УДК 378: 624 - Московский государственный университет

УДК 378: 624.15: 502/504
НОВЫЙ УЧЕБНЫЙ КУРС «ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ И КАМЕННЫЕ
КОНСТРУКЦИИ В ЭКОЛОГИЧНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И
ПРИРОДООХРАННОМ ОБУСТРОЙСТВЕ ТЕРРИТОРИЙ»
А.Н. Тетиор – д-р техн. наук, проф.
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,
г. Москва, Россия
В новом учебном курсе впервые сделан шаг по объединению основных сведений из
проектирования железобетонных и каменных конструкций, и из строительной экологии.
Цель курса – дать студентам знания по расчету и конструированию экологичных зданий и
сооружений, по учету требований экологии при расчете и конструировании
железобетонных и каменных конструкций зданий и инженерных сооружений, наряду с
общими сведениями по расчету и конструированию железобетонных и каменных
конструкций.
В
новом
учебном
курсе
рассматриваются
экологичные,
природосберегающие конструктивные решения зданий и инженерных сооружений,
применяемые при экологичном строительстве и природоохранном обустройстве
территорий.
The new educational course includes for the first time the integration of the basic data of
designing of reinforced concrete and stone constructions, and of building ecology. The purpose
of new educational course is to give to students the knowledge about designing of ecological
buildings and constructions, with taking into account of requirements of ecology at calculation
and designing of reinforced concrete and stone buildings and engineering structures, alongside
with the general data by calculation and designing of reinforced concrete and stone
constructions. There are in the new educational course ecological and environmentally safe
constructive decisions of buildings and of the engineering structures, which are used at
ecological construction and nature protection development of territories.
Автор разработал новый учебный курс, направленный на углубление знаний в
области комплексного обустройства территорий и на решение экологических проблем
территорий, предназначенный, в первую очередь, для студентов специальности
«Природоохранное обустройство территорий». В принципиально новом учебном курсе
впервые сделан шаг в направлении объединения основных сведений из проектирования
железобетонных и каменных конструкций [1], и строительной экологии [2…4]. Среди
задач природоохранного обустройства – полифункциональное строительство,
максимальное сбережение почвенно-растительного слоя при застройке, сохранение
хороших ландшафтов от застройки путем возведения зданий на неудобъях,
проектирование экологичных инженерных сооружений, решение экологических проблем
застройки путем возведения полифункциональных зданий. Будущие специалисты должны
обладать знаниями по расчету и конструированию широкого круга экологичных
конструкций, зданий и сооружений – мало – и многоэтажных, подземных и надземных, на
неудобъях, и т.д. Полифункциональное использование территорий, зданий и инженерных
сооружений заключается в том, что здания и инженерные сооружения служат нескольким
целям, совмещенным в пространстве или во времени. Этот инновационный подход
позволяет экономить землю и природные ресурсы, способствуя сбережению природы.
При экологичном строительстве применяют конструктивные решения зданий,
позволяющие сохранять почвенно-растительный слой от застройки (подземные и
надземные здания), дающие возможность экономить энергию, сокращать площадь
застройки путем объединения различных функций в одном здании или инженерном
сооружении, повысить площадь озеленения путем вертикального и горизонтального
озеленения и возведения зданий – зеленых холмов, улучшить визуальное восприятие
зданий (криволинейность форм, архитектурно-конструктивное разнообразие). Все это
может быть достигнуто путем применения в конструкциях зданий и инженерных
сооружений железобетона и камня, которые, хотя и не являются самыми экологичными
материалами (например, по сравнению с деревом), обладают рядом безусловных
преимуществ, способствовавших их широкому применению: 1. Большие запасы исходных
материалов. 2. Наибольшая по сравнению с другими материалами стойкость к внешним
воздействиям. 3. Высокая прочность и жесткость. 4. Повышенная масса стен, дающая
возможность использовать ее при пассивном солнечном отоплении и охлаждении. 5.
Большой диапазон свойств материалов, позволяющий применять их в самых
разнообразных конструкциях.
Цель нового курса – дать студентам знания по расчету и конструированию
экологичных зданий и сооружений, по учету требований экологии при расчете и
конструировании железобетонных и каменных конструкций зданий и инженерных
сооружений, наряду с общими сведениями по расчету и конструированию
железобетонных и каменных конструкций. Предлагается такое содержание учебного
курса: Основы применения конструкций в экологичном строительстве; Конструкционные
материалы и их экологичность, цикл жизни; Основы расчета по предельным состояниям;
Железобетонные плоские и ребристые перекрытия; Железобетонные колонны и стены;
Железобетонные
оболочки.
