Светопрозрачное защитное сооружение в виде ПИРАМИДЫ высотой – 200 м в пригороде Санкт-Петербурга

Самый последний и полный материал на тему строительства большепролётных  светопрозрачных сооружений можно прочесть на сайте "ДЕЛОВОЙ Петербург" 
http://blog.dp.ru/post/4699/ -  Экоустойчивая архитектура: 
большепролётные светопрозрачные здания и сооружения.

Во все времена люди стремились оградить себя и защитить от многочисленных неблагоприятных и опасных воздействий со стороны среды своего обитания. Жара и холод, дождь и ветер, хищные животные и дикие люди всегда составляли проблему для спокойной жизни человека. Поэтому ещё издревле наши предки начали строить себе укрытия, которые,  создавая защищенную от внешних воздействий искусственную среду, привносили в их жизнь больше желанного комфорта и безопасности.
А возникшая АРХИТЕКТУРА, как удивительный и превосходный инструмент этих созидательных действий человека, с самого своего зарождения и на всех этапах развития старалась использовать имеющиеся технические возможности и существующие эстетические воззрения в обществе для лучшего удовлетворения этих важных потребностей человека.

В последнее время передовая инженерная строительная мысль во всём мире целенаправленно движется к созданию новой архитектуры и ищет новые формы и методы строительства удовлетворяющие современному пониманию её: безопасности и комфорта, экономичности и социальной пользе, эстетике и энергоэффективности 

Архитектура ближайшего будущего, используя последние достижения инженерной мысли, обязана осуществить переход на этот - новый этап своего развития, в том числе создать и максимально расширить более комфортное и безопасное пространство среды обитания человека. 
В этом направлении не только создаются уникальные проекты подобных сооружений  ( Мегастройки: Купол над Хьюстоном http://youtu.be/vJxJWSmRHyE ); но некоторые из таких проектов уже реализуются.

Так в Астане казахи, при помощи англичан и турок, построили свой 100 метровый шатёр, очень гордятся им и даже отсняли о его строительстве большой документальный фильм - (Суперсооружения: Самый большой шатер в мире - http://youtu.be/W3PfL2WY5LM  )

В тех условиях, в которых оказались мы и окружающий нас мир ( с катастрофически быстро ухудшающейся экологической обстановкой; с уже осознанным нами и ожидаемым дальнейшим неблагоприятным изменением климата; с обрушивающимися на нас неожиданными и многочисленными погодными аномалиями; с неуклонно распространяющимися и усиливающимися разнообразными проявлениями экстремизма и др.) надёжные большие защитные светопрозрачные сооружения уже не кажутся чем-то экзотическим, но, вероятно, что очень скоро будут повсеместно востребованы.

 И так как сегодня в мире уже есть потребность и некоторый интерес к подобному строительству, то можно предложить новые технические решения, которые могут быть полезны для строительства светопрозрачных сооружений.

 рассмотренные ниже технические решения по созданию светопрозрачных многопоясных тросовых сооружений имеют патентную защиту: 
 -  Евразийский патент №016435  «Защитное сооружение с большепролётным светопрозрачным покрытием»;
   -   расширенная международная заявка РСТ ;
   -   некоторое количество ноу-хау технических решений .

 

Что предлагает данная концепция строительства большепролётных светопрозрачных
 защитных сооружений и чем она отличается от других?

1.  Идея заключается в создании над комплексом зданий единого надёжного светопрозрачного покрытия, которое, объединяя комплекс зданий в одно целое, создаёт вокруг этих зданий светопрозрачную защитную оболочку и обеспечивает поддержание во внутреннем пространстве сооружения постоянных и комфортных для человека заданных параметров температуры, влажности и чистоты воздуха, освещенности, безопасности и др;

2.  в качестве опор для светопрозрачного покрытия применяются не специально построенные для этого конструкции, а подготовленные в качестве опор основные здания комплекса (предпочтительно разновысокие), что в значительной мере снижает стоимость затрат на возведение защитного сооружения;

3.  светопрозрачное покрытие состоит из предварительно напряженных многопоясных тросовых систем и расположенных поверх них жестких рамных конструкций со светопрозрачными элементами ( фактически, тросовые системы снизу подпирают жесткую светопрозрачную оболочку состоящую их рамных конструкций и расположенных на этих рамных конструкциях светопрозрачных элементов);

