Купольные дома. Технология строительства

В статье мы расскажем о технологии купольного строительства, об особенностях и преимуществах купольных домов, о трех самых известных методах возведения таких зданий. Но главное — мы познакомим вас с расчетом экономических затрат, результат которого отдал купольным домам неоспоримое преимущество.

 

Применение технологии купольного строительства позволяет вполовину снизить затраты на строительные материалы и втрое сократить время возведения конструкции. Решение задачи упирается только лишь в техническое переоснащение строительных площадок, ведь все необходимые материалы уже и так давно используются в строительстве. В США и странах западной Европы данная технология успешно применяется еще с конца ХХ века. К счастью, теперь и на постсоветском пространстве заложен хороший и прочный фундамент для развития купольного домостроения.
 

Немного об истории происхождения

Знакомство с купольными домами стоит начать с изучения истории их возникновения. Еще с древних времен человеку была доподлинно известна суть гармонии с окружающим миром, отчасти выраженная в форме строений. Примером тому могут послужить множественные прототипы древних жилищ, создаваемых в форме полусферы: иглу эскимосов, вигвамы североамериканских индейцев, шатры африканских племен. Множеству культов и религиозных конфессий также свойственно использовать купола в качестве элементов или основы для храмов, соборов и капелл.

 

В современном мире технология купольного домостроения берет свое начало в первой половине ХХ века, когда американский инженер Ричард Фуллер запатентовал технологию строительства, способную обеспечить послевоенную Европу доступным жильем. К сожалению, идея не получила распространения, но уже через пятьдесят лет о купольных домах снова заговорили, и на этот раз — всерьез.

Изначально обывателям стала интересна идея домов в виде полусферы только благодаря их оригинальной форме. Чуть позже люди осознали неоспоримые преимущества таких строений и их количество в современном мире постоянно растет.

 

Особенности конструкции

Из-за особой формы купольные строения можно смело отнести к разряду произведений искусства. Они выглядят совсем миниатюрными, но этот образ обманчив: при внешней компактности эти дома очень просторны. Может сложиться впечатление хрупкости и ненадежности конструкции, но привлекательный внешний вид в этом случае вовсе не подразумевает наличия технических изъянов. Купольные дома по всем параметрам превосходят обычные здания кубического типа.
 

Основа для возведения дома

Сама суть купольного домостроения подразумевает отсутствие потолков и несущих опор. Это дает не только до 30% экономии на материалах стен и перекрытий: конструкция становится легкой и не требует массивного основания.

 

Очевидная экономия от постройки купольного дома видна уже на первом этапе строительства — в процессе сооружения фундамента. Облегченное основание экономит 50% денежных средств, затрачиваемых на производство земляных и бетонных работ. В качестве основы обычно используют ленточный или свайный фундамент.

 

Возведение зданий на основе геодезической сферы

Первым известным методом реализации купольных построек стала технология, основанная на каркасе в виде триангулярной полусферы. Метод базируется на использовании треугольных блоков равной величины, которые с увеличением высоты все больше наклоняют свои вершины к центру, образуя таким образом купол. При соединении блоки образуют каркас, толщиной до сорока сантиметров.

 

Снаружи дом отделывается прессованной целлюлозой, пропитанной битумом, металлической обшивкой или просто штукатурится. Главное требование для материалов внешней отделки — абсолютная водостойкость. С внутренней стороны стены зашиваются досками, а в качестве утеплителя используется минеральная вата средней плотности. Проблема естественного освещения в доме решается за счет треугольных стеклопакетов в пластиковой раме, изготовленных по размерам стандартной ячейки каркаса. Если стеклопакет заключен в усиленную металлическую раму, соседние ячейки каркаса можно объединять, добиваясь нестандартной геометрической формы окна.

 

Особенность такого метода в том, что постройки выполняются из экологически чистых материалов. Геодезический купол сегодня используется как основа в выставочных павильонах, оранжереях и спортивных комплексах.

