Артем Зурабян
Индустриальное домостроение в трёхлучевой системе координат Дома "Лотос". Часть 2. Конструкции, технология

Введение.

На заре развития индустриального домостроения вопросу снижения стоимости жилья уделялось много внимания. Появились первые индустриальные дома с особо тонкими конструкциями и даже с ребристыми панелями. Такие конструкции были предназначены для домов небольшой этажности и рассчитаны были на эксплуатацию в течение примерно двадцать лет. Развитие домостроения требовало строительство более долговечных капитальных домов повышенной этажности и высотных, поэтому все тонкие ребристые сборные элементы на крупнопанельных домостроительных комбинатах были заменены на плоские панели. Практически везде применялись навесные бетонные наружные стены. У истоков строительства первых домов с применением кассетной технологии в городе Магнитогорске стоял лауреат Ленинской премии Мкртумян Армен Карапетович.

В попытке удешевить конструкцию домов и перенести отделочные работы в заводские условия, получило развитие объёмно-блочное домостроение, основанное на производстве сборных элементов в виде блок-комнат. На основе объёмно-блочной системы были построены домостроительные комбинаты и в разных регионах страны возводились многоэтажные жилые здания. Преимущественно технология их изготовления основывалось на кассетной технологии, но тонкие стены объёмных блоков требовали применения литых бетонных смесей с большим расходом цемента. Особенно большая подвижность бетонной смеси необходима для блоков типа «лежачий стакан», где плита пола заливается через полости вертикальных стен. В 1987-1990 г. нами проектировались три домостроительных комбината объёмно-блочного домостроения для завода «Прогресс» в г. Самаре, ПО «Тантал» в г. Саратове и ПО «Позистр» в г. Абовяне, которые, кроме экспериментального производства, к сожалению, не были введены в эксплуатацию. Здесь применялась технология «метода подъёма щитов» для изготовления объёмных блоков типа «колпак», когда плоские стены формовались горизонтально из малоподвижных бетонных смесей и сразу после вибрации путём подъёма щитов с последующим формованием плиты потолка и узлов соединения из них собирался объёмный блок.

Достоинством такой технологии являлась возможность резко снизить расход цемента и формовать наружные стены из теплоизоляционного бетона. Блок получался монолитным и у него внутренние стены выполнены из конструктивного бетона, а наружные из теплоизоляционного. Формующие установки такого типа работают в некоторых регионах. Появление супер пластификаторов снизило эффект от подъёма щитов, но горизонтальное формование наружных стен из теплоизоляционного бетона с последующим их подъёмом и монолитное соединение с конструктивной частью блока остаётся преимуществом такого метода изготовления объёмных блоков. С появлением вентилируемых фасадов, частично собираемых на заводах, кассетное формование монолитно соединённых между собой всех четырёх несущих стен и потолка блоков типа «колпак» становится более распространённым.

Объёмно-блочное домостроение все же не могло полностью конкурировать с крупнопанельным домостроением, поскольку необходима перевозка крупногабаритных грузов и больших площадей на заводах по производству объёмных блоков. Вес сборных элементов достигает двадцати тонн и требуются крановое оборудование большой грузоподъёмности. Организовать полную отделку комнат на заводе в большинстве случаев пока не удалось. Как конструкция, объёмные блоки менее материалоёмкие, поскольку их сдвоенная стена в сумме может быть по толщине меньше толщины панелей. Но это верно для многоэтажных домов относительно небольшой этажности.

При повышении этажности более девяти этажей стены объёмных блоков становятся более толстыми и в сумме расход бетона превышает показатели крупнопанельных домов. Строительство зданий из призматических объёмных элементов вносит некоторые противоречия в конструктивную структуру многоэтажного здания. Так, отдельные вертикальные столбы из объёмных блоков соединяются в основном гибкими связями, и конструкция здания лишается монолитности. Если же эти соединения выполнить монолитными, то возникают трудоёмкие «мокрые» процессы. Двойные тонкие стены между комнатами и квартирами, хотя и приводят к экономии бетона, но снижают трещиностойкость конструкции.

Надо иметь в виду, что широкое развитие монолитного, в основном каркасного, домостроения все же направлено на строительство не массовых индивидуальных и более элитных жилых домов, которые решают локальные задачи расселения, поскольку такие дома дороже крупнопанельных. В то же время надо учитывать, что, например, в России на одного жителя приходится около двадцать три квадратных метров жилой площади, тогда как в Европейских странах и США это порядка сорока пяти – шестидесяти пяти квадратных метра. Таким образом, жилой фонд для достижения приемлемого уровня должен быть удвоен. При этом отказаться от многоэтажного строительства вряд ли удастся. А если это так то, наоборот, многоэтажное строительство переходит в высотное. Такая тенденция наблюдается в последнее время во многих странах. Таким образом, задача существенного снижения стоимости строительства остаётся актуальной.

Преодолеть недостатки объёмно-блочного строительства, сделать сборное объёмно-блочное более эффективным и придать импульс панельному домостроению можно необычным путём, которому посвящена эта работа.

