Как построить башню из кирпича

Обновлено: 28.04.2024

Тренд на круглые дома в загородном строительстве набирает обороты. Они заметно отличаются необычным внешним видом, а по части функциональности не уступают традиционным коробкам с острыми углами, в чем-то даже превосходя их.

Разбираемся на примере нескольких архитектурных проектов в плюсах и минусах круглых домов.

Преимущества круглых загородных домов

В природе не бывает прямых углов, поэтому еще с древности плавные формы привлекали людей своей естественностью. Но индейские вигвамы или монгольские юрты строились круглыми не только из-за эстетических соображений.

Древним племенам и кочевникам нужны были безопасные и надежные жилища, а круглые стены не боялись сильного ветра. Ко II веку нашей эры, когда люди уже научились производить довольно сложные инженерные расчеты, круглые здания можно было строить без дополнительных опор по центру. Вспомните хотя бы купол римского Пантеона.

Сегодня, помимо высокой устойчивости к ветровым нагрузкам и неординарного внешнего вида, можно выделить еще несколько преимуществ круглых домов.

Экономия при строительстве. Из-за отсутствия прямых углов по расходу материалов и объему работ круглый дом обходится дешевле, чем обычный прямоугольный с той же полезной площадью. Часто такая экономия достигает 15–20 %.

Снижение затрат на отопление. Внутри круглого дома воздух циркулирует свободно и распределяется равномерно по объему здания, поэтому его температура везде одинакова. Потери тепла через стены и крышу снижаются на 30 %.

Обилие естественного света. В помещении без углов свет, как и воздух, распространяется равномерно, в комнатах нет темных участков. Окна же можно установить так, чтобы зимой в доме было максимально светло. А это экономия на электроэнергии.

Недостатки круглых зданий

Нагрузки в круглых домах распределяются не линейно, поэтому внутри возводится центральная опорная колонна или внутренняя стена, на которые и приходится основная нагрузка. Такой подход требует точных расчетов, который могут сделать только строители-профессионалы. Кроме того, у круглых домов есть еще несколько недостатков.

Первый минус – окружность тяжело вписать в квадратный участок, поэтому на нем могут образоваться криволинейные углы, которым будет сложно найти рациональное применение.

Второй недостаток – большая часть мебели и технического оборудования требуют прямоугольной организации пространства и ровных стен. Жильцы круглого ограничены в выборе размеров и форм предметов интерьера.

Третий минус – строительный рынок ориентирован на линейные формы. Перед раскроем некоторых материалов необходим особенно тщательный расчет, иначе отходов на объекте будет слишком много.

При строительстве дома любой формы нужно держать в голове огромное количество подобных нюансов, поэтому работу лучше доверить профессионалам.

Найти добросовестных исполнителей нелегко и специально для тех, кто кто только собирается строить свой дом, эксперты Wienerberger подготовили бесплатный онлайн-курс « Школа нового дома ». В нем вы узнаете о том, на что обращать внимание при выборе строительной компании, а также о всех тонкостях возведения дома – от кладки стен до обустройства кровли.

Из чего строят круглые дома

Для постройки подходят практически любые материалы, пригодные для обычных домов, например, дерево. Чаще всего купольные дома строят по каркасной технологии и кажется, что уж из крупноформатных блоков круглую форму получить не получится. Но на самом деле из керамических блоков подходят для решения этой задачи и даже имеют такие свойства, которые будут особо выигрышны в строительстве круглых домов:

экономичность – размер одного блока равен 10–14 кирпичам в кладке, что уменьшает затраты на стройматериалы;
высокая теплопроводность – пористая структура блока обеспечивает комфортный микроклимат внутри дома. Стены дольше держат тепло зимой, а летом сохраняют прохладу внутри. В большинстве регионов России дома из керамики можно строить и вовсе без утеплителя.

В «Школе нового дома» возведению стен посвящен большой раздел. В нем без запутанной терминологии подробно рассказывается о том, какие бывают конструкции стен и есть чек-лист, по которому можно проверить качество работы бригады.

Этим летом в городе Слободском Кировской области частнику продали местную достопримечательность — водонапорную башню, которую больше ста лет назад возвел знаменитый вятский архитектор Иван Чарушин. В советское время в ней располагались магазины, а в начале 2000-х работало местное телевидение. Новый владелец планирует открыть там музей, а часть помещений перепрофилировать под гостиничные номера.

Таких сооружений по всей России очень много. Водонапорные башни можно найти и в больших городах — Москве, Екатеринбурге, Санкт-Петербурге, и в деревнях. Многие из них до сих пор выполняют свое прямое назначение. А этот пост о том, как они работают, какие типы башен бывают, ну и еще немного про судьбу Слободской.

Текст ниже — редакционная переработка одного из выпусков ток-шоу «Разберем на атомы», которое провел в августе Информационный центр по атомной энергии Кирова при поддержке нашей кировской Точки кипения при ВятГУ.

В нем приняли участие Анатолий Курбатов — новый хозяин Слободской башни, кандидат технических наук Денис Суворов, кандидат исторических наук Антон Касанов и инженер-проектировщик Александр Анущенко, рассказавшие про инженерные аспекты и архитектурные особенности водонапорных башен. Полную запись ток-шоу можно найти в описании мероприятия на Leader-ID.

История о том, как Анатолий Курбатов купил эту башню, тоже интересна, но, чтобы не загромождать текст, уберу ее под спойлер.

В 35 километрах от Кирова, на правом берегу Вятки, стоит небольшой городок — Слободской. Старинный купеческий город, в котором, к слову, родился автор «Алых парусов» Александр Грин. В прошлом именно отсюда уходили первые торговые экспедиции на Аляску. В городе есть ряд интересных старинных зданий, которые все еще напоминают о его купеческом прошлом.

