Біотехногенний модуль середовища існування

Біотехногенний модуль середовища існування, який включає певну кількість рівномірно розподілених кріпильних вузлів, закритий кільцевий пристрій, певну кількість секцій параболічних арок споруди з верши нами та зовнішнє покриття, який відрізняється тим, що об'єм модуля має надземну і підземну частини і містить розташова ні в них по вертикальній осі центральний кільцевий пристрій і додаткові кільцеві пристрої, основні арки, які оперті на нижню вершину центрального кільцевого пристрою, допоміжні арки, які оперті на протилежні вершини додаткових кільцевих пристроїв, просторово-конструктивні елементи, розташовані горизонтально, всередині яких розміщені те хнічні поверхи обслуговування, що зв'язують в надземній і підземній частинах центральний і додаткові пристрої з основними та допоміжними арками, натяжні троси, які стягують у верти кальному і горизонтальному напрямках основні і допоміжні арки, центральний і додаткові кільцеві пристрої, просторовоконструктивні елементи і які формують в порожнині усього об'єму, створеного арками в надземній і підземній частинах монолітний структур ний каркас міжповерхо вих перекриттів і перегородок, при цьому надземна частина разом з підземною створюють єдину конструкцію у формі яйцеподібного об'єму, центральний і додаткові кільцеві пристрої виконані у вигляді вертикальних стрижнів, всередині яких розміщені інженерно-комунікаційні канали, а покриття надземної частини виконане комбінованим. (19) (21) 2000074023 (22) 07.07.2000 (24) 15.05.2001 (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 p. (72) Токаpєв Сеpгiй Олександpович (73) ТОКАРЄВ СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (56) 1. Патент США № 4352260, М.Кл.4 E04В1/32, 1982. 2. Патент США № 4663898, М.Кл.5 Е04В1/32, 1987 (прототип). 37312 Найбільш близьким технічним рішенням для створення якісно нових інтегровано-диференційованих утворень багатофункціонального призначення є відомий винахід напівсфе ричної споруди [2], якa містить певну кількість рівномірно розподілених кріпильних вузлів, закритий кільцевий пристрій, певну кількість секцій параболічних арок споруди з верши нами, зовнішнє покриття. Разом з тим, технічне рішення даної напівсфе ричної споруди не дозволяє більш активно використовува ти під функціональні об'єкти життєдіяльності внутрішній простір, створити значні площі під функції тимчасового житла, праці і відпочинку. Стійкість і міцність опорної конструкції при цьому цілком залежить від прольоту параболічних арок, збільшення якого може привести до іншого конструктивного рішення. Опорна здатність фундаментних опор і спосіб кріплення до них арочних конструкцій теж вимагають інших те хнічних рішень. Куполоподібна конструкція практично не має свого органічного розвитку з конструктивним рішенням фун даментного елементу, че рез це не використовуєть ся підземний простір, що особливо важливо при забудо ві і реконструкції міської території. У даному рішенні ускладнена інсоляційна роздільність внутрішнього простору через складність в облаштуванні значних об'ємів світлопроникних отворів у структурі залізобетонного збірного покриття, оскільки це різко послабить стійкість арочного каркасу. В основу ви находу покладено завдання змінити існуючі ти пи просторово-конструктивних рішень і форми функціонально-планувальної організації окремих будівель (споруд) готельного, адміністративно-громадського, комунально-складського та інженерно-технічного призначення для створення якісно нових, інтегровано-диференційованих утворень багатофункціонального призначення шляхом застосування великопрольотних конструкцій і нових просторово-конструктивних рішень, з використанням конструктивно-технічних елементів і способів їх з'єднання для забезпечення роботи конструктивно і технічно надійної просторово-структур ної конструкції, здатної формувати універсальне середовище, вільно розміщува ти різні функціональні об'єкти життєдіяльності, екологічно і технологічно безпечної при експлуа тації, і розвивати її з урахуванням гармонічного впливу на психо фізичний стан людини. Істо рично сформований, по суті «техногенний» принцип стояково-балочних просторово-структур них конструкцій будівель (споруд) го