Индустриальное домостроение в трехлучевой системе координат - дом "Лотос"

Summary: It is shown, that the existing methods of mass low-budget large-panel and volume-block construction are not the cheapest. We can create another constructive system of industrial construction in the three- ray coordinate system and significantly reduce the cost per square meter of the building.

Во многих странах жилищная проблема пока еще не решена и, несмотря на то, что масштабы крупнопанельного, каркасного и объемно-блочного строительства существенны, нужные еще долгие годы для обеспечения каждой семьи комфортным жильем.

Если стоимость земли в составе затрат массового строительства многоэтажных многоквартирных жилых домов минимальна или земля предоставляется бесплатно, то стоимость конструкции зданий может быть определяющей, особенно в сейсмических районах.

Все попытки снижения себестоимости известных наиболее экономичных сборных методов строительства, таких как крупнопанельное строительство, обычно сводились к совершенствованию отдельных элементов конструкций, к применению более дешевых материалов. Эффект от этих проектных решений в лучшем случае проводит к небольшому снижению стоимости. Таким образом, традиционным путем существенного экономического эффекта достичь практически невозможно. Комфортное капитальное жилье остается дорогостоящим предметом первой необходимости.

Стоимость конструкций в наиболее дешевых крупнопанельных домах в основном определяется расходом бетона на квадратный метр продаваемой площади. В многоэтажных домах небольшой этажности толщина стен и перекрытий зависит от требований звукоизоляции и пожарной безопасности. С повышением этажности, т.е. в большинстве случаев, на толщину стен уже влияет их несущая способность, поэтому на нижних этажах их или утолщают, или применяют более высокие марки бетона. Плоская, относительно тонкая, стена под высокой нагрузкой рассчитывается с учетом ее гибкости и этот фактор во многом определяет повышенный расход железобетона по сравнению с малоэтажным строительством. При высотном строительстве с большими горизонтальными нагрузками несущей способности поперечных и продольных стен часто не хватает и в работу включают наружные несущие стены. Это практикуется особенно в монолитном домостроении.

Значительное снижение стоимости строительства становится осуществимым, если пересмотреть концепцию многоэтажного массового крупнопанельного или объемно-блочного домостроения реализованная в предлагаемых необычных домах «Лотос» (патент Российской Федерации).

Основная идея таких домов при разработке планировочных и конструктивных решений многоэтажных зданий, собираемых из сборных элементов заводского производства, основана на замене плоской стены на стеновой элемент криволинейный в плане. Такие элементы не вписываются в систему декартовых координат, но применимы в трех лучевой системе.

В трех лучевой системе оптимальной формой многоэтажного здания является уже не коробчатая структура, присущая крупнопанельному домостроению, а трилистник с тремя ветвями в плане, считающийся, 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 при воздействии вертикальных нагрузок более устойчивых и экономичных криволинейных стен с наиболее простой круглой формой в плане создает новую конструктивную структуру здания. Основным сборным элементом при этом является изогнутая по кругу в плане стеновая панель или цилиндрический объемный пространственный элемент. Такая панель или пространственный объемный блок, могут быть расположены по внешнему контуру каждой их трех ветвей здания и в виде круглого ядра в центре каждой из ветвей. Сами ветви объединены жестким лестнично-лифтовым узлом.

Естественно, что такая конструкция создает иной тип перекрытий в виде основной круглой плиты, 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 ее контуру и может быть предварительно напряженной. Расход арматурной стали при этом минимальный и может достигать 3-6 кг на квадратный метр площади плиты. Испытание плиты показали, что она практически не прогибается при расчетной нагрузке (прогиб 1-2 мм). Приведенная толщина плит 14 см.

Таким образом, конструкция здания «Лотос» в самом простом случае представляет собой, объединенные между собой лестнично-лифтовым узлом, три ветви, состоящие из внешнего жесткого контура и внутреннего круглого в плане несущего ядра. Внешний контур состоит из сопряженных друг с другом изогнутых по кругу в плане стен.

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 выполняют только ограждающие функции, а это примерно 20 % расхода бетона на квадратный метр общей площади.

Между внутренним ядром и круглыми плитами перекрытия расположены трапецеидальные в плане элементы перекрытий, создающие глубину ветвей здания. В лестнично-лифтовым узле также применены криволинейные элементы стен.