Панорама Слободского: вид на Благовещенский храм и реку Вятку

Одно из таких зданий в 2015 году в рамках программы приватизации администрация города выставила на торги. Это была одна из визитных карточек города — старинная водонапорная башня, построенная в 1911 году, видное четырехэтажное здание по 50 квадратных метров на этаж. Начальная цена — 941 тысяча рублей. Вопреки ожиданиям, покупателей не было, исходную цену снижали несколько раз.

Когда новость дошла до Курбатова, он был поражен. Красивейшее здание, построенное одним из самых талантливых архитекторов России — Иваном Чарушиным, уходило буквально даром!

Та самая водонапорная башня в Слободском

Недолго думая, общественный активист Анатолий принял несколько импульсивное, но благородное решение — выкупить здание за собственные средства и отреставрировать. В пользу покупки говорил и ряд благоприятных обстоятельств. Несмотря на то что это сооружение — уникальный исторический памятник, официально башня не имела статуса ОКН («объект культурного наследия»). Это значительно упрощало процедуру оформления покупки. Если бы у объекта был этот статус, все реставрационные и ремонтные работы автоматически выросли бы в цене в несколько раз.

Перед тем как принять окончательное решение в пользу покупки, Курбатов посоветовался с друзьями, стараясь взвешенно оценить риски такого вложения. Что примечательно, никто не высказался против.

Поэтому Анатолий сделал первый взнос и за две недели оформил все необходимые документы. Цена сделки — 625 тысяч рублей.

Зачем нужны водонапорные башни

Идея водонапорных башен настолько простая и гениальная, что по сей день в самых разных местах планеты можно встретить современные сооружения, выполняющие те же функции. В начале XX века насосы, способные перекачивать воду по трубам, уже существовали и даже отчасти использовались в коммунальном хозяйстве. А вот изобретение гидравлических помп, работающих на электричестве, было настоящим достижением инженерии того времени. Ведь после их установки жителям не нужно было крутить ручку у колодца — вода сама поднималась по трубам и лилась в ведра. Однако для сооружения мощного городского водопровода производительности таких насосов было недостаточно. Почему же не построить систему для прокачки воды с более мощным насосом? Теоретически это было возможно, но экономически нецелесообразно.

Другая проблема, которая послужила стимулом для создания технологии водонапорных башен, заключалась в том, что люди используют воду крайне неравномерно. Ранним утром, когда мы только-только просыпаемся, а также ночью, когда спим, вода особо не нужна. Возможно, есть один-два местных жителя, которые используют по каким-то причинам водопровод в это время, но это исключение.

Около 6–8 часов утра люди просыпаются, умываются, завтракают, и нагрузка на водопровод увеличивается. Ну а днем начинают работать предприятия, включаются системы полива, и потребление воды возрастает в несколько раз. И в этот момент при использовании маломощного насоса передача воды практически прекратится, так как он просто не будет успевать закачивать воду в систему.

Нецелесообразность использования мощных насосов была еще в том, что тогда не было «умных» контроллеров, которые бы следили за регулировкой мощности. Если взглянуть на конструкцию насосных систем, используемых в большинстве старых водонапорных башен, можно увидеть, что старые насосы имеют всего два режима работы — «включено» и «выключено». А это означает, что мощный насос очень нерационально расходовал бы ресурсы.

Самый большой горизонтальный насос с разъемным картером, изготовленный индийской компанией Kirloskar Brothers Limited (KBL). Способен создавать поток 7000 литров в секунду при напоре 27,5 метра

В итоге водонапорные башни стали быстро возводить в самых разных местах.

Водонапорная башня в Зарайске, 1916 год

Водонапорная башня архитектора Геппенера в Москве, 1901 год

Что находится внутри водонапорной башни

В верхней части башни размещается большой резервуар для воды. Уровень, на который устанавливается этот бак, должен быть выше самого высокого здания, в которое будет подаваться вода. Разница высот очень важна, поскольку весь принцип работы водонапорной башни основан на давлении, которое создает столб жидкости.

К резервуару ведут трубы от насосной станции, где обычно используют маломощный насос, постепенно наполняющий резервный бак.

Функциональность водонапорных башен проста. Однако если мы посмотрим на архитектуру таких сооружений в Европе, особенно начала XX века, то увидим, что облик многих из подобных строений нередко напоминает средневековые замки.

Более современные башни могут иметь футуристический дизайн, как Ройхувуори в Хельсинки — одна из самых крупных водонапорных башен в мире.

Водонапорная башня Ройхувуори, 1977 г. В данный момент не эксплуатируется

Эта башня построена в виде гриба, ее максимальный диаметр — 66,7 м при высоте 52 м, а объем резервуара — 12 600 м 3 .

В США, где бизнес известен своим прагматизмом, даже старые водонапорные сооружения имеют строгий облик — резервуар с опорами. Ничего лишнего, никаких удорожающих «красот», лишь бы конструкция выполняла свое предназначение.

Водонапорная башня на крыше бывшего предприятия Ford в Омахе, штат Небраска

На территории России популярнее всего были так называемые башни Рожновского. Они не блещут изящным дизайном, но исключительно надежны, особенно учитывая наши суровые климатические условия.

Башня Рожновского сконструирована таким образом, что вода в ней не замерзает даже при –30 градусах по Цельсию. При этом очень важна правильная эксплуатация: при такой низкой температуре забор воды должен происходить со скоростью два резервуара в сутки. Если напор уменьшится, вода действительно превратится в лед.