Столетиями принято все дома строить в декартовой системе координат. Всегда исходили из того , что это самый недорогой метод строительства капитального жилья. Но так ли это? Оказывается что не совсем так. Можно создать иную систему индустриального многоэтажного домостроения, где себестоимость жилья буде существенно меньше по сравнению даже с самыми недорогими панельными или объёмно-блочными домами. Этого можно достичь, если отказаться от декартовых координат и предположить, что комнаты и помещения в домах не обязательно должны быть прямоугольными. Изменив представление о форме помещений в квартире, можно добиться значительного снижения стоимости строительства. Архитектурные аспекты такого изменения более подробно приведены в книгах изданной на платформах ЛитРес и Кобо с названием «Необычные квартиры домов «Лотос» – альтернатива панельному домостроению. Часть 1. Архитектура». Было показано, что функциональная деятельность жителей относительно системы координат конструкции жилых модулей во многом независима и форма ограждающих конструкций и может быть изменена. В этой части книги архитектурные аспекты так же кратко приведены, что бы создать единую картину с основным её содержанием, посвящённым конструкции и технологии.

2 Индустриальное домостроение в трёхлучевой системе координат.

2.1 Дома «Лотос»

Для значительного снижения стоимости строительства необходимо пересмотреть концепцию многоэтажного массового крупнопанельного или объёмно-блочного домостроения. Это реализовано в предлагаемых необычных домах «Лотос» (патенты РФ).

Всё индустриальное домостроение построено в декартовой системе координат. Считается, что это самая удобная система для сложной функциональной деятельности человека. Но можно построить иной тип конструкций, существенно более экономичных.

Основная идея таких домов, собираемых из сборных элементов заводского производства, основана на замене плоской стены на стеновой элемент криволинейный в плане. Криволинейная в плане стена под воздействием вертикальных нагрузок значительно более устойчивая и при одинаковой нагрузке может быть выполнена значительно более тонкой. Как указывалось, одной из причин ухода с арены домостроения экономичных тонкостенных и даже ребристых тонкостенных стен первого периода индустриализации строительства как раз и является их низкая устойчивость и, как следствие, ограничения по высотности строительства.

Рис. 2.1 Оптимальная конструктивная структура многоэтажных зданиях в декартовой и в трёх лучевой системе координат.

В Декартовой системе координат самой простой формой является коробчатый элемент, поэтому все крупнопанельные здания – это коробчатая структура. Криволинейные стены не вписываются в систему декартовых координат, но применимы в трёх лучевой системе. При этом, вместо коробчатой структуры, мы получаем совсем другого типа оптимальную конструкцию в виде трилистника.

Трёхлучевая структура плана, исходящая из центра здания, и криволинейные стены положены в основы системы зданий, которые мы назвали «Лотос». Трилистник в трёх лучевой системе координат с тремя ветвями в плане, считается, как с конструктивной, так и с градостроительной точки зрения, одной из оптимальных структур. Повышается площадь секции, на один лестнично-лифтовый узел при стандартном решении приходится не четыре, а шесть и более квартир. Развитая в плане форма трилистника повышает несущую способность здания при воздействии горизонтальных ветровых и сейсмических нагрузках. Отказ от плоских поперечных и продольных стен и применение более устойчивых при вертикальных нагрузках и экономичных криволинейных стен с наиболее простой круглой формой в плане, создаёт новую конструктивную структуру здания.

Основным сборным элементом при этом является изогнутая по кругу в плане стеновая панель или объёмный пространственный элемент с одной наружной криволинейной стеной. Такая панель или пространственный объёмный блок, могут быть расположены по внешнему контуру каждой их трёх ветвей здания и в виде круглого ядра в центре каждой из ветвей. Сами ветви объединены между собой жёстким лестнично-лифтовым узлом.

Применение криволинейных стен требует изменить и тип перекрытий на основную круглую плиту, которая уже может быть выполнена в виде высокоэкономичной переменной по толщине вспарушенной плиты с контурным ребром, работающей с распором. Толщина таких плит определяется только условиями звукоизоляции, поскольку несущая арматура расположена по ею контуру и может быть предварительно напряжённой. Для создания глубины здания необходима дополнительная плита трапецеидальная в плане, которая в некоторых случаях может быть объединена с круглой плитой.

Конструкция здания домов «Лотос» в самом простом случае представляет собой, объединённые между собой лестнично-лифтовым узлом, три ветви, состоящие из внешнего жёсткого контура и внутреннего круглого в плане несущего ядра. Внешний контур состоит из сопряжённых друг с другом изогнутых по кругу в плане стен. В лестнично-лифтовым узле также применены криволинейные стены.

В такой системе несущая наружная изогнутая стена как бы плавно переходит во внутреннюю несущую, заменяя собой наружные и поперечные стены крупнопанельного здания. В крупнопанельном домостроении железобетонные наружные стены чаще всего выполняют только ограждающие функции. Это примерно двадцать процентов расхода не выполняющего несущие функции бетона. Превратив наружные стены в несущие, уже можно существенно снизить расход бетона.

