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.
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.