Природоподобие;
Железобетонные
фундаменты;
Экологичные малоэтажные здания из железобетона и камня; Экологичные многоэтажные
железобетонные здания; Железобетонные подземные здания; Железобетонные здания на
территориях со сложным рельефом; Экологичные подпорные и шумозащитные стены;
Экологичные берегоукрепительные сооружения; Экологичные железобетонные
путепроводы, пешеходные мосты.
В широкий круг задач экологичного строительства и природоохранного обустройства
территорий входят застройка и обустройство территорий с учетом сохранения и
восстановления природы и повышения качества среды жизни в городах. «Обустроить» в
первоначальном значении (из словаря русского языка) – значит оборудовать с целью
подготовки к эксплуатации. Природоохранное обустройство территории – это,
следовательно, природоохранная застройка территории при ее градостроительном
освоении и эксплуатации, с охраной и сохранением природы строительными средствами,
в том числе и решениями зданий и сооружений, что ведет к повышению качества среды
жизни, к устойчивости развития. Экологичное строительство, природоохранное
обустройство территорий позволяет строить с учетом сохранения природы, с
использованием экологичных градостроительных, строительных, архитектурных
решений. Среди задач экологичного строительства и природоохранного обустройства –
полифункциональное строительство, сбережение почвенно-растительного слоя при
застройке (надземное и подземное строительство), сохранение хороших ландшафтов от
застройки путем возведения зданий на неудобъях, проектирование экологичных
инженерных сооружений, решение проблем застройки переуплотненных центров городов
путем возведения полифункциональных зданий.
Одним из важных направлений создания экологичных зданий и инженерных
сооружений является полифункциональность, заключающаяся в том, что здания и
инженерные сооружения служат нескольким (более одной) целям, совмещенным в
пространстве или во времени. Полифункциональное использование зданий – это
использование одних и тех же зданий для нескольких различных функций, в том числе и в
разное время. Полифункциональное использование позволяет объединить различные
функции на одной и той же территории (жилые, общественные здания, производственные,
транспортные объекты, офисы, и пр.). Полифункциональное использование зданий дает
возможность объединить различные функции в одном здании – например, сделать здания
экологичными, энергоактивными, энергосберегающими, озелененными, экономящими все
ресурсы. При полифункциональном использовании предусматривается применение
принципа полифункциональности в ходе проектирования и эксплуатации объектов на всех
уровнях – от городов и крупных территорий, вплоть до отдельных зданий и инженерных
сооружений, в том числе как при новом строительстве, так и при реконструкции.
Направления полифункциональности при строительстве таковы: интенсификация,
многослойность
(ярусность),
разновременность
(регулирование
времени).
Интенсификация связана с увеличением эффективности использования участка, с поиском
лучших технологических и функциональных решений (например, изменяя этажность
зданий).
При
многослойности
используется
развитие
по
вертикали,
–
полифункциональные многоэтажные и многоярусные здания с разными функциями. Сюда
входят многоуровневые транспортные узлы, подземные сооружения, которые не
нуждаются в дневном свете, например гаражи, стоянки, автострады, железные дороги в
туннелях, подземные культурные центры и музеи, крыши существующих зданий для
создания кровель-газонов, садов, нового жилья, и т.д. При регулировании времени
используют территорию или объект для выполнения более одной функции в любой
момент времени, и для различных функций в разное время (дня, месяца, года). В круг
полифункциональных экологичных зданий входят здания, которые наряду с выполнением
основной функции сберегают природу; здания с совмещением жилых, производственных
и др. функций; здания, совмещенные с озеленением, здания – зеленые холмы;
энергосберегающие и энергоактивные здания; здания с использованием природных
энергосберегающих технологий; здания, стойкие к катастрофическим воздействиям;
здания, совмещенные с инженерными конструкциями; здания с интеллектуальными
системами.
