Щільність житлового фонду забудови та інсоляція

Проблема пошуку компактних поселень із давніх часів була однією з головних, а з розвитком капіталістичних відносин їх пошук набув ще більшої потреби. У 40-их роках минулого століття за кордоном дістала поширення ідея пірамідального зонування щільності міських структур, потім інша ідея – розподілення щільності забудови [65], висловлена Т. Шерпом у 1932 р. Згідно з цією теорією місто являє собою нерівномірну структуру, в периферійних зонах якої формуються другорядні підцентри з високощільною житловою забудовою підвищеної поверховості.

У переосмисленому і дещо видозміненому вигляді ця теорія була використана для формування масового житлового будівництва в нашій країні мікрорайонами, житловими масивами, комплексами та житловими районами.

У процесі реалізації програми масового житлового будівництва у другій половині ХХ сторіччя радянським містобудівникам довелось зіткнутися з питаннями функціонального впливу екологічних, транспортних, міграційних факторів і форм розселення на структуру міста й щільність його забудови та житлового фонду. Певний вклад у вдосконалення структури й щільності житлової забудови мікрорайонів і житлових кварталів внесли А.Б. Ривкін, [42], А.А. Савченко [65], М.М. Моїсєєв та інші. Важливим етапом у вдосконаленні структури забудови було обґрунтування житлових утворень змішаної поверховості (ЖОСЄ, РОС) і відмова від одноманітної п'ятиповерхової забудови.

До другої половини ХХ сторіччя щільність міської забудови чисельно визначалась лише для оцінки проектного рішення конкретного об’єкта забудови, а її прогноз був, власне, в сфері інтуїції. З розвитком епідеміології і промсанітарії в проектній практиці з’являється санітарна норма щільності населення, яка обмежувала верхню межу перенаселеності території з точки зору профілактики епідемічних захворювань без урахування рівня благоустрою житлових утворень. Пізніше на основі практичного досвіду вводяться норми, що вже обмежували нижню межу щільності забудови.

Першою помітною роботою, яка показала корисність застосування математичного обґрунтування щільності житлової забудови і в якій використане поняття щільності житлової забудови "нетто" і "брутто", стала дисертація А.В. Ривкіна у 60-их роках [71] ХХ століття. Її теоретичні основи були використані для розроблення норм щільності житлового фонду мікрорайонів і районів, які діяли до 1 січня 1990 р. Разом із тим вільне поводження з одиницями виміру і термінами, протиріччя у висхідній концепції житлового фонду заслужили критичних зауважень та зробили її непридатною для об’єктивної оцінки щільності житлового фонду й щільності забудови. З цих міркувань дані норми проектування [76], які були певним досягненням у теорії щільності житлового фонду забудови, були замінені на норми щільності населення. Тобто було зроблено крок назад і повернуто до тих нормувань 20‑их років, що виникли в процесі розвитку епідемології та промсанітарії.

У розвиток проблеми щільності забудови і житлового фонду певний внесок зробили Ю.М. Моїсєєв, А.А. Савченко [65], А.Е. Есенов [71] та інші [16] спеціалісти. Однак їх пропозиції обмежувались лише щільністю житлової забудови без урахування зони громадського призначення і носили емпіричний характер.

Пропозиції А.П. Борисова, Є.Я. Бубес, Н.Г. Ревунової [71] до визначення щільності житлового фонду мікрорайонів брутто через питомі розміри житлової території, норму житлозабезпеченості і питомих розмірів ділянок громадського обслуговування без пояснення способу визначення питомих розмірів житлової території за конкретними параметрами забудови не дозволили використати їх для поліпшення нормування щільності житлового фонду мікрорайонів чи кварталів. Ось чому при існуючому становищі найголовніше знайти спосіб визначення щільності забудови чи житлового фонду за їх конкретними висхідними параметрами, а вже тоді, виходячи з цієї щільності, можна визначити і питомі розміри житлової території.