тельного, адміністративно-громадського, комунально-складського та інженерно-технічного призначення на сучасному етапі вичерпує своє значення в умовах необхідності екологічного захисту людини, середовища її існування та природного довкілля. Запропонований у винаході принцип арочно-тросової просторово-структур ної конструкції будівель (споруд) у вигляді яйцеподібногооб'єму має обтічну форму, найбільш оптимальну з точки зору збереження енергії, і більш органічну для довкілля, ніж прямокутна. Дана конструкція, до 40% заглиблена у землю, значно більш стійка просторово, все навантаження рівномірно розподіляється по арочному контуру і гаситься у місці перетину нижніх кінців арочних конструкцій. Така конструкція у підзем ній частині дозволяє вмістити усі об'єкти і споруди (автопаркінг, комунально-складські об'єкти, цехи і бази по переробці сировини та виготовленню продукції різного призначення, насосні станції, очисні споруди, трансформаторні підстанції та інше), які звичайно розташовують ся поряд з основною будівлею і потребують значних те риторій. Поставлене завдання вирішуєть ся тим, що в біотехногенному модулі середовища існування, який включає певну кількість рівномірно розподілених кріпильних вуз лів, закритий кільцевий пристрій, певну кількість секцій параболічних арок споруди з верши нами та зовнішнє покриття, згідно з винаходом, об'єм модуля має надземну і підземну частини і містить розташовані в них по вертикальній осі центральний кільцевий пристрій і додаткові кільцеві пристрої, основні арки, які оперті на нижню вершину центрального кільцевого пристрою, допоміжні арки, які оперті на протилежні вершини додаткових кільцевих пристроїв, просторовоконструктивні елементи, розташова ні горизонтально, всередині яких розміщені технічні поверхи обслуговування, що зв'я зують в надземній і підземній частинах центральний і додаткові пристрої з основними та допоміжними арками, натяжні троси, які стягують у вер тикальному і горизонтальному напрямках основні і допоміжні арки, центральний і додаткові кільцеві пристрої, просторово-конструктивні елементи, і які формують в порожнині усього об'єму, створеного арками в надземній і підземній частинах монолітний структурний каркас міжповерхо вих перекриттів і перегородок, при цьому надземна частина разом з підземною створюють єдину конструкцію у формі яйцеподібного об'єму, центральний і додаткові кільцеві пристрої виконані у вигляді верти кальних стрижнів, всередині яких розміщені інженерно-комунікаційні канали, а покриття надземної частини виконане комбінованим. Технічний результат, який досягається при здійсненні даного винаходу, зумовлений введенням до нього наступних основних суттєвих ознак. Основні арки, розміщені в підземній частині, наче продовжують конструкцію основних арочних конструкцій надземної частини в рішенні вказаного прототипу та збігаються своїми нижніми оголовками в нижній основі центрального кільцевого пристрою, який має також своє продовження в підземній частині від аналогічного пристрою в надземній частині. Таким чином, вказані нові елементи суттєво змінюють характер роботи конструкції прототипу ви находу. Відбувається просторова фіксація та рівномірне прийняття навантаження від всієї верхньої частини модуля та більш ефективний його розподіл по підземному арочному контуру зі зняттям і гашенням її в місцях перетину нижніх кінців арок. Технічне рішення по суті ха рактеризує створення нового ребристо-арочного фун дамента, починаючи з відмітки землі, та введення в надземній та підземній части нах нового конструктивного елементу - центрального кільцевого пристрою, що додатково підсилює роботу та зв'язаність усіх арок. В цілому, це суттєво відрізняє звичайне рішення з улаштуванням опорних фундаментів відразу нижче відмітки землі під час використання надземних арочних конструкцій. При цьому відпадає необхідність в будівництві та ких складних фун даментів, які приймають на себе все наванта 2 37312 ження від верхн ьої надземної частини будівлі (споруди). В результаті запропонованого технічного рішення та створення в підземній частині порожнистого ребристо-арочного фундамента виникає важлива властивість ви користання по-новому його підземного просто ру, в якому можна розмістити різні допоміжні