КУПОЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ

Полезная модель относится к области строительства, а конкретно к купольному сооружению, которое может быть возведено в условиях холодных климатических зон со значительным уровнем осадков на вечномерзлых грунтах в районах с повышенной сейсмичной активностью и использоваться как жилое сооружение, либо как сооружение для решения специальных задач, в том числе с учетом возможности сооружения радиопрозрачного купола.
Известно купольное сооружение, содержащее ленточный фундамент, имеющий в плане форму кольца, купол в форме полусферы, состоящий из наружного слоя атмосферостойкого сплошного материала воздухоопорной опалубки, закрепленной краем на замкнутом фундаменте, слоя полимерного материала, сопряженного с наружным слоем с его внутренней стороны, расположенного далее внутрь купола слоя из бетона, армированного наборами расположенных по направлениям медиан и по параллелям стержней, а также содержащее бетонное основание, расположенное горизонтально внутри ленточного фундамента с сопряжением с его внутренней стенкой. Фундамент содержит отрезки армирующих стержней, расположенных по вертикальным плоскостям, выпущенных и связанных с армирующими стержнями купола, которые также расположены по направлениям медиан, и выступает за пределы поверхностей купола как внутри, так и снаружи (TW 460642 В, МПК Е04В 1/32, 1999).
Известно купольное сооружение, содержащее ленточный фундамент, имеющий в плане округлую форму и поперечное сечение в форме перевернутой "Т", купол криволинейной объемной формы из наружного слоя атмосферостойкого сплошного материала воздухоопорной опалубки, закрепленной на наружной боковой стороне фундамента, слоя вспененного полимерного материала, в качестве которого может быть использован пенополиуретан, сопряженного с наружным слоем с его внутренней стороны, и из расположенного далее внутрь купола слоя из фибробетона, армированного наборами расположенных по направлениям медиан и по параллелям стержней. Фундамент содержит отрезки армирующих элементов, расположенных по вертикальным плоскостям, выпущенных и связанных с армирующими элементами купола, расположенными по направлениям медиан (US 6840013 В2, МПК Е04В 1/34, 2005).
Методы возведения известных купольных сооружении в целом совпадают и предусматривают сооружение ленточного фундамента с установкой отрезков выпущенных армирующих элементов, которые впоследствии связывают с арматурой купола, а затем возведение купола. Для возведения купола вначале осуществляют монтаж воздухоопорной опалубки в форме купола из атмосферостойкого сплошного материала, закрепленного краем на ленточном фундаменте, поднятие пневмоопалубки, напыление на внутреннюю поверхность купола опалубки слоя вспененного полимерного материала, монтаж смежно внутренней поверхности слоя вспененного полимерного материала арматуры, напыление на внутреннюю поверхность слоя вспененного полимерного материала слоя из фибробетона с расположением в нем смонтированной перед этим арматуры. Затем делается внутреннее основания.
Известные решения не обладают высокой степенью надежности при эксплуатации в условиях холодного климата на нестабильных, в том числе вечномерзлых грунтах, когда эксплуатация сооружения сопровождается значительными перепадами температур, дождевыми и значительными снеговыми осадками, а также наличием грунтовых вод, защита от которых в известных решениях не обеспечивается.
Технический результат полезной модели заключается в повышении надежности купольного радиопрозрачного сооружения при его продолжительной эксплуатации в условиях холодных климатических зон с высокими дождевыми и снеговыми осадками при сооружении на вечномерзлых грунтах с высоким уровнем грунтовых вод.
Решение поставленной задачи обеспечивается купольным сооружением, которое характеризуется наличием:
- расположенного на песчано-гравийной подушке монолитного ленточного фундамента в форме кольца в плане, который выполнен сверху в форме двух конических поверхностей, одна из которых обращена внутрь фундамента, а другая - наружу, сопряженных с образованием в поперечном сечении фундамента тупого угла, вершина которого задает вершину фундамента, проходящую по всему его периметру;
- купола, имеющего форму сегмента сферы, меньшего полусферы, сопряженного с фундаментом по обращенной внутрь верхней конической поверхности, который состоит из внешнего слоя атмосферостойкого сплошного материала воздухоопорной опалубки, слоя пенополиуретана, нанесенного на внутреннюю поверхность внешнего слоя, а также расположенного далее внутрь купола несущего слоя, армированного наборами расположенных по направлениям медиан дугами и по параллелям в форме концентричных колец стеклопластиковых стержней, армированных базальтовыми и/или полимерными волокнами, и изготовленного из фибробетона с наполнителем из отрезков базальтовых и/или полимерных волокон;
- бетонного основания, расположенного внутри купола на песчано-гравийной отсыпке выше уровня ленточного фундамента.
