 8-9 балов.
Цельно-неразъемная конструкция здания из элементов, выполненных заодно из монолитного армированного бетона, а также плавные переходы (не показаны), связывающие внешние стены здания с крышей и фундаментом, обеспечивают высокую прочность конструкции здания, а при соответствующем составе и структуре бетона максимальную защиту от солнечной радиации, подтоплений и наводнений.
Трапециевидная, сужающаяся к верху форма внешних стен 7 здания, снижает его парусность.
По желанию заказчика внешние стены 7 здания по первому варианту могут быть выполнены плоскими (Фиг.2), а крыша 2 - многогранной формы в плане.
Также по желанию заказчика внешние стены 7 здания по первому варианту могут быть выполнены округло-выпуклыми наружу (фиг.3), а крыша 2 - круглой формы в плане. При этом, круглая в плане форма крыши 2 более обтекаема по сравнению с ее многогранной формой, поэтому она меньше подвержена неблагоприятным внешним воздействиям. Монолитность конструкции самой крыши 2 обеспечивает ее прочность и долговременную защиту от протечек, а ее сферическая форма и плавные переходы, связывающие ее с внешними стенами здания, не допускают образование на ней опасных сосулек в зимнее время.
Многофункциональное сейсмостойкое здание по второму варианту (фиг.4 и 5), содержит образующие цельно-неразъемную конструкцию из монолитного армированного бетона элементы: фундамент 1; крышу 2; каркас из колонн 3 (фиг.5) и ригелей 4; опирающиеся на ригели 4 каркаса перекрытия 5; внутренние тонкостенные перегородки 6, разделяющие здание на отдельные внутренние помещения; внешние стены 7 трапециевидной формы, формирующие собой вертикально-пирамидальную конструкцию здания; размещенный внутри здания пустотелый многогранник 8 (фиг.4) с вертикальными, образующими внутренний открытый сверху двор, стенками 9, по высоте превышающими высоту внешних стен 7 здания; въездные ворота 10 (фиг.5), закрывающие проем, связывающий внутренний двор с внешним миром.
Вертикальные стенки 9 многогранника 8 расположены встречно внешним стенам 7 здания. При этом, и внешние стены 7 здания и вертикальные стенки 9 многогранника 8 связаны плавными переходами (не показаны) с крышей 2 и с фундаментом 1 здания.
По желанию заказчика внешние стены 7 здания по второму варианту могут быть выполнены плоскими, а фундамент 1 и крыша 2 - многогранной кольцевой формы в плане (фиг.4 и 5).
Также по желанию заказчика внешние стены 7 здания по второму варианту могут быть выполнены округло-выпуклыми наружу, а фундамент 1 и крыша 2 - округлой снаружи формы в плане (фиг.6).
Все предлагаемые варианты многофункционального сейсмостойкого здания проектируют и строят с соблюдением пропорций «золотого сечения», к которым относятся, например, соотношение высоты сооружения к его периметру, угол наклона внешних стен, являющихся гранями пирамиды, и ряд других величин, определяющих качественные параметры здания.
Внешние стены здания по первому и второму вариантам по желанию заказчика могут быть выполнены с оконными проемами 11 (фиг.1), плотно закрываемыми с внешней стороны при неблагоприятных погодных условиях рол-ставнями (не показаны).
Оснащение здания по первому и второму вариантам световодами 12 (фиг.1) позволяет транслировать солнечный свет даже во внутренние, не имеющие внешних оконных проемов помещения, способствуя дополнительной экономии электроэнергии и обеспечивая полноценную инсоляцию помещений, благотворно воздействующую на микроклимат внутри здания.
Для дополнительной экономии энергоресурсов и обеспечения резервного тепло- энергоснабжения многофункциональное сейсмостойкое здание также может быть оснащено встроенными энергомодулями - гелиоэнергетическими установками 13 (фиг.2), работающими от солнечного света.
Многофункциональное сейсмостойкое здание возводят по монолитной технологии следующим образом.
По месту строительства на заранее подготовленную площадку монтируют поэтапно арматурный каркас здания и опалубку, заливают в нее подготовленный бетон по соответствующему, технологическому циклу механизированной заливки и уплотнения с помощью соответственно бетоносмесителей и виброустройств.
В качестве армирующих конструкций для такого вида монолитного бетонного сооружения применяют арматурный каркас, выполненный либо из металла, либо из стеклокерамических стержней, либо арматурный каркас комбинированного типа.
Высокая степень механизации работ при возведении здания позволяет значительно удешевить и сократить сроки строительства. Кроме того, использование монолитной технологии при изготовлении однородной конструкции крыши пирамидального здания, имеющей по сравнению с крышей обычного здания уменьшенную площадь и позволяющей исключить стропильную конструкцию, а также значительное количество разнообразных теплоизолирующих и кровельных материалов, существенно снижает затраты на ее изготовление. При этом, расход материалов на возведение обычной многослойной конструкции скатной крыши стандартного размера в 1-2-х этажных домах составляет 25-30% общих расходов на строительство всего здания.
Предложенное многофункциональное сейсмостойкое здание с совокупностью его существенных признаков позволяет обеспечить прочность и влаго-газонепроницаемость конструкции здания при его пространственной устойчивости, простоте конструкции, нетрудоемкости возведения здания и невысокой себестоимости строительства, за счет формирования заодно из монолитного армированного бетона цельно-неразъемной конструкции пирамидального здания с плавными переходами, связывающими одни элементы здания с другими, а также расширить линейку архитектурно-планировочных решений при проектировании и строительстве сейсмостойких зданий.