ЗДАНИЕ С КУПОЛООБРАЗНОЙ КРЫШЕЙ

Полезная модель относится к области строительства, в частности к возведению зданий и сооружений различного функционального назначения с купольным покрытием.
Купол - выпуклое покрытие зданий и сооружений, имеющее форму сегмента шара, параболоида или иной поверхности вращения (Новый энциклопедический словарь, изд. Большая Российская энциклопедия, М, 2005, стр.597).
Известно здание с купольным покрытием, представляющим собой сегмент шара (патент №СА 1147524). В известной конструкции здание состоит из нижней цилиндрической части, на которую опирается купол, образованный из равносторонних треугольников.
Недостатком известной конструкции является сложность конструкции, обусловленная тем, что для образования нижней цилиндрической части и купола необходимы различные по форме конструктивные элементы. К недостаткам известной конструкции можно отнести недостаточную жесткость купольной части, вследствие чего возможность организации дополнительных этажей внутри купола и их несущая способность являются ограниченными.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - упрощение конструкции здания с купольным покрытием, расширение его функциональных возможностей за счет повышения жесткости купольного покрытия, снижение материальных затрат на возведение здания.
Поставленная задача решается тем, что в здании с купольным покрытием, состоящем из нижней цилиндрической части и купола, опирающегося на нижнюю цилиндрическую часть здания, купол представляет собой сегмент сферы, купол и нижняя часть здания образованы из стеклопакетов, закрепленных в жестком каркасе здания, каждый стеклопакет по форме является близким к прямоугольному треугольнику и закреплен по периметру в жестком каркасе, в каждом стеклопакете один угол является близким к 90°, другой угол - близкий к углу 30°, а третий угол является близким к 60°, стороны в таком треугольнике представляют собой два катета (больший и меньший) и гипотенузу, вершиной каждого такого треугольника является точка пересечения гипотенузы и большего катета, каркас здания образован прямолинейными жесткими элементами, жестко соединенными между собой, каждый элемент каркаса предназначен для крепления к нему стороны стеклопакета, купол образован следующим образом: верхняя часть купола состоит из стеклопакетов, собранных в шестиугольники, образованные из шести равносторонних треугольников, каждый равносторонний треугольник образован двумя треугольниками, близкими по форме к прямоугольным, примыкающих друг к другу большими катетами, вершины всех треугольников указанного шестиугольника примыкают друг к другу, нижняя часть купола, с одной стороны примыкающая к верхней части купола, а с другой стороны - к нижней цилиндрической части здания, образована из стеклопакетов, собранных в фигуру, представляющую собой половину шестиугольника, собранную из двух равносторонних треугольников, состоящих из двух примыкающих друг к другу большими катетами прямоугольных треугольников, к каждому равностороннему треугольнику примыкает гипотенузой треугольник, близкий по форме к прямоугольному, вершины всех треугольников указанной фигуры примыкают друг к другу.
Нижняя цилиндрическая часть здания образована из стеклопакетов, сложенных в большие прямоугольники, образованные следующим образом, каждый большой прямоугольник состоит из четырех малых прямоугольников, каждый из которых сложен из двух стеклопакетов, контактирующих друг с другом по их гипотенузам.
Малые прямоугольники уложены таким образом, что гипотенузы двух стеклопакетов визуально служат продолжением гипотенуз двух других стеклопакетов с образованием диагонали большого прямоугольника.
В заявляемой конструкции используются стеклопакеты по форме близкие к прямоугольным треугольникам, у которых малый катет равен половине гипотенузы.
Формирование купола из симметричных прямоугольных треугольников позволяет, за счет разной компоновки прямоугольных треугольников на различных участках (по высоте) здания, сформировать цилиндрическую нижнюю часть здания, что удобно с точки зрения устойчивости, надежности конструкции, размещения в этой части здания высокой мебели; позволяет сформировать каркас здания с образованием меридиан, проходящих через вершину конструкции. Указанные меридианы каркаса будут выполнять роль ребер жесткости конструкции, обеспечивающих ее устойчивость.
В конструкции использованы стеклопакеты, представляющие собой по форме одинаковые треугольники, близкие к прямоугольным, при этом в каждом треугольнике один угол является близким к прямоугольному, другой угол - близкий к углу 30°, а третий угол, соответственно, является близким к 60°.
