МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Изобретение относится к области строительства, в частности строительства жилых и общественных зданий и сооружений, многофункциональных центров.
Широко известны многофункциональные здания различной формы, например, в виде башни, купольные, сферические сооружения, в которых размещены оздоровительные, игровые, развлекательные, спортивные, научные и другие виды функциональных занятий, здания могут быть расположены в местах скопления народа и в экзотических, в том числе и сейсмоопасных, требующих надежной защиты зданий, не реагирующих на сейсмоопасную обстановку.
Известна самонесущая сборная строительная конструкция сферической или куполообразной формы, по заявке №95105728, которая представляет собой сферическую или куполообразную конструкцию, собираемую из несущих элементов одинаковой формы и одинакового размера.
Недостатком данной конструкции является то, что она не защищена от сейсмических воздействий, так как жестко связана с фундаментами, передающими сейсмические нагрузки на несущие конструкции, неравномерное и иррациональное распределение усилий в однотипных элементах и узлах, что приводит к увеличению их сечений для восприятия сконцентрированных усилий и напряжений. Еще одним недостатком является отсутствие внутренних опор, вследствие неустойчивости купола к боковым воздействиям, ураганные порывы ветра могут опрокинуть сферу, повредив элементы конструкции, связанные с ним.
Известна конструкция купольного многофункционального здания, патент №2373558, производственного или комбинированного назначения с опорой купола на крыше двух и более этажной периферийно замкнутой постройки.
Недостатком данной конструкции является то, что такие постройки не отвечают повышенным требованиям устойчивости зданий к различным видам климатических, геоэкологических, техногенных и иных катастроф, так как общая несущая способность в совокупности обеспечивается совместной работой всего комплекса, в результате чего для увеличения несущей способности, требуется повышение жесткости и прочности каждого отдельного элемента. Все элементы данной конструкции подвергаются прямому воздействию сейсмических нагрузок, что приводит к интенсивным ударным воздействиям на здание в целом и может привести к разрушению купола, повреждению несущих конструкций, выхода из строя жизнеобеспечения всего здания.
Целью заявляемой полезной модели является создание конструкции, стойкой к воздействию сейсмических нагрузок, окружающей среды в чрезвычайных ситуациях (ураганы, цунами, обледенения и пр.), а также высоких эксплуатационных нагрузках, действующих как на отдельные элементы конструкции, так и на всю конструкцию в целом.
Поставленная цель достигается тем, что предложенная конструкция имеет форму, оптимально распределяющую усилия во всех несущих элементах от воздействия полезной нагрузки, сил гравитации (собственного веса), ветрового и иного другого воздействия окружающей среды, а также тем, что примененные узлы сопряжения опорных конструкций и конструкций основания, выполнены с применением гасителей динамических (сейсмических) колебаний во всех плоскостях приложения нагрузки.
Конструкция многофункционального здания сферической формы представлена на 5 фигурах:
фиг. 1 общий вид здания;
фиг. 2 схема здания в вертикальном разрезе;
фиг. 3 схема здания в горизонтальном разрезе;
фиг. 4 схема узла сопряжения опорного кольца с корпусом здания;
фиг. 5 схема узла сопряжения опорного кольца со стойкой.
Конструкция многофункционального здания сферической формы состоит из сферического корпуса 1, центрального стержня 2, опорного кольца 3, стоек 4 и основания 5, вертикального демпфера 6, связывающего основание 5 с центральным стержнем 2, вертикального демпфера 7, связывающего опорное кольцо 3 со стойкой 4, горизонтального демпфера 8, связывающего основание 5 с центральным стержнем 2, горизонтального демпфера 9, связывающего опорное кольцо 3 с обоймой 10, шарнира 11, связывающего корпус 1 с обоймой 10, вертикального демпфера 12, связывающего опорное кольцо 3 с обоймой 10. Внутри корпуса 1 расположены функциональные уровни 13, которые связаны между собой системой лестниц, эскалаторов и лифтов 14. Система энергопитания представлена в виде солнечных батарей 15, установленных на верхней половине корпуса 1. Для обеспечения равномерной инсоляции помещений здания в течении всего светового периода, в узле сопряжения основания 5 и стрежня 2 введен поворотный шарнир 16, а также шарнир 11 в узле сопряжения опорного кольца 3 с корпусом 1, через обойму 10, обеспечивающие вращение корпуса 1 вокруг вертикальной оси, проходящей через центральный стержень 2.
При воздействии сейсмической нагрузки H на основание 5, действующей одновременно на стержень 2 и стойки 4, создается напряженное состояние, которое частично гасят демпферы 6 и 8 центрального стержня 2, проходящего через центр сферического корпуса 1, удерживая тем самым корпус 1 в состоянии равновесия. Напряжение от воздействия на стойки 4 связанные с кольцом 3 гасятся демпферами 7. Для исключения боковых и вертикальных воздействий нагрузок H между корпусом 1 и опорным кольцом 3 установлена обойма 10 шарнира 11, нагрузка на которую гасится демпферами 9 и 12.
В результате работы всех демпферов, гашения динамических (сейсмических) колебаний во всех плоскостях приложения нагрузки, обеспечивает стабильное положение самого здания, а наличие солнечных батарей, расположенных на верхней половине корпуса обеспечит электроэнергией здание во время стихийного бедствия, что является важным обстоятельством вопросов жизнеобеспечения людей в экстремальных ситуациях.
Минимальное количество демпферов зависит от количества стоек и выражается соотношениями:
Dg=2n;
Dv=3n+1;
где n - число стоек, не менее 3
Dg - число демпферов, воспринимающих горизонтальные нагрузки
Dv - число демпферов, воспринимающих вертикальные нагрузки.
Предложенная полезная модель является промышленно применимой, в настоящее время она опробована на уменьшенной модели и показала положительные результаты.