Если по расчёту не хватает несущей способности криволинейных стен, в конструкцию каждой ветви добавляются радиальные несущие стены. При необходимости, для высотных и сейсмостойких зданий, по внешнему периметру между криволинейными стенами может быть выполнен монолитный железобетонный каркас. Радиальные несущие стены, если по расчёту в них нет необходимости, а это более частый случай, могут быть заменены лёгкими перегородками.

Рис. 2.2 Пример плана типового этажа многоэтажного жилого дома «Лотос».

По сравнению с крупнопанельным домостроением, где теперь уже достигнута возможность строить двадцати пятиэтажные здания, дома «Лотос» позволяют ещё больше повысить этажность сборных конструкций зданий до тридцати, а с монолитным каркасом и более этажей с минимальным расходом материала.

Это вносит некоторые коррективы и при оценке эффективности с учётом стоимости земля. Высотность уменьшает затраты на землю. Ещё один фактор, влияющий на повышение эффективности при учёте стоимости земельного участка, – это большая площадь секции на этаже и большая ширина секции по сравнению с типовыми крупнопанельными секциями. Таким образом, дома «Лотос», благодаря возможности существенно повысить этажность, могут быть эффективными и на относительно дорогой земле.

Очевидно, что при применении криволинейных стен и трёх лучевой структуры плана здания возникают необычные квартиры с наружными стенами цилиндрической формы и с радиальными плоскими стенами. Изменение сложившегося представления о жилье оправдано тем, что достигается такая экономия конструктивного материала, когда из того же бетона можно создать по сравнению с крупнопанельным или объёмно-блочным домостроением существенно большие площади. При трёх лучевой системе с цилиндрическими стенами расход железобетона может быть снижен на двадцать и более процентов по сравнению с отработанными сериями панельных домов, где он равен более семидесяти четырёх сотых кубических метров на квадратный метр общей (продаваемой) площади, т.е. практически это дополнительная комната в квартире. Экономия бетона может быть ещё более значительная, если применять вентилируемый фасад, а не трёхслойные наружные стены.

По сравнению с не типовыми жилыми домами, например, с монолитным каркасом, где расход бетона ещё ниже, но большой объем возведения стен из мелкоштучного материала, снижение стоимости может быть ещё значительнее, поскольку они дороже крупнопанельных. Для массового строительства эта экономия – эшелоны цемента, крупного и мелкого заполнителя, арматурной стали. На двадцать и более процентов уменьшается количество карьеров, способствуя охране окружающей среды.

Квартиры в домах «Лотос» образуются путём расположения комнат вокруг санузла. Размеры комнат регулируются перемещением перегородок. Во многом это жёсткая схема, но и в панельных домах, при фиксированном шаге внутренних стен, так же ограничены варианты деления комнат.

Комнаты и кухни квартир представляют собой помещение с криволинейной наружной стеной с окнами и балконными дверьми, с плоскими радиальными стенами и с торцевой перегородкой напротив цилиндрического ядра ветви здания в котором они размещены. Общие комнаты квартир домов «Лотос» образуются путём объединения стандартной комнаты с кухней или двух смежных комнат. Не составляет труда объединить две квартиры в ветвях трилистника между собой.

Со стороны фасада между блоками образуются полости (пазухи), которые при строительстве высотных зданий и в сейсмических зонах можно использовать для создания монолитного каркаса. Если в каркасе нет необходимости, а это наиболее частый случай, полости служат как бы термосом здания, каналами для воздушного отопления, что трудноосуществимо в других конструктивных системах, или могут использоваться как внутренние шкафы для хранения.

Необычная форма квартир имеет и преимущества. Вся не освещённая зона квартир сжата и имеет относительно небольшие площади, а основная площадь находится в более освещённой зоне и выходит не на одну плоскость фасада, а на криволинейный контур.

Отход от прямоугольной системы, казалось бы, не позволяет делить площади на новые помещения, но и в панельных домах это деление происходит крайне редко. Чаще при необходимости деления меняют квартиры на большие.

Не прямоугольные площади комнат для расстановки мебели непривычны, но и в панельных зданиях у наружных стен мебель устанавливается редко. В домах «Лотос» используется свободная расстановка мебели, поскольку площадь квартир может быть существенно больше. Все эти изменения оправдываются наличием при той же стоимости большей площади или существенно более низкой стоимостью квартир. В случае развитие такого строительства, скорее всего возникнет некоторое приспособление мебельной отрасли к таким домам, тем более при применении печати на 3Д принтерах. Архитекторы и дизайнеры могут помочь потребителю в организации пространства в необычных формах и извлечь даже преимущества. Например, изогнутый фронт кухонь минимизирует движение, а расширенная зона у окон позволяет устанавливать кухонный остров даже в небольших квартирах. Но на первом этапе, несмотря на необычные формы комнат, мебель применяется в основном традиционная.

