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.
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.