Башня Рожновского и ее внутреннее устройство

При возведении водонапорных башен в старой России часто использовали комбинированные материалы — кирпич и древесину. Из кирпича, как из более прочного материала, строили ствол водонапорной башни, а из древесины — верхний этаж. Древесина была легче, а еще ее использование обуславливалось наличием в России холодных зим. Современные водонапорные башни, как и конструкция Рожновского, выполнены исключительно из металла.

Обычные водонапорные башни строили по полгода, но конструкцию Рожновского устанавливали в несколько раз быстрее. Башни возводили вдоль железнодорожных путей, потому что изначально их разработали, чтобы быстро заправлять водой паровозы. Согласно стандартам, срок эксплуатации такой башни — 30 лет, но благодаря надежной конструкции фактический срок службы намного больше.

Главные составляющие водонапорной башни Рожновского мало чем отличаются от прочих конструкций водонапорных башен: бак для воды, водонапорная металлическая опора, крышки бака с люком для осмотра. Толщина стенок ствола и купола таких водонапорных конструкций одинакова — около 5 мм. Конструкция башни Рожновского предусматривала вариант установки сразу двух резервуаров, расположенных по отношению друг к другу на разной высоте. Необходимость в использовании двух резервуаров могла возникнуть в том случае, если требовалось обеспечить несколько водонапорных сетей с разным напором воды в каждой. Максимальная высота башни редко превышает 30 метров.

Установка современной водонапорной башни

На внутренней стенке резервуара приварены скобы льдоудерживателя, а также скобы для спуска обслуживающего персонала. Для подъема на башню используют наружную лестницу с предохранительным ограждением.

Раз в три-четыре года необходимо проводить плановое обслуживание — выявлять и заделывать трещины и течи, удалять ржавчину, делать дезинфекцию резервуара, красить, заменять крепежное металлическое кольцо.

Шуховская водонапорная башня в Полибино, Липецкая обл., 1896 г.

Из всех конструкций выделяется легендарная Шуховская башня. Владимир Шухов изобрел первые в мире гиперболоидные конструкции и придумал способ возведения сетчатых оболочек. Благодаря новой форме и технологии крепления такие металлические башни имели высокую прочность при меньшем весе. Сегодня о таких конструкциях вспоминают редко, тем не менее в разных городах все еще можно встретить водонапорные башни в узнаваемом «шуховском» стиле.

Лестница на «шуховской» башне

Плюсы и минусы

Водонапорные башни были очень удачным решением. Они имеют массу достоинств и до сих пор используются в тех районах, где необходимо обеспечить передачу воды по трубам при минимальном вложении средств.

Расчет давления в водонапорной башне может сделать даже школьник. Вначале следует определить высоту подъема воды, используя формулу h=n*h_э, где n — число этажей в здании, а h_э — высота этажа. Вспоминаем формулу Паскаля для определения давления на уровне Земли:

где ρ — плотность воды, g — ускорение свободного падения, а H — высота водонапорной башни. Так можно легко вычислить давление в водонапорной башне на любом этаже здания.

В современных зданиях напор воды обычно не превышает 6–8 атмосфер (по СНиП 2.04.01-85 от 0,3 до 6 атм для холодной и от 0,3 до 4,5 атм для горячей). Для зданий выше 40 метров дополнительно используются регуляторы давления (и вода может подаваться сверху вниз), а для высотных сооружаются целые технические этажи с насосными станциями.

Недостатки у башен тоже есть, хотя их немного. Главный минус — привязка к высоте. Как показывает опыт использования водонапорных башен, в населенных пунктах рано или поздно возводят все более высокие здания, для которых давления, создаваемого высотой труб в башне, уже недостаточно. Тут или новую башню нужно сооружать, или полностью пересматривать конструкцию водопровода. Так как оба решения слишком дорогие, обычно в таких случаях в высотных зданиях резервуар устанавливают прямо на крышу.

Башня в Новосибирске, 1938 г.

Водонапорные башни очень легко «приспосабливаются» в условиях нового времени. Старые сооружения проходят реконструкцию и превращаются в офисы или магазины. А еще лучше — в музеи, ведь многие из таких сооружений имеют богатую историю.

Ок, купил. А что теперь делать с «водокачкой»?

Курбатов признался, что поначалу ему было трудно принять сам факт того, что «все это» теперь его ответственность. Отныне ему нужно решать, как будет выглядеть здание и что в нем будет.

Удивительно, но еще тридцать лет назад, пока башня находилась в распоряжении АО «Кировские коммунальные системы», она выполняла свою основную функцию. Позже ее уже не использовали по прямому назначению и она много раз переходила из рук в руки. Когда-то тут располагался магазин «Охотник и рыболов», а в начале нулевых было представительство региональной телекомпании. О том, чтобы использовать водонапорную станцию по прямому назначению, речь не идет — в этом нет необходимости, да и технически это сделать сложно. Значит, нужно искать новые варианты использования сооружения.

Курбатов планирует разделить здание на две части. На нижних этажах открыть музей, а верхний, четвертый этаж, откуда открывается потрясающий вид на город, отдать под гостиницу с номерами для любителей романтики.

Что касается тематики музейной экспозиции, тут еще нет определенности. С одной стороны, музей может быть посвящен Ивану Чарушину — главному зодчему Вятской губернии. С другой — можно сделать современный музей водонапорных сооружений с интерактивными трехмерными презентациями, иллюстрирующими архитектуру водонапорных башен разных мест на планете.

Окончательное решение относительно будущего здания примут, когда отреставрируют фасад и начнут восстанавливать внутренние помещения. Все-таки выбор варианта — это вторично, а главное — спасти здание, остановить разрушение и вернуть ему былое очарование. К сожалению, известно много примеров, когда после небрежного ремонта и «восстановления» исторически ценных зданий, переданных властью в частную собственность, от первоначального облика не оставалось и следа. Но Анатолий решил, что приложит все усилия, чтобы спасти башню.

