Арочно-кольцевое здание и способ его возведения
ARCH AND RING BUILDING AND METHOD FOR THE ERECTION THEREOF

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве промышленных, гражданских и специальных малоэтажных зданий.
Известен дом-кольцо (г. Москва, ул. Нежинская, д. 13, архитектор Стамо), собранный из отдельных секций с вертикальными фасадами, объединенных в кольцо за счет поворота секций на определенный угол относительно друг друга. Оно функционально лишь на больших и очень больших диаметрах кольца и не может быть трансформировано в сторону значительного уменьшения площади застройки.
Известны также арочные здания в каркасном либо бескаркасном исполнении (патент РФ №2476649, опубл. 27.02.2013), состоящие из металлических конструкций арочного покрытия, ограниченных вертикальными фасадами. В основном они используются в качестве ангаров промышленного назначения и не нашли широкого применения в гражданском строительстве по причине их низкой «капитальности».
По той же причине и каркасные купольные дома в виде геодезического купола или стратодезического купола не нашли широкого применения в силу специфики монтажа и необходимости предварительного изготовления монтажных элементов и узлов каркаса.
Известны также купольные дома с ограждающими конструкциями в виде оболочки тела вращения, образованной вращением плоской фигуры вокруг оси, проходящей через данную фигуру в виде ж.б. купольных конструкций по несъемной опалубке из металлокаркаса, или конструкций по надувной опалубке с торкрет-нанесением бетона или полимерных материалов, или выполненные целиком из полимерных материалов (патент РФ №2161227, опубл. 27.12.2000). Они функциональны лишь в узких рамках оптимального объема, т.к. увеличение диаметра купола влечет за собой увеличение паразитного объема здания и, как следствие, ухудшение освещенности помещений. Для увеличения площади застройки приходится монтировать несколько купольных зданий, объединяя их между собой переходными галереями, что сказывается на их функциональности.
В качестве прототипа выбран патент US 4074477 А, 1978 - описание: колонка 7, строки 35-39, фиг. 11, реферат, в котором сборные строительные конструкции, сформированные из повторяющихся чередующихся зеркальных форм основных математически определенных математических модулей, выполненные в виде оболочки тела вращения, образованной вращением плоской фигуры (поз. 45 на фиг. 11) вокруг центральной оси, лежащей в плоскости этой фигуры и не пересекающей ее и используемые в качестве элементов перекрытия для строительства купола зданий без внутренних опор.
Известен также способ возведения стрельчатых купольных конструкций (патент РФ №2694455, опубл. 15.07.2019), включающий укладку параллельно основанию кольцевых горизонтальных рядов каменной кладки, используя в качестве формообразователя пневмоопалубку. Одним торцом блоки упираются в оболочку опалубки и образуют внутреннюю поверхность, а другие торцы образуют наружную поверхность. Такая поверхность с уступами между рядами снижает эффективную толщину кладки и создает трудности при выполнении финишной отделки, а наличие пневмоопалубки не гарантирует соблюдение геометрических размеров по причине ее податливости при упирании в нее торца камня.
Задачей изобретения является создание конструкции нового типа арочно-кольцевого здания и способа его возведения.
Технический результат от использования изобретения заключается в том, что появляется возможность строительства арочно-кольцевых зданий, занимающих промежуточное положение между купольными, арочными и кольцевыми, объединив их преимущества.
Технический результат достигается тем, что ограждающие конструкции арочно-кольцевого здания выполнены в виде армо-каменной оболочки тела вращения. При помощи тяги задается проектный радиус арочной оболочки и наклон постели армо-каменных горизонтальных рядов круговой кладки. Тело вращения образовано вращением плоской фигуры арочной формы вокруг центральной оси, лежащей в плоскости этой фигуры и не пересекающей ее. Ограждающие конструкции представляют собой армо-каменную оболочку из кирпича, искусственных или натуральных камней. Внутренние перегородки выполняют функции вертикальных диафрагм жесткости и используются для опоры перекрытий в качестве капитальных стен. Атриум может быть образован вертикальным внутренним кольцевым или ломаным фасадом, сочлененным вверху замковым кольцом с наружным арочным фасадом.
Технический результат достигается также тем, что на заранее возведенном фундаменте в виде свайных ростверков для наружного и внутреннего фасадов или железобетонной кольцевой плиты монтируют предварительно изогнутые круговые или овальные направляющие. На них устанавливают каретку, оснащенную тягой фиксированной длины с возможностью ее качания в вертикальной плоскости, проходящей через центральную ось здания. Далее выполняют армо-каменную кладку горизонтальными круговыми рядами с наклонной постелью и контролем положения камня и наклона растворной постели в створе качающейся тяги. В завершении устраивают кольцевой замок в месте стыковки наружного и внутреннего фасадов. Кладка выполняется сплошной в неотапливаемых зданиях, сплошной с последующим нанесением утеплителя и облегченной ручной кладки в виде трехслойной конструкции с утеплителем внутри - для отапливаемых зданий. При кладке горизонтальных круговых рядов здания наклон постели кладки задается тягой, причем с каждым последующим рядом этот угол растет и кладка ведется до того момента, когда в районе замкового кольца для предотвращения сдвига уложенного камня под своим весом с уложенной постели производят стыковку наружного и внутреннего фасадов замковой аркой. Используют при этом в качестве несъемной опалубки состыкованные концы вертикальных армирующих элементов фасадов либо подводят элементы съемной опалубки.