Одним из эффективных направлений полифункциональности является совмещение
функций по месту. Для территории это означает, что на ней возводят два и более объекта,
занимающих эту одну территорию и при этом выполняющих различные функции (эти
объекты могли бы функционировать и как отдельные здания и сооружения на отдельных
территориях). В число таких решений может войти: полифункциональное подземное
строительство в центре города и в других местах, испытывающих дефицит территорий;
совмещение подземных сооружений с торговыми и другими (подземные магазины, кафе,
и пр.); совмещение наземных и подземных зданий и сооружений для экономии площади
застройки; использование надземного строительства (здания и сооружения, поднятые
выше уровня земли для ее озеленения и для строительства на крутых склонах);
использование пространства над транспортными путями в городе, над реками, над
улицами и площадями, для возведения различных зданий и инженерных сооружений. Для
зданий и инженерных сооружений совмещение функций по месту может также означать:
совмещение зданий с устройствами для утилизации возобновимой энергии; использование
формы элементов зданий как усилителей эффективности устройств для утилизации
возобновимой энергии (с помощью, например, концентраторов ветрового потока, и др.);
совмещение зданий и инженерных сооружений (здания, одновременно выполняющие
функции подпорных стен; шумозащитные здания, и др.).
Полифункциональная застройка предусматривает сохранение ровных и удобных
территорий для создания парков, путем строительства на неудобъях (склонах, лощинах,
оврагах и т.д.). Малоэтажные террасные здания широко применялись в практике
строительства на горных склонах. Сейчас эти решения существенно расширены и
улучшены, повышена этажность, увеличен набор неудобий, пригодных для освоения. И,
наконец, не застраивать почвенно-растительный слой можно, возводя некоторые
сооружения на неглубоком шельфе, над водой и в подводном пространстве.
К экологичным зданиям можно отнести:
1. Полифункциональные здания, объединяющие жилые, офисные, торговые,
производственные и др. помещения.
2. Подземные и надземные здания, сохраняющие почвенно-растительный слой от
застройки; здания с развитой подземной частью; грибообразные здания с минимальной
площадью застройки, позволяющие уплотнять застройку; нависающие здания,
позволяющие сохранить старую уникальную застройку в центрах городов.
3. Озеленяемые здания, здания с кровлями-газонами, с вертикальным озеленением
стен, озеленяемыми садами по высоте зданий, с зимними садами.
4. Здания – «зеленые холмы» для равнинного города.
5. Визуально экологичные здания – с криволинейными стенами, с оболочками, с
криволинейными и нерегулярными оконными проемами, и др.
6. Здания, объединяющие функции зданий и инженерных сооружений (например,
подпорных стен, шумозащитных стен, коммуникаций).
7. Здания на неудобъях, в том числе оползнеудерживающие.
8. Энергоактивные и энергосберегающие здания.
9. Здания, противостоящие стихийным воздействиям.
10. Экологичные надводные, подводные и прибрежные здания.
11. Реконструируемые здания, позволяющие использовать старые конструкции с
экологизацией конструктивных решений и функций зданий (например, вместо
устаревшего цеха – офис или жилой дом, и т.д.).
Интересны направления экологизации конструктивных решений малоэтажных
зданий (рис. 1). Такие здания должны включать в себя зимний сад, расположенный с
южной стороны; они могут быть подняты на высоту одного этажа над поверхностью
земли, с озеленением пространства под зданием; они должны быть визуально
экологичными (криволинейными, с нерегулярными оконными проемами, с оболочками);
требование визуальной экологичности обязательно для малоэтажных зданий, так как они
полностью находятся в поле зрения жителя, в отличие от многоэтажных зданий.
Рис. 1. Конструктивные и планировочные решения экологичных малоэтажных зданий: а – план
дома с зимним садом; б – надземный дом с зимним садом в остекленном объеме под зданием;
в, г – здания из пересекающихся пространственных объемов; д – надземный дом; е – дом под
куполом со световыми проемами; ж – дом с криволинейными стенами под оболочками;
з – надземные здания с криволинейными стенами
Среди полифункциональных зданий, объединяющих в себе не менее двух
монофункциональных объектов – энергоактивные здания, функционально объединенные с
устройствами для утилизации солнечной, геотермальной, ветровой, и др. возобновимой
энергии; озеленяемые здания с использованием вертикального и горизонтального
озеленения на крышах, стенах, инженерных сооружениях, внутри зданий, с
выращиванием чистой органической продукции для употребления в пищу на
грунтозаполненных поверхностях чистого города; здания с широким использованием
природных энергосберегающих технологий для улучшения освещенности, вентиляции и
охлаждения воздуха, сбора и вторичного использования дождевой и «серой» воды из
ванн, очистки стоков, и пр.; здания, соединенные с устройствами, противостоящими
катастрофическим природным воздействиям (например, сейсмике, наводнениям, и пр.).
