Глинобитные дома. По следам старых публикаций. Содержание.

Нубийские своды; возведение оптимального купола

При устройстве нубийских цилиндрических сводов, распространенных многие века в Верхнем Египте, опалубку не применяли. Своды выкладывали из саманного кирпича наклонными арками. На рисунке 1 изображен нубийский свод, которому уже 3200 лет.

Рис. 1 Древний нубийский свод

Он находится на территории храма Рамзеса II, возле Луксора. Изученные исторические постройки показали, что древние мастера при устройстве сводов применяли кирпич, который имел следующие размеры: ширина 15 см, длина 25 см и толщина 5-6 см. При незначительной массе кирпичи имели большую площадь опирания, которая препятствовала соскальзыванию кирпича, уложенного в наклонное положение. Угол наклона арки принимался непосредственно в момент ее устройства и находился в пределах 65—70° по горизонтали. Натурными испытаниями было доказано, что если угол наклона арки меньше указанного значения, то нижняя часть свода может разрушиться в процессе его кладки, а если угол наклона больше, то происходит соскальзывание кирпича.

Для нубийских сводов требуется одна или две вертикальные стены, которые служат опорой для наклонных арок. В качестве опоры может также служить центральная опорная арка, выложенная при помощи опалубки (рис. 2).

Рис. 2

При кладке сводов их форму рекомендуют выбирать таким образом, чтобы конструкция работала только на сжатие. Традиционный способ кладки нубийского свода был усовершенствован сотрудниками лаборатории FEB. Во-первых, в нижней части свода применяли кирпич размером 20x20x6 см, а в верхней части — кирпичи конической формы, с уменьшенной на 1,5 см стороной. Таким образом удалось сократить затраты труда и сэкономить раствор. Эмпирическим путем было доказано, что при кладке сводов на растворе оптимальной консистенции можно применять кирпич толщиной до 10 см. Это также приводит к экономии раствора и сокращает трудозатраты. Вторым усовершенствованием стало использование при кладке свода натянутых веревок для контроля его формы. Веревки натягивали от одной «опорной стены» к другой, но закрепляли только с одной стороны, при этом другой конец веревки пропускали через кольцо, и на него подвешивали камень. Благодаря грузу веревка в случае удара или толчка не рвется и ее натяжение не ослабевает. При устройстве наклонных арок рекомендуют кирпичи укладывать таким образом, чтобы они касались друг друга внутренними ребрами, а швы с наружной стороны свода укрепляют клиньями из обломков камня (рис. 3).

Рис. 3

Нубийский свод из грунтового кирпича размером 10x10x20 см, выложенный «в елку», представлен на рисунке 4. Его испытания, проведенные в лаборатории FEB, показали высокую устойчивость конструкции. Однако при производстве работ были приложены значительные усилия для соблюдения правильной геометрической формы свода, несмотря на то, что она сначала моделировалась.

Рис. 4

Афганские и персидские купола

В Афганистане куполообразные крыши возводят без применения опалубки. При этом плоские грунтовые кирпичи укладывают под углом 30° к горизонту. 5—6 строителей выкладывают покрытие здания размером 4X4 м за полдня.

При кладке арок грунтовые кирпичи соприкасаются нижними ребрами, а в верхний зазор вставляются клинья. Уложенные в распор на несхватившемся растворе кирпичи образуют устойчивую и прочную конструкцию, которая не разрушается от собственного веса, а также позволяет выдерживать нагрузку от работающих на ней специалистов. В лаборатории FEB созданы различные модели, доказывающие возможность применения этих способов возведения. Возможно также их сочетание с другими способами при покрытии зданий разнообразных геометрических форм (рис. 5).

Рис. 5 Покрытия глинобетонных зданий различных форм

На рисунке 6 изображена разновидность афганского куполообразного покрытия, которое раньше было широко распространено в Персии, поэтому его часто называют персидским куполом. Наклонные арки имеют опоры во всех четырех углах конструкции. На этой модели в верхней части представлены четыре сводчатых проема, которые служат в качестве приточной вентиляции.

