CN114291223B - 一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法 - Google Patents

Abstract

一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法。由于海中建筑要建在深海之中，目前的人力施工还不能在无抗压保护的条件下大规模地在深海展开，机器人、潜水设备只能做辅助工作。所以，如果要把建筑物建到深海去，在现有的条件下，就需要从海面开始，从上而下地建造，把建筑物的整体分段构筑，然后从浮体平台上逐渐沉放入海。

Description

一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法

技术领域

本发明涉及一种水面下海中建筑的建造方法和技术。传统建筑的建造是“万丈高楼从地起”，或者是造船，也要在陆地船坞中进行。陆地楼房坐落在坚实的地面基础上，其整体结构的重力有无数条垂直线与地面基础成直角，垂直面无明显的唯一的重心。船舶以排水量的方式坐落在水面上，其整体结构的重力有无数条垂直线与接触水面成直角，垂直面无明显的唯一的重心。以上两种普遍建筑的上层结构都在基础垂直面之上，在表面之上，在空气之中，是人类有史以来传统的建筑结构。“一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法”用于在表面之下的，在海水之中的建筑结构。

背景技术

舟桥，是一种浮桥样式的过河搭桥传统技术。一个舟桥或几个舟桥连接在一起，车辆人员就可以行走过河，如果有足够的承重能力，甚至几十吨的坦克大货车都能够从舟桥上驶过。舟桥其实就是一个空洞的浮筒，利用浮力提供承重力。有些舟桥本身就有动力，可以像船一样在水中或海边行使，奔赴至有需要的地方搭桥或组合成浮动码头。

海上漂浮风力发动机的基座浮筒，基座浮筒的建造方法也是把浮筒的一半或全部置于水中，让浮筒作为上面风力发电机的承重基础。比较普遍的浮筒基座是建品字形的三足浮筒基座。无论是舟桥还是基座浮筒，其建造方法都是先把浮体造好，投入水中，然后在浮体之上建设施主体物或附着物，都是自下而上的建造方法，都是根据阿基米德原理。

“一种水母冰山式的海中建筑结构”，专利申号：202111617867.8.是一种根据阿基米德原理和牛顿重力反作用力原理建造的海中建筑。“一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建筑方法”是反传统建筑方法而行之，用自上而下的方法建造海中建筑物。从此之后，建筑学不再仅仅是“万丈高楼平地起”，也可以“万丈深楼海里去”。

发明内容

“一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法”，实施于“一种水母冰山式的海中建筑结构”，专利申号：202111617867.8。由于海中建筑要建在深海之中，目前的人力施工还不能在无抗压保护的条件下大规模地在深海展开，机器人、潜水设备只能做辅助工作。所以，如果要把建筑物建到深海去，在现有的条件下，就需要从海面开始，从上而下地建造，把建筑物的整体分段浇灌构筑，然后从浮体平台上逐渐沉放人海。以“一种水母冰山式的海中建筑结构”为例，海中建筑物是同心圆橄榄形圆柱体，建筑主体直径100m，高 180m，建筑物的下端重心碗形体结构上直径100m，底直径50m，高20m，建筑物海面浮体平台直径150m，高10m。建筑物在浮体平台之上的顶冠直径100m，高10m。

“一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法”实施的全过程：

建筑材料：水泥。钢筋混凝土的抗压能力强，建筑物设计1.5m的圆筒壁，应该有水深200m的抗压力。选用抗海水腐蚀的强度高的水泥。钢材也需要抗海水腐蚀的强度高不锈钢。海中建筑物需要透明材料的地方可以选用有机玻璃亚克力之类抗压力足够的材料。

海中建筑的力学关系结构原则：在施行本发明方法建造的任何时候，都必须遵循重力与浮力平衡的原则、重力结构水平垂直对称原则、重力结构的等腰倒三角形稳定性原则 (一种水母冰山式的海中建筑结构”，专利申号：202111617867.8)。