Не исключено, что многие потребители будут отдавать предпочтение квартирам такого типа, благодаря возможности приобрести жилье существенно большей площади за те же средства. При социальном распределении жилья можно увеличить нормы выделяемой площади или строить специальные серии домов «Лотос», разработанные для расселения при чрезвычайных ситуациях.

Дома «Лотос» в основном башенного типа с большей этажностью, чем в крупнопанельном строительстве, но они же могут блокироваться в виде дуплексов или в сочетании с более узкими секциями, созданными для небольших участков застройки. Для узких участков застройки разработаны дома секционного типа, правда с меньшим экономическим эффектом. При малоэтажной застройке экономическая целесообразность, за исключением сейсмических районов, не столь перспективна, но при наличие созданных мощностей она возможна в виде оригинальных типов домов.

При разработке планировочных и конструктивных решений многоэтажного здания трёх лучевая система координат заменяет декартовую и уже в этой системе определяются типы и формы сборных железобетонных пространственных элементов. Практически это применение более экономичных, с конструктивной точки зрения, оболочек. Наиболее эффективным методом строительства домов «Лотос» является применение объёмных блоков. Одним из ограничений при этом является необходимость транспортировки крупногабаритных элементов. Это не всегда возможно. Поэтому основным вариантом является панельный, т.е. сборные элементы это криволинейные стены и плоские плиты перекрытия.

В связи с этим рассматривается три схемы такого производства. Первая, когда транспортировка блоков не является препятствием, создание мини или полноценного завода для выпуска объёмных блоков. Вторая схема – членение заводских сборных объёмных элементов на стены и перекрытия. Третья – это производство основных блоков непосредственно на стройплощадке с доставкой комплектующих с производственной базы, что соответствует известной тенденции переноса мини домостроительного комбината на стройплощадку. Вторая схема осуществима практически везде.

Технологическая оснастка для сборных криволинейных элементов отличается минимальной металлоёмкостью и требует расхода металла меньшего, чем для крупнопанельного домостроения при той же производительности производства. Меньшая металлоёмкость оборудования (примерно в два-три раза) обусловлена кривизной и, в следствии этого, пространственной жёсткостью и отсутствием необходимости обеспечить жёсткие допуски по отклонениям от плоскости форм. По сравнению с крупнопанельным строительством, ускоряется монтаж, поскольку все основные монтажные элементы устойчивы и не требуют монтажных креплений.

Дома «Лотос» могут быть возведены и с помощью 3Д принтеров. Если развитие этой технологии позволит возводить несущие стены для многоэтажных зданий, то стены дома «Лотос» могут быть полностью изготовлены по этой технологии. Преимущества не теряются, поскольку в при любом методе формования криволинейные стены более устойчивы. Однако маловероятно, что в ближайшее время удастся создать специальные составы для несущих стен, которые позволят выдерживать большую нагрузку и будут экономичными. Более реально совместить несущие сборные железобетонные элементы стен с изготовлением с помощью 3Д принтеров ненесущих перегородок, вентиляционных шахт а может быть и утепляющей части наружных стен.

Таким образом, дома «Лотос» могут быть применены для массовой застройки в случаях, когда определяющей является стоимость конструкции здания. Жители могут за те же средства приобрести на двадцать тридцать процентов большую площадь, что равнозначно дополнительной комнате. Эффект повышается при строительстве в сейсмических районах.

2.2 Жилые дома.

Дома «Лотос» в основном предназначены для массового индустриального домостроения, поэтому основой является разработка планировочных решений жилых домов. Каждая ветвь на этаже представляет собой две – три квартиры или одну эксклюзивную образованную объединением двух квартир. Жилые дома «Лотос» могут быть выполнены как в панельном, так и объёмно-блочном исполнении. Их проектирование возможно полностью в соответствующими строительным нормам. Лестничные клетки могут быть вписаны в криволинейные стены или быть обычными двух маршевыми прямыми. Тип лестничных клеток, их количество, количество эвакуационных путей, определяются при конкретном проектировании. «Лотос» позволяет выполнить все условия строительных норм, принятых для строительства в декартовых координатах.

Планировочная структуры семнадцати и двадцати пятиэтажных домов «Лотос» мало отличаются друг от друга. Двадцати пятиэтажные дома скорее всего надо рассматривать как основную продукцию домостроительных комбинатов, подобно тому, как в панельном домостроении эту роль играют семнадцатиэтажные дома. Двадцати пятиэтажные дома «Лотос» – это конструкция в которой уже в большей степени выявляются преимущества криволинейных стен. Большая вертикальная нагрузка приходится на меньшую суммарную площадь сечения стен и экономический эффект более значительный.

Рис. 2.3 Пример плана типового этажа семнадцатиэтажного жилого дома «Лотос».

Рис. 2.4 Общий вид семнадцатиэтажных жилых домов «Лотос»

Рис. 2.5 Фрагмент общего вида семнадцатиэтажного жилого дома «Лотос».

Рис. 2.6 План типового этажа многоэтажного жилого дома «Лотос» с двух маршевым лестничным маршем.

Рис. 2.7 Пример плана типового этажа двадцати пятиэтажного жилого дома «Лотос».