4.  в качестве светопрозрачных элементов для покрытия защитного сооружения используются светопрозрачные материалы соответствующие тем климатическим условиям в которых производится строительство (например, для территорий с холодным, суровым климатом сегодня предпочтительно использовать 2-4 камерные стеклопакеты или другие многослойные материалы, такие как: многослойная полимерная тетрафторэтиленовая пленка (ETFE) - уже испытанная и налаженная в производстве, утолщенный листовой сотовый поликарбонатный пластик, многослойный полиэфирный стеклопластик, их производные аналоги или новые материалы с подходящими свойствами);

5.   каждая тросовая система, в соответствие длине перекрываемого пролёта и величине воспринимаемых ею нагрузок, имеет  столько поясов тросов, сколько необходимо ей для получения своей двояковыпуклости и требующейся несущей  способности;

6.   наклонные тросовые системы (образующиеся за счёт применения разновысоких опор) могут перекрывать значительно  бОльшие пролёты при меньшем количестве поясов и способны придавать формирующимся при этом защитным сооружениям  разнообразные формы и размеры;

7.   распорные стойки, установленные между поясами тросовой системы, передают нагрузки от рамной конструкции  светопрозрачной оболочки на несущие тросы и далее: вертикальные составляющие этих нагрузок распределяются и передаются на все опорные здания, а горизонтальные составляющие - только на здания формирующие опорный контур  защитного сооружения ( опорный контур предусматривает систему контрфорсов и других мер для восприятия этих мощных нагрузок);

8.  вопросы связанные с расчётом, монтажом и натяжением тросовых систем решают специализированные компании  (например, французская фирма «Freyssinet International & Cie» - один из мировых лидеров в проектировании и  изготовлении вантовых конструкций, так же является разработчиком, производителем и поставщиком основных изделий и оборудования для своих тросовых систем);

9.  анкерные узлы служат для восприятия возникающих в тросах усилий и передаче их на опорные конструкции, а в предварительно-напряженных тросовых покрытиях они используются также и для предварительного натяжения тросов;

10. часть применяемых распорных стоек тросовых систем  ( предпочтительно, в центральной части пролёта) при необходимости являются сквозными и/или имеют переменное поперечное сечение;

11. при необходимости многопоясные тросовые системы светопрозрачного покрытия догружаются при помощи растяжек-пригрузов специальной конструкции;

12. предложенная технология строительства защитных сооружений позволяет проектировать и возводить сооружения бесконечно большого разнообразия форм и размеров.

13. при ограниченных финансовых возможностях, Заказчик может возводить небольшие защитные сооружения (так как в качестве основных опор тросовых систем предлагается использовать разновысокие здания, то при небольших защитных сооружениях разумно, чтобы одни из опорных зданий, образующих контур сооружения, имели высоту 0-10 м (например, только подземные этажи и до 3 этажей), а центральное здание комплекса было значительно выше (например, от 30 до 100 м). Понятно что при небольших размерах и объеме защитное сооружение не будет обладать всеми преимуществами средних и больших защитных сооружений, а кроме этого и себестоимость защитного покрытия на 1 кв метр полезной площади такого сооружения будет чуть выше, чем у большого сооружения.

 

Как работает тросовое покрытие?

Чтобы понять, как работает тросовое покрытие надо представить, большепролётное покрытие, которым перекрыли пролёт между двумя зданиями (например, пространственную перекрёстно-стержневую плиту). Теперь представим, что из-за большого пролёта это покрытие под собственным весом прогнулось, но ещё не успело разрушиться. И чтобы это покрытие не разрушилось, мы натянули под ним тросы в несколько рядов ( поясов) от одного опорного здания до другого, выполнили их преднапряжение и установили (через определённые расстояния по длине тросов), между поясами получившейся тросовой системы, распорные стойки, а между соседними тросами во всех поясах тросовой системы – распорки и/или растяжки. Многопоясность тросовой системы помогает добиться того, что наша тросовая система становится двояковыпуклой и подпирает собой снизу рассматриваемое нами прогнувшееся покрытие.

При этом в покрытии, за счёт натяжения тросов и работы распорных стоек, не только исчезнет образовавшийся прогиб, но и возникнет прогиб с обратным знаком – вверх. После этих действий наше покрытие не разрушится, но напротив будет способно воспринимать дополнительные значительные нагрузки в соответствие с теми расчётными характеристиками тросовой системы, которые ей зададут строители.

В результате - у нас получилось единое и надёжное большепролётное светопрозрачное тросовое покрытие.

Некоторые параметры защитного сооружения со светопрозрачным покрытием
выполненного в виде пирамиды высотой 200 м.