Рис. 6 Персидский купол

Нубийские купола

Способ возведения нубийских куполов был известен в Верхнем Египте в течение тысячелетий. Грунтовый кирпич выкладывали в круговые ряды при помощи шаблона (рис. 7) под углом относительно центральной оси.

Рис. 7 Способ возведения нубийских куполов

Этот способ каменной кладки позволял избежать соскальзывания выложенных кирпичей и требовал применения специального клинообразного кирпича (рис. 8). Поскольку трудозатраты данного способа каменной кладки высоки, при возведении куполов кирпичи не разворачивали, а выкладывали радиально.

Рис. 8 Кладка нубийского купола

Нубийский купол можно выложить только сферической формы, что является главным недостатком. Кольцевые растягивающие напряжения в сферических куполах возникают в нижней секции. Поэтому при перекрытии больших пролетов следует дополнительно усиливать нижнее опорное кольцо стальными полосами или устраивать железобетонные кольцевые балки. В противном случае купол может разрушиться, как уже случалось на практике.

Группа « Development Workshop», Лозерт (Франция) возвела вышеописанным способом купола на несколь-ких жилых домах, административных и общественных зданиях в Нигере (рис. 9). При производстве работ вместо традиционного поворотного шаблона был использован поворотный шаблон с эксцентриситетом, благодаря чему достигнута форма, позволяющая избежать кольцевых растягивающих напряжений в нижней части конструкции. Тем не менее, эти напряжения могут возникнуть при устройстве больших оконных или дверных проемов.

Рис. 9 Возведение нубийского купола с помощью поворотного шаблона с эксцентриситетом

Купол оптимальной формы

Специалистами лаборатории FEB была усовершенствована технология возведения куполов. С помощью нового поворотного шаблона удалось избежать недостатков, возникающих при возведении куполов традиционным способом, а также добиться оптимальной формы купола без использования опалубки. При такой форме удается избежать как растягивающих, так и сжимающих кольцевых усилий. Методика получения данной формы описывается в статье 44 «Планировка и расчет сводчатых и куполообразных крыш».

Поворотный шаблон имеет направляющую рейку, которая располагается параллельно к поверхности возводимого купола и вращается по горизонтали. Направляющая рейка связана с вертикальной стойкой с помощью профиля таврового сечения. На фото ниже показано возведение купола с пролетом 7 м и высотой 6 м с помощью поворотного шаблона в университете г. Касселя (Германия), в 1992 г.

Рис. 10 Возведение купола оптимальной формы с помощью поворотного шаблона

На вершине купола установлен 16-сторонний световой фонарь в форме пирамиды. Толщина стенок купола составляет 20 см. Оптимальная форма купола была получена с помощью компьютерной программы, что позволило избежать кольцевых усилий.

Для того чтобы не допустить соскальзывания кирпичей в верхних рядах, их укладывали не прямо перпендикулярно поверхности купола, а с меньшим уклоном, из-за чего угол наклона верхнего ряда кладки на 20° меньше по сравнению с традиционным возведением куполов. Данный способ возведения имеет еще одно преимущество: звук не фокусируется. Грунтовые кирпичи конической формы изготовлены на прессе со специальным мундштуком.

Обжиг грунтовых куполов

Персидский архитектор Надер Халили возвел в Иране и США несколько грунтовых куполов, которые затем обжигали изнутри.

Применение четырех стихий — земли, воды, воздуха и огня при возведении зданий придает им некоторые недостатки. При сжигании бревен, веток и прутьев происходит выброс вредных веществ в атмосферу, при этом также затрачивается много энергии. Более того, огонь нельзя полностью контролировать, следовательно, данный процесс нельзя считать оптимальным. В результате неравномерного нагревания кирпича могут появиться трещины, что в свою очередь может привести к потере прочности конструкции. К тому же большинство пор в кирпиче при обжиге закрывается, при этом способность материала поглощать и отдавать влагу значительно уменьшается, следовательно, теряется главное преимущество глинобетона как строительного материала.

Глинобитные дома. Все документы