Уже проведено техобследование, составлена смета и опреден фронт работ. По предварительной оценке, на восстановление здания потребуется около 1,8 млн рублей.

Часть задач взяли на себя волонтеры. Прежде всего, необходимо было убрать поросль, включая ту, что покрывает верхний этаж здания. Такие случайно проросшие растения очень опасны: их корневая система медленно, но неуклонно разрушает здание. Другая большая забота — очистить дом от гор мусора, который там скапливался долгими годами, и вывезти его.

Все проблемы и вопросы: «как лучше организовать работы», «с какими подводными камнями можно столкнуться» и другие — приходится решать самостоятельно, потому что спросить просто не у кого. Если посмотреть на всю Россию, то окажется, что опыта по восстановлению объектов такого рода у нас не так много. Рассчитывать можно только на собственные силы. Впрочем, есть надежда на грант — как президентский, так и частных или госкомпаний, что существенно снизит собственные затраты.

Анатолий Курбатов на одном из этажей башни. Как видно, печное отопление все еще в строю

Для реставрации наружного фасада водонапорной башни Анатолий решил задействовать потенциал движения по восстановлению городской исторической среды Том Сойер Фест. Настойчивость членов этой группы в конце концов начала приносить плоды: сегодня у команды волонтеров появились более или менее постоянные спонсоры, в числе которых такие компании, как МТС, Stanley, Black & Decker, «Леруа Мерлен».

Еще одна немного подзабытая, но очень правильная традиция — субботники. На настоящий момент новый владелец уже провел несколько таких мероприятий, благодаря чему дело сдвинулось с мертвой точки. К слову сказать, позитивный пример всегда заразителен. Свою помощь предложили даже главный архитектор Слободского и глава департамента благоустройства города, много людей приехали из Кирова.

Вместо итогов

Современные насосные системы практически вытеснили водонапорные конструкции. Электроника и прочее оборудование, которое адаптирует работу насоса под условия, становятся «умнее» и постоянно удешевляются. Вероятно, со временем люди полностью откажутся от идеи использования водонапорных конструкций и встанет другая проблема: куда девать сооружение. Возможно, появятся экзотические хостелы с панорамным видом с последнего этажа, новые музейные экспозиции. Есть и другая тенденция: такие сооружения выкупают и переоборудуют под жилые дома. В Сети можно нагуглить море оригинальных историй, но они, наверно, заслуживают отдельного рассказа.

Нормандское завоевание Англии привело к буму в строительстве замков, но процесс создания крепости с нуля далеко не так прост.

Замок Бодиам в графстве Восточный Суссекс, основан в 1385 году

1) Тщательно выберите место для строительства

Крайне важно построить свой замок на возвышении и в стратегически важной точке.

Замки обычно возводились на естественных возвышениях, и обычно оборудовались связующим с внешним окружением звеном, таким, как брод, мост или проход.

Историкам редко удавалось найти свидетельства современников, касающиеся выбора места для строительства замка, но всё же они существуют. 30 сентября 1223 года 15-летний король Генрих III прибыл в Монтгомери со своей армией. Король, успешно проведший военную кампанию против уэльского принца Лливелина ап Иорверта, собирался построить в этой местности новый замок, чтобы обеспечить безопасность на границе своих владений. Английским плотникам дали задание подготовить древесину ещё за месяц до этого, но советники короля только сейчас определили место строительство замка.

Замок Монтгомери, когда его начали строить в 1223 году, расположился на возвышении

После тщательного обзора местности они выбрали точку на самом краю выступа над долиной реки Северн. По словам летописца Роджера Вендоверского, эта позиция «выглядела неприступной для любого». Также он отметил, что замок был создан «для безопасности региона от частых атак уэльсцев».

Совет: определите места, в которых топография возвышается над транспортными маршрутами: это естественные места для замков. Имейте в виду, что дизайн замка определяется местом постройки. К примеру, у замка на выступе обнажённых пород будет сухой ров.

2) Выработайте осуществимый план

Вам потребуется мастер-каменщик, умеющий рисовать планы. Также пригодится инженер, сведущий в оружии.

У опытных солдат могут быть свои идеи по поводу дизайна замка, в смысле форм его зданий и их расположения. Но вряд ли у них найдутся знания уровня специалистов по дизайну и постройке.

Для реализации идеи требовался мастер-каменщик – опытный строитель, чьей отличительной чертой было умение рисовать план. Разбираясь в практической геометрии, он использовал такие простые инструменты, как линейка, угольник и циркуль, для создания архитектурных планов. Мастера-каменщики представляли рисунок с планом здания для утверждения, а во время строительства контролировали его возведение.

Когда Эдвард II приказал построить башню в Нарсборо, он лично утверждал планы и требовал отчётов о строительстве

Когда Эдвард II в 1307 начал строить огромную жилую башню в замке Нарсборо в Йоркшире для своего фаворита Пирса Гавестона, он не только лично утверждал план, созданный лондонским мастером-каменщиком Хью Тичмаршевским – вероятно, сделанные в виде рисунка – но также потребовал регулярных отчётов о строительстве. С середины XVI века новая группа профессионалов, называемых инженерами, всё чаще начали брать на себя роль в разработке планов и возведении укреплений. У них были технические знания об использовании и мощности пушек, как для защиты, так и для нападения на замки.

Совет: планируйте бойницы для обеспечения широкого угла атаки. Придавайте им форму в соответствии с используемым оружием: лучникам с большими луками нужны большие откосы, арбалетчикам – поменьше.

3) Наймите большую группу опытных рабочих

Вам потребуются тысячи людей. И не обязательно все они придут по доброй воле.

