Энди Дэвис пришел к выводу, что заглубленное здание может быть весьма эффективно с энергетической точки зрения и весьма удобно для жилья. Вместе с семьей он построил «Дэвис-Кэйв» стоимостью 15 тыс. долл (включая стоимость отделки и оборудования).
Основная часть здания (прямоугольная секция была добавлена позже) решена в форме восьмигранника, чтобы уменьшить длину свободно-стоящих стен. Внутренняя часть выполнена из монолитного железобетона; толщина покрытия 300 мм, толщина задней и боковых стен 200 мм, а передней и единственной открытой стены 300 мм.
Система отопления: тепловой насос «Топик-Хаус»—здание возвышающегося типа. Окна всех жилых помещений выходят на поверхность земли. Несмотря на то, что с северной стороны открывается прекрасный вид на долину р. Миннесота, окна здания были ориентированы на юг с целью максимально^-го использования солнечной энергии. С этой стороны перед зданием расположены пологие холмы и прямо перед зданием — искусственный пруд. За счет концентрации всех жилых помещений в центральной части здания, а всех спален в одном крыле удалось избежать длинного коридора, характерного для зданий этого типа.
Конструкции: стены из бетонных блоков, применяемых в сельском строительстве для силосных ям; пол и покрытия монолитные железобетонные.
Конструкция здания весьма оригинальна. Здание спланировано таким образом, что 80% стен находится на 1,5 м ниже уровня земли, но с обоих этажей открывается красивый вид на пруд и луг. Толщина стены с окном, ориентированной на юг, 250 мм; остекление тройное.
Вариант «Кларк-Нельсон-Хаус» служит примером того, как заглубленное здание может быть вписано в окружающую среду.
Оно расположено в склоне холма, имеет круглую форму и не выделяется на местности. Естественная древесная и кустарниковая растительность при строительстве не была нарушена, на засыпке хорошо разрослась трава, благодаря чему здание стало частью пейзажа.
С восточной стороны здания хорошо просматривается вход и гараж. Кроме основной своей функции блок «вход-гараж» выполняет функцию опорной конструкции для солнечных коллекторов, ориентированных на юг. Стены — пустотные железобетонные, покрытие из сборных железобетонных плит.
В отличие от других зданий «Джоунс-Хаус» имеет деревянный пол, который служит перекрытием технического подполья. Техническое подполье выполняет функцию системы распределения теплого воздуха, поэтому пол в здании постоянно теплый.
Наиболее интересный вариант представляет собой здание, спроектированное на склоне и построенное в г. Стоу (Массачусетс). Крытый атриум обеспечивает эффективное использование пассивной солнечной энергии. Воздух прогревается в нижней части здания; за счет естественной циркуляции дополнительное тепло поступает в помещение. Владельцы этого дома получают еще одно преимущество, выращивая на крыше овощи.
Первый из домов типа «Эколоджн-Хаус» архитектор Джон Бернард построил в 1973 г. для себя в качестве дачи и, в то же время, чтобы продемонстрировать характеристики заглубленных зданий. Огромный успех этого проекта привел к тому, что Бернард запроектировал еще четыре здания атриумного типа (один с двумя внутренними двориками) и три здания возвышающегося типа, располагаемых на склонах.
Дом построен на участке, аналогичном тому, на котором возведен «Уинстон-Хаус» и на этом аналогия кончается. В отличие от «Уинстон-Хаус», имеющего четкую прямоугольную планировку (1 — общая комната; 2 — кухня; 3 — столовая; 4 — спальня хозяев; 5 — вспомогательное помещение; 6 — спальня), этот дом имеет стены криволинейных очертаний, в ряде случаев применены арочные перекрытия отдельных помещений и т. д. Метц хотел продемонстрировать, что «заглубленное здание не имеет ограничений в конфигурации и предоставляет архитектору полную свободу», а также, что «технология строительства заглубленных зданий проста и базируется на применении обычных методов». Как и для «Уинстон-Хаус», для строительства этого дома Метц использовал бетонные балки и дерево.
