eCPI
э л е к т р о н н а я   в е р с и я   ж у р н а л а

Современное строительство с использованием давно забытых методов

Ис­сле­до­ва­те­ли с ар­хи­тек­тур­но­го фа­куль­те­та уни­вер­си­те­та ETH в Цю­ри­хе раз­ра­бо­та­ли на­поль­ные бе­тон­ные эле­мен­ты без ар­ма­ту­ры, ко­то­рые на 70% лег­че, чем ти­по­вые бе­тон­ные по­лы. При со­зда­нии они чер­па­ли вдох­но­ве­ние из по­чти за­бы­тых стро­и­тель­ных ме­то­дик.

1/1

 Клаудия Хоффманн, Винтертур, Германия

В го­ро­дах все­гда не хва­та­ет ме­ста. По­это­му ар­хи­тек­то­ры ищут пу­ти ком­пакт­но­го стро­и­тель­ства – и по воз­мож­но­сти за ра­зум­ные день­ги и без ущер­ба для окру­жа­ю­щей сре­ды. Один из ва­ри­ан­тов – это об­лег­чен­ное стро­и­тель­ство: на­при­мер, чем тонь­ше пе­ре­кры­тия мно­го­этаж­но­го зда­ния, тем боль­ше ме­ста оста­ет­ся для от­дель­ных эта­жей. Они мень­ше ве­сят, что поз­во­ля­ет со­кра­тить рас­ход ма­те­ри­а­ла для фун­да­мен­та и клад­ки и, со­от­вет­ствен­но, сни­зить за­тра­ты.
Од­на­ко тра­ди­ци­он­ные кон­струк­тив­ные ме­то­ди­ки бе­тон­но­го стро­и­тель­ства ед­ва ли да­ют воз­мож­ность сни­же­ния ве­са: что­бы пе­ре­кры­тия эта­жа мог­ли вы­дер­жать рас­чет­ные на­груз­ки, они долж­ны быть тол­щи­ной не ме­нее 25 см и долж­ны быть до­пол­ни­тель­но ар­ми­ро­ва­ны в цен­тре, что лишь утя­же­ля­ет их.

Несущая способность без использования стали

Но­вое ре­ше­ние не­дав­но пред­ста­ви­ли ис­сле­до­ва­те­ли ар­хи­тек­тур­но-тех­но­ло­ги­че­ско­го фа­куль­те­та уни­вер­си­те­та ETH в Цю­ри­хе. Они спро­ек­ти­ро­ва­ли бе­тон­ные пе­ре­кры­тия с не­су­щей пли­той тол­щи­ной лишь два сан­ти­мет­ра, ко­то­рая, тем не ме­нее, об­ла­да­ет вы­со­кой устой­чи­во­стью. «По срав­не­нию с обыч­ным бе­тон­ным по­лом мы эко­но­мим 70% мас­сы эле­мен­та», - от­ме­ча­ет Фи­липп Блок, про­фес­сор ка­фед­ры ар­хи­тек­ту­ры и за­ме­сти­тель ди­рек­то­ра на­ци­о­наль­ной на­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ской про­грам­мы «Циф­ро­вое про­из­вод­ство». Кро­ме то­го, та­кое ре­ше­ние сим­во­ли­зи­ру­ет бо­лее бе­реж­ное от­но­ше­ние к окру­жа­ю­щей сре­де, по­сколь­ку тре­бу­ет­ся мень­ше бе­то­на, про­из­вод­ство ко­то­ро­го со­пря­же­но с вы­бро­сом в ат­мо­сфе­ру боль­ших объ­е­мов CO2.
Сни­же­ние ве­са ста­ло воз­мож­ным бла­го­да­ря фор­ме плит: они не плос­кие, а во­гну­тые – как сво­ды го­ти­че­ских со­бо­ров. Толь­ко за счет сво­ей гео­мет­рии они спо­соб­ны вос­при­ни­мать боль­шие на­груз­ки без уси­ле­ния ар­ма­ту­рой.

diagramm
Прототип неармированного пола (фото: Петер Рюгг / ETH Zürich)

Строительство по старинным рецептам

«При раз­ра­бот­ке кон­струк­ции мы ори­ен­ти­ро­ва­лись на ис­то­ри­че­ские стро­и­тель­ные прин­ци­пы и ме­то­ди­ки, ко­то­рые ка­ну­ли в Ле­ту», - рас­ска­зы­ва­ет Блок. Для это­го ис­сле­до­ва­те­ли изу­чи­ли, в том чис­ле, по­строй­ки в сти­ле ка­та­лон­ских сво­дов. Эту тра­ди­ци­он­ную кон­струк­цию ис­пан­ский ар­хи­тек­тор Ра­фа­эль Гу­ста­вио при­вез в кон­це де­вят­на­дца­то­го ве­ка из Ис­па­нии в США. Его сво­ды из ка­мен­ной клад­ки уси­ле­ны сна­ру­жи уз­ки­ми вер­ти­каль­ны­ми реб­ра­ми, ко­то­рые, с од­ной сто­ро­ны, слу­жат для со­зда­ния ров­ной по­верх­но­сти для по­ла, а, с дру­гой сто­ро­ны, по­вы­ша­ют ста­биль­ность при асим­мет­рич­ной на­груз­ке, ко­гда вес лю­дей или пред­ме­тов не­рав­но­мер­но рас­пре­де­лен в по­ме­ще­нии.