Для розв’язання цієї проблеми зробимо [71] пошуки з висхідних позицій: з одного боку, візьмемо до розгляду існуючу структуру забудови мікрорайону, а з другого – висхідне поняття щільності житлового фонду мікрорайонів, під яким розуміємо відношення загальної площі в усіх житлових будинках Σ П₀ у квадратних метрах загальної площі (з.п.) до площі території мікрорайону F_м, тобто

σ_бр = Σ П₀ / F_м , м² з. п. /га. (3.51)

Відомо [31, 76], що забудова житлового кварталу формується згідно із задумом архітектора з одночасним дотриманням ряду вимог норм проектування й існуючих рекомендацій у деякому гармонійному порядку і з функціональною доцільністю; він повинен забезпечити зручність проживання й створити виразну композиційну структуру, в якій будуть доцільно розміщені групи житлових будинків, дитячих садів-ясел, шкіл, підприємств первинного побутового обслуговування, спортивних і господарських майданчиків, майданчиків для ігор дітей та відпочинку дорослих. Домогтися дотримання всіх цих умов та вимог доволі складно, особливо при безсистемному підході до розв’язання завдання.

З іншого боку, всю цю складну систему житлового кварталу (мікрорайону) з будинками різної довжини, поверховості й орієнтації, різного призначення, системи розміщення і благоустрою можливо, абстрагуючись, умовно представити у вигляді двох зон: житлової й зони ділянок громадського призначення, які геометрично розміщуються в двох сусідніх прямокутниках. У реальних умовах зона громадського призначення завжди розміщується поряд із житловою, але найчастіше ділянки громадського призначення певним чином вторгаються у житлову забудову і роззосереджуються по всій території кварталу (мікрорайону). То з позиції абстракції всі ці ділянки з усього кварталу можливо чисельно зібрати докупи, а геометрично представити у формі прямокутника з рівновеликою площею території, рівною F_о. Останню територію, зайняту житлом, теж можна абстрактно представити у формі прямокутника з рівновеликою площею F_ж. Тоді формула (3.51) може бути переписана у такому вигляді:

. (3.52)

Доречно нагадати, що в практиці будівництва 50-их років навіть у Москві можна було зустріти мікрорайони з одних лише 5-поверхових будинків однієї орієнтації, поставлених рядами. Такі потворні житлові квартали в даному випадку необхідно прийняти до розгляду тільки для того, щоб спростити рішення поставленої задачі, а потім вже ускладнювати її в будь-якому бажаному варіанті. Такі вкрай спрощені схеми забудови житлових кварталів із будинками однієї поверховості представлені на рисунку 3.29 в одному випадку з меридіональною, а в другому – з широтною орієнтацією будинків. Якщо представити розрахункову схему забудови з діагональною орієнтацією, то вона принципово від цього не зміниться.

У даному випадку важливо те, що при будь-якій орієнтації забудови за розрахунковою схемою можливо в математичному вигляді представити площу житлової території кварталу (мікрорайону) залежно від розмірів будинків і розмірів між ними, а ділянки території під будинки громадського призначення через питомі їх розміри в чисельному [72] або алгебраїчному вигляді. Так, площу житлової території за схемами рисунка 3.29 можна виразити такою формулою:

F_ж = АБ = [(ΣL + 0,5×ξ×n×T_р)×(В + Т_р) + δ_р], (3.53)

де В, L – ширина і довжина окремо взятого будинку; ξ – коефіцієнт, який ураховує співвідношення фактичного та прийнятого у розрахунок розриву між причілками житлових будинків; n – число житлових будинків даної поверховості й орієнтації в межах даної території, Т_р – розрахункове значення розриву між довгими боками будинків; δ_р – розрахункова поправка до площі житлової території, яка враховує смугу території між лінією забудови і червоною лінією контуру території і віднімає площу території між лінією забудови крайніх будинків та межовою лінією крайніх конвертів тіні від них (рис. 3.29).

У конкретному випадку на схемі рисунка 3.29, а вона може бути обчислена за формулою

δ_р = 2×(А + В + О_п)×О_п – [А + 0,5ξ×(Б + Т_р)]×Т_р, (3.54)

де А і В – розміри абстрактної ділянки житлової території (довжина, ширина); О_п – ширина смуги відступу будинків від червоної лінії забудови.

