Область использования

Изобретение относится к области строительства, в частности строительства жилых и общественных зданий и сооружений, многофункциональных центров.

Известный уровень техники

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 надёжной защиты зданий, не реагирующих на сейсмоопасную обстановку.

Известна самонесущая сборная строительная конструкция сферической или куполообразной формы (RU 95105728 А1, МПК Е04В 1/32, 1997), 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 (RU 2373358 С1, МПК Е04Н 14/00, 2009), 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.

Сущность изобретения

Целью изобретения 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 задача достигается многофункциональным зданием сферической формы, которое содержит корпус сферической формы, установленный на основании. Внутри корпуса расположены функциональные уровни и система жизнеобеспечения. С наружной стороны корпус шарнирно связан с охватывающим его опорным кольцом, причем шарнир закреплен на корпусе, а обойма шарнира установлена через вертикальный и горизонтальный демпферы на опорном кольце, установленном через вертикальные демпферные узлы на стойках, которых не менее трех, жестко связанных с основанием, в котором через вертикальный и горизонтальный демпферные узлы шарнирно установлен центральный стержень, жестко связанный с корпусом здания и возможностью вращения вокруг своей оси. В наилучшем случае осуществления количество демпферных узлов определено соотношениями:

Dg = 2п;

Dv = 3n + 1;

где п - число стоек, не менее 3,

Dg - число демпферов, воспринимающих горизонтальные нагрузки,

Dv - число демпферов, воспринимающих вертикальные нагрузки.

Корпус здания может быть установлен на центральном стержне с возможностью вращения.

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.

Возможность осуществления изобретения

Конструкция многофункционального здания сферической формы представлена на 5 фигурах:

фиг.1 общий вид здания;

фиг.2 схема здания в вертикальном разрезе;

фиг.З 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 Н 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 Н 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 = 2п; Dv = 3n + 1;

где n - число стоек, не менее 3,

Dg - число демпферов, воспринимающих горизонтальные нагрузки,

Dv - число демпферов, воспринимающих вертикальные нагрузки.

В настоящее время многофункциональное здание сферической формы опробовано на уменьшенной модели и показало положительные результаты.