Лекция № 14
Реконструкция зданий старого жилого фонда
План лекции
1. Архитектурно-планировочные решения реконструкции жилых зданий старой постройки
2. Применение встроенных систем при реконструкции зданий старого жилого фонда
3. Технология реконструкции зданий с применением встроенных систем в сборном варианте
4. Технология реконструкции зданий с применением сборно-монолитных встроенных систем
5. Технология реконструкции зданий с применением монолитных встроенных систем
Литература:
1. Юдина А.Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений: учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования / А.Ф. Юдина. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 320с.
2. Девятаева Г.В. Технология реконструкции и модернизации зданий: Учебное пособие. – М: ИНФА-М, 2008. – 250с – (Среднее профессиональное образование).
3. Фёдоров В.В. Реконструкция зданий, сооружений и городской застройки: Учебное пособие / В.В.Фёдоров, Н.Н.Фёдорова, Ю.В.Сухарев. – М: ИНФА – М, 2008, -224с, - (Высшее образование).
4. Беляков Ю.И. Резуник А.В. Строительные работы при реконструкции предприятий. -М.: Стройиздат, 1986*, -186с.
5. Бадьин Г.М., Таничева Н.В. Усиление строительных конструкций при реконструкции, капитальном ремонте зданий. – М: АСВ, 2008.
1. Архитектурно-планировочные решения реконструкции жилых зданий старой постройки
Здания, построенные после 1918 г., являются первоочередными объектами реконструкции. Старый жилой фонд уникален по своим техническим, градостроительным и художественным качествам, компактен, располагается в основном в центральных районах городов и, как правило, имеет историческое значение. Сохранение таких зданий невозможно без их реконструкции и модернизации, обеспечивающей доведение уровня благоустройства квартир до современных требований.
Конструктивная схема зданий старой постройки представляет собой в основном комплекс всех несущих и ограждающих конструкций, объединенных в единую пространственную систему.
Старый жилой фонд представляет собой совокупность зданий, существенно отличающихся друг от друга и вместе с тем близких по ряду характеристик. Здания старой постройки отличается капитальностью. Практически все здания имеют каменные стены, во многих из них сохранились деревянные перекрытия, большая часть которых находится в неудовлетворительном состоянии.
Дома старой постройки в целом имеют достаточно высокий уровень инженерного благоустройства. Практически все они электро- и газофицированы, оборудованы канализацией, водопроводом, центральным отоплением, однако горячей водой обеспечено лишь 80% старых зданий, также отсутствуют лифты, мусоропроводы.
Квартиры таких зданий в основном различны по размерам, составу помещений, планировке. Несмотря на разнообразие старой постройки в ней прослеживаются определенные планировочные закономерности. Конструктивная схема зданий представляет собой комплекс всех несущих и ограждающих конструкций, объединенных в единую пространственную систему.
Варианты архитектурно-планировочного переустройства жилых зданий старой постройки достаточно разнообразны и определяются многими факторами:
■ сохранение здания без изменения его объема и композиции, но с перепланировкой помещений;
■ сохранение здания и его функций с перепланировкой и включением его во вновь формируемый комплекс застройки;
■ сохранение здания в виде самостоятельного объекта, но с обязательным расширением или надстройкой;
■ снос здания.
В практике реконструктивных работ, учитывающих физический износ несменяемых конструкций, используются два варианта решений: без изменения и с изменением конструктивных схем.
Первый вариант предусматривает восстановление здания без изменения строительного объема, но с заменой перекрытий, кровельной части и других конструктивных элементов; при этом создается новая планировка, отвечающая современным требованиям и запросам социальных групп жильцов. Реконструируемое здание должно сохранять архитектурный облик фасадов, а его эксплуатационные характеристики должны быть доведены до современных нормативных требований.
Второй вариант предусматривает увеличение строительного объема зданий за счет:
■ пристройки объемов, но без изменения его высоты;
■ надстройки без изменения габаритных размеров в плане;
■ надстройки нескольких этажей, пристройки дополнительных объемов с изменением габаритных размеров здания в плане.