Сумарну площину ділянок території під будинки і служби громадського призначення F_о можливо також представити у загальному вигляді шляхом множення сумарної норми питомих розмірів території під будинки громадського призначення У_о, м² з, п./ч, на численність населення, яке визначається діленням сумарної величини загальної житлової площі в житлових будинках на норму житлозабезпеченості, Ж_о, м^2.з.п.

При мінімально допустимих значеннях розрахункових розмірів між будинками максимальну щільність житлового фонду житлового кварталу можливо обчислити за формулою

. (3.55)

Разом із тим мінімально допустимі інсоляційні розриви між будинками Т не завжди можливо прийняти як розрахункові значення розриву Т_р, бо це останнє повинно вибиратись не лише з умови забезпечення інсоляційного фактора, а й з інших важливих вимог норм проектування (функціональних, протипожежних, світлотехнічних, акустичних, умов зорового сприйняття творів архітектури, вимог цивільної оборони). На основі вивчення впливу всіх цих факторів на величину розриву між будинками було вироблено правило визначення розрахункового значення розриву, Т_р:

де (1,5Н) або (2Н) – півтори висоти затінюючого будинку, приймається при орієнтації вікон на всі сектори горизонту, за винятком північного, та в районах південніше від 40⁰ пн.ш. при будь-якій орієнтації, а 2Н – при орієнтації вікон на сектор від 316 до 45⁰ у районах північніше від 40⁰ пн.ш.; Т – розрив між будинками, необхідний за вимогами інсоляції.

При проектуванні житлової забудови, очевидно, неможливо в процесі розміщення будинків вимагати досягнення винятково максимальної щільності житлового фонду. Виходячи з цього, пропонується визначати якості нормативної величини щільності житлового кварталу за формулою (3.55) за умови, що за мінімальну величину розриву між будинками будемо приймати розрахункове його значення (Т_min = Т_р), а величину розрахункової поправки до площі території будемо умовно приймати лише для того рідкісного випадку, коли вона дорівнює нулю (δ_р = 0).

Тоді умовна щільність житлового фонду житлового кварталу, σ₀, буде мати такий вигляд:

. (3.56)

Ця умовна щільність [71] взаємопов’язана з максимальною, відрізняючись від неї здебільшого на 10–15%, а тому її доцільно використовувати як важливий економічний орієнтир у проектуванні нарівні з нормативною характеристикою.

Важливо і те, що на відміну від максимальної щільності житлового фонду ця умовна щільність житлового фонду не залежить ні від форми, ні від абсолютних розмірів території кварталу, а залежить лише від величини розривів між будинками, дещо від розмірів самих будинків (В і L), від кількості будинків, від обсягу житлового фонду в будинках, питомих розмірів ділянок території під будівлі громадського призначення та від норми житлозабезпечення на одну людину. Тобто, як бачимо, щільність житлового фонду житлового кварталу залежить від багатьох факторів, а не лише тільки від поверховості житлової забудови, як це вважали деякі спеціалісти і раніше зазначалося в нормах проектування [76] з планування й забудови населених пунктів. Саме ця багатофакторність у розумінні щільності житлового фонду наводила нудоту на укладачів нових норм після норм проектування [76], бо це вимагало узгодити ці щільності з усіма іншими вимогами норм щодо розміщення будинків у забудові та їх орієнтації або погодитись на те, щоб цю щільність обчислювати за формулою (3.56).

Вивчення величин щільності житлового фонду житлового кварталу разом із тим показало, що умовна щільність (табл.3.6) за формулою (3.56) головним чином залежить від величини розрахункових розривів між довгими боками будинків, від їх довжини й ширини і менше всього від поверховості. Так, при подвоєнні довжини будинків умовна щільність зростала на 12–15%, а з підвищенням поверховості зростала менш помітно. На основі вивчення впливу різних факторів на умовну щільність житлового фонду виявлена можливість підвищення щільності житлового фонду кварталів в Україні порівняно з тими, які зазначались у передостанніх нормах проектування [76], на 3,5–30%, що в цілому по країні може привести до значної економії міських територій, а за рахунок економії на благоустрої та інженерних мережах до значних виграшів у грошових витратах щорічно. При цьому підвищення щільності житлового фонду кварталів одночасно приводить до підвищення щільності забудови при належній, звичайно, організації у її розміщенні, направленої на підвищення ступеня затінення території в межах III і IV кліматичних зон, що одночасно сприяє поліпшенню температурно-вітрового режиму в забудові в літній період.