В более сложных случаях с повышением этажности, если 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. Если в радиальных несущих стенах по расчету нет необходимости, они могут быть заменены легкими перегородками. По сравнению с крупнопанельным домостроением, где теперь уже достигнута возможность строить двадцати пятиэтажные здания, дома «Лотос» позволяют еще больше повысить этажность сборных конструкций зданий до тридцати, а с монолитным каркасом и более этажей. Этот факт вносит некоторые коррективы и при оценке эффективности с учетом стоимости земля. Высотность уменьшает затраты на землю. Еще один фактор, влияющий на повышение эффективности с учетом стоимости земельного участка - это большая площадь секции на этаже и большая ширина секции по сравнению с типовыми крупнопанельными секциями.

При применении криволинейных стен и трех лучевой структуры плана здания возникают необычные квартиры с наружными стенами материала, когда из того же бетона можно создать или цилиндрической формы и с радиальными плоскими по сравнению с крупнопанельным домостроением стенами. Это может быть оправдано только если существенно большие площади. достигается такая экономия конструктивного

При трех лучевой системе с цилиндрическими блоками расход железобетона может быть снижен на двадцать и более процентов по сравнению с отработанными сериями панельных домов, где он равен 0.74 и более кубических метров бетона на квадратный метр общей (продаваемой) площади, т.е. это практически дополнительная комната в квартире. Экономия бетона может быть еще более значительная, если применять вентилируемый фасад, а не трехслойные наружные стены.

По сравнению с не типовыми жилыми домами, например, с монолитным каркасом, снижение стоимости может быть еще значительнее. Для массового строительства это эшелоны цемента, крупного и мелкого заполнителя, арматурной стали. На двадцать и более процентов уменьшается количество карьеров, способствуя охране окружающей среды.

В каждой ветви секции домов «Лотос» может быть расположено несколько квартир, в основном две. Квартиры в таких домах образуются путем расположения комнат вокруг санузла. Размеры комнат регулируются перемещением перегородок. Во многом это жесткая схема, но и в панельных домах при фиксированном шаге внутренних стен также ограничены варианты деления. Гостиные квартир домов «Лотос» образуются путем 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, которые при строительстве высотных зданий и в сейсмических зонах замоноличиваются и образуют каркас, а не в столь высоких домах служат как бы термосом здания и могут использоваться как внутренние шкафы для хранения.

Нетрадиционная форма квартир имеет и преимущества. Вся не освещенная зона квартир сжата и имеет относительно небольшие площади, а основная площадь находится в более освещенной 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 у наружных стен мебель редко устанавливается и у панельных зданий, здесь используется ее свободная расстановка, поскольку наружные криволинейные стены частично превращаются во внутренние стены. При этом все это оправдывается или наличием при той же стоимости большей площади или более низкой стоимостью квартир.

Несмотря на необычные формы комнат, мебель применяется в основном традиционная. В случае развитие такого строительства скорее всего возникнет приспособление мебельной отрасли к таким домам, тем более при применении печати на 3Д принтерах. Архитекторы и дизайнеры могут помочь потребителю в организации пространства в нетрадиционных формах и извлечь даже преимущества. Например, изогнутый фронт кухонь минимизирует движение, а расширенная зона у окон позволяет устанавливать кухонный остров даже в небольших квартирах.

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.

В целом прямоугольная система координат в строительстве возникла для упрощения деления и исторически, благодаря наличию леса и возникшей стоечно-балочной системы. В регионах где леса нет жилье строят и других форм. С появлением 3Д печати домов большинство конструкций имеют изогнутые формы. Однако такая возможность есть и при литьевой технологии, присущей бетону.

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 не столь перспективна, но при наличии созданных мощностей она возможна в виде оригинальных типов домов.

Наиболее эффективным методом строительства домов «Лотос» является применение объемных блоков. Одним из ограничений при этом является необходимость транспортировки крупногабаритных элементов. В связи с этим рассматривается три схемы такого производства. Первая, когда транспортировка блоков не является препятствием, создание мини или полноценного завода для выпуска объемных блоков. Вторая схема - членение заводских сборных объемных 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 металлоемкостью и требует расхода металла меньшего, чем для крупнопанельного домостроения при той же производительности производства. Меньшая металлоемкость оборудования (примерно в 2-3 раза) обеспечивается кривизной и, вследствие этого, пространственной жесткостью и отсутствием необходимости обеспечить жесткие допуски по отклонениям от плоскости форм. По сравнению с крупнопанельным строительством, ускоряется монтаж, поскольку все основные монтажные элементы устойчивы и не требуют монтажных креплений.

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 20-30% большую площадь, что равнозначно дополнительной комнате. Эффект повышается при строительстве в сейсмических районах.

Размещено на Allbest.ru