 

Купольное строительство на основе пневмокаркаса

Другой метод возведения стал доступен относительно недавно, и обязан своим появлением стремительному развитию полимерных материалов. Эта технология является самой необычной и сложной, но именно благодаря ей время строительства дома можно сократить до минимума. Вопрос о применимости данного метода напрямую зависит от наличия в районе строительства специализированной техники: установок для распыления бетонных смесей и оборудования для установки пневматических каркасов.

В основу дома, как всегда, ложится легкий ленточный фундамент в форме кольца или сплошная монолитная плита. По периметру фундамента с отступом от внешней кромки в 20 см выводятся «хвосты» вертикальных элементов армирования. Прутья должны выступать не менее чем на 40 см, а расстояние между ними составляет от 30 до 50 см, в зависимости от размеров строения и диаметра стержней. Арматура применяется обязательно профильная, толщиной не менее 12 миллиметров. Задачу по расчету бетонной конструкции и схемы ее армирования лучше поручить организации, специализирующейся на архитектурном проектировании. Хотя техника строительства купольных домов и не регламентируется конкретными государственными нормативными документами, методология расчета прочностных и технических характеристик бетонных конструкций сферической формы была установлена еще в прошлом веке.

 

Следующий этап — сооружение сетки основного армирования стен. К выступающей арматуре, посредством сваривания или резьбового соединения, добавляются стальные стержни номинального диаметра, длина которых равна четверти длины окружности центрального сечения сферы. После наращивания стержни загибаются к оси здания, образуя купол. Обычно длину продольных прутьев выбирают с запасом, обрезая при сопряжении излишки арматуры, которые впоследствии используются для дополнительной связи элементов армирующей сетки.

В качестве концевого соединения могут быть использованы:

·         кольцо с двутавровым или швеллерным профилем, если планируется сделать верхушку купола прозрачной;

·         сопряжение из двух стальных листов круглой формы;

·         соединительная секция в виде звезды из трубок соответствующего диаметра (количество вершин равно числу продольных элементов армирующей сетки).

 

Когда каркас приобрел форму полусферы, к вертикальным прутьям добавляют поперечные путем сваривания или при помощи вязальной проволоки.

В данной технологии должен быть задействован быстровозводимый пневматический каркас. Он изготавливается индивидуально и в надутом виде полностью повторяет контуры внутренней поверхности купола. В тех местах, где должны быть окна и двери, каркас имеет выступы заданной формы и размеров. Изготовление пневмокаркаса — самый затратный и сложный этап строительства, но поскольку технология вдвое сокращает расходы на сооружение, его цена полностью окупается.

 

Заказать каркас можно у предприятий, изготавливающих надувные батуты, быстровозводимые пневмоконструкции или водные горки. В качестве материала лучше выбрать ткань высокой плотности с латексной или поливинилхлоридной пропиткой. Стоимость каркаса составит от 50 тысяч рублей, сроки изготовления — около двух месяцев. После использования изделие вполне реально продать любой строительной компании.

Все последующие работы выполняются поэтапно:

·         Пневмокаркас прочно фиксируется внутри стальной обрешетки и надувается.

·         В местах расположения дверей и окон на армирующей сетке отмечаются габариты будущих проемов по форме выступов на каркасе.

·         Каркас сдувается и убирается на время проведения сварочных работ.

·         По сделанной разметке арматура вырезается. Производится окантовка проемов со всех четырех сторон профильной арматурой в 2–3 ряда.

·         Каркас обрабатывается гидрофобным составом и устанавливается на место.

