Рис. 2.1 Оптимальная конструктивная структура многоэтажных зданиях в декартовой и в трёх лучевой системе координат.
Многоэтажные здания в трёхлучевой системе координат. Дома «Лотос».
В трёх лучевой системе координат наиболее простой и экономичной формой многоэтажного здания является уже не коробчатая структура, присущая панельному домостроению, а трилистник с криволинейными стенами и с тремя ветвями в плане, считающийся, как с конструктивной, так и с градостроительной точки зрения, одной из оптимальных структур и обеспечивающей инсоляцию помещений. В трилистнике 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.
Трилистник домов «Лотос» в плане имеет свою особенность. Он состоит из трёх ветвей образованных несущими криволинейными стеновыми элементами, каждая из которых имеет центральное несущее ядро и, объединяющим лестнично-лифтовым узлом. При этом меняется устоявшееся представление о домах и квартирах панельного и объёмно-блочного домостроения, что может быть оправдано конструктивными преимуществами и особенностями таких домов, позволяющими резко снизить расход материалов и себестоимость строительства.
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 создаёт новую конструктивную структуру здания. Основным сборным элементом при этом является изогнутая по кругу в плане стеновая панель или цилиндрический объёмный пространственный элемент. Такая панель или объёмный блок, могут быть расположены по кругу по внешнему контуру каждой их трёх ветвей здания и в виде круглого ядра в центре каждой из ветвей. Сами ветви объединены жёстким лестнично-лифтовым узлом в основном состоящим из таких же криволинейных элементов.
Рис. 3.1 Пример плана типового этажа жилого дома «Лотос».
Естественно, что конструкция с криволинейными стенами по контуру создаёт 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 её контуру и может быть предварительно напряжённой. Расход арматурной стали при этом минимальный, что снижает стоимость квадратного метр площади плиты.
В этой системе несущая наружная изогнутая в плане стена каждой из ветвей 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, а это примерно двадцать процентов расхода бетона на квадратный метр общей площади. По сути дела, у каждой из трёх ветвей здания «Лотос» наружные стены становятся несущими в виде как бы наружной несущей трубы с криволинейным контуром, что позволяет уменьшить количество внутренних стен и резко снизить расход железобетона. Несущие криволинейные стены обладают повышенной устойчивостью при воздействии вертикальных нагрузок и, следовательно, могут быть выполнены с меньшим расходом железобетона. Внутри внешней трубы ветви здания располагается внутреннее несущее ядро. В лестнично-лифтовым узле также применены криволинейные элементы стен, но могут быть использованы и плоские стены и типовые шахты лифтов.
Выполнив наружные стены и стены центральных ядер ветвей здания несущими, получаем экономический эффект в виде снижения расхода бетона. Между внутренним ядром ветвей и их круглыми плитами перекрытия расположены плоские трапецеидальные в плане элементы перекрытий, создающие глубину ветвей здания.
В более сложных случаях с повышением этажности, если не хватает несущей способности криволинейных стен, в конструкцию каждой ветви могут добавляться радиальные несущие стены. При необходимости, для высотных и сейсмостойких зданий, по внешнему периметру между криволинейными несущими стенами легко может быть выполнен монолитный железобетонный каркас, поскольку он не требует опалубки. Если в радиальных несущих стенах по расчёту нет необходимости, они могут быть заменены лёгкими перегородками.
В более сложных случаях с повышением этажности, если не хватает несущей способности криволинейных стен, в конструкцию каждой ветви могут добавляться радиальные несущие стены. При необходимости, для высотных и сейсмостойких зданий, по внешнему периметру между криволинейными несущими стенами легко может быть выполнен монолитный железобетонный каркас, поскольку он не требует опалубки. Если в радиальных несущих стенах по расчёту нет необходимости, они могут быть заменены лёгкими перегородками.
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-сорока, а с монолитным каркасом и более этажей с минимальным расходом бетона. Этот факт вносит некоторые коррективы и при оценке эффективности с учётом стоимости земли. Строительство высотных зданий 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 домов «Лотос» по сравнению с типовыми крупнопанельными секциями, что во многих случаях даёт возможность на участке разместить здание большей площади.
Наружные стены домов «Лотос» могут быть выполнены в панельном и объёмно-блочном исполнении, но все они имеют основу в виде несущих железобетонных криволинейных стен. Теплотехнические характеристики здания могут изменяться в зависимости от климатического региона строительства, поскольку внешние утепляющие стены независимы от несущих конструкций. Применим любой тип фасада вентилируемый, «мокрый» с фактурным слоем по утеплителю, просто трёхслойный с бетонным фасадным слоем. Для домов «Лотос» предложен инновационный фасад из металлического рулонного оцинкованного листа с декоративной окраской, учитывающий особенность криволинейных стен. Периметр наружных стен может быть сокращён за счёт применения утепляющих доборных элементов установленных между криволинейными стенами ветвей. Образуется как бы термос и, несмотря на сложный план, периметр наружных стен с доборными элементами оказывается меньшим, чем у типовых секций крупнопанельных зданий. Совокупность всех этих факторов приводит к существенному снижению расхода материалов и не считаться с возможностями такой экономии трудно.
Таким образом, конструкция здания «Лотос» в самом простом случае представляет собой объединённые между собой лестнично-лифтовым узлом три ветви, состоящие из внешнего жёсткого контура из утеплённых с внешней стороны несущих наружных стен и внутреннего круглого в плане несущего ядра. Внешний контур состоит из сопряжённых, друг с другом изогнутых по кругу в плане стен с доборными утепляющими элементами.
При применении криволинейных стен и трёх лучевой структуры плана здания возникают необычные квартиры с наружными стенами цилиндрической формы и с радиальными плоскими стенами. Это может быть оправдано только если достигается такая экономия конструктивного материала, когда из того же бетона можно создать по сравнению с крупнопанельным домостроением существенно большие площади. Естественно, это меняет представление о комнатах и квартирах в целом, но значительный прирост площади должен стимулировать потребителя при выборе жилья. Альтернатива такова, что потребитель выбирает при одинаковых затратах, например, однокомнатную квартиру в крупнопанельном здании или двухкомнатную в домах «Лотос».
При трёх лучевой системе с криволинейными стенами расход железобетона может быть снижен на двадцать и более процентов по сравнению с отработанными сериями панельных домов, где он равен семи десятым и более кубических метров бетона на квадратный метр общей (продаваемой) площади, т.е. это практически дополнительная комната в квартире. Экономия бетона может быть ещё более значительная, если применять вентилируемый фасад, а не трёхслойные наружные стены. Существуют и другие пути снижения расхода бетона. Это отказ от устройства чердака и подвала, применение вместо фундаментной плиты свайного фундамента. Но эти приёмы применимы и в крупнопанельном домостроении. При различной этажности, при различном решении фасадов и выборе различных вариантов конструкции домов «Лотос» экономия по сравнению с крупнопанельным строительством будет различная, но почти всегда существенная.