Идеальная пирамида Пифагора высотой 200 м (с соотношениями 3:4:5) 

основание – 300 х 300 м ;  

апофема – 250,0 м ;

V = 6, 0 млн куб м  ( сегодня самое объёмное сооружение – пирамида Хеопса имеет – 2,59 млн кум м);

Sоснования = 9, 0 Га;

Sостекл =  150 000 кв м = 150 тыс кв.м;

S внутр помещений опорных зданий (минимум) =  320 000 кв.м  - это предварительно рассчитанная минимальная площадь внутренних помещений опорных зданий, которые потребуются для постройки защитного сооружения (при данных размерах пирамиды) и должны располагаться под гранями пирамиды и по её контуру.

Ориентировочная стоимость строительства комплекса зданий данного защитного сооружения – от 500 млн дол США. При увеличении полезных площадей внутренних зданий (при этих параметрах пирамиды, можно легко увеличить площади помещений под защитной оболочкой в 2 раза) стоимость объекта будет увеличиваться только на эти затраты.

Некоторые особенности и преимущества предлагаемых большепролётных светопрозрачных защитных сооружений:

а). Строительство защитного сооружения (способом перекрытия пролётов между зданиями многопоясными тросовыми системами со светопрозрачным покрытием) обеспечивает создание объемных замкнутых пространств, изолированных от окружающей среды светопрозрачными конструкциями, с возможностью поддержания в их внутреннем объеме постоянных и комфортных для человека заданных параметров температуры, влажности и чистоты воздуха, освещенности, безопасности и т.д.

Строительство таких сооружений оправдано не только как способ защиты людей и территории вокруг их жилищ и др зданий от негативных внешних воздействий, но и чрезвычайно экономически привлекательно и эффективно, так как стоимость возведения светопрозрачного покрытия защитного сооружения не превысит 10% от сметной стоимости строительства всего комплекса (при бОльших объемах сооружения этот процент будет ещё меньше), а количество ограждающих конструкций всего сооружения при этом уменьшится на 20 % и более, к сумме ограждающих конструкций всех отдельных опорных зданий комплекса. При этом, чем больше объём защитного сооружения, тем больше эти показатели будут улучшаться, то есть, соотношение стоимости защитной оболочки к сметной стоимости всего сооружения будет уменьшаться, а экономический эффект при эксплуатации сооружения будет неизменно увеличиваться от изменения %-ного соотношения ограждающих конструкций  и других показателей;

Понятно, что пирамида не самая эффективная форма для защитного сооружения, и построив защитное светопрозрачное сооружение в форме купола оптимальной формы можно добиться значительно лучших результатов. Это значит то, что построить, например, жилой микрорайон будет стоить почти столько же, сколько построить такой же микрорайон, но накрытый светопрозрачным куполом ( а с учетом разумного уменьшения теплоизоляции и веса ограждающих конструкций опорных зданий защитного сооружения, упрощённой их наружной отделки и др. подобных нюансов, цена строительства защитного сооружения может быть даже меньше стоимости строительства отдельного комплекса зданий, но без купола). Экономический эффект при эксплуатации такого защитного сооружения очевиден и будет ощутим (в северных районах - особенно в зимнее время, а в жарком климате - летом). Кроме этого, подобные сооружения создадут ощущение круглогодичного комфорта и безопасности для находящихся в них людей (как внутри зданий, так и вне их);

б). чем больше внутренний объём защитного сооружения, тем такое сооружение и созданный в нём микроклимат устойчивее к негативным изменениям от внешних и внутренних воздействий и тем дешевле поддерживать в таком сооружении  заданные параметры. Например, инженерные системы ( такие, как система рекуперации воздуха и некоторые др) при больших объёмах помещений значительно более эффективны, так как дешевле в производстве и экономичнее в эксплуатации, естественно, в пересчёте на м2 полезной площади; кроме этого, внутренний тёплый воздух большого защитного сооружения, создавая подъёмную силу (согласно закону Архимеда), в значительной мере снизит нагрузки от веса светопрозрачного покрытия на фундаменты опорных зданий сооружения;

в). в жарком климате защитные светопрозрачные сооружения, за счёт замены части светопрозрачного покрытия на солнечные батареи, смогут не только способствовать выработке необходимой для сооружения электроэнергии, но, одновременно, за счёт частичного затенения внутреннего пространства сооружения, экономить значительные энергоресурсы на снижении потребности в кондиционировании воздуха. Эффективность создания комфортной среды внутри сооружения обеспечится за счёт того, что количество солнечной энергии, попадающее через светопрозрачное покрытие внутрь защитного сооружения, будет эффективно регулироваться при помощи систем затенения, светоотражения, светопреломления и др. расположенных на светопрозрачном покрытии. При расположении светопрозрачного покрытия на большой высоте над землёй, это покрытие ( как и расположенное на нём оборудование) за счёт свойств света (отражения, преломления, дифракции и интерференции), для находящихся в сооружении людей становится малозаметно;