碗形体重心陆地浇筑法：整个建筑物的圆筒壁厚度1.5m，它的下端碗形体上直径100m，底直径50m，从重心往上高20m，重心在底直径以下，是一个圆弧体，厚度大于 1.5m。整个下端碗形体的钢筋混凝土在陆地上一次浇筑完成，要保证重心处于绝对中心，底直径面的绝对平面。下端碗形体浇筑完成并凝固之后，海运至建筑既定目标海区。按照圆台体积公式计算，下端碗形体的体积约为118,125立方，碗内体积约为108.843立方，两者相减得出1.5m厚的筒壁约9.282立方。钢筋和混凝土的重量比例1∶1，比重密度约为 5，碗形体的重量约为46,000吨。水的比重密度为1，碗形体的满排水量118,125吨。碗形体高20m，46,000吨重力下，碗形体的吃水线约在8m上下。

海上组合浮体平台维系建筑主体固稳法：海中建筑结构的浮体平台高10m，是一个直径150m，环宽25m的浮体大平台。该浮体大平台可分为6个60°弧面的组合单体。当碗形体海运到位后，6个单体组合的浮体平台合围环绕碗形体。此时，碗形体吃水8m，水面上的12m，有10m高度与组合浮体平台平齐，高出浮体平台的平面约有2m。在每个单体的浮体平台上安装一台卷扬机，通过钢缆滑轮维系稳固建筑主体60°弧面。由于浮力与重力平衡的原则，实际上，卷扬机滑轮的钢缆维系不用负担承重，只起到稳固建筑结构主体的作用。

浮体平台由上而下的建筑主体浇筑法：建筑主体开始在浮体平台上扎钢筋骨架结构，开始浇灌混凝土的时候，这个建筑主体的碗形体高出浮体平台2m，每次一次性浇筑5m高度，下沉5m。每5m高的建筑主体排水量约39250吨，内圆体积约37000立方，两者相减得出5m高的建筑主体2250立方，钢筋水泥比重密度约为5，是为11250吨。5m高的建筑主体排水量减去钢筋水泥的重量，还有28000吨需要补足的重力。按照建筑主体的浮力必须与重力平衡的原则，要同时浇筑5m高建筑主体内楼层结构的钢筋混凝土，要同时安装起码一台上下运送建筑物料和将来内部设备的大型电梯，同时留出安装其他电梯的上下通道和步行梯通道，同时留出通风通道和安装其他线路的预留空间，同时浇筑锚链舱、螺旋桨电机的舱室，在需要透明视窗的地方，同时和有机玻璃材料一起浇筑。每次浇灌 5m高，内部重量增加必须同时进行，达到浮力与重力的平衡，同时注意水平垂直的重力对称。

浮体平台由上而下的建筑主体沉放法：整个建筑主体随着钢筋混凝土浇筑的进程和重量重力的增加，逐渐缓慢地沉放滑落向深海处。不用起吊机操作，组合浮体平台上的卷扬机滑轮钢缆只起到牵挂稳定的作用，不用负担承重的功能。

浮体平台横纲闭合法：在整个海中建筑浇筑达到主体180m高+下端重心碗形体20m，共200m高的时候，海中建筑主体直径100m的上沿已经和浮体平台的下沿平齐。在这个时候，要在100m直径建筑主体上架设多条跨度直到150m直径浮体平台周边的钢铁横纲，横纲与浮体平台底部焊接牢固相连，使横纲以上浮体平台与横纲以下的竖圆筒主体构成一个T形的、整体水平垂直对称的力学结构。架设横纲之后，组合浮体平台全部聚拢在100m直径的建筑主体周围，组合浮体平台之间紧靠不再有间距。6个单体组合的浮体平台直径150m，周长471m，每个单体高10m，外弧长78.5m，内弧长52,3m，内衬气囊，可充气或抽气，扩张或收缩，以调节浮体平台的浮力。浮体平台是金属板硬表面。组合浮体平台收拢后，中间留下一个与建筑主体直径相同的、高10m的空间，设计闭合成双层密封区间，将作为由上向下进入建筑主体的入口。所有的电梯口、步行梯口、循环通风管道和其他管线通道都建在这个区域。