Прин­цип уси­ли­ва­ю­щих ре­бер ис­сле­до­ва­те­ли из ETH ис­поль­зо­ва­ли для сво­их бе­тон­ных эле­мен­тов. С по­мо­щью соб­ствен­ной ком­пью­тер­ной про­грам­мы они рас­счи­та­ли схе­му рас­по­ло­же­ния ре­бер для оп­ти­маль­но­го рас­пре­де­ле­ния рас­тя­ги­ва­ю­щих уси­лий. В ре­зуль­та­те по­лу­чил­ся фи­ли­гран­ный ри­су­нок из тон­ких ли­ний, со­еди­нен­ных по уг­лам. Сам эле­мент кре­пит­ся в сталь­ной ра­ме, ко­то­рая вос­при­ни­ма­ет уси­лия, вы­пол­няя та­кую же функ­цию, что и рас­пор­ки, под­пи­ра­ю­щие ку­по­ла со­бо­ров. «Кон­струк­ция от­ли­ча­ет­ся не­ве­ро­ят­ной устой­чи­во­стью», - по­яс­ня­ет Блок. Ис­пы­та­ния на­груз­кой по­ка­за­ли, что она вы­дер­жи­ва­ет асим­мет­рич­ную на­груз­ку 4,2 тон­ны. Это в два с по­ло­ви­ной ра­за вы­ше на­гру­зок, пред­пи­сан­ных дей­ству­ю­щи­ми швей­цар­ски­ми стро­и­тель­ны­ми нор­ма­ми.

diagramm
Конструкция выдерживает нагрузки и без арматурной стали: Филипп Блок стоит на прототипе плиты, изготовленной на трехмерном бетонном принтере (фото: Петер Рюгг / ETH Zürich)

Испытание на практике: здание NEST

Но­вые на­поль­ные пли­ты пла­ни­ру­ет­ся ис­пы­тать на прак­ти­ке в зда­нии на­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ско­го цен­тра NEST в Дю­бен­дор­фе (https://www.empa.ch/en/web/nest/). На кры­ше цен­тра этим ле­том бу­дет со­ору­жен двух­этаж­ный го­сте­вой пент­ха­ус, для ко­то­ро­го бу­дет из­го­тов­ле­но пять мо­дуль­ных пя­ти­мет­ро­вых на­поль­ных эле­мен­тов, ко­то­рые бу­дут до­став­ле­ны с за­во­да и смон­ти­ро­ва­ны на строй­пло­щад­ке. Они да­ют до­пол­ни­тель­ное пре­иму­ще­ство: в пу­сто­тах меж­ду бе­тон­ны­ми реб­ра­ми мож­но без про­блем про­ло­жить воз­ду­хо­во­ды, ото­пи­тель­ные и охла­ди­тель­ные ком­му­ни­ка­ции, что поз­во­ля­ет сэко­но­мить еще боль­ше ме­ста.
Один не­до­ста­ток: про­из­вод­ство эле­мен­тов по­ка еще тре­бу­ет боль­ших за­трат в свя­зи с не­об­хо­ди­мо­стью ис­поль­зо­ва­ния дву­сто­рон­них форм, ко­то­рые долж­ны точ­но со­от­вет­ство­вать друг дру­гу. По­это­му Блок и его ко­ман­да сде­ла­ли еще один шаг впе­ред: для сни­же­ния про­из­вод­ствен­ных из­дер­жек пер­вые эле­мен­ты бы­ли из­го­тов­ле­ны при по­мо­щи трех­мер­ной пе­ча­ти – но не из бе­то­на, а из пес­ка и вя­жу­ще­го ве­ще­ства. Эти пли­ты вы­дер­жи­ва­ют на­груз­ку 1,4 тонн, так­же от­ве­чая тре­бо­ва­ни­ям швей­цар­ских СНиПов. «Наш кон­струк­тив­ный прин­цип так­же поз­во­ля­ет ис­поль­зо­вать ма­те­ри­а­лы, ко­то­рые до сих пор не при­ме­ня­лись в стро­и­тель­стве», - кон­ста­ти­ру­ет Блок. «Нуж­но толь­ко при­дать им вер­ную фор­му, что­бы по­лу­чить устой­чи­вую кон­струк­цию».




www.ethz.ch