 

Заключительный этап работ — напыление основного материала на купол. Процесс разбивается на несколько этапов: производится послойное нанесение состава с толщиной слоя от 3,5 до 8 см, в зависимости от типа материала. После того как первый слой нанесен, но еще не застыл, в него перпендикулярно плоскости каркаса погружают специальные стержни-маяки фиксированной длины, по которым будет контролироваться толщина стен и равномерность напыления. В качестве основного материала стен может быть использован цементно-полимерный или торкрет-бетон, пенополистирол или комбинация разных материалов. Например, внешний и внутренний слои напыления делают из торкрет-бетона, обеспечивая тем самым повышенную прочность поверхности.

После окончательного застывания смеси каркас демонтируют, устраняют дефекты напыления в проемах, на чем процесс возведения купола заканчивается.

 

Купольные дома на основе несъемной опалубки и здания фабричного производства

Купольное строительство получило распространение в России во многом благодаря системам несъемных полистирольных опалубок и сферическим зданиям блочного типа. Изначальная задача этих технологий — реализация объектов так называемого быстрого строительства. На сооружение купольных домов в этом случае уходит не более двух недель (без учета сооружения фундамента и внутреннего обустройства).

 

Обе технологии имеют ряд схожих особенностей:

·         Основные элементы зданий производятся в условиях домостроительных комбинатов, после чего транспортируются на объект и там собираются.

·         В качестве исходного материала блоков применяется пенополистирол.

·         Здания отличаются повышенной энергоэффективностью: по сути, купольный дом становится своеобразным «термосом» за счет большого содержания в конструкции теплоизолирующих материалов.Внешняя отделка в обоих случаях производится нанесением водостойкой фасадной штукатурки.

·         В качестве основания может быть использован любой тип фундамента, в том числе и облегченное основание для каркасного дома.

·         В комплекте поставки почти всегда присутствует технический проект здания и рекомендации по проведению строительных работ.

 

Существует и несколько отличий:

·         Блочные дома не требуют дополнительного проведения бетонных работ.

·         Сборная конструкция из готовых блоков может быть разобрана и перемещена. Очень часто использование таких домов носит сезонный характер.

·         Технологии отличаются методами обустройства дверных и оконных проемов.

·         Здания из блоков, в отличие от опалубочных, часто поставляются в полной комплектации (включая двери, окна, вентиляционные системы и пр.)

·         Использование несъемной опалубки несколько ограничивает разнообразие форм и размеров.

 

Что касается техники сооружения, то она довольно проста. Элементы конструкции, после доставки на место строительства, сортируются и разделяются на группы. Первым монтируется цокольный уровень: он крепится к основанию посредством кронштейнов либо анкеров. За ним производится сооружение купольной части. Блоки имеют форму сот одинаковых размеров и формы. Они закрепляются между собой замковыми либо накладными механическими соединениями.

Если речь идет о зданиях с несъемной опалубкой, то заливка бетоном может производиться как после полной сборки, так и в ее процессе. В любом случае по мере возведения основной конструкции внутри нее монтируется армирующий каркас. Верхушка купола представляет собой отдельно поставляемый многослойный блок, который может быть выполнен в виде стеклопакета в пластиковой раме.

 

После возведения стен проводится:

·         Установка дверей и окон:

o    в опалубочных домах оконные и дверные проемы остаются гладкими. Установка производится любым доступным способом;

o    блочные строения часто имеют заводские пазы и замковые (механические) соединения, что облегчает процесс монтажа.

·         Герметизация стыков монтажной полиуретановой пеной.

·         Внешняя отделка, установка оконных отливов, вентиляционных решеток и прочей фурнитуры.

·         Устройство отмостки фундамента и монтаж дренажных каналов.

·         Внешняя отделка опалубочных зданий требует нанесения слоя черновой штукатурки с использованием стекловолоконной сетки. В блочных домах внешний слой деталей имеет специальное покрытие (например, полимерцемент), облегчающее процесс выполнения фасадной отделки, или готовую финишную водостойкую поверхность с элементами декора.