Рис. 2.8 Общий вид двадцати пятиэтажного жилого дома «Лотос» с защищённым металлическим фасадом.

Рис. 2.9 Фрагмент общего вида двадцати пятиэтажного жилого дома «Лотос»

Рис. 2.10 План типового этажа домов «Лотос» из двух ветвей для узких участков застройки.

Рис. 2.11 Общий жилых домов «Лотос» для узких участков застройки.

Рис. 2.12 Фрагмент жилого дома «Лотос» для узких участков застройки.

Сложившаяся городская структура часто высвобождает узкие участки для новой застройки. Хотя дома «Лотос» предназначены в основном для новых микрорайонов и городов, но имея базу для строительства таких домов, можно создать секции и дома для узких участков. Дома для узких участков проще блокируются, а дом с тремя ветвями, одна из которых укорочена, может служить угловой секцией.

В зонах стихийных бедствий таких как наводнение, землетрясение и другие случаи важны уже не требования к повышенному конфорту и интерьерам, а возможность предоставить капитальное жильё в относительно короткие сроки с минимальными затратами. Особенно это важно для строительства в сейсмически активных районах.

Для таких ситуаций дома «Лотос» могут быть предложены в варианте с уменьшением площади ячеек и расположении в кажой их ветвей трилистника дома в плане не по девять, а по двенадцать ячеек. Это позволяет уменьшить площади квартир до размеров принятых нормативными документами при расселении. Возникает как раз тот случай, когда экономическая эффективность конструкции даёт возможность не увеличивать площдь квартир, а реально увеличивать количество комнат при той же себестоимоти.

Рис. 2.13 Пример плана двадцати пятиэтажного жилого дом «Лотос» для строительства в зонах чрезвычайных ситуаций.

2.3 Высотные дома, небоскрёбы «Лотос», сборно-монолитный дом конкурсного проекта «Революция в строительстве» (Канада)

, малоэтажные здания, офисные здания и индивидуальные жилые дома.

Высотные дома «Лотос» с этажностью тридцать и даже сорок этажей -уникальная ответственная конструкция, но с попыткой минимизировать расход материала и снизить стоимость. Здесь может ставиться задача создать тип сборных конструкций, которые будут столь же массовыми, как и уже теперь широко распространённые двадцати пятиэтажные панельные дома. Разработка высотных жилых домов «Лотос» позволит создать конструкции с минимальным расходом бетона, который может быть в пределах половины кубического метра на квадратный метр продаваемой площади. Такого типа дома могут быть одними из самых не дорогих из подобных сооружений.

Рис. 2.14 Общий вид тридцати трёхэтажных домов «Лотос».

Рис. 2.15 Фрагмент общего вида тридцати трёхэтажных домов «Лотос».

Рис. 2.16 Фрагмент общего вида сорокаэтажного дома «Лотос».

Рис. 2.17 План типового этажа тридцати трёхэтажного дома «Лотос» с освещённым лестнично-лифтовым узлом

Рис. 2.18 План типового этажа тридцати трёхэтажного дома «Лотос» с внутренним лестнично-лифтовым узлом

Рис. 2.19 Небоскрёб «Лотос»

Структуру зданий «Лотос» можно использовать и при строительстве небоскрёбов. Если это гостиницы, то упрощаются требования по инсоляции и возможна блокировка зданий уже по другим принципам.

Ещё один тип жилых домов «Лотос» в виде сборно-монолитного варианта возник при участии в конкурсе Марко-Поло 100 «Революция в строительстве» (Канада). Проект был шестым в списке второго тура из четырёхсот участников. Впереди оказались технологии в основном с 3Д принтерами. Он отличается тем, что сборные стены изготавливают на строительной площадке, а перекрытия монолитные.

Рис. 2.20 Общий вид двенадцатиэтажного дома «Лотос».

На основе системы «Лотос» можно возводить и малоэтажные здания, например, такие как экономичные детские сады, гостиницы, сейсмостойкие жилые дома. Такой детский сад разработан для конкурсного проекта «Сады Придонья». Финалист конкурса. При необходимости он может быть выполнен в сборном или в сборно- монолитном исполнении.

Наряду с гостиницами, структура зданий «Лотос» позволяет создать определённый тип офисных зданий. В любом случае эта конструкция как сборная будет более экономичной, чем любые другие решения, особенно каркасные, требующие трудоёмких работ по возведению наружных и внутренних стен. Как итог, расход бетона на офисы «Лотос» приближается к каркасным зданиям, но конструкция получается с наружными несущими стенами, требующими только утепления.

Рис. 2.21 Четырёхэтажный детский сад

Рис. 2.22 Общий вид офисного здания в виде трилистника.

Можно создать дома «Лотос» индивидуальные жилые дома с определёнными преимуществами. Это быстровозводимые, капитальные, огнестойкие и сейсмостойкие малоэтажные дома с минимальным расходом такого основного материала, как железобетон. При этом обеспечивается минимальная себестоимость строительства.

Рис. 2.23 Индивидуальный жилой дом площадью сто пятьдесят квадратных метров.

