219.

...stwierdziliśmy już, że zwykłe stropy belkowe i płytowe są nieefektywne oraz nieekonomiczne, ponieważ zastosowane w nich materiały wytrzymałe na rozciąganie, użyte po to, by zapewnić konstrukcji nośność na zginanie, są mniej powszechne niż materiały wytrzymałe wyłącznie na ściskanie — RACJONALNA KONSTRUKCJA (206), DOBRE MATERIAŁY (207), i że z tego powodu pożądane jest stosowanie sklepień wszędzie tam, gdzie to tylko możliwe. Ten wzorzec mówi o kształcie i konstrukcji sklepień. Opisane sklepienia pomogą zamknąć wzorce UKŁAD KONDYGNACJI I STROPÓW (210) oraz BELKI OBWODOWE (217) i, co najważniejsze, pomogą stworzyć ZRÓŻNICOWANĄ WYSOKOŚĆ POMIESZCZEŃ (190).

  O kształcie sklepienia decydują dwa ograniczenła. Otóż sufit przy krawędzi pomieszczenia nie może być niżej niż około 180 centymetrów, poza niektórymi pomieszczeniami na poddaszu; zaś wysokość sufitu na środku pomieszczenia powinna się zmieniać w zależności od jego wielkości: od 240 do 360 centymetrów dla dużych pomieszczeń, od 210 do 280 centymetrów w pomieszczeniach średniej wielkości i od 180 do 210 centymetrów dla najmniejszych wnęk i kątów — ZRÓŻNICOWANA WYSOKOŚĆ POMIESZCZEŃ (190).

  Z naszych rozważań na temat konstrukcji wiemy, że oparta na kole kopuła nie wytwarza żadnych momentów zginających, kiedy jej strzałka wynosi nie mniej niż od 13 do 20% własnej średnicy. (Zostało to ustalone na podstawie badań i testów konstrukcji powłokowych oraz potwierdzone przez nasze badania komputerowe). Dla pomieszczenia o szerokości 240 centymetrów wymagana strzałka sklepienia wynosi około 45 centymetrów, co daje całkowitą wysokość od 210 do 240 centymetrów na środku pomieszczenia. Dla pomieszczenia o szerokości 460 centymetrów wymagana strzałka sklepienia ma wartość od 60 do 90 centymetrów, co daje całkowitą wysokość od 240 do 300 centymetrów na środku pokoju.

  Tak się dobrze składa, że te wysokości sklepień dokładnie odpowiadają wymaganym wysokościom pomieszczeń. Dlatego możemy powiedzieć, że idealne sklepienie przestrzeni mieszkalnej to takie, które zaczyna się na wysokości od 180 do 210 centymetrów przy krawędzi i wznosi się o 13 do 20% długości krótszego boku pomieszczenia.

  Są różne sposoby wykonania kolistego czy eliptycznego sklepienia, które przykrywa kwadratowe lub prostokątne pomieszczenie.

  1. Jeden rodzaj sklepienia powstaje przez przerzucenie przekątniowych żeber od narożnika do narożnika pomieszczenia, a następnie przeciągnięcie prostych poziomych elementów konstrukcyjnych między żebrami.

  2. Innym rodzajem jest kopuła sferyczna, obcięta płaszczyznami ścian i wsparta w narożnikach.

  3. Jeszcze inne sklepienie wykorzystuje prostokątną siatkę żeber łukowych. Skrajne żebra są zupełnie płaskie, a centralne najbardziej wygięte. W efekcie każda część sklepienia jest wygięta w trzech wymiarach, a narożniki są lekko spłaszczone.