Заявитель использует терминологию «углы, близкие к…», т.к. на практике при изготовлении стеклопакетов возможны отклонения от точных углов, равных 90°, 60° и 30°, в силу технологических особенностей изготовления стеклопакетов.
Меньший катет каждого треугольника по величине равен половине его гипотенузы. Таким образом, если сложить рядом два треугольника вплотную друг к другу большими катетами, получится равносторонний треугольник.
Все стеклопакеты закреплены в каркасе, поэтому, далее говоря о сторонах треугольников (сторонах стеклопакетов), заявитель подразумевает соответствующее выполнение каркаса.
Конструкция здания состоит из цилиндрической части и купола, представляющего собой сегмент шара.
Цилиндрическая часть образована из стеклопакетов, сложенных в прямоугольники. Для этого два стеклопакета укладывают вплотную к друг другу гипотенузами треугольников. При этом образуется прямоугольный элемент. Из таких прямоугольных элементов, желательно симметрично, образуют цилиндрическую нижнюю часть здания.
На цилиндрическую часть устанавливают купол. Купол образован следующим образом. Основная часть купола состоит из шестиугольников, образованных из шести равносторонних треугольников. Каждый равносторонний треугольник образован двумя прямоугольными треугольниками. Вершины всех треугольников указанного шестиугольника примыкают друг к другу.
Пространство между цилиндрической частью и основной частью купола заполнено прямоугольными треугольниками, вершины которых также примыкают друг к другу, а эти прямоугольные треугольники уложены в фигуры, которые представляют собой половину шестиугольника. Нижняя прямолинейная часть этой фигуры примыкает к цилиндрической части, а другие стороны данной фигуры вписаны в пространство, образованное шестиугольниками основной части купола.
Вдоль периметра цилиндрической части располагают попарно стеклопакеты. В каждой паре каждый стеклопакет уложен на цилиндрическую часть большим катетом, при этом вершины угла, близкого к 30° каждого стеклопакета пары примыкают друг к другу.
Упрощение конструкции осуществлено за счет того, что для строительства здания используются унифицированные элементы - треугольные элементы, близкие по форме к прямоугольным.
Расширение функциональных возможностей обеспечено за счет того, что купол, образованный с помощью прямоугольных треугольников, имеет четкие меридиональные ребра жесткости, усиливающие жесткость купола, что позволяет выполнять внутри купола дополнительные межэтажные перекрытия, делящие купол на этажи, опирающиеся на каркас треугольных элементов.
Снижение материальных затрат на возведение здания обусловлено тем, что использование для конструкции прямоугольных треугольных элементов позволяет выкраивать их из исходного материала (стекла) практически без отходов, т.е. оптимизируется раскрой материала.
В конструкции купола четко выделены меридианы, образованные каркасом треугольников, проходящие через центр купола. Указанные меридианы, помимо того, что являются частью каркаса купола, дополнительно выполняют роль ребер жесткости, на которые опирается купол в целом.
Использование в конструкции здания треугольников, близких к прямоугольным и соответствующего каркаса для этих треугольников, обеспечивает возможность разбиения конструкции купола на плоскости, что позволяет формировать стены и этажи. Возможность разбиения конструкции на плоскости означает, что всегда будут иметь место элементы каркаса (вдоль сторон треугольников), через которые можно провести горизонтальные плоскости, вертикальные или наклонные. Это позволяет оптимизировать использование каркаса, расширить его функциональные возможности. Помимо того, что каркас служит для размещения и закрепления на нем стеклопакетов, этот же каркас служит опорой для внутренних элементов конструкций здания - для лестничных пролетов, для межэтажных перекрытий, для стен и т.п., т.к. часть элементов каркаса всегда образуют прямые линии, направленные по вертикали, горизонтали, наклонно. Именно по этим элементам каркаса целесообразно закреплять лестничные пролеты (по наклонным элементам каркаса), межэтажные перекрытия (по горизонтальным элементам каркаса), стены (по меридианам).
Использование каркаса в том числе как опорная часть внутренних конструкций здания позволяет упростить конструкцию здания, т.к. не требуется организации иных опорных элементов, для закрепления межэтажных перекрытий, стен и лестничных пролетов, а также повысить ее надежность.