2.4 Основные особенности архитектурных решений домов «Лотос»

Основное преимущество домов «Лотос» лежит в области создания конструкций с минимальным расходом материала и это служит обоснованием изменения архитектуры жилья и других сооружений. Без этого многие предложенные архитектурные решения теряют смысл. Применение криволинейных стен для снижения расхода материала вполне можно использовать для строительства массового жилья, высотных домов и общественных зданий. Такие дома более устойчивы к горизонтальным и сейсмическим нагрузкам. Можно создать индустриальное жильё по своей капитальности, долговечности не уступающее другим типам конструкций, но с существенно меньшей себестоимостью.

У домов «Лотос» квартиры необычные, однако площадь почти на тридцать процентов больше. Это непривычное жильё, но при больших площадях все неудобства нивелируются. Такие квартиры имеют и очевидные преимущества- жилая зона квартир расположена в наиболее освещённой зоне, а коммуникационная в менее освещённой сжата. Даже при массовом производстве, дома «Лотос имеют необычные фасады. Открывается возможность для архитекторов создавать совсем иной облик микрорайонов, районов и городов.

3. Конструкции домов «Лотос».

3.1 Конструктивная структура домов «Лотос». Патенты РФ.

Подавляющее большинство многоэтажных зданий проектируется в декартовых координатах в самом простом и экономичном случае это коробчатая структура с поперечными и продольными несущими стенами на которые действуют вертикальные и горизонтальные ветровые и сейсмические нагрузки. В крупнопанельных зданиях наружные стены обычно навесные, а основными расчётными стенами, воспринимающими горизонтальные нагрузки, являются поперечные стены. В монолитных каркасных зданиях вертикальную нагрузку преимущественно воспринимают колонны или стены-пилоны, а горизонтальную – монолитные лестнично-лифтовые узлы и, при необходимости, диафрагмы жёсткости. Примерно так же работает сборный железобетонный каркас. В домах из объёмных блоков вертикальные и горизонтальные нагрузки воспринимают вертикальные столбы объёмных элементов, поэтому включаются в работу продольные, в том числе наружные стены здания.

Более жёсткая схема крупнопанельных зданий все равно остаётся самой недорогой при массовой застройки, поскольку скорость их возведения в три четыре раза выше монолитных и не требуется практически вручную возводить наружные стены и внутренние перегородки. Наружные стены, как более сложный элемент с отделкой фасадного слоя формуемый горизонтально, выполняют навесными. Обычно это трёхслойные панели, у которых два бетонных слоя и между ними утеплитель. Эта фасадная масса бетона практически выполняет только ограждающие функции и редко включается в работу конструкции.

Объёмно –блочные дома могут быть экономичнее панельных для зданий небольшой этажности, примерно до девяти, поскольку расход бетона тонких спаренных стен меньше. Конструкция из объёмных блоков – это вертикальные столбы гибко связны между собой. Здание при этом лишено монолитности или для зданий повышенной этажности, стыки между блоками выполняются монолитными. У домов повышенной этажности двойные поперечные стены необходимо выполнять более толстыми и суммарно они превосходят по толщине панельные. поперечные стены, поэтому их конкурентно способность снижается. Во многих случаях у объёмно-блочных зданий наружные стены так же навесные. Внешний вид объёмно-блочных зданий мало отличается от крупнопанельных.

Дома «Лотос» разрабатываются в трёх лучевой системе координат и представляют собой в плане более жёсткую конструкцию в виде трилистника. Трилистники в панельном исполнении хорошо известны. Преимущественно они представляют собой близкий к треугольной форме плана здания центр с лестнично-лифтовым узлом и с тремя ветвями повторяющими панельную структуру рядовых секций. Внутренние стены выполняются несущими.

В домах «Лотос», в отличии от известных конструкций трилистников, включая их крупнопанельное исполнения, в каждой из ветвей трилистника, несущими становятся наружные стены, которые выполняются криволинейными. Внутренне стены заменяются одним несущим ядром в каждой из трёх ветвей здания. В некоторых случаях добавляются несущие радиальные стены. При этом пролёт между криволинейными наружными стенами и ядром перекрывается круглой плитой и трапецеидально, опирающейся с одной стороны на ребро круглой плиты, а с другой на ядро ветви здания.

Таким образом, в домах «Лотос» основной несущей структурой секции являются три ветви здания с несущими криволинейными стенами и, объединяющая их, несущая конструкция лестнично-лифтового узла. Каждая из ветвей как бы три трубчатые конструкции со сложным контуром по периметру, с центральным ядром внутри, связанные жёстко криволинейным лестнично-лифтовым узлом. По сути вокруг ядра каждой ветки возникает трубчатая волнистая оболочка, которая может работать как цельная конструкция заменяющая внутренние стены сборных зданий построенных в декартовых координатах. Внутри этой оболочки, за исключением обязательного ядра, возникает свободная планировка. В некоторых случаях, при относительно небольшой этажности, смежные криволинейные стены не обязательно должны быть жёстко соединены между собой. Это определяется расчётом.

