ПРОСТРАНСТВЕННОЕ ПОКРЫТИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для покрытий спортивных сооружений, ангаров, выставочных павильонов, концертных и других сооружений с применением герметичных оболочек различной формы, наполненных газом легче воздуха.
Такие оболочки могут применяться в качестве большепролетного покрытия для защиты от осадков, солнечной радиации и иных неблагоприятных природных условий, для чего висящая в воздухе газонаполненная оболочка должна быть надежно закреплена к земле или конструкциям на заданной высоте.
Известно солнцезащитное укрытие для открытых спортивно-зрелищных сооружений [1], несущим элементом которого является аэростат, заполненный легким газом закрепленный фалами и растяжками к перекрываемому сооружению. Сооружение снабжается закрепленной к фалам сеткой с лентами, выполняющими роль жалюзи солнцезащиты. Недостатком такой конструкции является ее подвижность под действием атмосферных явлений, а также невозможность ее использования для защиты от дождя и ветра и низких температур.
Известно также пространственное пневматическое покрытие [2], несущим элементом которого является оболочка в форме тора наполненная газом легче воздуха. Внутри несущего элемента размещена двойная или тройная мембрана выполняющая функцию покрытия, кривизна которой регулируется заполнением воздухом пространства между этими мембранами. Для фиксации покрытия на определенной высоте применяются растяжки, соединяющие несущие элементы и конструкции покрываемого здания. Недостатком такой конструкции является ее сложность и нестабильность в горизонтальном и вертикальном направлении, т.к. гибкость тросов не позволяет жестко стабилизировать оболочку под воздействием изменяющихся ветровых нагрузок и подъемной силы.
Известно также покрытие из наполненной газом легче воздуха оболочки (аэростата) в форме овального диска [3], покрывающего все отверстие в покрытии над футбольным стадионом. Аэростат крепится к конструкциям покрываемого здания гибкими тросами. Как и в предыдущих случаях, в известном техническом решении не обеспечивается стабильность и неподвижность конструкции покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аэростатическая опора крыши сооружения [4], содержащая аэростат, прозрачное гибкое покрытие, канаты и лебедки, причем покрытие выполнено в виде полога из отдельных косынок, соединенных друг с другом, каждая из которых одним концом закреплена к поверхности аэростата, а другим концом при помощи канатов к лебедкам, установленных на конструкции сооружения.
Лебедки снабжены электроприводом, а управление лебедками осуществляется посредством компьютера.
Крыша снабжена датчиками: натяжения канатов, давления газа в аэростатической опоре, а также изменений погодных условий, при этом указанные датчики также соединены с компьютером.
Недостатком известного технического решения является конструктивная и эксплуатационная сложность, ненадежность и большая стоимость электронной системы обеспечения стабильности.
Целью предлагаемого технического решения является упрощение конструктивной и эксплуатационной сложности за счет применения механических способов стабилизации газонаполненной оболочке, а также использование таких конструктивных признаков (размеров, форм), которые позволяют достичь оптимальных технических показателей и наилучшим образом обеспечивают выполнение функций покрытия больших пространств, зданий и сооружений.
Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков прототипа [4], достигается в предлагаемом пространственном покрытии зданий и сооружений, выполненном в виде герметичной оболочки, заполненной газом легче воздуха и прикрепленной натяжными крепежными элементами, например, тросами или растяжками, к удерживающим элементам, тем, что крепежные элементы оболочки выполнены и расположены с обеспечением покрытия больших пространств, зданий или сооружений, при этом висящая оболочка зафиксирована в пространстве посредством крепления тросов или растяжек с использованием размещенных по периметру оболочки столбов, мачт, вышек или конструктивных элементов зданий и сооружений, высота которых больше или равна верхнему уровню оболочки, причем крепление оболочки осуществлено одновременно к верхней и нижней части столбов, мачт, вышек или конструктивных элементов зданий и сооружений, а также к удерживающим элементам, расположенным на поверхности земли.
Технический результат, заключающийся в сокращении времени установки покрытий, достигается тем, что для крепления и стабилизации оболочки на проектной высоте использованы подъемные краны, установленные по периметру газонаполненной оболочки.