Использование в конструкции стеклопакетов по форме, близких к прямоугольным позволяет создавать здания и купола любых размеров. Такие здания являются легкими, надежными, для них не требуется использование фундамента.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид здания.
На фиг.2 изображен вид здания спереди.
На фиг.3 изображен вид сверху здания.
Заявляемое здание содержит купол 1, опирающийся на нижнюю цилиндрическую часть 2. Нижняя цилиндрическая часть 2 установлена на основание 3. Купол 1 и цилиндрическая часть 2 образованы из стеклопакетов 4, форма которых близка к прямоугольной. В каждом треугольнике (стеклопакете) 4 один угол является близким к 90°, другой угол является близким к 30°, а третий - к 60°. Т.е. малый катет такого треугольника 4 равен половине гипотенузы. Каждый стеклопакет жестко закреплен в каркасе 5, при этом каркас в целом представляет собой единую жесткую конструкцию. Каждый элемент конструкции каркаса - жесткий прямолинейный элемент, взаимодействующий с одной стороной стеклопакета. Т.е. в целом форма каркаса получается аналогичной форме всех уложенных в здание стеклопакетов. Жесткие прямолинейные элементы каркаса помимо того, что выполняют функцию закрепления в них стеклопакетов (функция рамы), выполняют также одновременно роль ребер жесткости конструкции здания в целом. Жесткие прямолинейные элементы каркаса целесообразно выполнять из прочного материала, неподверженного коррозии, например, из металлического профиля с защитным покрытием. Цилиндрическая часть здания ограничена двумя кольцевыми горизонтальными линиями (верхней и нижней) 6, 7. Все стеклопакеты уложены следующим образом. Верхняя часть купола состоит из стеклопакетов 4, собранных в шестиугольники 8, образованные из шести равносторонних треугольников 9. Каждый равносторонний треугольник 9 образован двумя треугольниками (стеклопакетами) 4, примыкающих друг к другу большими катетами 10. Вершины 11 всех треугольников 4 указанного шестиугольника 8 примыкают друг к другу. Нижняя часть купола, с одной стороны примыкающая к верхней части купола, а с другой стороны - к нижней цилиндрической части здания, образована из стеклопакетов, собранных в фигуру 12, представляющую собой половину шестиугольника, собранную из двух равносторонних треугольников 9, состоящих из двух примыкающих друг к другу большими катетами прямоугольных треугольников 4. К каждому равностороннему треугольнику 9 примыкает гипотенузой треугольник 4. Вершины 11 всех треугольников 4 указанной фигуры 12 примыкают друг к другу.
Нижняя часть 2 образована из больших прямоугольников, состоящих из стеклопакетов 4, собранных следующим образом. Каждый большой прямоугольник 13 состоит из четырех малых прямоугольников 14, каждый из которых сложен из двух стеклопакетов 4, контактирующих друг с другом их гипотенузам. При этом малые прямоугольники 14 уложены таким образом, что гипотенузы двух стеклопакетов 4 визуально служат продолжением гипотенуз двух других стеклопакетов с образованием диагонали 15 большого прямоугольника 13.
В образованной таким образом конструкции здания имеется возможность провести горизонтальные плоскости по линиям 6 и 7, образовав при этом полы здания. Через ребра жесткости, проходящие через вершину купола можно провести вертикальные плоскости, образовав таким образом внутренние перегородки здания. Через точки схода вершин 11 треугольников в верхней части купола также можно провести горизонтальные плоскости, если надо организовать дополнительные этажи здания.
Диагонали 15 удобно использовать, закрепив на них лестничные пролеты.
Следует отметить, что, говоря о сторонах стеклопакетов (треугольников), имеются ввиду, конечно, элементы каркаса, взаимодействующие с соответствующей стороной стеклопакета. Роль ребер жесткости и опорных элементов конструкции здания выполняют, конечно прямолинейные элементы каркаса, а не стороны стеклопакетов.
Использование полезной модели обеспечить достижение следующих технических результатов:
- экономичная резка;
- обеспечение возможности разбиения конструкции купола на плоскости, что позволяет формировать стены и этажи;
- простота конструкции;
- возможность создавать надежные и устойчивые многоэтажные конструкции зданий сферической формы различных размеров.