Как и в крупнопанельном варианте, сами по себе трилистники домов «Лотос» имеют развитый план, что придаёт конструкции большую жёсткость необходимую для восприятия горизонтальных нагрузок. Все конструкции в большинстве случаев индустриальные – сборные, выполненные в объёмно-блочном или панельном варианте.

У конструкции домов «Лотос» есть резерв, это дополнительно устройство радиальных стен, если такая необходимость возникнет при расчёте высотных зданий. По крайней мере одна радиальная панель присутствует всегда как межквартирная перегородка. Существует и уникальная возможность создания между криволинейными стенами практически без опалубки монолитного железобетонного каркаса, что позволяет значительно увеличить этажность. Перекрытия, сопрягаемые с криволинейными стенами, легко могут быть выполнены из самых экономичных железобетонных круглых вспарушенных плит с рёбрами по контуру, работающими с распором.

В обычных условиях дома «Лотос» башенного типа, но есть возможность блокировки их в виде дуплексов даже высотных зданий. Тридцатиэтажные дома, в случае если лестнично-лифтовый узел освещён, а значит в центре нет малых квартир, так же блокируются. За счёт этого конструкция приобретает дополнительную жёсткость.

Таким образом конструкция домов «Лотос», по сравнению с секциями самых не дорогих крупнопанельных зданий, имеет более развитый план, более устойчивые стены, более эффективные перекрытия и нет навесных стен, с не несущим бетоном.

Рис. 3.1 Несущие стены домов «Лотос»,

Рис. 3.2 Несущие конструкции домов «Лотос»,

В конструкции домов «Лотос», основные несущие стены криволинейные наружные стены как бы плавно становятся частично внутренними стена здания. Они могут быть в составе объёмных блоков или как сборные криволинейные стены в панельном варианте. Толщина этих стен определяется необходимой несущей способностью, требованиями звукоизоляции и пожарной безопасности.

Требования к звукоизоляции от внешнего шума, поскольку это наружные стены, обеспечиваются как бетоном стены, так и наличием утепляющего и фасадного слоя. Общепринятая минимальная толщина несущих стен, с точки зрения огнестойкости, у зданий повышенной этажности сто шестьдесят миллиметров. Является ли эта толщина обоснованной для наружных несущих стен, утеплённых со стороны улицы остаётся открытым вопросом, требующим изучения. Скорее всего она может быть для домов «Лотос» уменьшена, если это позволяет расчёт по несущей способности, поскольку стены наружные и, благодаря кривизне, более устойчивые.

Рис. 3.3 Пример конструкций крыши

Рис. 3.4 План перекрытия одной ветви домов «Лотос» с круглыми вспарушенными и трапецеидальными перекрытиями.

Плиты перекрытия в крупнопанельных зданиях создают жёсткий диск, путём их объединения сваркой закладных деталей или устройством шпонок по длине сопряжения, способствующий распределению усилий между вертикальными столбами стен,. Это необходимо для восприятия и перераспределения горизонтальных ветровых или сейсмических нагрузок на здание. В монолитных каркасных зданиях плиты перекрытия изначально выполняются как единая плита. В сборных каркасных зданиях жёсткий диск так же достигается сваркой и шпонками. В объёмно блочных зданиях все вертикальные пространственные столбы работают отдельно и объединены гибкими связями.

В домах «Лотос» собранных их объёмных элементов так же все вертикальные столбы объединяются гибкими связями или столбы соединяются друг с другом с помощью монолитных вертикальных армированных соединений. В панельном варианте перекрытия могут быть выполнены в виде высокоэффективной вспарушенной плиты с рёбрами по контуру монтируемой на криволинейные наружные стены в сочетании с плоскими трапецеидальными в плане плитами, опирающимися с одной стороны на ребро плиты, а с другой стороны на несущее ядро в центре каждой из ветвей здания. Возможны и другие варианты исполнения, например, для сокращения количества монтажных элементов вспарушенную плиту можно изготовить как единую плиту с трапецеидальной. Не исключён вариант для упрощения технологии выполнения единой плоской плиты, правда с потерей эффективности по расходу бетона и арматурной стали. С остальными ветвями здания перекрытия объединяются через перекрытия лестнично-лифтового узла.

В панельном исполнении перекрытия домов «Лотос» так же должны быть объединены в жёсткий диск, но благодаря отходу от декартовых координат и расположению швов под углом к направлению действия горизонтальных сил, необходимость в расчётной сварке закладных деталей и шпонок отпадает, если они не сейсмостойкие. Надо иметь в виду, что в домах «Лотос» все несущие наружные стены могут быть объединены между собой вертикальными стыками смежных стен и без перекрытий образуют жёсткий контур здания, хотя и прорезанный оконными и дверными проёмами.

Для предотвращения прогрессирующего разрушения конструкций в домах «Лотос» могут быть устроены связи между несущими криволинейными стенами. Их устройство возможно путём соединения закладных деталей при устройстве монолитного вертикального стыка или армированного каркаса между смежными панелями. Могут быть применены и гибкие связи. Смежные в плане вспарушенные плиты перекрытия и трапецеидальные плоские плиты таже могут быть объединены между собой связями.