об'єкти комунально-господарчого та інженерно-виробничого призначення, і, та ким чином, вивільнити в значній мірі оточуючу модуль територію для соціально-культурних та інших суспільних цілей. Обтічна, у вигляді яйцеподібного об'єму, конструкція фундамента і, в цілому, будівлі (споруди), суп роти звичайної прямокутної форми, визначає нові та важливі якості, та кі, як тепло та енергоємкість споруди, які дозволяють значно знизити тепловитрати крізь зовнішні стінові огорожі та покращити теплоте хнічні характеристики модуля, в основному, за рахунок тепла його внутрішнього замкненого простору. Дана форма конструкції одночасно більш стійка до сили горизонтального тиснення землі і менш сприйнятлива до сейсмічного впливу. Новою і суттєвою ознакою запропонованого винаходу є вве дення в надземній та підземній частинах модуля додаткових кільцевих пристроїв, у вигляді вертикальних стрижнів, і горизонтальних просторово-конструктивних елементів. Основне їх призначення полягає в підсиленні конструктивного зв'язку центрального кільцевого пристрою та основних і допоміжних арок в умовах збільшення параметрів модуля (об'єм, площа тощо). Ці конструктивні елементи покликані забезпечити при цьому більшу міцність та стійкість усієї конструкції в цілому. Одночасно, запропоноване технічне рішення дозволяє ввести нові властивості в об'єкт і організувати в цих елементах, відповідно, інженернокомунікаційні канали та технічні поверхи обслуговування модуля. Фронтальна проекція усіх арок модуля зображена, як уже було сказано, у фор мі яйцеподібного об'єму (сфероїд параболічного окреслення), що виз начає спеціальний розрахунок його геометрії та визначені пропорції згідно з законами гармонії та формотворення в природі. Дане рішення з урахуванням об'ємів, параметрів та умов його прив'язки в конкретній місцевості визначає нову архі тектур но-енергетичну фор му середовища існування, яка за допомогою позитивних психоенергетичних полів, позитивно впливає на психобіофізичний стан людини і гармонізує його ресур си. Використання натяжних ста левих тросів в горизонтальному і вертикальному напрямах по всій висоті та довжині об'єкту, стягує основні та допоміжні арки, центральний та додаткові кільцеві пристрої, просторово-конструктивні елементи новою схе мою, де неможливе застосування звичайних рішень для перекриття великих просторів. Це дозволяє досягти нових те хнічних результатів, а також забезпечити значну економію металу та інших будівельних матеріалів. Бе тонування жорстко натягнути х тро сів дозво ляє створити, у рамках надземної та підземної частин об'єкту, монолітний структур ний каркас міжповерхо вих перекриттів і перегородок. Каркас, конструктивно взаємопов'язаний з центральним і додатковими кільцевими пристроями, основними та допоміжними арками, просторово-конструктивними елементами, обумовлює отримання єдиної, арочно-тросової просторово-структур ної конструкції, яка має за сукупністю ознак цілковито нові та суттєві ознаки. Така конструкція, в ці лому, забезпечує за великих просторових об'ємів та площ об'єкта інженерно-технічну міцність, надійність при експлуатації, підви щену сейсмостійкість, універсальність і можливість вільного розта шування функціональних об'єктів життєдіяльності, збереження екологічного простору і ресур сів навколо об'єкту, гармонійний вплив на людину архі тектур но-енергетичного простору форми. Створення єдиної арочно-тросової просторово-конструктивної конструкції дозволяє раціонально та економічно ефективно вирішити інженерно-технічну схе му організації простору та функціонально-технологічних процесів життєдіяльності в ньому, значно ефективніше використати фінансово-матеріальні ресур си при будівництві таких об'єктів. Заявлений біотехногенний модуль середовища існування пояснюється кресленнями: - на фіг. 1 зображено загальний вид модуля, в аксонометрії; - на фіг.2 - верти кальний переріз модуля; - на фіг.3 - вид зго ри модуля; - на фіг.4 - арочно-тросова просторово-структур на конструкція модуля з елементами кріплення, в аксонометрії. Арочно-тросова просторово-структур на конструкція біотехногенного модуля середовища існування на певному рівні заглиблена в землю (фіг.1) і складається з двосторонніх основних (1) та допоміжних (2) арок, розташова них з певним інтервалом по усьому діаметру об'єму, зв'язаних додатково системою натягнутих ста левих тросів (9,11,12,13,14) і розпірок (10). При цьому верхні та нижні оголовки усіх арок зв'язані між собою протилежними верши нами, відповідно, центрального (3) та додаткових (4) кільцевих пристроїв, розміщених по вертикальній осі вказаного об'єму, а, в горизонтальному напрямку просторово-конструктивними елементами (5), розташова ними як в надземній, так і в підземній части нах об'єму. Створена в порожнині усього об'єму між арками (1,2), центральним (3) та додатковими (4) кільцевими пристроями, просто рово-конструктивними елементами (5) просторово-жорстка конструкція із натягнутих сталевих тросів (9,11,12,13,14) і розпірок (10) в вертикальному та горизонтальному напрямках є монолітним структур ним каркасом (6) для вільного розміщення та розвитку функціональних об'єктів життєдіяльності. Обтічна яйцеподібна форма усього об'єму модуля скрізь комбіноване покриття (7) в надземній частині забезпечує приймання зовнішніх ресур сів для наступної їх переробки та використання. Арочно-тросова просторово-структурна конструкція модуля (фіг.2) включає основні (1) та допоміжні (2) арки параболічно-напівкруглого окреслення, центральний (3) та додаткові (4) кільцеві пристрої у вигляді верти кальних стрижнів, просторово-конструктивні елементи (5), монолітний каркас (6) по сталевим тросам (9,11,12,13,14) для міжповерхо вих перекриттів і перегородок, комбіноване покриття (7) в надземній части ні та за 3 37312 лізобетонну оболонку (8) в підземній частині модуля. Ар ки (1,2) складають основну каркасно-несучу систему, з'єднуються своїми надземними та підземними оголовками через протилежні вершини центрального (3) та додаткових (4) кільцевих пристроїв з го ризонтальними просторово-конструктивними елементами (5) технічних поверхів, по їх краях, які одночасно конструктивно закріплюють центральний (3) і додаткові (4) кільцеві пристрої. Ма теріалом таких конструкцій у всіх випадках править попередньо напружений залізобетон або при певних умовах і розрахунку збірні металеві (стрижневі) або стільниково-просторові (полімерні, литтєві) конструкції. Ар ки (1,2) по всій своїй висоті через певний інтервал зв'язані між собою горизонтально натягнутими сталевими тросами (9) та розпірками (10) (фіг.3). У вертикальній площині зігнутих арок (1,2) натягнуті, та кож через певний інтервал, сталеві троси (11), які, в свою чергу, з'єднані горизонтальними тросами (12), що стя гують ці ж арки (1,2) з центральним (3) та додатковими (4) кільцевими пристроями. Горизонтальні троси (9) між арками також зв'язані з центральним (3) і додатковими (4) кільцевими пристроями горизонтальними тросами (13). Верти кальні троси (11) в го ризонтальній площині зв'язані між собою сталевими тросами (14). Місця перетину сталевих тросів (16) споряджені спеціальними анкеруючими та вирівнюючими засобами (фіксатори, хо мути то що), які запобігають іх зміщенню і роз'єднанню. Таким чином, утворюється структурний каркас (6), як просторовожорстка конструкція для облаштування монолітних основ підлог, стін та інши х конструктивних елементів з виготовленням їх згідно з сучасними технологіями із легких несучи х, захисних і оздоблюваних матеріалів. Монтаж модуля (будівлі), з урахуванням зниження матеріалоємкості і затрат праці при зведенні споруди, здійснюється у наступ ному порядку. Спочатку ви конуються підземні роботи по облаштуванню фун даментної п'яти (15) і центрального (3) кільцевого пристрою, далі проводиться його нарощування з одночасним облаштуванням основних (1) арок, які перетинаються, в монолітному єдиному вуз лі з залізобетонною оболонкою (8) сфе ричного покриття підземної частини. По мірі виготовлення і вертикального нарощування основних (1) арок разом із залізобетонною оболонкою (8) покриття провадиться їх армування і зв'язуван ня системою натяжних тросів (9,11,12,13,14), які, в свою чергу, зв'язують ся з центральним (3) кільцевим пристроєм, який синхронно зводиться разом з основними (1) арками. Виготовлення підземного зовнішнього покриття завершується при виході його на відмітку землі з облаштуванням додатково армованого просторово-конструктивного елемента (5). Вказана схе ма