Дополнительный технический результат, заключающийся в повышении безопасности покрытий достигается тем, что под оболочкой между столбами, мачтами, вышками или конструктивными элементами зданий и сооружений натянуты тросы или ванты для предотвращения падения газонаполненной оболочки в случае ее разгерметизации.
Повышение эксплуатационных показателей достигается также тем, что газонаполненная оболочка выполнена в форме перевернутой тарелки с вогнутой с ее нижней стороны поверхностью с обеспечением дополнительной подъемной силы, причем, на внутренней поверхности оболочки закреплены нагревательные элементы.
Расширение эксплуатационных возможностей достигается также тем, что газонаполненная оболочка выполняется из полупрозрачного или прозрачного материала.
Дополнительное повышение безопасности покрытия достигается тем, что газонаполненная оболочка выполнена секционированной с установленными внутренними перегородками.
Расширение функциональных возможностей покрытия за счет использования большой площади покрытия в качестве альтернативного источника энергии достигается тем, что на наружной поверхности газонаполненной оболочки закреплены преобразователи солнечного света в электроэнергию.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен вариант крепления оболочки с использованием стен сооружения, столбов и стоек;
- на фиг.2 представлен вариант крепления оболочки с использованием подъемных кранов;
- на фиг.3 представлен вариант крепления выпуклой формы оболочки с использованием подъемных кранов;
Пространственное покрытие (фиг.1, 2, 3) выполнено в виде герметичной оболочки 1, заполненной газом легче воздуха и прикрепленной натяжными крепежными элементами, например, тросами или растяжками 2, к удерживающим элементам 3.
Крепежные элементы 2 оболочки 1 выполнены и расположены с обеспечением покрытия больших пространств, зданий или сооружений, при этом висящая оболочка 1 зафиксирована в пространстве посредством крепления тросов или растяжек 2 с использованием размещенных по периметру оболочки 1 столбов и мачт 4, вышек 5 или конструктивных элементов зданий и сооружений 6, высота которых больше или равна верхнему уровню оболочки 1, причем крепление оболочки осуществлено одновременно к верхней и нижней части столбов, мачт 4, вышек 5 или конструктивных элементов зданий и сооружений 6, а также к удерживающим элементам 3, расположенным на поверхности земли или конструктивных элементах.
Под оболочкой 1 между столбами, мачтами, вышками 4 и 5 или конструктивными элементами зданий и сооружений 6 натянуты тросы или ванты 7 для предотвращения падения газонаполненной оболочки 1 в случае ее разгерметизации.
Предлагаемой покрытие может быть использовано для ангаров большой площади для размещения в них, например, самолетов 8 (фиг.1).
Покрытие может быть использовано для спортивных сооружений, например, бассейнов с переходами и трибунами для зрителей 10 и с вышками 11.
В другом конструктивном варианте покрытия (фиг.3) газонаполненная оболочка 1 выполнена в форме перевернутой тарелки с вогнутой с ее нижней стороны поверхностью с обеспечением дополнительной подъемной силы.
При этом на внутренней поверхности оболочки 1 закреплены нагревательные элементы (на чертежах не показаны).
Газонаполненная оболочка 1 выполняется из полупрозрачного или прозрачного материала.
Тросы 2, стабилизирующие газонаполненную оболочку 1, снабжены лебедками (на чертежах не показаны), обеспечивающими возможность изменения высоты установки оболочек 1 над покрываемым зданием или сооружением.
Для повышения надежности и безопасности газонаполненная оболочка 1 выполнена секционированной с внутренними перегородками (на чертежах не показаны).
Для использования большой площади газонаполненной оболочки 1 на ее наружной поверхности закреплены преобразователи солнечного света в электроэнергию (на чертежах не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Газонаполненная оболочка 1 наполняется газом легче воздуха и выполняется в форме круглого, овального или любого иного по форме в плане диска либо многогранника, длина и ширина которого принимаются максимальной, а высота минимально возможной, что обеспечивает максимальную площадь покрытия.