Круглое центральное ядро каждой из ветвей как бы жёстко объединяет элементы в разных направлениях и это даёт дополнительную гарантию предотвращения прогрессирующего разрушения. Очевидно, что при устройстве монолитного вертикального стыка между несущими криволинейными стенами можно создать конструкцию, предотвращающую разрушение даже если нижестоящая стена повреждена. Таким образом, в домах «Лотос» защита от прогрессирующего разрушения может быть выполнена более экономичным путём, чем в панельных зданиях. Все эти конструктивные особенности прорабатываются в зависимости от этажности зданий при конкретном проектировании.

3.2. Конструктивные решения первых этажей фундаменты.

Если первые этажи многоэтажных домов «Лотос» жилые, то конструкция ветвей здания не отличается от типовых этажей. Она собирается из таких же элементов. Для большего комфорта входной зоны первого этажа перекрытия жилой части и лестнично-лифтового узла могут быть выполнены на разных уровнях, что повышает высоту входной зоны и позволяет отказаться от ступеней входа в вестибюль и к лифтам на первом этаже здания.

Решением задачи увеличения высоты вестибюля домов с жилыми первыми этажами является возможность поднять уровень квартир первого этажа на высоту цоколя, например, на девяносто или сто двадцать сантиметров, а перекрытия входной зоны и зоны лестнично-лифтового узла можно оставить на уровне земли. При этом цоколь, который часто является продолжением стен подвала, может быть выполнен расширенным монолитным или сборным, что позволит в зонах пониженных перекрытий создать контактный стык между стенами первого этажа и верхней поверхностью цоколя. Проще всего такой вариант реализуем при устройстве свайного фундамента таких домов. В этом случае цоколь как бы сливается с ростверком.

Если на первом этаже расположены встроено-пристроенные помещения, то высота этажа может быть увеличена так же путём расширения всех стен подвала на которые через контактный стык опираются криволинейные несущие стены сборных конструкций с высотой равной конструкциям типовых этажей, а перекрытия первого этажа опираются ниже на уровне земли на консольные выпуски криволинейных стен подвала. Такое решение возможно, благодаря устойчивости криволинейных стен. Пристроенные конструкции могут иметь свой каркас и одновременно опираться на выпуски несущих криволинейных стен первого этажа здания без специальных конструкций.

Рис. 3.5 Криволинейные и радиальные несущие стены первого этажа дома с жилыми помещениями.

Рис. 3.6 Расширенные опорные стен подвала для перекрытий зоны лестнично-лифтового узла на уровне земли

Рис. 3.7 Конструкция первых этажей встроено – пристроенных первых нежилых этажей с несущими криволинейными стенами

При необходимости устройства встроенных нежилых помещений на первых этажах традиционных зданий, они часто выполняются в монолитном исполнении, независимо от типа конструкции – панельной или каркасной. Для домов «Лотос» возможно создать монолитный железобетонный каркас в пазухах между криволинейными стенами. Между смежными стенами, имеющими большие проёмы, устанавливается арматурный каркас в сечении по форме близкий к трапеции. Опалубка нужна только с одной стороны, то есть это практически частично не снимаемая опалубка. Такой каркас располагается по кругу вокруг ядра каждой из ветвей здания и он может быть создан и в лестнично-лифтовом узле. Конструкция не требует диафрагм, поскольку существует круглое несущее ядро в каждой ветви. Каркас двухэтажный, поскольку над ним располагаются криволинейные и прямые радиальные балки, которые могут быть как монолитными, так и сборными.

Встроенные и пристроенные нежилые помещения можно создать и для домов, состоящих и двух ветвей не меняя структуру конструкций этажей или создавая сборно-монолитный каркас для более свободной планировки.

Рис. 3.8 Конструкция первых этажей встроено – пристроенных первых нежилых этажей с несущим каркасом семнадцатиэтажных домов «Лотос».

Рис. 3.9 Конструкция каркаса первых нежилых этажей.

Рис. 3.10 Конструкция первых этажей первых этажей домов для узких участков застройки с несущими криволинейными стенами.

Таким образом, первые этажи домов «Лотос» могут быть созданы по тем же принципам, как и в обычном декартовом исполнении, но с учётом криволинейных стен и более сложных форм внутреннего пространства. При этом следует иметь в виду, что криволинейное пространство не самоцель, а способ создать наиболее экономичную конструкцию для остальных этажей здания.

Несмотря на необычный вид конструкции первых этажей, в большинстве случаев работают даже более эффективно. Не требуются диафрагмы жёсткости, развитый план трилистника позволяет лучше воспринимать горизонтальные нагрузки, устойчивые криволинейные стены позволяю всегда выполнить их усиление дополнительным монолитным каркасом. Возможно более сложная балочная система двухэтажных встроенных помещений несколько непривычна, но такая конструкция скорее всего редкий случай.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.