 

Монтаж перекрытий и  перегородок

Устройство междуэтажных перекрытий предусмотрено, в основном, в купольных домах на основе геосферы и пневмокаркаса. Перекрытия могут быть либо сборными, либо железобетонными. Процесс их сооружения довольно прост:

Сначала собирается основной каркас из деревянных или металлических балок. В последнем случае используются тавровый или двутавровый сортамент с «пятаками» на торцах. Стальные балки крепятся анкерами или проходными скобами, а для фиксации деревянных брусьев применяются винтовые штифты, которые вкручиваются с наружной стороны здания.

Несущие конструкции соединяются связями.

Сборное деревянное перекрытие заполняется минеральной ватой и зашивается обрезной доской или древесными плитами.

Если требуется заливка железобетона, в промежутки между несущими балками устанавливается армирующая сетка с размером ячейки от 10х10 см и толщиной проволоки не менее 6 мм.

Опалубка для заливки бетона выполняется из OSB-плит, которые крепятся к балкам при помощи оцинкованной проволоки. Как правило, на один погонный метр балки требуется от пяти точек привязки.

Опалубку следует покрыть полиэтиленом, после чего можно заливать бетонную смесь.

 

Особенности и преимущества купольных домов

Дома, построенные по любой из технологий купольного строительства, отличаются рядом особых свойств, которых невозможно достичь традиционными методами строительства. Именно благодаря этим отличиям купольные здания являются не просто альтернативой домам кубического типа. Они представляют собой совершенно новый вид сооружений, способный решать большинство насущных бытовых проблем при отсутствии каких либо материальных затрат.

 

Энергосберегающие особенности

Отопление купольного дома в зимний период требует на 20–30% меньше энергоресурсов, по сравнению с обычными зданиями. Во-первых, это достигается благодаря уникальной форме дома: при одинаковой площади объем купольного здания значительно меньше. Кроме того, сферическая форма помещения способствует поддержанию постоянной естественной циркуляции воздуха, а это значит, что более теплый воздух не будет скапливаться вверху помещения. Данная особенность отлично прослеживается при тепловизионном обследовании. Есть еще одна хитрость, благодаря которой можно добиться дополнительной экономии на отоплении: если в верхней части здания разместить панорамное остекление или прозрачную верхушку купола, дом будет дополнительно нагреваться за счет парникового эффекта.

 

Непревзойденные прочностные характеристики

Идеально равномерное распределение нагрузки на конструкцию обеспечивается ее сферической формой. На какой бы участок сооружения не производилось механическое воздействие, оно будет эффективно распределяться по всему массиву. Это свойство особенно ярко выражено в домах, построенных на основе триангулярного каркаса из-за сбалансированного размещения ребер жесткости и точек опоры. Для регионов с неустойчивым климатом купольные дома подходят наилучшим образом: благодаря обтекаемой форме они остаются невосприимчивыми к порывам ветра со скоростью до 230 км/ч.
 

Максимальная экономия

Как упоминалось выше, строительство дома по купольной технологии экономит около 50% денежных средств. Давайте проверим это утверждение на примере сравнения купольного дома с традиционным.

Сравнение материальных затрат на постройку домов разных типов:

 

 

 

¹ Ленточные фундаменты в этом случае почти на четверть выше.

 

Оптимальное распределение пространства и непревзойденный комфорт

Из-за того что несущие стены отсутствуют, купольный дом не имеет никаких ограничений в планировке. В нем можно легко совместить гостиную и столовую в одну просторную комнату с высоким потолком. Комната отдыха может занимать хоть половину всего дома, а проблем с установкой джакузи в ванной и вовсе не возникнет. Примечательно, что в ходе капитального ремонта планировку можно изменить путем переноса быстровозводимых перегородок. В купольных домах нет нужды изолироваться в закрытых комнатах, пытаясь оградить себя от раздражителей: сфера эффективно поглощает звук и в то же время не пропускает шума с улицы.

 

Редрик Шухарт (Adlynx), рмнт.ру

 

http://www.rmnt.ru/ — сайт RMNT.ru