Экономически эффективно интенсивное полифункциональное использование
территорий в условиях крутых склонов (например, прибрежных территорий) - здания,
которые выполняют основные функции, и дополнительные – поддержание откоса грунта,
удержание оползня, функции коммуникационного здания на склонах. Интересны
полифункциональные здания, функционально совмещенные с инженерными
конструкциями (здания - подпорные стены, здания – шумозащитные экраны, здания –
мосты (пешеходный мост и торговый центр, и пр.), водонапорная или телевизионная
башня и ресторан, и т.д.; здания – озелененные холмы с использованием внутреннего
пространства под ними для коммуникаций, гаражей, и пр.). Получают распространение
новые интеллектуальные полифункциональные здания. В будущем могут найти
применение здания с широким совмещением производственных, сельскохозяйственных,
энергетических и других функций на одной территории (гелиофитозоотроны, и пр.).
Среди будущих решений – полифункциональные здания со сменой функций в разное
время суток, года (например, смена функций каждые 8 часов, то есть три раза в сутки:
днем – офис или учебное заведение, вечером – спортзал, ночью – ресторан).
Рис. 2. Некоторые экологичные инженерные сооружения: озелененная шумозащитная стена (а);
озелененная подпорная стена (б); озелененный путепровод и пешеходный мост (в)
Конструкции экологичных инженерных сооружений: экологичные инженерные
сооружения могут удовлетворять следующим требованиям: они должны быть
полифункциональными; одна из обязательных дополнительных функций – озеленение
грунтозаполненных объемов (рис. 2); они должны быть экономичными по расходу
материалов (их надо выполнять из пространственных конструкций); они должны быть
визуально экологичными (использование криволинейных форм, озеленения); в
допустимых случаях они должны предоставлять экологические ниши (убежища) для
местной флоры и фауны (например, подводные «скворечники» в берегоукрепительных
сооружениях).
К полифункциональным инженерным сооружениям относятся полифункциональные
мосты,
путепроводы;
озеленяемые
подпорные
стены;
полифункциональные
шумозащитные
стены;
полифункциональные
сооружения
башенного
типа;
полифункциональные берегоукрепительные сооружения; озеленяемые опоры освещения и
заборы; озеленяемые твердые покрытия стоянок и озеленяемые трамвайные пути;
полифункциональные многоярусные автодороги, стоянки автотранспорта: многоярусные
полифункциональные железные дороги, использование пространства над транспортными
путями в городе, над реками, над улицами и площадями, для возведения различных
зданий и инженерных сооружений; полифункциональные многоярусные мосты,
путепроводы (путепровод и зеленый коридор), полифункциональные экологичные
шумозащитные и подпорные стены; экологичные берегоукрепительные сооружения –
полифункциональные морские берегозащитные сооружения - коллекторы для роста мидий
и для биологической очистки морской воды; озеленяемые дымовые трубы и градирни;
озеленяемые
опоры
освещения;
полифункциональные
озеленяемые
заборы;
полифункциональные свалки; полифункциональные горные выработки для размещения
различных сооружений (зданий, стадионов, бассейнов, и пр.).
Предлагаемый учебный курс «Железобетонные и каменные конструкции в
экологичном строительстве и природоохранном обустройстве территорий» позволит
студентам применять экологичные решения и тем самым повысить качество среды жизни
в местах расселения. Возможно, в связи с привлечением внимания к решению
экологических проблем мест расселения, в будущем этот учебный курс станет
обязательным не только для студентов специальности «Природоохранное обустройство
территорий», но и для других специальностей.
Библиографический список
1. Бондаренко, В.М., Суворкин, Д.Г. Железобетонные и каменные конструкции. – М.:
Высшая школа, 1987. 384 с.
2. Тетиор, А.Н. Полифункциональные территории, здания и сооружения. – М.: ФГОУ
ВПО МГУП, 2008. 315 с.
2. Тетиор, А.Н. Архитектурно-строительная экология. – М.: «Академия», 2008. 362 с.
3. Тетиор, А.Н. Городская экология. – М.: «Академия», 2006. 332 с.