Надземное и надземно-подземное строительство

Здания, поднятые над землей на столбах (столбовых опорах), представляют собой обычные или террасные дома, поднятые над поверхностью земли на высоту более 3 м (выше человеческого роста) или на высоту, достаточную для высаживания под ними деревьев и кустарников. Напомним, что такие здания входили в перечень предложений Ле Корбюзье по новым типам застройки, однако, они были известны раньше. Столбовая опора (одна для точечного здания, несколько — для здания большой длины или площади) служит также для размещения лестницы, шахты лифта и различных сетей. Она же является железобетонным ядром, воспринимающим вертикальные и горизонтальные нагрузки. Столбовые опоры могут быть вертикальными или наклонными, постоянного или переменного сечения по высоте, сплошными или пустотелыми. Предложены разнообразные типы зданий на столбовых опорах (рис. 6.31). Интересно здание круглой или квадратной формы в плане с железобетонным ядром кольцевого квадратного сечения, выполненное из монолитного или сборного железобетона.

Рис. 6.31. Здания, поднятые над землей: а — на одной опоре; 6 — на наклонных опорах; в — на нескольких столбах; г-на опоре и обычном фундаменте; д — на наклонных опорах (козловое); е — арочное; висячее: 1 — здание; 2 — опора (ядро); 3 — грунт склона; 4 — фундамент; 5 — наклонная опора; 6 — обычный фундамент (например, ленточный); 7,9,10 — здания соответственно террасное, арочное, висячее; 8 — козловые опоры.

Железобетонное ядро имеет размеры в плане около 6×6 м (если в нем проектируют шахты лифта и внутренние лестницы), или размеры ядра принимают по расчету как внецентренно сжатого элемента (если лестницы и лифты располагают вне сечения ядра). В последнем случае при высоте прохода под зданием 3 м размеры железобетонного столба должны быть до 1×1 м. Такое конструктивное решение используют и для зданий, вытянутых в плане и размещенных на склоне вдоль горизонталей. При этом шаг ядер жесткости определяется размерами секций и расстоянием между лестничными клетками. Железобетонные столбовые опоры можно устанавливать на отдельно стоящие, свайные или напряженно заанкеренные фундаменты. При проектировании лестничных клеток или шахт лифта снаружи железобетонных опор для повышения устойчивости в горизонтальном направлении здание располагают на наклонных опорах (см. рис. 6.31,6). Их проектируют в направлении равнодействующих вертикальных и горизонтальных нагрузок, чтобы при максимальных горизонтальных нагрузках сечения опор работали на сжатие. Вместе с ригелями, на которые опираются железобетонные диафрагмы или колонны здания, наклонные опоры образуют жесткие рамы. Верх наклонных опор располагают у крайних осей здания (в этом случае усилия в опорах при действии горизонтальных нагрузок минимальны), можно уменьшать расстояние по горизонтали между сечениями верха опор, чтобы повысить архитектурную выразительность здания.

Для зданий больших размеров в плане (круглых, квадратных) проектируют несколько опор (три> четыре), Круглые в плане здания выполняют с тремя опорами, квадратные — с четырьмя (см. рис. 6.31,в). При большом размере здания в плане его предусматривают с внутренними дворами, так как иначе невозможно организовать естественное освещение всех помещений. Опоры располагают в плане симметрично, обеспечивая передачу на них приблизительно равных вертикальных и горизонтальных нагрузок. Следует учитывать, что при размещении на склоне высота столбовых опор различна, поэтому при равном сечении наибольшая горизонтальная нагрузка придется на наиболее короткую опору. С целью равномерного распределения горизонтальной нагрузки между ними, особенно в сейсмических районах, целесообразно несколько снижать поперечное сечение более коротких опор. Для жесткой заделки опор рекомендуется проектировать свайные фундаменты или заделывать опоры в прочный грунт без изменения их сечения, разрабатывая грунт по форме опоры на глубину, достаточную для обеспечения ее заделки.

Если здание должно иметь традиционные размеры в плане и по высоте (например, прямоугольное в плане здание с небольшой высотой), то одну его часть можно установить на традиционный ленточный фундамент, а другую, возвышающуюся над поверхностью склона, поставить на столбы (см. рис. 6.31, г). При этом, если расстояние между обеими опорами — ленточным фундаментом и столбами — велико, то все здание работает на изгиб в вертикальной плоскости как балка коробчатого сечения. Эту опорную систему для снижения расхода материалов можно преобразовать в арочную. В таком здании все горизонтальные нагрузки передаются через жесткие диски перекрытий на заделанный в прочный грунт ленточный фундамент, а вертикальные опоры будут работать только на вертикальные нагрузки.

