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.