г). в районах крайнего севера и Сибири такие сооружения смогут круглогодично защищать людей ( в первую очередь детей)  находящихся внутри защитного сооружения не только от непогоды, низких температур окружающего воздуха, но и многочисленных кровососущих насекомых. Для защиты от снежных заносов и обледенения на светопрозрачном покрытии предусмотрены специальные снегоочистительные механизмы и различные системы антиобледенения. Рассматриваемые защитные сооружения дают огромные возможности для энергосбережения, в том числе возможностью применения и эффективного использования так называемых – низкопотенциальных источников тепла. Практическая реализация концепции строительства подобных защитных сооружений вполне может сделать наши северные города оазисами комфортного микроклимата, цветущими вечнозелеными садами в окружении вьюг и морозов, и явиться очень привлекательной для развития ещё необжитых из-за сурового климата перспективных территорий страны;

д). жителей защитных сооружений не может не обрадовать пространство, в котором исчезнут автомобили (такие привычные, но такие ненавистные многим горожанам), а их место займут, в случае возникшей необходимости, экологичные: миниэлектромобили, велосипеды, движущиеся дорожки, наклонные лифты или другие виды внутреннего транспорта; а необходимые для внешних поездок личные транспортные средства будут размещаться на парковках (предпочтительно подземных) в опорном контуре защитного сооружения;

е). стоимость возведения пирамиды выше 200 метров резко увеличится, так как потребуется строительство дополнительных опорных зданий для тросового покрытия. Например ( по предварительным расчётам), для четырёхугольной пирамиды высотой 250 м дополнительно к построенному для П200 понадобится: строительство 4-х высотных 165-170 метровых зданий ( под каждой гранью пирамиды по одному) и удлинение опорного контура на 300 метров, что увеличит стоимость строительства П250, по сравнению с П200 – приблизительно вдвое. Но при этом и полезные площади коммерческих или жилых помещений увеличатся более чем вдвое.

=============================================

В заключение хочется сказать о том, что предлагаемые защитные сооружения не только по всем рассмотренным показателям превосходят и казахский шатёр, и «Купол над Хьюстоном», и др аналогичные проекты, но, думается, будут значительно проще в строительстве, надёжнее и дешевле в эксплуатации. Поэтому желательно, чтобы светопрозрачные защитные сооружения не остались эксклюзивными проектами, но обязательно нашли широкое распространение в строительстве.

Кроме этого, мне видится, что строительство объёмных светопрозрачных защитных сооружений не только открывает широчайшие возможности их применения, но обязательно приведёт к быстрому развитию сопутствующей данному виду сооружений научной мысли, появлению совершенно новых материалов и технологий и др. не только в строительстве, но и в смежных областях промышленности. Строительство многофункциональных комплексов в виде защитных сооружений (объединяющих под одной светопрозрачной крышей жилые, детские, образовательные, офисные, научные, торговые, спортивные и др. помещения, учреждения и здания)  за пределами крупных городов позволит "оттянуть" туда активную и успешную часть населения мегаполисов и снизить чрезмерную скученность населения на небольших территориях этих городов.

Современная архитектура, не только не думает об этом, но как специально, стремясь куда-то вверх, провоцирует некоторыми своими недешевыми высотными проектами дальнейшее скучивание населения в отдельных точках уже и так перенаселённого пространства.
Давайте задумаемся о своём будущем.

И конечно, будет жаль, если приоритет в строительстве пилотного проекта такого сооружения не будет принадлежать России.
 А думается, что построенные сооружения такого класса - неплохой фактор имиджа любой страны.

Отзывы и вопросы, замечания и предложения прошу оставлять в Гостевой книге 
или направлять на E-mail: s.alekseev3@gmail.com

 На сайте газеты "Деловой Петербург" размещены на эту тему два материала:
 http://blog.dp.ru/post/3969/ - Большепролётные светопрозрачные защитные сооружения. Путь к комфортной и безопасной жизни
 http://blog.dp.ru/post/4003/ - Атриумы - как основа городской архитектуры будущего

приблизительный вид простого защитного сооружения куполообразной формы со светопрозрачным покрытием ( в разрезе)

.