Для строительства замка требовались огромные усилия. Документальных свидетельств о строительстве первых замков Англии с 1066 года у нас нет, но из масштабов многих замков того периода становится ясно, почему в некоторых хрониках утверждается, что англичане находились под гнётом строительства замков для своих норманнских завоевателей. Но с более позднего времени средних веков до нас дошли некоторые сметы с детальной информацией.

Во время вторжения в Уэльс в 1277 году король Эдуард I начал строительство замка во Флинте, северо-восточной части Уэльса. Возвели его быстро, благодаря богатым ресурсам короны. Через месяц после начала работ, в августе, на строительство привлекли 2300 человек, включая 1270 землекопов, 320 дровосеков, 330 плотников, 200 каменщиков, 12 кузнецов и 10 углежогов. Всех их согнали с окрестных земель под вооружённым эскортом, смотревшим, чтобы они не дезертировали со строительства.

Периодически к строительству могли привлекать иностранных специалистов. К примеру, миллионы кирпичей для перестройки замка Таттершолл в графстве Линкольншир в 1440-х одах поставил некто Болдвин «Docheman», или Dutchman, то есть, «нидерландец» – очевидно, иностранец.

Совет: в зависимости от размера рабочей силы и расстояния, которое ей пришлось преодолеть, возможно, понадобиться обеспечить им проживание на месте стройки.

4) Обеспечьте безопасность места строительства

Недостроенный замок на территории противника очень уязвим для атак.

Чтобы построить замок на вражеской территории, необходимо защищать стройку от атак. Например, можно обнести стройку деревянными укреплениями или невысокой каменной стеной. Такие средневековые системы защиты иногда оставались и после постройки здания в качестве дополнительной стены – как, например, в замке Бома́рис, строительство которого было начато в 1295 году.

Бома́рис (англ. Beaumaris, валл. Biwmares) — город на острове Англси, Уэльс.

Также важна безопасная связь с внешним миром для доставки стройматериалов и провианта. В 1277 году Эдуард I прорыл канал к реке Клюид прямо от моря и до места расположения его нового замка в Рюдлане. Внешняя стена, построенная для защиты места строительства, доходила до причалов на берегах реки.

Замок Рюдлан

Проблемы с безопасностью могут возникнуть и при кардинальной перестройке существующего замка. Когда Генрих II перестраивал Дуврский замок в 1180-х, все работы были тщательно распланированы так, чтобы укрепления обеспечивали защиту на всё время ремонта. Согласно сохранившимся указам, работа с внутренней стеной замка началась только, когда башня была уже достаточно отремонтирована для того, чтобы в ней могла дежурить стража.

Совет: стройматериалы для строительства замка большие и объёмные. Если это возможно, лучше перевозить их по воде, даже если для этого придётся построить док или канал.

5) Подготовьте ландшафт

При строительстве замка, возможно, придётся перемещать внушительное количество земли, что обходится недёшево.

Часто забывают, что укрепления замка строились не только за счёт архитектурных приёмов, но и за счёт проектирования ландшафта. На перемещение земли выделялись огромные ресурсы. Масштабы земельных работ норманнов можно признать выдающимися. К примеру, по некоторым подсчётам, насыпь, возведённая в 1100 году вокруг замка Плеши в Эссексе потребовала 24 000 человеко-дней.

Некоторые аспекты работы с ландшафтом требовали серьёзных навыков, особенно создание рвов с водой. Когда Эдуард I перестроил лондонский Тауэр в 1270-х, он нанял иностранного специалиста, Уолтера Фландерского, для создания огромного приливного рва. Рытьё канав под его руководством обошлось в £4 000, ошеломительную сумму, почти четверть стоимости всего проекта.

Гравюра XVIII века с планом лондонского Тауэра 1597 года показывает, сколько земли необходимо было передвинуть для постройки рвов и валов.

С повышением роли пушек в осадном искусстве земля стала играть ещё более важную роль в качестве поглотителя пушечных выстрелов. Что интересно, опыт в перемещении больших объёмов земли позволил некоторым инженерам, специалистам по укреплениям, найти работу в качестве дизайнера садов.

Совет: сократите время и затраты, выкапывая каменную кладку для стен замка из рвов вокруг него.

6) Заложите фундамент

Тщательно воплотите план каменщика в жизнь.

Используя верёвки нужной длины и колышки было возможно обозначить фундамент здания на земле в натуральную величину. После того, как были выкопаны канавы для фундамента, начиналась работа над каменной кладкой. Для экономии ответственность за стройку возлагалась на старшего каменщика вместо мастера каменщика. Кладки в средневековье обычно измеряли в родах, один английский род = 5,03 м. В Уоркуэрте в графстве Нортамберленд одна из сложных баше стоит на решётке из родов, возможно, в целях подсчёта расходов на строительство.

Замок Уоркуэрт [Warkworth]

Часто строительство средневековых замков сопровождалось подробной документацией. В 1441-42 годах башня замка Татбэри в Стэффордшире была разрушена, и на земле был составлен план её преемника. Но князь Стэффорда по какой-то причине остался недоволен. Мастер каменщик короля, Роберт из Уэстерли, был отправлен в Татбэри, где провёл совещание с двумя старшими каменщиками для разработки новой башни на новом месте. Затем Уэстерли уехал, и в последующие восемь лет небольшая группа рабочих, включая четырёх младших каменщиков, строила новую башню.

Старших каменщиков могли привлекать для подтверждения качества работы, как было в замке Кулинг в Кенте, когда королевский каменщик Генрих Йевель оценивал работы, проведённые с 1381 по 1384 года. Он раскритиковал отклонения от первоначального плана и округлил смету вниз.