Оболочка 1 покрытия выполняется из пленочного прочного полимерного материала в заводских условиях и доставляется на место подвески и установки путем буксировки по воздуху.
Висящая в воздухе оболочка 1 подвешивается над пространством, сооружением или помещением, выполняющими функцию спортивной арены, театра, цирка, выставочного или конференц-зала, музея, оранжереи, аквапарка, вокзала, храма, рынка, поля для массовых мероприятий, ангара, цеха и т.д.
С целью стабилизации оболочки 1 в пространстве на заданной высоте она крепится тросами 2 к земле или конструкциям зданий или сооружений 3 через специальные столбы, мачты, вышки 4 и 5 или через конструкции зданий 6, высота которых больше или равна высоте расположения оболочки 1 (фиг.1). При этом столбы, мачты, вышки 4 и 5 или здания 6 должны располагаться по периметру оболочки 1, которая должна быть закреплена к верху и основанию столбов, мачт, вышек или зданий. Такое крепление предотвращает возможность мгновенного падения оболочки 1 в случае ее разгерметизации. С этой же целью могут быть использованы тросы-ванты 7, натянутые под оболочкой покрытия между столбами, мачтами, вышками или конструкциями зданий (фиг.1).
Столбы, мачты, вышки 4 и 5 или здания 6, к которым крепиться оболочка 1, могут быть использованы для установки осветительной, звукоусиливающей или иной аппаратуры.
В качестве вышек могут быть использованы подъемные краны 9 (фиг.2 и фиг.3), осуществлявшие строительство покрываемого здания или сооружения.
С целью создания дополнительной подъемной силы теплым воздухом, образующимся в процессе эксплуатации, оболочка 1 может быть выполнена в форме перевернутой тарелки вогнутой с нижней стороны (фиг.3).
На внутренней поверхности оболочки 1 закреплены нагревательные элементы (на чертежах не показаны), что позволяет подогревать газ внутри оболочки, который, расширяясь, дополнительно увеличивает подъемную силу.
На внешней поверхности газонаполненной оболочки закрепляются преобразователи солнечного света в электроэнергию (на чертежах не показаны), позволяющие расширить функциональные возможности покрытия за счет использования его большой площади.
Предлагаемое покрытие позволяет покрывать пространства значительно больших размеров, чем известные покрытия. При этом качество покрытия может значительно повышаться, т.к. изготовление оболочки производится в заводских условиях, а доставка к месту установки осуществляется в полной заводской готовности путем буксировки по воздуху.
Полезная модель позволяет значительно сократить время и трудозатраты на устройство покрытия, а также на его демонтаж и перемещение на другое место.
Нагрузки от веса покрытия на конструкции стен и фундаментов, а также на основание зданий и сооружений стремятся нулю или направлены вверх за счет подъемной силы газонаполненной оболочки. Эти свойства дают значительные преимущества, а также экономию средств и трудозатрат при сложных и особо сложных условиях строительства, в частности:
- в труднодоступных местностях, удаленных от баз индустриального строительства;
- на сложном крутом рельефе;
- на слабых и посадочных грунтах;
- на вечной мерзлоте;
- при высокой сейсмической активности;
- при особых экологических, археологических, геологических и иных требованиях к сохранению почвы, рельефа растительного или культурного слоя,
- при необходимости в кратчайшие сроки устроить временное покрытие, и при необходимости последующего перемещения его в другие места, например, для проведения олимпиад, чемпионатов, массовых праздничных мероприятий;
- при необходимости срочного устройства временного покрытия ангаров и цехов, временных укрытий и т.д.
Полезная модель также предоставляет возможность создания ярких, выразительных, образных и запоминающихся архитектурных решений общественных зданий и сооружений.
Источники информации:
1. Патент РФ №2032053, МКИ Е04Н 15/14, Е04Н 15/00 от 1995 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1260492, МКИ Е04 15/20 от 1986 г.
3. Патент Японии №56421, МКИ Е04Н 15/20 Е04Н 7/1 от 2006 г.
4. Патент РФ №56421, МКИ Е04В 1/00 от 2006 г.