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.
Рассмотрим основные типы нагрузок, которые должны учитываться при проектировании заглубленных зданий, и выявим взаимосвязь между характером нагрузки и элементами конструкции. Первая группа нагрузок подразделяется на три типа: статические, куда входит также вертикальное и горизонтальное давление грунта, динамические и нагрузки, характерные только для заглубленных зданий.
Выбор участка.
Для определения пригодности участка должна быть получена исчерпывающая точная информация от компетентного архитектора или инженера, знакомого с местными условиями, либо от геологической фирмы, которая исследует физические свойства грунтов.
При проведении геологических исследований необходимо выполнение ряда условий.
Тип грунта, в котором будет отрыт котлован под заглубленное здание, может оказать то или иное влияние на выбор проектного решения. Все грунты имеют инженерно-геологическую классификацию, приводимую ниже. В инженерно-геологическую характеристику грунтов входят их описание, а также дополнительные сведения об их плотности (или пластичности для глин). Несущую способность грунтов и допустимые нагрузки для небольших сооружений типа жилых зданий обычно определяют простыми методами. Например, пенетрацию грунта определяют путем погружения в него пробника и замером усилия или количества ударов, необходимых для погружения пробника на заданную глубину.
Максимальные выгоды от заглубленного здания можно получить только в том случае, когда оно правильно расположено и спланировано. Этот аспект проектирования обычных наземных зданий настолько хорошо изучен, что он не требует к себе особого внимания. Наземная часть обычного здания не несет значительных нагрузок, а влияние дополнительных нагрузок (таких как снеговая или ветровая), которые воздействуют на грунт, не имеет слишком большого значения для проектирования. Конструкции обычного здания могут быть легко усилены, если это требуется в соответствии с хорошо известными нормами, путем устройства двойных ригелей или усиления крепежных элементов (например, вокруг оконных или каких-либо других проемов).
В рассмотренных выше случаях (см.предыдущую статью данного раздела сайта x-dom.ru) потери и поступления энергии вследствие теплопередачи включают поступления тепла от солнечной радиации. Так как во всех вариантах окна зданий выходят на юг, то больщую часть энергии здание получает в результате накопления пассивной солнечной энергии. Для иллюстрации влияния ориентации окон на энергетический баланс приведем пример заглубленного здания (пример А) с окнами, ориентированными на три разные стороны. Во всех случаях площадь остекления составляет 35% площади стены.
С точки зрения экономии энергии рассмотрим полное чистое потребление ее различными заглубленными и наземными зданиями.
Во-первых, сезонные нагрузки определялись на основании среднемесячных характеристик зданий. Таким образом, расчетные значения нагрузок позволяют определять сезонные затраты на энергию и в то же время дают возможность сравнивать экономию энергии заглубленными и наземными зданиями.
Существует несколько основных способов отопления и охлаждения жилых помещений. К ним относятся воздушная приточная вентиляция, водяная система плинтусного отопления, гравитационная воздушная и конвективная системы. Все они имеют свои преимущества и недостатки, которые определяют их применимость для заглубленных зданий.
Правильно решенная воздушная приточная система, использующая воздух с невысокой температурой, имеет максимум преимуществ и минимум недостатков. Она позволяет применять большое число стандартных устройств и в то же время вводить различные дополнительные устройства.
Потребность в охлаждении заглубленного здания представляется проблематичной. Результаты исследований, приведенные в разд. 3.3, показывают, что расход энергии на охлаждение для одноили двухэтажного полузаглубленного здания составляет около 850 кВт-ч за весь период, когда требуется охлаждение. Даже если допустить, что вся нагрузка приходится на период, равный трем неделям, то это количество составит менее '/г т холода. Вероятно, большинство людей предпочли бы в этом типе зданий обходиться без охлаждающего оборудования. Тем не менее следует отметить, что существует несколько методов (как традиционных, так и нетрадиционных) охлаждения заглубленных зданий.
Источник тепла для домов, который чаще всего не используется, — это тепло сточных вод и воздуха, выбрасываемого вытяжной вентиляцией. Значительное количество его можно получить от сточной воды, которая обычно просто сбрасывается в систему канализации. Получение вторичного тепла от воздуха вытяжной вентиляции менее практично, чем от сточных вод, но в заглубленных зданиях также осуществимо.
Солнечная радиация, поступающая в здание через окна, — важный источник тепла. Максимальное количество пассивного солнечного тепла поступает через окна, ориентированные на юг, и некоторая доля радиации попадает через окна, ориентированные на запад и восток.
Для подтверждения мысли о том, что окна, ориентированные на юг, позволяют получить наибольшее количество тепла, были проделаны расчеты с учетом следующих данных. Стена конструкции «у» (см. в прил. 2) состояла из двух плит (2X6 м) толщиной 600 мм с фиберглассовой изоляцией (140 мм); коэффициент теплопередачи U0= = 0,182 Вт/(м2-°С).
Рассмотрим основные источники тепла, применяемые для бытовых целей: обычные системы, тепловые насосы, виды дополнительного поступления тепла и т. д.
В большинстве систем отопления жилых зданий используется природное топливо: нефть, природный газ, сжиженный газ и уголь. Электроэнергия, получаемая, главным образом, в результате сжигания ископаемых топлив, также широко используется для отопления.
Высота земляной засыпки крыши должна обеспечивать хорошие условия для дренажа воды, быть достаточной для развития корневой системы травы, кустарников, деревьев. Желательно обеспечивать максимально возможное заглубление здания с целью наилучшего использования преимуществ, создаваемых тепловой массивностью крыши. Лимитирующим фактором здесь является несущая способность конструкций. Так как нагрузка в этом случае увеличивается, то стоимость конструкций также возрастает и быстро превышает возможную экономию за счет увеличения высоты засыпки.
Полы заглубленных зданий находятся в условиях, когда колебания средней температуры весьма невелики и составляют от 11 до 9 °С. Таким образом, потери тепла через пол хотя и не очень велики, но постоянны в течение года. По данным компьютерного анализа, теплопотери через неизолированный бетонный пол равны 1,2 Вт/м2, что составляет менее 14% общих потерь тепла зданием через ограждающие конструкции в зимнее время.
Потери тепла происходят по линиям напряжений в грунте на глубину от 10 до 20 м от поверхности земли или от низа здания, поэтому устройство полистиреновой изоляции толщиной около 2,5 см может уменьшить теплопотери приблизительно на 5%, что соответственно составляет не бо-Лее 1% общего количества потерь тепла зданием.