Ураховуючи, що не всі можуть зрозуміти, про яке підвищення щільності житлового фонду йдеться, нижче наводимо дані норм [76] СНиП II-60-75, де ця щільність для 5-поверхових будинків установлювалася в зоні України 4800 м² – з.п. для 9-поверхової – 6300 м²/га і для 12-поверхової – 6700м² з.п./га.

Після порівняння цих величин із даними таблиці 3.6 можна уявити, наскільки ці нормативні дані були не обґрунтовані, власне, базуючись на недостатньо об’єктивних концепціях щільності житлового фонду.

Таблиця 3.6

Розрахункові значення умовної щільності житлового фонду кварталів (брутто) для деяких широтних поясів Центральної України при умові забезпечення норми інсоляції

Примітка: Наведені дані одержані для забудови чітко меридіональної (М), діагональної (Д) із румбом 45⁰ і широтної (Ш) орієнтації при товщині стіни відповідно до кліматичної зони: 300–350 мм для великопанельних будівель, 510 чи 640 мм для цегляних. Розрахункові розриви при меридіональній орієнтації встановлені за вимогами інсоляції, при діагональній та широтній орієнтації – за вимогами природного освітлення.

Аналізуючи залежність (3.56), неважко помітити, що при використанні у забудові будинків однакових розмірів і типів обчислення умовної щільності можливо виконати, використовуючи у формулі лише дані цього одного будинку при n = 1, оскільки у цьому випадку “n” може бути винесено за дужки з усіх множників (загальної суми довжини будинків, загальної площі житлового фонду кварталу) і скорочено. Власне, у цьому випадку якраз і можна прийти до ідеї одного будинку у виведенні формули щільності житлового фонду кварталу, від якого відштовхуються І.Я. Конторович та А.В. Ривкін [42], забуваючи при площі брутто добавити території під об’єкти громадського використання.

Вивчення показало, що між максимальною й умовною щільністю житлового фонду кварталу існує такий зв’язок:

. (3.57)

Важливо також зазначити, що оскільки реальна забудова житлового кварталу заданої поверховості включає будинки різної орієнтації, то і підрахунки щільності житлового фонду для такого кварталу слід виконувати за формулою середньогармонійного:

(3.58)

де σ₀^м, σ₀^ш, σ₀^д – щільності житлового фонду мікрорайону (кварталу) відповідно при меридіональній і діагональній орієнтації будинків у забудові;

П_ом,, П_ош,, П_од – загальні житлові площі в будинках відповідно меридіональної, широтної та діагональної орієнтації у будинках заданої поверховості.

Аналізуючи залежність (3.58), неважко побачити, що при множенні і діленні чисельника та знаменника на (100/ΣП₀) одержимо формулу середньогармонійного ряду, де у чисельнику при показниках щільності буде процент загальної площі в будинках даної поверховості, а в знаменнику після скорочення загальної площі в будинках даної поверховості залишиться тільки 100%.

Аналізуючи формулу (3.55) та (3.56), можемо помітити, що знаменник являє власне площу території житлового кварталу, а чисельник – загальну житлову площу в будинках даного кварталу. Якщо цю загальну житлову площу розділити на норму житлозабезпеченості у будинках (Ж₀), то отримаємо чисельність населення, яке при цій нормі може проживати у них. У результаті такого ділення, виявляється, стає можливим перейти до щільності населення. Наприклад, можна обчислити для даних умов максимально можливу щільність населення за наступною формулою:

. (3.59)

Аналогічно цьому можемо обчислити й умовну щільність населення на одиницю площі території кварталу як деяку межу при його проектуванні.