Рис. 2.1 Оптимальная конструктивная структура многоэтажных зданиях в декартовой и в трёх лучевой системе координат.
В Декартовой системе координат самой простой формой является коробчатый элемент, поэтому все крупнопанельные здания – это коробчатая структура. Криволинейные стены не вписываются в систему декартовых координат, но применимы в трёх лучевой системе. При этом, вместо коробчатой структуры, мы получаем совсем другого типа оптимальную конструкцию в виде трилистника.
Трёхлучевая структура плана, исходящая из центра здания, и криволинейные стены положены в основы системы зданий, которые мы назвали «Лотос». Трилистник в трёх лучевой системе координат с тремя ветвями в плане, считается, как с конструктивной, так и с градостроительной точки зрения, одной из оптимальных структур. 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. Отказ от плоских поперечных и продольных стен и применение более устойчивых при вертикальных нагрузках 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 объёмный пространственный элемент с одной наружной криволинейной стеной. Такая панель или пространственный объёмный блок, могут быть расположены по внешнему контуру каждой их трёх ветвей здания и в виде круглого ядра в центре каждой из ветвей. Сами ветви объединены между собой жёстким лестнично-лифтовым узлом.
Применение криволинейных стен требует изменить и тип перекрытий на основную круглую плиту, 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 ею контуру и может быть предварительно напряжённой. Для создания глубины здания необходима дополнительная плита трапецеидальная в плане, которая в некоторых случаях может быть объединена с круглой плитой.
Конструкция здания домов «Лотос» в самом простом случае представляет собой, объединённые между собой лестнично-лифтовым узлом, три ветви, состоящие из внешнего жёсткого контура и внутреннего круглого в плане несущего ядра. Внешний контур состоит из сопряжённых друг с другом изогнутых по кругу в плане стен. В лестнично-лифтовым узле также применены криволинейные стены.
В такой системе несущая наружная изогнутая стена 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. Это примерно двадцать процентов расхода не выполняющего несущие функции бетона. Превратив наружные стены в несущие, уже можно существенно снизить расход бетона.
Если по расчёту не хватает несущей способности криволинейных стен, в конструкцию каждой ветви добавляются радиальные несущие стены. При необходимости, для высотных и сейсмостойких зданий, по внешнему периметру между криволинейными стенами может быть выполнен монолитный железобетонный каркас. Радиальные несущие стены, если по расчёту в них нет необходимости, а это более частый случай, могут быть заменены лёгкими перегородками.
Рис. 2.2 Пример плана типового этажа многоэтажного жилого дома «Лотос».
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, а с монолитным каркасом и более этажей с минимальным расходом материала.
Это вносит некоторые коррективы и при оценке эффективности с учётом стоимости земля. Высотность 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 по сравнению с типовыми крупнопанельными секциями. Таким образом, дома «Лотос», благодаря возможности существенно повысить этажность, могут быть эффективными и на относительно дорогой земле.
Очевидно, что при применении криволинейных стен и трёх лучевой структуры плана здания возникают необычные квартиры с наружными стенами цилиндрической формы и с радиальными плоскими стенами. Изменение сложившегося представления о жилье оправдано тем, что достигается такая экономия конструктивного материала, когда из того же бетона можно создать по сравнению с крупнопанельным или объёмно-блочным домостроением существенно большие площади. При трёх лучевой системе с цилиндрическими стенами расход железобетона может быть снижен на двадцать и более процентов по сравнению с отработанными сериями панельных домов, где он равен более семидесяти четырёх сотых кубических метров на квадратный метр общей (продаваемой) площади, т.е. практически это дополнительная комната в квартире. Экономия бетона может быть ещё более значительная, если применять вентилируемый фасад, а не трёхслойные наружные стены.
По сравнению с не типовыми жилыми домами, например, с монолитным каркасом, где расход бетона ещё ниже, но большой объем возведения стен из мелкоштучного материала, снижение стоимости может быть ещё значительнее, поскольку они дороже крупнопанельных. Для массового строительства эта экономия – эшелоны цемента, крупного и мелкого заполнителя, арматурной стали. На двадцать и более процентов уменьшается количество карьеров, способствуя охране окружающей среды.
Квартиры в домах «Лотос» образуются путём расположения комнат вокруг санузла. Размеры комнат регулируются перемещением перегородок. Во многом это жёсткая схема, но и в панельных домах, при фиксированном шаге внутренних стен, так же ограничены варианты деления комнат.
Комнаты и кухни квартир представляют собой помещение с криволинейной наружной стеной с окнами и балконными дверьми, с плоскими радиальными стенами и с торцевой перегородкой напротив цилиндрического ядра ветви здания в котором они размещены. Общие комнаты квартир домов «Лотос» образуются путём объединения стандартной комнаты с кухней или двух смежных комнат. Не составляет труда объединить две квартиры в ветвях трилистника между собой.
Со стороны фасада между блоками образуются полости (пазухи), которые при строительстве высотных зданий и в сейсмических зонах можно использовать для создания монолитного каркаса. Если в каркасе нет необходимости, а это наиболее частый случай, полости служат как бы термосом здания, каналами для воздушного отопления, что трудноосуществимо в других конструктивных системах, или могут использоваться как внутренние шкафы для хранения.
Необычная форма квартир имеет и преимущества. Вся не освещённая зона квартир сжата и имеет относительно небольшие площади, а основная площадь находится в более освещённой зоне и выходит не на одну плоскость фасада, а на криволинейный контур.
Отход от прямоугольной системы, казалось бы, не позволяет делить площади на новые помещения, но и в панельных домах это деление происходит крайне редко. Чаще при необходимости деления меняют квартиры на большие.
Не прямоугольные площади комнат для расстановки мебели непривычны, но и в панельных зданиях у наружных стен мебель устанавливается редко. В домах «Лотос» используется свободная расстановка мебели, поскольку площадь квартир может быть существенно больше. Все эти изменения оправдываются наличием при той же стоимости большей площади или существенно более низкой стоимостью квартир. В случае развитие такого строительства, скорее всего возникнет некоторое приспособление мебельной отрасли к таким домам, тем более при применении печати на 3Д принтерах. Архитекторы и дизайнеры могут помочь потребителю в организации пространства в необычных формах и извлечь даже преимущества. Например, изогнутый фронт кухонь минимизирует движение, а расширенная зона у окон позволяет устанавливать кухонный остров даже в небольших квартирах. Но на первом этапе, несмотря на необычные формы комнат, мебель применяется в основном традиционная.