Совет: не давайте мастеру каменщику обмануть себя. Заставьте его сделать такой план, чтобы по нему легко было составить смету.

7) Укрепите ваш замок

Закончите строительство сложными укреплениями и специализированными деревянными конструкциями.

До XII века укрепления большинства замков состояли из земли и брёвен. И хотя впоследствии преимущество отдавали каменным постройкам, дерево оставалось очень важным материалом в средневековых войнах и укреплениях.

Каменные замки подготавливали к атакам, добавляя специальные боевые галереи вдоль стен, а также ставни, которыми можно было закрывать промежутки между зубцами для защиты защитников замка. Всё это делалось из дерева. Тяжёлое вооружение, использовавшееся для защиты замка, катапульты и тяжёлые арбалеты, спрингалды, также строились из дерева. Артиллерию обычно разрабатывал высокооплачиваемый плотник-профессионал, иногда носивший звание инженера, от латинского «ingeniator».

Штурм замка, рисунок XV века

Такие эксперты были недёшевы, но могли в результате стоить своего веса золотом. Такое, например, случилось в 1266 году, когда замок Кенилуэрт (Kenilworth) в графстве Уорикшир сопротивлялся Генриху III почти шесть месяцев при помощи катапульт и водной защиты.

Существуют записи о походных замках, полностью сделанных из дерева – их можно было перевозить с собой и возводить по необходимости. Один такой был построен для французского вторжения в Англию в 1386 году, но гарнизон Кале захватил его вместе с кораблём. По описанию, он состоял из стены из брёвен 20 футов высотой и 3000 шагов длиной. Через каждые 12 шагов была 30-футовая башня, способная приютить до 10 солдат, а также в замке была неуказанная защита для стрелков.

Совет: древесина дуба с годами становится прочнее, а работать с ней легче всего, когда она зелёная. Верхние ветви деревьев легко перевозить и придавать им форму.

8) Обеспечьте воду и канализацию

Не забудьте об «удобствах». Вы оцените их по достоинству в случае осады.

Важнейшим аспектом для замка был эффективный доступ к воде. Это могли быть колодцы, снабжающие водой определённые здания, например, кухню или конюшню. Без подробного знакомства с средневековыми шахтами колодцев трудно отдать им должное. К примеру, в замке Бистон в графстве Чешир есть колодец глубиной в 100 м, верхние 60 м из которых выложены тёсаным камнем.

Существуют некоторые свидетельства существования сложных водопроводов, доставлявших воду в апартаменты. В башне замка Довер есть система из свинцовых труб, доставляющая воду по комнатам. Она питалась из колодца при помощи лебёдки, и, возможно, из системы сбора дождевой воды.

Эффективное устранение отходов человеческой жизнедеятельности было ещё одной проблемой разработчиков замков. Уборные собирались в одном месте зданий так, чтобы их шахты опорожнялись в одном месте. Они размещались в коротких коридорах, задерживавших неприятные запахи, и часто оборудовались деревянными сиденьями и съёмными крышками.

Комната для раздумий в замке Чипчейз

Сегодня распространено мнение, что уборные раньше называли «гардеробами». На самом деле лексикон для обозначения туалетов был обширным и красочным. Их называли гонгами или гэнгами (от англосаксонского слова, обозначавшего «место, куда нужно сходить»), укромными уголками и джейками (французский вариант «джона»).

Совет: попросите мастера каменщика распланировать удобные и уединённые отхожие места вне спальни, следуя примеру Генриха II и замку Довер.

9) Украсьте по необходимости

Замок не только должен быть хорошо охраняемым – его жители, обладая высоким статусом, требовали определённого шика.

Во время войны замок должен быть защищаем – но он же служит и роскошным домом. Благородные господа средневековья ожидали, что их жилище будет как удобным, так и богато обставленным. В средние века эти граждане путешествовали вместе с обслугой, вещами и мебелью из одной резиденции в другую. Но домашние интерьеры часто обладали неподвижными декоративными особенностями, к примеру, витражными окнами.

Вкусы Генриха III в обстановке записаны очень тщательно, с интересными и притягательными деталями. В 1235-36 годах, к примеру, он приказал, чтобы его зала в замке Винчестер была украшена изображениями карты мира и колеса фортуны. С тех пор эти украшения не сохранились, но в интерьере остался хорошо известный круглый стол короля Артура, созданный, возможно между 1250 и 1280 годами.

Замок Винчестер с висящим на стене круглым столом короля Артура

Большая площадь замков играла важную роль в шикарной жизни. Парки создавались для осуществления охоты – ревностно охраняемой привилегии аристократов; также были востребованы и сады. Дошедшее до нас описание постройки замка Кирби Максло в Лестершире говорит, что его владелец, лорд Гастингс, начал разбивать сады в самом начале постройки замка в 1480.

В средние века также любили комнаты с красивыми видами. Одна из групп комнат XIII века в замках Лидс в Кенте, Корф в Дорсете и Чепстоу в Монмотшире была названа глориеттами (от фр. gloriette — уменьшительное от слова слава) за их великолепие.

Совет: интерьер замка должен быть достаточно роскошным для того, чтобы привлекать посетителей и друзей. Развлечения могут выигрывать битвы без необходимости подвергать себя опасностям боя.

Человеческое желание создавать все более крупные и впечатляющие сооружения ненасытно. Египетские пирамиды, Великая Китайская стена и Бурдж-Халифа в Дубае — самое высокое сооружение на сегодняшний день (828 метров) — все это результат работы людей, выжимающих максимум из инженерных возможностей своего времени. Однако высокие постройки — это не только памятники человеческим амбициям: они могут сыграть ключевую роль в развитии человечества в эпоху космического века.