Интересны архитектурно — конструктивные решения «козловых» террасных зданий, представляющих собой железобетонные наклонные диафрагмы в виде козел или козловых опор, на которые установлены террасные здания. Такая конструкция при ее исполнении в монолитном железобетоне обладает очень высокой жесткостью. Кроме того, плоские железобетонные диафрагмы, образующие жесткую треугольную раму, занимают небольшую площадь земли, поверхность которой под всем зданием можно озеленить; дополнительно озеленяют террасы.

Внутренний двор, образуемый под зданием, можно использовать не только как озелененную площадь, но и разместить на этой площади какие-либо торгово-бытовые объекты (учитывая, что эта площадь защищена от осадков). Здания таких типов можно размещать так, чтобы диафрагмы террас были параллельны склону. При этом количество опор может быть увеличено (см. рис. 6.31, д). Чтобы не передавать наклонные нагрузки на грунт склона, опоры должны быть шарнирно закреплены к наклонной диафрагме здания и к фундаментам. При очень крутых склонах, когда здание опирается только у подножия склона и его вершины, рекомендуется арочный или висячий тип (см. рис. 6.31, е). Здание арочного типа состоит из отдельных блоков террас, соединенных монолитно между собой таким образом, что средняя ли ния стен представляет собой часть арки. При такой конструктивной схеме стены террас работают на сжатие, а нагрузка от здания не передается на поверхность склона. При выполнении здания как висячей конструкции в вертикальных диафрагмах террасного здания выполняют ванты, которые крепятся к фундаменту в основании склона и к стойке у его вершины. Для восприятия горизонтальной составляющей к стойке присоединяют подкос. В верхней части здания может быть выполнена многоэтажная часть, возвышающаяся над террасным зданием.

Фундаменты арочного здания проектируют таким образом, чтобы усилия распора от здания были минимальны. Для этого подбирают очертание арки и ее наклон в месте примыкания к фундаменту. Оба типа здания могут выполнять функции коммуникационных зданий, если несущие арки выполнить коробчатого сечения (полыми) с размещением в них лифтов.

Описанные выше конструкции зданий на неудобьях, надземных и подземных зданий не могут полностью решить проблемы исключения застройки ровных, удобных для озеленения территорий. Во-первых, определенная (хотя и небольшая) территория при строительстве этих зданий все же застраивается (площадь столбовых опор, помещений для коммуникаций — лестничных шахт, лифтов и пр.). Во-вторых, при строительстве на неудобьях (при использовании некоторых решений) застраивается территория и исчезает почвенно-растительный слой на этих неудобьях, который также играет существенную роль, указанную выше. В-третьих, освобожденную от застройки площадь естественного почвенно-растительного слоя под зданиями очень сложно сохранить в хорошем состоянии, потому что именно здесь проходят пути интенсивного пешеходного движения, здесь располагаются площадки детских игр, отдыха взрослых, и пр. Сюда же будут стремиться подъехать автомобили. Следовательно, эту территорию будут стремиться закрыть твердым покрытием, а не сохранить в естественном озелененном состоянии. Нужна новая, экологичная культура взаимоотношений жителя города с природой, чтобы эффективные решения принесли пользу. И, разумеется, необходимо проведение дальнейших исследований в области повышения уровня биопозитивности зданий, например, в строительстве надземно-подземных зданий, подобных деревьям (с развитыми кроной и корневой системой и минимальной площадью ствола в уровне земли).

Интересны зарубежные примеры строительства коттеджей, поднятых над поверхностью земли на высоту одного этажа (рис. 6.32). Целью надземного размещения коттеджей в данном случае была защита помещений от возможных последствий наводнений на этой территории. Но для рассматриваемой в главе темы представляет интерес архитектурно-конструктивное решение, которое может быть применено для сохранения ландшафта. Как видно на фотографиях, колонны первого этажа невелики по поперечным размерам, коттеджи имеют достаточно привлекательный внешний вид, причем лестница на 2 этаж выполнена наружной ввиду того, что здание находится в районе с очень теплым климатом. В условиях более холодного климата под зданием можно устроить закрытую лестничную клетку.

Рис. 6.32. Примеры строительства коттеджей, поднятых на колоннах над поверхностью земли на высоту одного этажа.