  Każde z tych trzech sklepień jest odpowiednie zależnie od okoliczności. Najłatwiej zaprojektować pierwszy rodzaj, ale z konstrukcyjnego punktu widzenia ma on pewną wadę: płaty powierzchni, z których się składa, są jednokrzywiznowe — wygięte tylko w jednym kierunku, ponieważ wykonano je z prostych elementów i dlatego nie mogą osiągnąć takiej wytrzymałości, jak sklepienia dwukrzywiznowe. Najtrudniej zaprojektować drugie sklepienie, chociaż powstaje ono w sposób naturalny z obcięcia formy sferycznej prostokątem. Gdyby wykonać sklepienie, używając jako formy balonu wciśniętego między belki wieńca, ten typ byłby najłatwiejszy do zastosowania. W konkretnej technice budowlanej, którą stosowaliśmy dotąd, trzeci typ sklepienia jest najłatwiejszy w użyciu, ponieważ wyjątkowo łatwo jest ułożyć łukowe żebra tworzące formę. Sklepienie jest spłaszczone przy narożnikach, co może prowadzić do wystąpienia momentów zginających i wymagać zastosowania materiałów wytrzymałych na rozciąganie. Jednak przekonaliśmy się, że w wypadku lekkiego betonu sklepienie wymaga jedynie zbrojenia przeciwskurczowego, które i tak jest potrzebne.

  Opiszemy teraz bardzo prosty sposób wykonania sklepienia. Pamiętajmy, że uznaliśmy za bardzo istotne, żeby sklepienie było wznoszone stopniowo i żeby mogło być łatwo dopasowane do kształtu pokoju. Ta technika jest nie tylko tania i prosta. To także jeden z niewielu znanych nam sposobów dopasowania sklepienia do dowolnego kształtu pomieszczenia. Sprawdza się w wypadku pomieszczeń prostokątnych, w przybliżeniu prostokątnych oraz pomieszczeń o nieregularnych kształtach. Można je stosować w pomieszczeniach o dowolnej wielkości. Wysokość sklepienia może być zróżnicowana w zależności od tego, jaką pozycję zajmuje ono w ogólnym układzie wysokości sufitów i stropów w całym budynku — ZRÓŻNICOWANA WYSOKOŚĆ POMIESZCZEŃ (190), KONSTRUKCJA WYNIKA Z PRZESTRZENI SPOŁECZNYCH (205), UKŁAD KONDYGNACJI I STROPÓW (210).

  Najpierw rozmieść listwy — osiowo co 30 centymetrów w jednym kierunku, od jednej belki wieńcowej do przeciwległej, wyginając każdą listwę tak, by utworzyć odpowiedni kształt sklepienia. Następnie wpleć listwy w drugim kierunku, także osiowo co 30 centymetrów. W ten sposób powstanie rodzaj kosza. Listwy mogą być przybijane bezpośrednio do formy (deskowania) wieńca otaczającego pomieszczenie. Przekonasz się, że kosz jest bardzo mocny i stabilny.

  Teraz rozciągnij na listwach tkaninę jutową, mocując ją tak, by ściśle do nich przylegała. Pokryj jutę grubą powłoką poliestrowej żywicy, w ten sposób ją usztywniając.

  Powłoka z juty i żywicy jest na tyle mocna, że może utrzymać warstwę od 2,5 do 5 cm lekkiego betonu. Przygotowując ją, połóż na usztywnionej tkaninie warstwę siatki drucianej jako zbrojenie przeciwskurczowe. Następnie nałóż kielnią warstwę lekkiego betonu o grubości 2,5—5 cm. Ponownie użyj bardzo lekkiego betonu o gęstości 640—960 kg/m³, opisanego we wzorcu DOBRE MATERIAŁY (207).

  Łupina, która powstanie w ten sposób, jest na tyle mocna, by wspierać resztę sklepienia i podłogę kondygnacji znajdującej się wyżej.

  Pozostała część sklepienia nie powinna być wylewana dopóty, dopóki nie powstaną wszystkie krawędzie i słupy wyższej kondygnacji i dopóki nie położono przewodów instalacji SŁUPY SKRZYNKOWE (216) i PRZESTRZEŃ NA PRZEWODY (229). W celu odciążenia sklepienia należy zmniejszyć ciężar nawet bardzo lekkiego betonu, wprowadzając weń 50% pustek i przewodów. Można zastosować każdy rodzaj wypełnienia: puszki po piwie, butelki po winie, rury głosowe, instalacyjne, kawałki poliuretanu. Pustki można też wykonać tak jak same sklepienia, formując łuki z listew między słupami, a następnie rozciągając tkaninę jutową od tych łuków do kopuły. Rysunek na poprzedniej stronie pokazuje kolejność poszczególnych czynności.

