Многоэтажное здание повышенной устойчивости
HIGH-RISE BUILDING OF INCREASED STABILITY

Изобретение относится к строительству многоэтажных зданий.
Известна конструкция многоэтажного здания, включающая фундамент, ядро жесткости, внешний рамный контур из колонн и ригелей, а также объединенные в диски с центральным отверстием перекрытия. Причем все перечисленные конструкционные элементы здания выполнены в плане в виде квадрата (см. Поляков C.B., Черкашина А.В., ред. Сейсмостойкие сооружения и теория сейсмостойкости (по материалам V Международной конференции по сейсмостойкому строительству). М.: Стройиздат, 1978, с. 235-237, рис. VIII.5).
Основными недостатками указанного здания является неравнопрочность конструкции в разных направлениях по отношению к динамическим и сейсмическим нагрузкам.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому (прототипом) является конструкция многоэтажного здания, включающая фундамент, ядро жесткости, внешний рамный контур из колонн и ригелей, а также объединенные в диски с центральным отверстием перекрытия. Причем все перечисленные конструкционные элементы здания выполнены в плане в виде круга (см. Поляков C.B., Черкашина А.В., ред. Сейсмостойкие сооружения и теория сейсмостойкости (по материалам V Международной конференции по сейсмостойкому строительству). М.: Стройиздат, 1978, с. 242-244, рис. VIII.8).
Основными недостатками здания-прототипа являются относительно ограниченные устойчивость к динамическим нагрузкам и обтекаемость ветровыми воздушными потоками.
Задачей изобретения является повышение устойчивости конструкции здания к динамическим нагрузкам и улучшение обтекаемости ветровыми воздушными потоками.
Для решения поставленной задачи в многоэтажном здании повышенной устойчивости, включающем фундамент, ядро жесткости, внешний рамный контур из колонн и ригелей, а также объединенные в диски с центральным отверстием перекрытия, причем все перечисленные конструкционные элементы выполнены в плане в виде фигуры постоянной ширины, фундамент, ядро жесткости, внешний рамный контур и диски перекрытий выполнены в плане в виде треугольника Рело, а здание в плане одним из углов установлено встречно направлению основного вектора розы ветров.
Сущность изобретения заключается в том, что фундамент, ядро жесткости, внешний рамный контур и диски перекрытий многоэтажного здания выполнены в плане в виде треугольника Рело, а здание в плане одним из углов установлено встречно направлению основного вектора розы ветров. Такой новый признак, как выполнение в плане ядра жесткости и внешнего рамного контура многоэтажного здания в виде треугольника Рело, позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства, заключающиеся в том, что у ядра жесткости и внешнего рамного контура здания повышается площадь внешних боковых поверхностей и внутренних поверхностей, что позволяет более эффективно рассеивать напряжения в конструкции, возникающие при динамических нагрузках, при этом повышается жесткость конструкции в целом. Второй новый признак, такой как выполнение в плане фундамента и дисков перекрытий здания в виде треугольника Рело, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в повышении жесткости и прочности этих элементов конструкции здания, т.к. среди фигур постоянной ширины треугольник Рело обладает наиболее высокими прочностными и жесткостными параметрами. При этом выполнение фундамента и дисков перекрытий в плане в виде треугольника Рело реализует общую компактность и реализуемость вышеуказанного первого нового признака предложенного технического решения. Третий новый признак, такой как установка здания в плане одним из углов встречно направлению основного вектора розы ветров, позволяет предложенному техническому решению достигнуть нового свойства, заключающегося в заметном уменьшении сопротивления конструкции здания движению ветровых воздушных потоков.
Вышеуказанные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению достигнуть эффектов, заключающихся в повышении устойчивости конструкции здания к динамическим нагрузкам и улучшении обтекаемости ветровыми воздушными потоками. Это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
На фиг. 1 показан вертикальный разрез многоэтажного здания повышенной устойчивости; на фиг. 2 - разрез Α-A на фиг. 1.
Многоэтажное здание повышенной устойчивости состоит из фундамента 1, ядра жесткости 2, внешнего рамного контура из колонн 3 и ригелей 4, а также из объединенных в диски с центральным отверстием перекрытия, состоящие из сегментов перекрытий 5, объединенных и опирающихся на радиальные балки 6 и внешний рамный контур.
Фундамент 1, ядро жесткости 2, внешний рамный контур из колонн 3 и ригелей выполнены в плане в виде треугольника Рело. Диски перекрытий состоят из сегментов (сегментов Рело) 5, которые в боковых контактах объединяются радиальными балками 6, которые одним концом связаны с ядром жесткости 2, а вторым концом с внешним рамным контуром в точках пересечения с колоннами 3. Таким образом, в целом перекрытия в плане получаются в форме треугольника Рело с центральным отверстием в плане в форме треугольника Рело (меньшего и геометрически подобного).
Центральное ядро жесткости 2 образует пространство, используемое для различных целей, здесь могут размещаться лифтовые шахты и лестничные клетки.
а
а
Треугольник Рело представляет собой фигуру постоянной ширины, образованную пересечением трех дуг радиуса , центры которых находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной .
а
Из всех фигур заданной постоянной ширины треугольник Рело обладает наименьшей площадью. Если ширина его равна , то его площадь равна . Следовательно, при равных площадях, треугольник Рело имеет большую ширину по сравнению с кругом. По сравнению с многоэтажным зданием, у которого ядро жесткости и внешний рамный контур выполнены в плане в виде круга, многоэтажное здание с ядром жесткости и внешним рамным контуром, выполненным в плане в виде треугольника Рело, имеет в указанных конструктивных элементах больший суммарный периметр (внешний плюс внутренний), а следовательно, большую суммарную поверхность, что имеет существенное значение для более эффективного рассеяния поверхностных статических и динамических напряжений и повышения трещиностойкости.
У треугольника Рело по сравнению с кругом той же площади диаметр практически во всех направлениях, проходящих через центр тяжести фигуры, больше на 5%, за исключением нескольких направлений, где они равны. Следовательно, жесткость сечения фундамента, ядра жесткости, внешнего рамного контура и дисков перекрытий, выполненных в плане в виде треугольника Рело, увеличивается. Предлагаемая конструкция многоэтажного здания более устойчива к горизонтальным и крутильным деформациям.
В предложенной конструкции многоэтажное здание одним из углов установлено встречно направлению основного вектора розы ветров, установленного для территории возведения здания.
Углы при вершинах треугольника Рело равны 120°, это более чем на 30% меньше угла, образованного касательными пересекающимися линиями, куда может вписаться круг. Естественно, обтекаемость здания релообразной формы при установке его одним из углов встречно ветровому воздушному потоку будет заметно лучше обтекаемости здания круглой формы. Следовательно, ветровые нагрузки на здание предложенной конструкции уменьшаются.
Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения по сравнению с прототипом заключается в повышении жесткости, прочности и устойчивости по отношению к статическим, динамическим и сейсмическим нагрузкам, кроме этого у конструкции здания повышается степень обтекаемости ветровыми воздушными потоками.