Сегодня широко обсуждаются предложения о построении «космического лифта»: отдельно стоящей башни, способной достать до геостационарной орбиты Земли. Такая башня может стать альтернативой ракетному транспорту и значительно сократить энергетические затраты, необходимые для того, чтобы попасть в космос. Более того, мы можем представить появление многокилометровых космических мегасооружений, работающих на солнечной энергии, и, возможно, охватывающих целые планеты или даже звезды.

В последние годы инженерам удавалось строить сооружения гораздо больших размеров благодаря прочности и надежности современных материалов, в частности новых стальных сплавов. Но когда речь идет о мегасооружениях — постройках высотой тысячу километров и выше — поддержание безопасности и структурной целостности становится дьявольски сложной задачей. Это связано с тем, что чем выше сооружение, тем большее механическое напряжение оно испытывает из-за своих размеров и веса. («Механическое напряжение» возникает, например, когда вы что-нибудь растягиваете или сжимаете. «Прочность» — максимальное механическое напряжение, которое может выдержать здание перед тем, как начнет рушиться.)

Оказывается, биологический дизайн, появившийся в результате накопленного за почти четыре миллиарда лет опыта, может помочь в решении проблемы. До возникновения материаловедения инженерам приходилось наблюдать за природой в поисках необычных решений, способных преодолеть ограничения их материалов. Так, древние цивилизации строили свою военную технику, воссоздавая структуру сухожилий с помощью натянутых шкур животных. Полученный механизм мог растягиваться и сжиматься, чтобы запустить снаряд во врага. Но затем появились такие материалы, как сталь и бетон, которые оказались гораздо крепче и легче своих предшественников.

Все это привело к появлению поддисциплины «инженерия по надежности». Дизайнеры начали разрабатывать сооружения, которые были гораздо сильнее, чем максимально возможная нагрузка, для которой они предназначены, что означало, что механическое напряжение в материалах оставалось в диапазоне, где возможность поломки максимально мала. Но, согласно расчетам, как только сооружения превращаются в мегасооружения, подход, основанный на уменьшении рисков и повышении безопасности, накладывает предел на возможные размеры здания. Мегасооружения обязательно выжимают максимум из используемых материалов, что не позволяет сохранить механическое напряжение на допустимом уровне.

Однако в нашем организме ни кости, ни сухожилия не находятся в пределах допустимого риска. Фактически, они часто сдавливаются и растягиваются сильнее уровня, при котором материалы, из которых они состоят, по идее должны ломаться. Тем не менее части человеческого тела все равно более «надежны», чем того предполагает прочность материалов. Например, даже простой бег может нагружать Ахиллесово сухожилие более чем на 75% от предела его прочности, а тяжелоатлеты и вовсе нагружают поясничный отдел позвоночника на 90%, когда поднимают сотни килограммов.

Как биология справляется с такими нагрузками? Ответ заключается в том, что наше тело постоянно чинит и воспроизводит материалы, из которых оно состоит. Коллагеновые волокна в сухожилиях заменяются таким образом, что, пока некоторые из волокон повреждены, в целом сухожилие находится в сохранности. Это постоянное самовосстановление эффективно, незатратно, и может изменяться в зависимости от нагрузки. Конечно, все структуры и клетки в нашем теле постоянно заменяются; по некоторым оценкам, почти 98% атомов в человеческом теле сменяется в течение года.

Недавно мы применили эту парадигму самовосстановления на практике, чтобы узнать, возможно ли построить надежный космический лифт, используя доступные материалы. Предложенный нами дизайн основан на кабеле (тросе) длиной в девяносто одну тысячу километров, который берет начало в районе экватора и заканчивается в космосе, где будет находиться противовес. Трос будет состоять из связок параллельных волокон, повторяющих строение коллагеновых волокон в костях, но созданных из кевлара — материала, применяемого при создании бронежилетов. Используя сенсоры и программное обеспечение на основе искусственного интеллекта, можно будет воссоздать модель таким образом, чтобы была возможность математически предсказать, когда, где, и как разорвутся волокна. В таком случае, когда это произойдет, специальные роботы, передвигающиеся вдоль всего троса, смогут заменить их с учетом уровня повреждения и необходимого обслуживания, подражая чуткости биологического процесса. Несмотря на то, что башня будет подвергаться большему механическому напряжению, чем могут выдержать материалы, из которых она состоит, структура будет надежна и не потребует чрезмерных затрат на замену своих составляющих. Более того, необходимая прочность материала, которая требуется для поддержания устойчивости конструкции, была сокращена на впечатляющие 44%.

Кроме того, этот вдохновленный биологией подход к инженерному делу может быть полезен и на Земле — например, при строительстве мостов и небоскребов. «Бросая вызов» нашим материалам и оборудуя системы автономными механизмами замены и починки, мы можем как выйти за рамки существующих при строительстве ограничений, так и улучшить надежность будущих построек. Чтобы понять все плюсы работы с материалами, находящимися на грани своего лимита механического напряжения, взгляните на висячие мосты с их волнообразными железными канатами. Главная проблема, возникающая при увеличении протяженности такого моста, заключается в том, что при увеличении длины канатов увеличивается их масса — это приводит к тому, что они ломаются под собственным весом. Если канат натянут не более чем на 50% от своей предельной прочности, максимальная протяженность моста — четыре километра; но если увеличить напряжение растяжения до 90%, возможная протяженность значительно возрастет и может достичь более чем семи с половиной километров. Однако в таком случае, чтобы поддерживать безопасность моста, необходимо наладить процесс замены стальных волокон каната по принципу биологических систем.