В наилучшем варианте осуществления полезной модели, по меньшей мере, часть стеклопластиковых стержней армирования купола в форме концентричных колец выполнена в виде сплошных колец с одним стыком.
Предпочтительно, когда фундамент содержит отрезки армирующих стержней, расположенных в направлениях медиан купола, выпущенных и связанных с расположенными в этих направлениях армирующими стержнями купола. Фундамент может быть выполнен с армированием стеклопластиковыми стержнями, армированными базальтовыми и/или полимерными волокнами, из бетона.
В наилучшем варианте осуществления полезной модели бетонное основание сопряжено с внутренней поверхностью купола через осадочный шов и включает нижний теплоизолирующий слой из ячеистого бетона и верхний опорный слой из сплошного бетона. Осадочный шов, как правило, выполнен с заполнением вспененным полимерным материалом.
Возможность осуществления полезной модели подтверждается примером возведения купольного сооружения, проиллюстрированного на чертеже (фиг.1), которое содержит монолитный ленточный фундамент 1, купол 2 и основание 3.
Ленточный фундамент 1 расположен на песчано-гравийной подушке 4 и выполнен из бетона монолитным в форме кольца в плане. Сверху фундамент 1 имеет форму двух конических поверхностей 5 и 6, одна из которых обращена внутрь фундамента 1, а другая - наружу. Конические поверхности 5 и 6 сопряженных с образованием в поперечном сечении фундамента 1 тупого угла, вершина 7 которого задает вершину фундамента, проходящую по всему его периметру. Поверхность 6 фундамента 1 выполняет функцию отмостки, которая, при необходимости, может быть продлена отдельно (на чертеже не показано). Фундамент 1 армирован по окружности и радиально арматурой 8 в виде стеклопластиковых стержней, армированных базальтовыми и/или полимерными волокнами, причем арматура 8, расположенная по окружности, может быть также выполнена в виде сплошных колец с одним стыком. При сооружении фундамента 1 устанавливаются отрезки армирующих стержней 9, которые располагаются по направлениям медиан купола 2 и выпущены наружу.
Купол 2 имеет форму сегмента сферы, меньшего полусферы. Снаружи поверхность купола 2 сопряжена с фундаментом 1 по обращенной внутрь верхней конической поверхности 5. Купол 2 состоит из внешнего слоя 10 из атмосферостойкого сплошного материала воздухоопорной опалубки, слоя 11 пенополиуретана, нанесенного на внутреннюю поверхность внешнего слоя 10, а также из расположенного далее внутрь купола 2 несущего слоя 12, армированного наборами расположенных по направлениям медиан дугами (13) и по параллелям (14) в форме концентричных колец стеклопластиковых стержней 13, 14, армированных, в свою очередь, базальтовыми и/или полимерными волокнами, и изготовленного из фибробетона с наполнителем из отрезков базальтовых и/или полимерных волокон. Отрезки армирующих стержней 9, выпущенные из фундамента 1, связаны с набором стержней 13 армирования, расположенных по параллелям купола 2 дугами. Использование стеклопластиковых стержней 13, 14 для армирования купола 2 обеспечивает его радиопрозрачность. С этой же целью для наполнителя фибробетона использованы базальтовые или полимерные волокна. Из стеклопластиковых стержней могут быть также изготовлены отрезки армирующих стержней 9. По меньшей мере, часть стеклопластиковых стержней 14 армирования купола 2 в форме концентричных колец выполнена в виде сплошных колец с одним стыком.
Бетонное основание 3 расположено внутри купола 2 на песчано-гравийной отсыпке 15 выше уровня ленточного фундамента 1. Бетонное основание 3 сопряжено с внутренней поверхностью купола 2 через осадочный шов 16 и включает нижний теплоизолирующий слой 17 из ячеистого бетона и верхний опорный слой 18 из сплошного бетона. Осадочный шов 16 выполнен с заполнением вспененным полимерным материалом, в частности - пенополиуретаном.
Для возведения купольного сооружения вначале проводят подготовку строительной площадки и отсыпают песчано-гравийную подушку 4, а затем - сооружение расположенного на песчано-гравийной подушке монолитного бетонного ленточного фундамента 2 в форме кольца в плане, который имеет сверху форму двух указанных выше конических поверхностей 5, 6 с вершиной 7, а также выпущенные отрезки армирующих стержней 9. После подготовки фундамента 1 внутри его кольца располагают расходуемые материалы и оборудование, необходимые для формирования слоя 11 пенополиуретана и несущего слоя 11 фибробетона, в том числе материалы для армирования последнего.
Затем проводят монтаж воздухоопорной опалубки из атмосферостойкого сплошного материала, которую располагают краем вдоль вершины 7 фундамента и закрепляют край на его конической поверхности 6. Закрепление края опалубки проводят с использованием анкерных болтов (на чертеже не показаны), закрепляемых в фундаменте 1 и прижимных элементов, например, отрезков уголков, металлических дуг или тому подобных элементов.
После поднятие воздухоопорной опалубки и поддержания ее купола в стабильном положении, проводят напыление на внутреннюю поверхность воздухоопорной опалубки слоя 11 пенополиуретана.
Затем монтируют смежно внутренней поверхности слоя 11 пенополиуретана арматуру из наборов расположенных по направлениям медиан дугами (13) и по параллелям (14) в форме концентричных колец стеклопластиковых стержней 13, 14, армированных базальтовыми и/или полимерными волокнами. Стеклопластиковые стержни 13, 14 разматываются из связок предварительно изготовленных стеклопластиковых стержней, арматура вяжется, в том числе вяжется к отрезкам армирующих стержней 9, выступающим из фундамента 1, где они были установленный при сооружении фундамента 1. Стеклопластиковые стержни 14 армирования купола 2 изготавливают в форме сплошных колец с одним стыком. После этого проводят напыление на внутреннюю поверхность слоя 11 пенополиуретана несущего слоя 12 из фибробетона с наполнителем из отрезков базальтовых и/или полимерных волокон с расположением в нем (в теле слоя 12) арматуры из указанных наборов стеклопластиковых стержней 13, 14. В качестве наполнителя фибробетона используют базальтовые и/или полимерные волокна.
Далее проводят сооружение внутри купола бетонного основания 3 выше уровня фундамента 1 для чего проводят внутри купола 2 дополнительную отсыпку (15) поверхности песчано-гравийной смесью.
Затем для формирования осадочного шва 16 на нижнюю часть внутренней поверхности несущего слоя 12 напыляют слой пенополиуретана, толщиной, соответствующей толщине осадочного шва 16 (например, 25 мм). После этого непосредственно сооружают бетонное основание 3, формируя вначале нижний теплоизолирующий слой 17 из ячеистого бетона, а затем - верхний слой 18 из сплошного бетона.
Воздухоопорную оплубку оставляют для использования в качестве внешнего слоя 10, обеспечивающего защиту слоя из пенополиуретана от атмосферных осадков, которая изготавливается из известных материалов по известным технологиям.
При формировании слоев 11 и 12 отдельными опалубками внутри купола воздухоопорной опалубки задаются нужные проемы.
В дальнейшем внутри купола 2 возводятся необходимые внутренние перегородки и перекрытия, в случае сооружения нескольких этажей. Могут быть организованы как технические помещения, помещения специального назначения, так и жилые. При необходимости на стадии подготовки строительства могут быть подведены подземные коммуникации.
Работы по строительству купольного сооружения проводятся с использованием известных материалов по известным технологиям с использованием известного оборудования. Слой 11 пенополиуретана (может быть от 100 до 150 мм и даже более) придает пневмоопалубке необходимую жесткость для дальнейших работ по армированию и формированию несущего слоя 12 из фибробетона.
Стержни 13 и 14 могут располагаться с шагом 200 мм. Могут использоваться стеклопластиковые стержни с толщиной 8-20 мм. Такая арматура отличается легкостью, не корродирует, не взаимодействует с соленой водой, отличается высокой упругостью, является диэлектриком, имеет низкую теплопроводность, невосприимчива к магнитным полям и не препятствует распространению радиоволн. Кроме того, арматура из стеклопластиковых стержней не теряет своих прочностных свойств при воздействии низких температур и может изготавливаться фактически любой длины под индивидуальные требования.
Готовое купольное сооружение, выполненное в соответствии с полезной моделью, помимо своих уникальных прочностных характеристик и возможностей противостоять огромным внешним воздействиям (в виде ураганных ветров, землетрясений) обладает еще важными свойствами - является диэлектриком и не препятствует распространению радиоволн, то есть не затрудняет работу радиоэлектрической аппаратуры внутри здания, что позволяет использовать такое сооружение для решения специальных задач. Прочность купольного сооружения обусловлена как формой фундамента 1, так и формой купола 2.
Полезная модель не исчерпывается представленным выше примером осуществления. Возможны иные лежащие в пределах патентных притязаний конкретные формы конструктивной реализации технического решения, основанные на использовании полезной модели и обычных инженерных знаний.