СТВОЛ КОЛОННЫ Российский патент 1999 года по МПК E04C3/30 

Предложение относится к архитектурно-строительным элементам зданий, сооружений, а точнее к колоннам.

Известен ствол колонны, выполненный в виде тела вращения с горизонтальным покрытием (Санчес - Аркас М. Оболочки, Москва, Стройиздат, 1964, с. 51).

Известный ствол колонны предназначен для выполнения двух основных функций:
- воспринимать действующую нагрузку;
- самостоятельно или совместно с предметной средой создать впечатление внешней привлекательности.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей ствола колонны. Под расширением функциональных возможностей понимаем: во-первых, создание защищенного околоколонного пространства и площади от воздействия "возмущенной" атмосферы; и, во-вторых, увеличение внутриствольного полезного объема. Защищенное околоколонное пространство и площадь, и внутриствольный полезный объем могут быть использованы для решения производственных и иных проблем.

Указанная задача решается за счет того, что внешняя поверхность ствола колонны выполнена в виде верхней половины внутренней поверхности тора, между параметрами которого установлено определенное соотношение.

В дополнительной модификации функциональные возможности ствола колонны расширяются за счет предложенной геометрии внутренней поверхности ствола колонны. Она образована вращением четверти дуги эллипса его верхней половины относительно оси ствола колонны, причем длины осей эллипса однозначно связаны с параметрами ствола колонны.

В другой дополнительной модификации горизонтальное покрытие ствола колонны выполнено симметричным относительно оси ствола колонны в виде полого шарового сегмента с выбранными оптимальными размерами. Такое выполнение горизонтального покрытия позволяет увеличить внутриколонный закрытый объем при неизменности упомянутых соотношений геометрических параметров.

Сущность предложенного устройства - ствола колонны с горизонтальным покрытием, внешняя поверхность которого образована вращением разомкнутой дуги относительно оси, - в том, что указанная поверхность представляет собой верхнюю половину внутренней поверхности тора, между параметрами которого установлено соотношение
R/r = (π - 1),
где R - радиус вращения образующего тор круга;
r - радиус образующего тор круга.

В дополнительной модификации предложенного устройства внутренняя поверхность ствола колонны образована вращением четверти дуги эллипса его верхней половины относительно оси ствола колонны, длина вертикальной оси эллипса выбрана равной диаметру образующего тор круга - 2r, а длина горизонтальной оси эллипса установлена в диапазоне более 2r, но не более R.

В другой дополнительной модификации горизонтальное покрытие ствола колонны выполнено в виде симметрично установленного относительно оси ствола колонны полого шарового сегмента, радиус которого равен диаметру его основания и радиусу вращения образующего тор круга.

Сущность предлагаемого устройства иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображено продольное сечение ствола колонны - 1, у которого внешняя поверхность - 2 является верхней половиной внутренней поверхности тора (см. пунктир), r - 3 радиус образующего тор круга, а R - радиус вращения образующего тор круга. На фиг. 2 изображено продольное сечение ствола колонны - 1, у которого внутренняя поверхность - 5 является поверхностью четверти дуги эллипса - 6 (пунктир) его верхней половины, вращаемой относительно оси ствола колонны. Вертикальная ось эллипса - 7 равна 2r, т.е. диаметру образующего тор круга, а горизонтальная ось эллипса - 8 более 2r, но не более R. На фиг. 3 представлено продольное сечение ствола колонны - 1, снабженного горизонтальным покрытием в виде полого шарового сегмента, радиус которого и диаметр его основания равны радиусу вращения образующего тор круга.

Особенности геометрии внешней и внутренней поверхности нового геометрического тела, образующего предложенный ствол колонны, обеспечивают достижение поставленной задачи: создают защищенное околоколонное пространство и площадь, а также увеличивают внутриcтвольный полезный объем.

Основные геометрические характеристики нового геометрического тела (нгт):
r - радиус образующего тор круга, м;
S - площадь поверхности нгт, м²;
V - объем нгт, м³;
S₃ - площадь защищенного пространства, м²;
V₃ - объем защищенного пространства, м³;
S_о - площадь основания (опоры), м²;
h - суммарная высота нгт (от основания до вершины горизонтального покрытия), м;
R - максимальный размер (в плане), м.

Схема нового геометрического тела - ствола колонны, с обозначением принятых геометрических характеристик приведена на фиг. 4. На фиг. 5 дана схема ствола колонны в виде цилиндра с дисковым горизонтальным покрытием для проведения сравнительного анализа с предложенным новым геометрическим телом. В таблице 1 представлены общеизвестные и выведенные формулы для расчета основных геометрических характеристик предложенного решения и ствола колонны в виде цилиндра с дисковым горизонтальным покрытием. В той же таблице 1 достоинства предлагаемого решения иллюстрируется результатами численного расчета. Сравнительный анализ доказывает преимущества предложенного ствола колонны перед стволом колонны в виде цилиндра с дисковым горизонтальным покрытием.

Действительно, устанавливая равенство объемов, площадей и объемов защищаемого пространства предложенного нгт и ствола колонны в виде цилиндра с дисковым горизонтальным покрытием, - получаем существенную разницу в площадях поверхностей обсуждаемых решений. Площадь поверхности предлагаемого решения при прочих равных условиях в 1,455 раза меньше, чем у прототипа. Известно, что площадь поверхности является определяющим фактором расхода материалов и цены сооружения ствола колонны.

Практическое использование предложенного решения ствола колонны в качестве здания-навеса АЗС (автозаправочных станций) также даст дополнительные преимущества по отношению к традиционно применяемым: навес на столбах и здание в виде параллелепипеда (см. фиг. 6 и таблицу 2). На фиг. 6 приведены основные размеры традиционных АЗС, а в таблице 2₃ дан сравнительный анализ ее геометрических характеристик с аналогичными характеристиками предлагаемого решения (фиг. 4 и таблица 1). Имея меньший объем (на 21%), меньшую площадь поверхности (на 32%), предлагаемое решение обеспечивает большую площадь (на 73%) и больший объем (в три раза) защищаемого пространства.

Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик (подъемной силы, силы лобового сопротивления и др.) модели предложенного ствола колонны (фиг. 7) при различных скоростях и углах набегающего потока воздуха утвердили возможность использования нового геометрического тела - ствола колонны в качестве элемента строительных конструкций на открытом пространстве.

Изобретение относится к стволу колонны, являющейся архитектурно-строительным элементом зданий, сооружений. Отличительные признаки изобретения состоят в особенностях геометрии построения объема ствола колонны и дополнительных элементов, а также в определенном соотношении размеров основных параметров конструкции. Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей колонны при ограниченном расходе конструкционных материалов. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл.

1. Ствол колонны, выполненный в виде тела вращения с горизонтальным покрытием, отличающийся тем, что внешняя поверхность ствола колонны выполнена в виде верхней половины внутренней поверхности тора, между параметрами которого установлено соотношение
2R/r = (π-1),
где R - радиус вращения образующего тор круга; r - радиус образующего тор круга. 2. Ствол по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность ствола образована вращением четверти дуги эллипса его верхней половины относительно оси ствола колонны, длина вертикальной оси эллипса выбрана равной диаметру образующего тор круга (2r), а длина горизонтальной оси эллипса установлена в диапазоне: более диаметра образующего тор круга, но не более радиуса вращения образующего тор круга. 3. Ствол по п. 1 или 2, отличающийся тем, что горизонтальное покрытие ствола колонны выполнено в виде симметрично установленного относительно оси ствола колонны полого шарового сегмента, радиус которого и диаметр его основания равны радиусу вращения образующего тор круга.