Проектирование деревянных домов-перевертышей и фундаментов к ним

В последнее время увеличился спрос на проектирование деревянных домов-перевертышей. Эти уникальные здания, в которых все установлено «вверх дном», не только производят большое впечатление на прохожих, но и позволяют по-новому взглянуть на традиционные загородное домостроение: дома-перевертыши используются не только как выставочные площадки или аттракционы, но и как обычные жилые дома.

Самые крупные из известных перевертышей-туристических объектов расположены во многих частях земного шара, в частности, во Флориде (США), Мацумото (Япония), Шимбарке, (Польша), Вене, Тироле, (Австрия), Гамбурге (Германия), Киеве (Украина), Анталии (Турция). Есть они и в России – наиболее известный дом-перевертыш расположен в Москве: мультимедиа экспонат был установлен на ВДНХ близ павильона № 57 и с тех пор привлек огромное внимание публики. Успех объекта оказался настолько громким, что перевертыши стали появляться и в других регионах РФ.

Каркасное проектирование домов-перевертышей

Заказ на разработку проекта такого необычного дома поступил в проектный отдел компании «ГлавФундамент» из Оренбурга.

Одноэтажный дом площадью 60 м² (6х10) с мансардой-цоколем высотой 2 625 мм с каркасно-щитовыми стенами толщиной 120 мм. Строение состоит из веранды и внутреннего помещения. Его высота – 3 000 мм. Пол (потолок) – дощатый настил по деревянным балкам.

Вся конструкция закрепляется при помощи 22-х стальных колонн. Из-за перепада высот на месте проведения строительно-монтажных работ их длина будет варьироваться от 2 520 до 3 000 мм. Площадь подошв опоры 360х360 мм. Общий вес всех элементов конструкции – 13 тонн.

Заказчик предоставил в проектный отдел геолого-литологическое описание горных выработок, поэтому специалисты работали с точными данными о составе грунта в 13 десятиметровых скважинах. На проектной глубине залегал песок серовато-коричневый, средней крупности, средней плотности, полимиктовый, средней степени насыщения водой, идеально подходящий для восприятия нагрузок.

Так как при перепаде высот увеличивается горизонтальное воздействие на фундамент, под объект были рекомендованы сваи винтовые для сезоннопромерзающих грунтов как однолопастные, так и многолопастные со следующими конструктивными и геометрическими параметрами:

• диаметр лопастей – 250-400 мм;

• толщина лопастей – 6 мм;

• конфигурация лопастей – для песчанистых грунтов;

• диаметр ствола – 76-108 мм;

• толщина стенки ствола – 4 мм;

• длина ствола – 5 600 мм.

При значительных горизонтальных нагрузках было предусмотрено применение элемента сопротивления боковым нагрузкам (ЭСБН), исполнение 6.

Благодаря включению в работу сваи данной конструкции околосвайного массива грунта она лучше воспринимает все типы воздействия (вдавливающие, выдергивающие, горизонтальные и динамические нагрузки).

Выбор толщины металлопроката обусловлен слабой степенью агрессивности грунтов площадки строительства по отношению к металлоконструкциям (данные получены в ходе измерений коррозионной агрессивности грунтов (КАГ). Для уточнения правильности подбора данного параметра после выполнения расчета срока службы свай в грунте была выполнена проверка соответствия остаточной толщины стенки ствола проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

На этапе проектирования также были индивидуально подобраны такие параметры винтовых свай как расстояние между лопастями, конфигурация, шаг и угол наклона лопастей.

Необходимость расчета межлопастного расстояния, шага и угла наклона лопастей обусловлена сложной зависимостью этих параметров от грунтовых условий и характера нагрузок от строения. Более подробно о специфики расчета конструкции двухлопастных свай в статье «Особенности расчета двухлопастных винтовых свай».

Подбор конфигурации лопасти, соответствующей грунтовым условиям площадки строительства, позволяет минимизировать нарушения структуры грунта в процессе установки винтовой сваи, что обеспечивает соответствие несущей способности (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей винтовых свай»).

Расчеты были выполнены в системах автоматизированного проектирования (САПР), базирующихся на методе конечных элементов (МКЭ).

Дополнительно была учтена возможность устройства заземления объекта с использованием винтовых свай с диаметром ствола 57 мм.