В результате достигается очень низкая погрешность в геометрических размерах, что значительно упрощает задачу финишной отделки фасадов по выбранному типу фасадных систем, кровельных систем или их сочетания.
Арочное сечение и возможность трансформации площади застройки в широком диапазоне за счет увеличения площади атриума без изменения радиуса образующей арки, т.е. практически без изменения оптимизированной к каждому конкретному случаю площади сечения позволяют более гибко выполнять проектные задания, а наличие внутреннего двора и обтекаемых фасадов повышают комфортность и безопасность застройки. Устройство опертого на кольцевой замок светопрозрачного навеса с антимоскитными вставками полностью защитит объем атриума от внешних воздействий. Появляются новые возможности по уровню инсоляции, когда одновременно освещаются помещения восточного и западного фасадов здания.
В отличие от аналогов, арочно-кольцевое здание в строительном исполнении сплошной или облегченной ручной кладки из кирпича, керамических блоков, искусственных и естественных камней правильной формы имеет привычные для понимания характеристики ограждающих конструкций (толщина стен, их материал, теплотехнические, механические характеристики и пр.). Обладает высокими технико-экономическими показателями строительства и эксплуатации, а по уровню освещенности помещений арочно-кольцевого здания со сплошным остеклением внутреннего фасада, - аналогов нет.
Кроме того, в отличие от купольных зданий с треугольной в плане нарезкой помещений, здесь - более удобная трапециевидная.
Арочно-кольцевое здание иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана монтажная схема его возведения с арочной образующей.
На фиг. 2 - монтажная схема с образующей в виде полукруга.
На фиг. 3 - монтажная схема с вертикальным внутренним фасадом. На фиг. 4 и фиг. 5 - сечение оболочки (арматурные стержни и фундаменты условно не показаны).
Арочно-кольцевое здание состоит из:
1 - наружный фасад;
2 - внутренний фасад;
3 - атриум (внутренний двор);
4 - замковое кольцо;
5 - круговая направляющая;
6 - грузовая стрела;
7 - каретка грузовой стрелы;
8 - наружная круговая направляющая;
9 - внутренняя круговая направляющая;
10 - растворная постель;
11 - камень;
R - радиус установки направляющей от центральной оси здания;
r - радиус образующей (длина тяги);
α - угол качания стрелы.
В качестве примера его возведения могут служить монтажные схемы, на которых штучные строительные материалы монтируются в армо-каменную оболочку при помощи приспособлений, обеспечивающих их установку в проектное положение (например, лазерный дальномер, качающаяся тяга, грузовая стрела и т.п.)
Так для монтажа арочно-кольцевого здания с арочной образующей (фиг. 1) ориентация кирпича выполняется на круговые направляющие, смонтированные на наружном и на внутреннем цоколе фундаментов при помощи качающихся тяг, двигающихся на каретках по этим направляющим, обеспечивая укладку кирпича постелью в створ направляющей на фиксированной длине тяги по радиусу арки.
Для монтажа арочно-кольцевого здания с образующей в виде полукруга (фиг. 2) или в виде части круга (фиг. 3) ориентация кирпича на растворе выполняется на круговую направляющую, смонтированную по радиусу R между центральной осью здания и его образующей при помощи качающихся тяг, двигающихся на каретках по этой направляющей.
Во всех случаях кладка ведется горизонтальными рядами с наклонной постелью. Более технологичным является способ монтажа, при котором ограждающие конструкции арочно-кольцевого здания монтируются из строительных блоков при помощи грузоподъемного механизма, состоящего из грузовой телескопической стрелы с захватом, смонтированной на каретке, перемещающейся по круговым направляющим. Захват монтируется на оголовке стрелы таким образом, чтобы постель блока была в створе качающейся стрелы. Процесс монтажа состоит из установки захвата на блоке, подъема стрелы выше уровня кладки, выдвижения стрелы на заданную длину, опускание блока в зону кладки на раствор, отсоединение захвата с подъемом стрелы и возвратом ее в исходное положение.
Также технологичным является способ монтажа, когда на каретке установлен ленточный транспортер длиной несколько меньше радиуса оболочки для подачи кирпича непосредственно в зону монтажа и контроля ориентации постели кладки в створ направляющей.
В качестве примеров использования арочно-кольцевого здания могут быть:
- убежище (заглубленное, обвалованное или подземное);
- индивидуальное жилое здание;
- производственное помещение;
- складское помещение;
- выставочный зал;
- торговые павильоны (мини-рынок).