початкового етапу монта жу просторово-структур ної конструкції має свій розвиток вже без даного покриття до верхньої частини, коли відбувається з'єднання верхніх оголовків основних (1) арок з верхньою частиною центрального (3) кільцевого пристрою. Після фіксації даних елементів конструкції, натягнута між арками (1,2) та зв'язана з центральним (3) і додатковими (4) кільцевими пристроями стільникова просторово-жорстка конструкція, із сталевих тросів (9,11,12,13,14), завершує др угий основний етап виготовлення арочно-тросової просто рово-структур ної конструкції модуля. По підготовленій конструкції проводиться додаткове армування та її бе тонування. На четвертому етапі відбувається монтаж комбінованого покриття (7) по утвореному каркасу (6) з арок (1,2) і зв'язуючих їх по зовнішньому діаметру тросах (9) і металевим розпірках (10). З метою покращення статичної роботи двосторонні основні (1) та допоміжні (2) арки, центральний (3) та додаткові (4) кільцеві пристрої мають поперечний переріз різної конфігурації, елементи кріплень (17) яких зображені на фіг.4. Просторово-конструктивні елементи (5), додаткові (4) кільцеві пристрої і допоміжні (2) арки використо вують ся для посилення жорсткості конструкції, при розрахун ку і необхідності створення великих за об'ємом і площами модулів. Верхня частина надземного об'єму модуля по основних (1) і допоміжних (2) арках має комбіноване покриття (7) у вигляді спеціальної світлопроникної, армованої і теплоізоляційної оболонки. В даному об'ємі може бути передбачене функціонування автономної системи енергопостачання, яка забезпечить і підтримає в автоматичному режимі будь-який мікроклімат з урахуванням людського фактору і вимог виробництва. Інженерно-технічні та функціонально-технологічні елементи біотехногенного модуля середовища існування забезпечать прийняття, комплексне використання, переробку та утилі зацію споживчих ре сурсів. Спеціальні технологічні уста новки передбачають активне та безвідходне використання природних і енергетичних ресур сів із створенням екологічно замкнених циклів і процесів виробництва, а та кож переробку біологічної продукції і побуто вих відходів на основі багатоступеневих циклів регенерації, біоконверсії та інших сучасних технологій. Арочно-тросова просто рово-структур на конструкція біотехногенного модуля середовища існування внаслідок доволі розвиненого вертикального об'єму дозволяє економічно ефективно розмістити в просто рово-конструктивних елементах (5) технічні поверхи обслуговування, а в центральному (3) та додаткових (4) кільцевих пристроях - інженерно-комунікаційні канали (19), супроти їх горизонтальній розтягнутості в звичайних спорудах. При цьому в них можливо організувати і основні транспортно-пішо хідні зв'язки модуля. Цим значно підвищується ефективність забудо ви та інтенсивність освоєння території, відповідно вивільнюється значна частина території для збереження природних комплексів і організації культурного ландшафту, парків і скверів. Готельні, адміністративно-громадські, інженерно-технічні та комунально-складські об'єкти модуля розташовуються в порожнині просторово-структур ної конструкції згідно з принципом інтегровано-диференційованого зонування. Підземна частина, що є дуже важливим в щільних міських умовах, використовується для автопаркінга, комунально-складських об'єктів, цехів і приміщень з переробки сировини та виготовлення 4 37312 продукції різного призначення, розміщення інженерно-технічних об'єктів і споруд (насосних станцій, очисних споруд, трансформаторних підстанцій та інших по дібних об'єктів) і ба гатьох інших. Значний економічний ефект може бути досягнений при облаштуванні таких арочно-тросових просторово-структур них конструкцій біотехногенних модулів се редовища існування в природних скельних і піщаних котлованах, природних зломах і ущели нах з мінімально цінним біоценозом, а також у вироблених кар'єрах або метеоритних кратерах. Різні за об'ємом і площами модулі середовища існування з даним типом конструкції можуть утворювати взаємозв'язані комбінації універсальних утворень різної ємкості і відповідного рівня розвитку містобудування. Фіг. 1 5 37312 Фіг. 2 Фіг. 3 6 37312 Фіг. 4 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 7