浮体平台加冠法：在浮体平台上加建顶冠体，是一个倒扣碗形体，高10m，直径与建筑主体相同。用轻硬金属做骨架，帆布覆盖，做成一个大帐篷，面积将近8000平方米。可在大风浪期间收缩躺平。在顶冠体周围的浮体平台表面的环形圆周空间上，建设安装N 台风力发电机，为海中建筑主体供电。浮体平台加冠之后，俨然一个漂浮海上的王冠。

一种自上而下建造的建筑，是完全遵循三个力学关系结构建造的海中建筑，是从来没有过的建筑。一种自上而下的建造方法，是完全遵循三个力学关系结构建造海中建筑的方法，也是从来没有过的建筑方法。

附图说明：

图1：一种水下海中建筑的浮体平台沉放建造方法的正视展示图

1、2，组合浮体平台；

2、4，组合浮体平台上的卷扬机；

5、6，组合浮体平台上卷扬机牵挂建筑主体的滑轮钢缆；

7、8，碗形体；

9，碗形体的底部重心；

10-18，虚线的层次表示建筑主体每次在浮体平台上浇筑并逐步沉放的过程；

19、20，建筑主体浇筑完后的顶部加冠。

图2：一种水下海中建筑的浮体平台沉放建造方法的俯视展示图

1，海中建筑主体的底部重心；

2-7，组合浮体平台，在浇筑沉放过程中与正在施工的建筑主体保持间距；

8-13，组合浮体平台上的卷扬机；

14-19卷扬机牵挂建筑主体的滑轮钢缆。

图3：一种水下海中建筑的浮体平台沉放建造方法的力学关系结构图

A/B/C，半球形顶冠，是海中建筑结构的大堂，比重密度等于空气；

D/E/F/F’，扁圆筒形浮体，比重密度等于空气。分区分隔，可抽气充气调节浮力；

F/G/F’，力学关系结构倒等腰三角形，两条等腰虚线代表力臂，G是重力重心，F/F’是海面浮力；

J/H/I/K，中部圆筒形建筑主体，海中建筑结构的多功能区域，其平均比重密度与水相仿；

H/G/I，下端部比重密度最高区域，整个海中建筑结构的重心所在；

A/G，整个海中建筑结构的水平垂直对称线。

图4：一种水母冰山式的海中建筑结构的全景效果图正视图

1、2，半球形顶冠大堂；

3，海中建筑结构的海面进出门口；

4、5、6、7、8、9、10、11，可分区分隔的可抽气充气调整浮力的扁圆筒形浮体；

12、13，海中建筑结构的中部圆筒形主体，是功能性区域；

14、15、16，上下交通的电梯；

17、18，海中建筑结构的潜水航行器港口；

19、20，两纵列可调节方向的电机螺旋桨，给海中建筑结构提供移动的动力；

21、22，锚链舱；

23、24，辅助海底固定的锚链；

25，底部重心；

26，重心以上的比重密度大的区域，由此往上，比重密度由大趋小；

27、28，浮体平台上安装的风力发电机；

29、30，海中建筑结构的空气循环通风口；

31，海底。

具体实施方式

应用本发明，“一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法”，可在适合的海域建造“一种水母冰山式的海中建筑结构”，专利申号：202111617867.8。特别适合在岛礁的外海和大陆架外延深海的特别经济管理区管理区进行建设，开拓海洋国土，扩大人类生活居住空间。多个海中建筑结构，就可以成为集中居住的海中城市。这个建造方法可以成为海中建筑施工的一般性适用。

Claims (1)