Рассмотрим различные типы, детали и варианты проектных решений, подтверждающие возможность строительства заглубленных зданий, которые отвечают различным потребностям н вкусам. Причем земляная засыпка позволяет использовать растительность в качестве «живого материала», который каждый сезон изменяет внешний вид здания.
Должен ли человек проектировать дом с учетом собственных нужд или же обязан принимать во внимание потребности будущего владельца и других людей. С точки зрения администратора, работающего в области строительного законодательства, ответ совершенно ясен: все здания время от времени меняют владельцев и какие-либо особые требования первого из них не должны создавать угрозу безопасности последующих.
Стабильность склонов. Расположение заглубленного здания в склоне представляет собой идеальный вариант решения. Однако при проектировании такого здания в крутом склоне необходимо уделять особое внимание обеспечению стабильности склона и поддержанию нормального давления.
Здесь даны общие характеристики зданий трех различных конфигураций и рассмотрены основные особенности проектирования.
В этом случае, однако, трудно выполнить изоляцию достаточно тщательно;крыша может образовывать навесы независимо от козырька;
крыша может иметь свесы и по длинному фасаду здания вместе с балками или несущими стенами. Консоль может представлять собой независимую панель, отделенную от остальной конструкции температурным швом;
Оболочки. Поскольку нагрузки на крышу и стены у заглубленных зданий более высокие, чем у обычных (из-за наличия земляной засыпки), оправдано применение криволинейных пространственных конструкций. Геометрия этих конструкций позволяет обеспечить более высокую несущую способность при меньшем расходе материалов, чем у обычных конструкций. В результате получается весьма экономичная конструкция, способная нести значительные нагрузки.
Перекрытия первого этажа. Как уже говорилось, перекрытие первого этажа создает самые большие реакции в стене. Поэтому очень важно в этом случае не допускать больших проемов в перекрытии первого этажа в месте примыкания в стене, воспринимающей давление грунта. Наилучшее решение заключается в том, чтобы перекрытие служило е качестве балки для стены.
Крыша, прежде всего, воспринимает вертикальные нагрузки от грунта, снега и т. д. Плоская крыша (не обязательно горизонтальная) вследствие этих нагрузок работает на изгиб.
Как уже было сказано выше, изгиб — это не самый эффективный вид нагрузки, и с точки зрения экономичности конструкции в целом особое внимание должно уделяться конструкциям, поддерживающим крышу.
Высота цокольных стен из монолитного бетона должна быть меньше высоты этажа. Для обеспечения водостойкости бетона максимальное во-доцементиое отношение должно быть 0,48. Более плотный и водостойкий бетон можно получить при низком значении водоцементного отношения и хорошей вибрации во время уктадки.
Минимальная толщина цокольных стен 200 мм.
Конструктивные элементы, применяемые для строительства заглубленных жилищ, можно подразделить на две группы. К первой группе относятся наиболее часто употребляемые системы с вертикальными стенами и плоской либо скатной крышей: это обычные железобетонные стены и пустотные плиты покрытий, а также деревянные или стальные каркасы. Ко второй группе относятся железобетонные, стальные арки и купола.
Для строительства заглубленных зданий преимущественно употребляют бетон, сталь, дерево. Рассмотрим их характеристики.
Монолитный бетон используют при сооружении пола в зданиях на склонах, стен при толщине засыпки менее 1,8 м и устройстве подготовки.
Рассмотрим действие нагрузок в основных конструктивных элементах.
Колонны — прямолинейные элементы, предназначенные для восприятия центрального сжатия. В обычных зданиях они чаще всего вертикальные, а в заглубленных зданиях довольно часто горизонтальные и служат для восприятия бокового давления. Колонны могут быть деревянными, стальными или железобетонными; иногда требуют усиления хомутами во избежание разрушения.
В конструкциях под действием нагрузки возникают следующие усилия: центральное сжатие и растяжение, момент и изгиб.
При центральном сжатии и растяжении действующее усилие встречает реакцию, направленную по той же оси. При конкретной длине элемента это наиболее легко определяемое усилие. В случае сжатия в опасном сечении элемент должен усиливаться хомутами, препятствующими его разрушению.
