Результат интеллектуальной деятельности: Многоэтажное здание с несущим центральным стволом

Изобретение относится к строительству, в частности к многоэтажным зданиям с несущим центральным стволом и консольными этажами, и может быть использовано при строительстве зданий башенного типа в сейсмических районах и в стесненных городских или горных условиях.

Известно многоэтажное здание, включающее несущий ствол с консольными поясами, опертые на пояса кромками стен пространственные конструкции этажей из радиально расположенных стен и перекрытий (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №844702, МПК E04B 1/34, 1979).

Недостатками этого многоэтажного здания являются относительно высокие материалоемкость и трудоемкость строительства. Наличие шарнира на консольном поясе снижает общую пространственную жесткость здания в особенности при действии знакопеременных динамических нагрузок.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому является многоэтажное здание, включающее фундамент, несущий ствол с консольными поясами, выполненными в виде схватывающих ствол рам, опертые на пояса кромками стен пространственные конструкции этажей из радиально расположенных стен и перекрытий, причем консольные пояса жестко соединены попарно с торцевыми кромками стен, на которые оперты плиты перекрытий, объединенные между собой в диски, а фундамент, несущий ствол с консольными поясами, диски плит перекрытий выполнены в плане круглыми (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1055844, МПК E04G 21/26, E04B 1/34).

Основными недостатками здания - прототипа являются относительно ограниченные устойчивость, прочность и степень обтекаемости ветровыми воздушными потоками.

Задачей изобретения является повышение устойчивости, прочности и степени обтекаемости ветровыми воздушными потоками конструкции многоэтажного здания.

Для решения поставленной задачи в многоэтажном здании с несущим центральным стволом, включающем фундамент, несущий ствол с консольными поясами, выполненными в виде схватывающих ствол рам, опертые на пояса кромками стен пространственные конструкции этажей из радиально расположенных стен и перекрытий, причем консольные пояса жестко соединены попарно с торцевыми кромками стен, на которые оперты плиты перекрытий, объединенные между собой в диски, а фундамент, несущий ствол с консольными поясами, диски плит перекрытий выполнены в плане в виде фигур постоянной ширины, фундамент, несущий ствол с консольными поясами и диски перекрытий выполнены в плане в виде треугольника Релло, количество радиально расположенных стен кратно трем, основные из которых располагаются по осям углов треугольника Релло, а здание одним из углов установлено напротив направления основного вектора розы ветров.

Сущность изобретения заключается в том, что фундамент, несущий ствол с консольными поясами и диски перекрытий многоэтажного здания выполнены в плане в виде треугольника Релло, количество радиально расположенных стен кратно трем, основные из которых располагаются по осям углов треугольника Релло, а здание одним из углов установлено напротив направления основного вектора розы ветров. Такой новый признак, как выполнения фундамента, несущего ствола с консольными поясами и дисков перекрытий в плане в виде треугольника Релло позволяет предложенному техническому решению приобрести новые свойства заключающиеся в том, что по сравнению с круглыми в плане фундаментом и дисками перекрытий у фундамента и дисков перекрытий, выполненных в плане в виде треугольника Релло, при одинаковых площадях жесткостные и прочностные параметры выше, что же касается несущего ствола с консольными поясами, выполненными в плане (в сечении) в виде треугольника Релло, то по сравнению с круглыми у них повышается внешняя и внутренняя боковые поверхности, а также повышается пространственная жесткость и прочность. Такой новый признак, как кратность количества радиально расположенные стен трем, основные из которых располагаются по осям углов треугольника Релло, позволяет предложенному техническому решению приобрести новое свойство, заключающееся в достижении в здании с реллообразной геометрией наибольшей пространственной жесткости и прочности, т.к. кратность радиально расположенных стен трем соответствует треугольности фигуры Релло, расположение основных радиальных стен по осям углов треугольника Релло в плане позволяет в первую очередь загружать наиболее жесткие участки, увеличение количества радиально расположенных стен должно быть равномерным и кратно трем, т.е. для придания равномерной пространственной жесткости и прочности зданию в целом количество радиально расположенных стен может быть увеличено, например, еще на три (общее число радиальных стен тогда будет равно шести) и они должны быть расположены между главными радиально расположенными стенами. Третий новый признак, такой как установка здания одним из углов напротив направления основного вектора розы ветров, позволяет предложенному техническому решению достигнуть нового свойства, заключающегося в заметном уменьшении сопротивления конструкции здания движению ветровых воздушных потоков.