1.一种水面下海中建筑的浮体平台沉放建造方法，是在海中由上而下的、不在坚实基础上建筑施工的方法，必须遵循重力与浮力平衡的原则、重力结构水平垂直对称原则、重力结构的等腰倒三角形稳定性原则的三个力学关系构成原则，其技术特征是：碗形体重心陆地浇筑法，整个建筑结构主体的钢筋混凝土筒壁厚1.5m,其下端碗形体的钢筋混凝土厚度大于1.5m，在陆地上一次浇筑完成，钢筋和混凝土的比例1:1，比重密度为5，要保证重心处于下端碗形体底面的中心上，下端碗形体浇筑完成并凝固之后，海运至建筑既定目标海区，这时碗形体的吃水线在高度的2/5上下；海上组合浮体平台维系建筑主体稳固法，其海中建筑结构的浮体平台高10m，是一个直径150m，环宽25m的浮体大平台，该浮体大平台分为6个60⁰弧面的组合单体，当碗形体海运到位后，6个单体组合的浮体平台合围环绕碗形体，此时，碗形体吃水8m，水面上的12m，由10m高度的组合浮体平台围拢，高出浮体平台的平面有2m，在每个单体的浮体平台上安装一台卷扬机，通过钢缆滑轮维系稳固建筑主体60⁰弧面，由于浮力与重力平衡的原则，实际上，卷扬机滑轮的钢缆维系不用负担承重，只起到稳固建筑结构主体的作用；浮体平台由上而下的建筑主体浇筑法，建筑主体的扎钢筋骨架和浇筑混凝土都在组合浮体平台上的2m高度进行，每次一次性浇筑建筑主体增高5m，下沉5m，随着浇筑的进度，建筑主体获得的增加重力不足于抵消浮力的增加，所以要同时安装起码一台上下直达底部重心的大型电梯，遵守浮力与重力的平衡和水平垂直重力对称的原则，同时向建筑主体内运送建筑物料和将来运行使用的内部工厂设备，同时浇筑建筑主体内楼层结构的钢筋混凝土，同时留出安装其他电梯的上下通道和步行梯通道，同时留出通风通道和安装其他线路的预留空间，同时浇筑锚链舱、螺旋桨电机的舱室，在需要透明视窗的地方，同时和有机玻璃材料一起浇筑；浮体平台由上而下的建筑主体沉放法，整个建筑主体随着钢筋混凝土浇筑的进程和重量重力的增加，逐渐缓慢地沉放滑落向深海处，每次浇筑中的建筑主体下沉5m，保持在组合浮体平台上留有2m高度，不用起吊机操作，组合浮体平台上的卷扬机滑轮钢缆起到牵挂稳定的作用，不用负担承重的功能；浮体平台横纲闭合法，在整个海中建筑主体浇筑达到设计高度的时候，海中建筑主体直径圆周的上沿已经和浮体平台的下沿平齐，在这个时候，要在建筑主体直径圆周上架设多条跨度直到浮体平台直径周边的钢铁横纲，横纲与浮体平台底部焊接牢固相连，使横纲以上浮体平台与横纲以下的竖圆筒主体构成一个T形的、整体水平垂直对称的力学结构，架设横纲之后，6个单体组合浮体平台全部聚拢在建筑主体周围，组合浮体平台之间紧靠不再有间距，6个单体组合的浮体平台内衬气囊，可充气或抽气，以调节浮体平台的浮力，浮体平台是金属板，组合浮体平台收拢后，中间留下一个与建筑主体直径相同的空间，设计做成闭合的成双层密封区间，作为由上向下进入建筑主体的入口，所有的电梯口、步行梯口、循环通风管道和其他管线通道都建在这个区域；浮体平台加冠法，在浮体平台上加建顶冠体，是一个倒扣碗形体，直径与建筑主体相同，用轻硬金属做骨架，帆布覆盖，做成一个大帐篷，可在大风浪期间受控收缩躺平，在顶冠体周围的浮体平台表面的环形圆周空间上，建设安装N台风力发电机，为海中建筑主体供电。

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