Мегасооружения больше не научная фантастика. Описанное в Ветхом Завете падение Вавилонской башни никогда не останавливало людей. Мы продолжили строить и строим все больше, выше и быстрее, благодаря новым возможностям, что нам дарят наука и технологии. И все же, согласно стандартам классической инженерии по надежности, мы по-прежнему далеки от постройки сооружений высотой с космос. Нам необходимо использовать новую парадигму, которая концентрируется не столько на прочности материалов, сколько на присущем системам восстановительном потенциале. Далеко ходить за ней не нужно: достаточно просто изучить тот дар, что преподнесла нам окружающая нас биологическая жизнь. И поверьте, людям есть чему поучиться у долгой истории эволюции.

Оригинал : Aeon
Автор : Шон Сан и Дэн Попеску

Насколько целесообразно устанавливать индивидуальный накопительный бак? Как построить водонапорную башню на собственном участке? Какие формулы следует применять для расчёта диаметра трубы и расхода воды? Какой выбрать фундамент? Обо всём этом расскажет наша статья.

В предыдущей статье мы рассказали о конструкциях, типах и функциях водонапорных башен (ВБ). Когда речь идёт о водоснабжении целого района или посёлка, установка такого серьёзного сооружения безусловно оправдана. Но будет ли она полезна частнику?

В каких случаях целесообразна установка собственной водонапорной башни

При подключении к городскому водопроводу. Частный сектор с садами и огородами — стабильный и мощный потребитель воды, поэтому в пик сезона часто наблюдается падение давления в трубах.
При наличии значительных площадей, подлежащих поливу. Запас воды позволит обеспечить своевременный полив и выдержать технологию выращивания растений.
При занятии животноводством. Этот вид деятельности требует постоянного расхода чистой воды. В резервуаре вода будет отстаиваться и подогреваться естественным образом.
При нестабильном водо- и электроснабжении. Вы сможете наполнять собственную башню во время наилучшего давления (напряжения), например, ночью. Установка простой автоматики обеспечит работу системы водоснабжения в автономном режиме.
При использовании собственной скважины. ВБ позволит сэкономить электроэнергию и ресурс насосной станции благодаря оптимальному режиму работы.

Простой анализ показывает, что своя водонапорная башня не странная прихоть, а во многих случаях — насущная необходимость. Уменьшенная в десятки раз, она станет залогом надёжной работы насосов и постоянного бесперебойного водоснабжения отдельно взятого хозяйства или дома.

Как рассчитать водонапорную башню

Речь пойдёт скорее не о полноценной водонапорной башне, а о гравитационной гидравлической системе на её основе. Известное нам правило — «дно резервуара должно располагаться выше самой высокой точки потребления» — говорит о том, что достаточно установить резервуар на определённом уровне, который нетрудно вычислить.

Примечание. Исходным условием является наличие источника — собственной скважины с установленной насосной станцией или подключения к городскому водопроводу.

Допустим, имеется два потребителя — огород и коровник. Первый находится в 35, а второй в 25 м от источника. При этом поилки в коровнике установлены на уровне 1 метр. Полив огорода осуществляется с уровня земли. Ветки трубопровода имеют минимальный общий участок магистрали (т. е. расходятся близко к резервуару).

Выясняем потребление воды

От этого показателя напрямую зависит объём резервуара. Здесь имеют место скорее не расчёты, а наблюдения. Необходимо установить счётчик воды на насосную станцию (источник) и опытным путём установить ежедневный расход. Допустим, средний расход составил 5 куб. м/сутки. Объём резервуара должен быть на 20% больше, принимаем 6 куб. м.

Рассчитываем высоту установки резервуара

Для выдержки давления значение имеет не только перепад высот, но и отдалённость потребителя от источника. 1 м перемещения воды по вертикали равен 15 м по горизонтали. То есть, для того, чтобы эффективно переместить «самотёком» воду на 15 м по горизонтали, необходим перепад в 1 м. В этом случае по совокупности вычисляется не длина, а сечение трубы. За расчётную берётся максимальная длина одной ветки трубопровода.

Расчётная высота столба для первой ветки ( Нст1 ) будет равна:

Вторая ветка (коровник) имеет перепад уровня на повышение (поилки) и это необходимо учесть.

Расчётная высота столба для второй ветки ( Нст2 ) будет равна:

Несмотря на то что второй потребитель располагается ближе, ему требуется более высокий столб из-за перепада уровней. Общее расчётное значение — наибольший показатель, т. е. 2,66 м. Добавляем 15% запаса и принимаем Нст = 3 м .

Расчёт показывает, что при данных условиях дно резервуара должно находиться на уровне 3 м, при этом начальное давление в системе (на дне бака) будет равно:

Р = рхgхh , где
р — плотность воды (1000 кг/куб. м)
g — ускорение (9,8 м/с²)
h — высота водяного столба
Р = 1000 х 9,8 х 3 = 29400 Па = 0,294 Мпа = 0,3 бар

Рассчитываем диаметр трубы

Здесь всё немного сложнее. Необходимый диаметр вычисляется через скорость потока и расход воды. По закону Торичелли:

V² = 2gh , где V — скорость потока, и h — высота столба получаем:
V² = 2 х 9,8 х 3 = 58,8
V = квадр. корень из 58,8 = 7,66 м/сек

Вычисляем сечение трубы 50 мм по формуле S = Пr² :

Вычисляем расход воды ( R ) по формуле R = SV :

R = 0,0019625 х 7,66 = 0,015 куб. м/сек = 15 л/сек = 900 л/мин

Если расход воды в час известен заранее, то диаметр трубы можно рассчитать по формуле:

D = 2 квадр.корень из S/П, где S = R/квадр.корень из 2gh

В нашем случае расход воды 900 л/мин вполне приемлем — весь запас можно сбросить за 6–10 мин. При этом диаметр трубы 50 мм не должен уменьшаться.

Читайте также: