220.

...jeżeli dach jest płaskim OGRODEM DACHOWYM (118), można go zbudować jak każde inne SKLEPIENIE STROPOWO-SUFITOWE (219). Ale kiedy dach jest spadzisty, zgodnie ze wzorcem OSŁANIAJĄCY DACH (117), trzeba zastosować nową konstrukcję, specjalnie dostosowaną do kształtu, który może objąć i ogarnąć przestrzeń.

  Z jakiegoś powodu jest to najbardziej emocjonalnie naładowane pytanie, które można postawić wobec konstrukcji budowlanej. W trakcie wszystkich naszych badań dotyczących wzorców nie napotkaliśmy żadnego innego wzorca, który wyzwoliłby tak wiele emocji i wzbudził tyle dyskusji. Grają tu rolę obrazy z wczesnego dzieciństwa, a także... uprzedzenia społeczne. Trudno wyobrazić sobie arabski budynek ze spadzistym dachem lub farmę w Nowej Anglii z rosyjskimi, cebulastymi kopułami wieńczącymi wieżyczkę. Trudno sobie wyobrazić, że ktoś, kto dorastał wśród spadzistych drewnianych dachów, będzie szczęśliwy pod kamiennymi stożkami trulli⁷.

  Z tego powodu w niniejszym wzorcu próbujemy ograniczyć nasze rozważania do zagadnień najbardziej zasadniczych. Postaramy się określić niezbędne cechy, które można uznać za niezmienne dla wszystkich dachów, niezależnie od społeczności i kultury, jednak na tyle głębokie, by pozwalały na bogaty dobór wariantów kulturowych.

  Podejmujemy nasze rozważania, zakładając, że nie ma żadnych ograniczeń wynikających z techniki lub dostępności materiałów. Zajmijmy się jedynie optymalnym kształtem dachu i najlepszym rozłożeniem materiałów. Mając w przybliżeniu prostokątny plan lub plan złożony z powiązanych ze sobą prostokątnych części, zastanówmy się, jaki jest najlepszy kształt skorupy dachu, żeby taki plan przekryć.

  Wymagania, które mają wpływ na kształt dachu, są następujące:

  1. Poczucie schronienia — OSŁANIAJĄCY DACH (117). Zgodnie z tym wymogiem, dach powinien przykrywać łącznie całe skrzydło (a nie każdy pokój z osobna); jakaś część dachu powinna być wyraźnie widoczna, czyli spadzista, z kolei inna część — płaska, tak by mogła być wykorzystana jako ogrody czy tarasy.

  2. Dach musi zdecydowanie obejmować przestrzeń mieszkalną, a nie tylko być usadowiony nad wszystkimi niżej położonymi pokojami — OSŁANIAJĄCY DACH (117). To oznacza, że w pobliżu krawędzi dach musi mieć dość strome nachylenie, ponieważ w przeciwnym razie nie uzyska się wystarczającej wysokości użytkowej. W związku z tym należy zastosować kopułę o przekroju eliptycznym, sklepienie kolebkowe (które zaczyna się pionowo w górę przy krawędzi) lub dach o bardzo stromym spadku.

  3. W planie każdy dach jest w przybliżeniu prostokątem ze sporadycznymi wariacjami. To wynika z konieczności podporządkowania dachóW funkcjonalnemu rozwiązaniu planu — UKŁAD DACHÓW (209).

  4. Kształt dachu musi być spokojny, to znaczy, że można go zastosować w każdym układzie planu. Nie powinien być zanadto wydumanym rezultatem manipulacji kształtem — powinien dać się wygenerować z kilku prostych linii wynikających z planu — KONSTRUKCJA WYNIKA Z PRZESTRZENI SPOŁECZNYCH (205).

  5. Względy konstrukcyjne przemawiają za utworzeniem zakrzywionej łupiny, kopuły lub sklepienia, żeby — na ile to możliwe — wyeliminować zginanie — RACJONALNA KONSTRUKCJA (206) i DOBRE MATERIAŁY (207). Oczywiście jeśli drewno, stal lub inne materiały wytrzymałe na rozciąganie są dostępne, ten warunek może ulec złagodzeniu.

  6. Dach powinien być wystarczająco stromy, żeby w rejonach, w których występują opady, deszcz i śnieg spływały po nim. Oczywiście ten aspekt jest uzależniony od klimatu.

  Opisane wymagania wykluczają następujące rodzaje dachów:

  1. Dachy płaskie. Płaskie dachy, z wyjątkiem OGRODU DACHOWEGO (118), zostały już wykluczone ze względów psychologicznych (zobacz wzorzec OSŁANIAJĄCY DACH (117)) oraz, oczywiście, konstrukcyjnych. Płaski dach jest konieczny tam, gdzie ludzie będą po nim chodzić, ale jest to nieracjonalna konstrukcja podlegająca zginaniu.

  2. Dachy pochyłe. Dachy pochyłe również wymagają materiałów, które mogą przenosić momenty zginające. Najbardziej popularny materiał stosowany do budowy takich dachów — drewno — staje się trudno dostępny i kosztowny. Jak powiedzieliśmy we wzorcu DOBRE MATERIAŁY (207), uważamy, że drewno powinno się zarezerwować do wykończenia powierzchni, a nie używać jako materiału konstrukcyjnego, z wyjątkiem rejonów obfitujących w ten surowiec. Dachy spadziste muszą też być bardzo strome, by pomieścić przestrzenie mieszkalne zgodnie z wymogami wzorca OSŁANIAJĄCY DACH (117), i dlatego należy je uznać za nieracjonalne.

  3. Dach brogowy i dach mansardowy. Te dachy zamykają przestrzeń mieszkalną bardziej racjonalnie niż dachy spadziste. Jednak mają te same mankamenty, gdy chodzi o konstrukcję.

  4. Kopuły geodezyjne. Kopuły kryją zasadniczo przestrzenie na planie kołowym i dlatego nie są użyteczne w swojej zwykłej formie — KASKADA DACHÓW (116), KONSTRUKCJA WYNIKA Z PRZESTRZENI SPOŁECZNYCH (205). W zmodyfikowanej formie, która powstaje po rozciągnięciu podstawy kopuły do kształtu zbliżonego do prostokąta, ten rodzaj dachu staje się mniej więcej zgodny z rodzajem sklepień określonym przez ten wzorzec.

  5. Siatki linowe i namioty. W dachach tego typu stosuje się materiały wytrzymałe na rozciąganie zamiast wytrzymałych na ściskanie, nie spełniają więc wymagań DOBRYCH MATERIAŁÓW (207). Są również bardzo nieefektywne, jeśli chodzi o zamykanie przestrzeni mieszkalnej, i dlatego nie spełniają wymagań wzorca KONSTRUKCJA WYNIKA Z PRZESTRZENI SPOŁECZNYCH (205).

  Do dachów spełniających wszystkie wymagania należą wszelkie rodzaje prostokątnych sklepień kolebkowych lub łupin, kołowych i ostrołukowych, zakończonych pionowymi szczytami lub uciętych skośnie, mających różne przekroje poprzeczne. Prawie każda z tych łupin będzie w dalszym ciągu wzmocniona dodatkowymi fałdami wzdłuż łuku sklepienia. Poniżej przedstawiono przykłady możliwych przekrojów poprzecznych. (Zauważ, że na rysunku nie uwzględniono płaskich dachów — OGRODY DACHOWE (118), zbudowanych na SKLEPIENIACH STROPOWO-SUFITOWYCH (219)).

  Opracowaliśmy wiele przykładów sklepień dachowych, które są dość podobne do dachu pochyłego, ale z krzywizną na tyle wypukłą, żeby wyeliminować siły zginające. Niektóre ze sklepień są bardzo zbliżone do sklepień kolebkowych. Jedno jest pokazane na sąsiedniej stronie; drugie na zdjęciach poniżej.

  Sklepienie dachowe budujemy bardzo podobnie jak sklepienia stropowe:

  1. Najpierw nad skrzydłem, które ma zostać przykryte dachem, przerzuć pary listew, które na jednym końcu przybij gwoźdźmi do belki obwodowej, a obciąż na drugim końcu tak, żeby oba pręty lekko się wygięły.

  2. Jednocześnie poniżej tej ramki dachowej wykonaj ramkę sufitową, zgodnie ze wzorcem SKLEPIENIA STROPOWO-SUFITOWE (219).

  3. Powtarzaj takie ramki co 45 centymetrów, dopóki całe skrzydło nie zostanie nimi pokryte. Zewnętrzna rama będzie zawsze taka sama, a wewnętrzna — sufitowa — może się zmieniać w zależności od pomieszczeń pod nią.

  4. Teraz rozłóż tkaninę jutową na ramach sufitowych, następnie pokryj ją żywicą, potem czterocentymetrową warstwą bardzo lekkiego betonu — tak jak w wypadku SKLEPIEŃ STROPOWO-SUFITOWYCH (219).

  5. W kolejnym etapie rozciągnij tkaninę jutową na ramach dachu, przybijając ją do listew, tak by między żebrami powstały ośmiocentymetrowej głębokości zagłębienia w celu konstrukcyjnego sfałdowania powłoki. Następnie pomaluj jutę żywicą, rozłóż siatkę drucianą i połóż warstwę lekkiego betonu na całym dachu.

  Tego typu dach o rozpiętości 14,6 metra poddaliśmy komputerowej analizie metodą elementów skończonych, podobnej do tej opisanej w SKLEPIENIACH STROPOWO-SUFITOWYCH (219). Analiza pokazuje, że maksymalne naprężenie ściskające w membranie dachu wynosi 0,28 N/mm², maksymalna siła rozciągająca — 0,02 N/mm², a maksymalne poprzeczne naprężenie membrany, które wynika z maksymalnego ścinania wynoszącego 0,29 N/mm², jest równe 0,11 N/mm². Te naprężenia pozostają w zakresie nośności materiału. (Zobacz dopuszczalne naprężenia podane we wzorcu SKLEPIENIA STROPOWO-SUFITOWE (219)). Maksymalny moment zginający membranę wynosi 5,06 kNm, co przekracza wytrzymałość części niezbrojonych, ale ekstrapolacja z naszych danych pokazuje, że zbrojenie przeciwskurczowe, skądinąd niezbędne, swobodnie rozwiązuje ten problem. Dachy o mniejszych rozpiętościach, które tworzą SKRZYDŁA ŚWIATŁA (107), będą nawet bardziej wytrzymałe.

  Oczywiście istnieją dziesiątki innych sposobów wykonania sklepienia dachowego. Inne wersje obejmują zwyczajne sklepienia kolebkowe, struktury lamelkowe w formie sklepień kolebkowych, wydłużone kopuły geodezyjne (zbudowane z samych prętów), sklepienia z arkuszy plastiku, włókna szklanego lub blachy falistej.

  Niezależnie od metody, buduj swoje dachy zgodnie z opisanym poniżej niezmiennikiem, pamiętając, że leży on gdzieś pomiędzy Pałacem Kryształowym, kamiennymi sklepieniami Alberobello, glinianymi chatami w Kongo, konstrukcjami z trawy na wyspach południowego Pacyfiku i współczesnymi barakami z blachy falistej. Taki kształt jest konieczny zawsze wtedy, kiedy ma się do czynienia z materiałami pracującymi wyłącznie na ściskanie.

  Naturalnie, jeżeli masz dostęp do drewna lub stali i chcesz zastosować te materiały, możesz modyfikować opisany kształt, dodając elementy rozciągane. Uważamy jednak, że z upływem czasu materiały te będą coraz trudniej dostępne i że kształt zapewniający czyste ściskanie stopniowo będzie się stawał uniwersalny.

  Dlatego:

  Co pewien odcinek wzdłuż sklepienia pozostaw miejsce na LUKARNY (231) i zbuduj je tak, by były integralne ze sklepieniem. Wykonaj ZWIEŃCZENIA DACHU (232), a kiedy sklepienie jest już gotowe, wymaga pomalowania wodoodporną farbą lub dodania wodoszczelnej powłoki — SZCZELNE ŚCIANY ZEWNĘTRZNE (234). Można pomalować dach na biało, co będzie go chroniło przed słońcem. Zagłębieniami fałd spłynie woda deszczowa...