  Sklepienie o wymiarach 490 na 610 centymetrów w rzucie, podobne do pokazanego na naszych fotografiach, zostało poddane komputerowej analizie metodą elementów skończonych. Założono, że beton to perlit o gęstości masy 640 kg/m³, którego zbadana wytrzymałość na ściskanie wynosi 2,1 N/mm². Z kolei wytrzymałość na rozciąganie wynosi 0,238 N/mm², a na zginanie — 2,80 kNm. Te wartości oparte są na założeniu, że beton nie jest zbrojony. Ciężar własny przyjęto jako 960 kg/m³, przy założeniu 50% pustek w pachach sklepienia. Przyjęto też, że obciążenie użytkowe to 235 kg/m².

  Zgodnie z analizą komputerową, przy założonych obciążeniach, największe naprężenia ściskające w tej kopule występują w profilu podparcia, na środku wszystkich czterech boków, i wynoszą 0,84 N/mm². Rozpór jest największy w punktach znajdujących się w jednej czwartej długości wszystkich boków i wynosi 770 kg. Maksymalne rozciąganie, wynoszące 0,224 N/mm², występuje w narożnikach. Największe zginanie osiąga wartość 1,1 kNm/m. Wszystkie te wartości nie przekraczają nośności sklepienia, a przy tym zbrojenie przeciwskurczowe dodatkowo wzmacnia sklepienie.

  Analiza dowodzi zatem, że chociaż badane sklepienie nie ma czystej formy (zawiera kwadratowe pola, które właściwie są zapadnięte w ramach całej konfiguracji kształtu sklepienia), jego zachowanie jako konstrukcji jest wciąż na tyle zbliżone do zachowania czystego sklepienia, że w gruncie rzeczy pracuje jak konstrukcja ściskana. Pojawiają się lokalnie niewielkie zginania, a miejsca w narożnikach kopuły są narażone na nieznaczne rozciąganie, ale siatka druciana, niezbędna przeciw skurczom betonu, przejmie obie te siły.

  Oto kilka innych sposobów wykonania takiego sklepienia.

  Na listwy kosza sklepienia można użyć zamiast drewna wielu innych materiałów: pasków sztucznego tworzywa, cienkich metalowych rurek, bambusa. Do usztywnienia tkaniny jutowej można wykorzystać inną żywicę niż poliestrowa. Jeżeli żywice są niedostępne, formę sklepienia można wykonać, umieszczając na splecionych listwach siatkę drucianą, na niej zaś tkaninę jutową nasączoną zaprawą murarską, która stwardnieje przed wylaniem betonu. Można także wykorzystać maty roślinne usztywniane klejem, a nawet papier mâché (masą papierową).

  Podobne sklepienie da się wykonać przy użyciu całkowicie odmiennych środków, na przykład powłok pneumatycznych czy balonów. Oczywiścłe można również wznieść sklepienia, stosując tradycyjne metody: budując je z cegieł lub kamieni na krążynach, tak jak powstawały piękne sklepienia gotyckich katedr, renesansowych kościołów i tym podobnych obiektów.

  Dlatego:

  Kiedy główne sklepienie jest już gotowe, zaznacz pozycje wszystkich słupów, które zostaną umieszczone na stropie ponad nim — OSTATECZNE ROZMIESZCZENIE SŁUPÓW (213). Wszędzie tam, gdzie słupy są oddalone o więcej niż 60 centymetrów od wieńca, wzmocnij sklepienie żebrami i dodatkowym zbrojeniem na siły pionowe.

  Rozmieść wszystkie górne słupy przed wylaniem stropu na sklepieniu. Dzięki temu w czasie zalewania stropu beton wypełni przestrzeń wokół baz słupów i mocno je zakotwi, podobnie jak słupy na parterze są zakotwione w fundamentach — FUNDAMENTY-KORZENIE (214).

  Aby wykończyć spodnią powierzchnię sklepienia, pomaluj ją lub otynkuj MIĘKKIE ŚCIANY WEWNĘTRZNE (235). Powierzchnię podłogi powyżej powoskiem i wypoleruj albo pokryj miękkimi materiałami — NAWIERZCHNIA PODŁOGI (233)...