Вышеизложенные новые признаки и свойства отсутствуют в известных технических решениях и позволяют предложенному техническому решению достигнуть эффективности, заключающейся в повышении устойчивости, прочности и степени обтекаемости ветровыми воздушными потоками конструкции многоэтажного здания. Это позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг. 1 изображено здание, продольный разрез; на фиг. 2 изображен разрез Α-A на фиг. 1; на фиг. 3 изображен разрез В-В на фиг. 1. Многоэтажное здание включает центральный несущий ствол 1, рамы 2 и пространственную конструкцию этажей 3, выполненных из радиально расположенных основных стен 4 и радиально расположенных промежуточных стен 5, снабженных в нижней части выступами, с опертыми на них плитами перекрытий 6. Стены 4 жестко соединены с поясами рам 2 и снабжены вертикальными прямоугольными стойками-вутами 7. Вся конструкция здания посредством несущего ствола 1 опирается на фундамент 8.

В предлагаемом здании пространственная конструкция этажей 3 опирается посредством торцевых кромок стен 4 на рамы 2, образуя с их поясами жесткую пространственную структуру, закрепленную на стволе 1. Каждый этаж является самонесущим, поэтому деформации незначительные.

Треугольник Релло представляет собой фигуру постоянной ширины, образованную пересечением трех дуг радиуса а, центры которых находятся в вершинах равностороннего треугольника со стороной а.

Из всех фигур заданной постоянной ширины треугольник Релло обладает наименьшей площадью. Если ширина его равна а, то его площадь равна . Следовательно, при равных площадях, треугольник Релло имеет большую ширину по сравнению с кругом. По сравнению с несущим стволом известного здания, выполненного в поперечном сечении круглым, несущей ствол предложенного здания, выполненный в поперечном сечении в виде треугольника Релло, имеет больший суммарный периметр (внешний плюс внутренний), а следовательно, большую суммарную поверхность, что имеет существенное значение для более эффективного рассеивания поверхностных и объемных механических напряжений и повышения трещиностойкости. Выполнение фундамента и дисков перекрытий в плане в виде треугольника Релло по сравнению круглым вариантом повышает жесткостные и прочностные параметры, что способствует повышению устойчивости здания по отношению к внешним статическим и динамическим воздействиям. Это объясняется тем, что у треугольника Релло по сравнению с кругом той же площади диаметр практически во всех направлениях, проходящих через центр тяжести фигуры, больше на 5%, за исключением нескольких направлений, где они равны, следовательно, жесткость сечения фундамента и дисков перекрытий, выполненных в плане в виде треугольника Релло, увеличивается. Геометрическая специфика конструкции предлагаемого здания закономерно предопределяет количество радиально располагаемых стен выбирать кратным трем, основные из которых должны располагаться по осям углов треугольника Релло, т.е. в самых жестких участках конструкции здания в плане. Если же количество радиально располагаемых стен больше трех (т.е. например их 6 или 9), то остальные радиально располагаемые стены устанавливаются в плане равномерно между основными тремя радиально располагаемыми стенами.

В предложенной конструкции многоэтажного здания один из трех углов установлен напротив направления основного вектора розы ветров, установленного для территории возведения многоэтажного здания.

Углы при вершинах треугольника Релло равны 120°, это более чем на 30% меньше угла, образованного касательными пересекающимися линиями, куда может вписаться круг. Естественно, обтекаемость здания предложенной конструкции при установке его одним из углов напротив ветрового воздушного потока будет заметно лучше обтекаемости здания с круглым сечением. Следовательно, ветровые нагрузки на здание предложенной конструкции уменьшаются.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения по сравнению с прототипом заключается в повышении жесткости, прочности и устойчивости по отношению к статическим, динамическим и сейсмическим нагрузкам, кроме этого у конструкции здания повышается степень обтекаемости ветровыми воздушными потоками.