Такая реконструкция сопровождается перепланировкой помещений. Для повышения комфортности проживания и эксплуатации каждый из вариантов предусматривает устройство лифтов, мусоропроводов, оформление входов и тамбуров.
Реконструкция жилых и общественных зданий может быть полной или частичной.
При полной реконструкции обычно повышается капитальность и благоустройство здания (производится замена ветхих деревянных перекрытий на огнестойкие с последующей полной внутренней перепланировкой).
Полная реконструкция наиболее выгодна при хорошем состоянии стен и фундаментов здания (износ не более 40%), причем полная замена перекрытий экономически оправдана в зданиях, жилая площадь которых превышает 200 м2. Кроме того, хорошее состояние стен и фундаментов делает возможным включение в реконструкцию надстройки этажей, пристройки, встройки новых объемов здания.
Увеличение жилой площади здания за счет надстройки, пристройки или встройки чаще всего оказывается дешевле, чем строительство аналогичного дома, и не требует дополнительных средств на инженерное и транспортное обеспечение, бытовое обслуживание. Наиболее выгодны в этом отношении надстройки. В 3-4-этажных домах надстраивается один этаж без усиления фундаментов, только за счет повышения несущей способности грунта основания, в результате его опрессовки весом здания за время многолетней эксплуатации. Если все же необходимо усилить фундаменты, стены или грунты основания, то в надстройке должно быть не менее двух этажей.
При частичной реконструкции здания перекрытия в нем не меняются. Частичная реконструкция проводится, когда стены и перекрытия находятся в хорошем состоянии, а внутренняя планировка и благоустройство не соответствуют современным требованиям.
Особое место отводится адаптации прогрессивных технологий при реконструкции в стесненных условиях городской застройки. В отличие от возведения объектов нового строительства, где используются типовые индустриальные конструкции, достигается требуемая обеспеченность машинами и механизмами, реализуется организация строительной площадки с учетом требований безопасности и бесперебойности работ, наличия расчетных складских зон, бытовых помещений; реконструкция зданий требует принципиально иного подхода.
Так, вследствие ограниченности площадей немного по-другому решается проблема доставки и складирования материалов и конструктивных элементов, расположения складских и бытовых помещений, подъемно-транспортного оборудования, средств механизации, временных и постоянных сетей. Стесненность строительной площадки накладывает определенные ограничения не только на формирование строительных генеральных планов, но и на методы и технологии ведения работ. Так, при сборном решении встроенных систем возможны варианты монтажа с транспортных средств, доставки строительных конструкций по часовым графикам, приобъектного изготовления элементов.
Расчеты показывают, что при реконструкции квартала застройки целесообразно создание внутриквартальной производственной базы, обеспечивающей изготовление сборных конструкций, товарного бетона и арматурных изделий. Такое решение позволяет существенно снизить транспортные расходы и себестоимость производства работ.
Условия строительной площадки в ряде случаев определяют и технологии производства работ. Так, невозможность использования башенных кранов требуемой грузоподъемности приводит к применению варианта монолитных встроенных систем и бескрановых средств подачи материалов и полуфабрикатов. Стесненность площадки способствует принятию решения по использованию самоходных, приставных башенных, а также стационарных кранов, расположенных внутри реконструируемого объекта.
Условия строительной площадки определенным образом влияют и на организацию строительных работ. Так, транспортирование и укладка смеси бетононасосами требуют увеличения площади захваток и соответственно опалубочных систем, приводят к возрастанию технологических перерывов и изменению ритма производства работ. Как правило, снижение уровня механизации приводит к увеличению стоимости работ и повышению трудозатрат.
Определяющим фактором технико-экономического обоснования является многовариантное сравнение, итогом которого является показатель рентабельности и прибыльности проекта.
Критерием оценки результатов вариантного проектирования является дополнительная прибыль для строительной организации, получаемая за счет снижения себестоимости строительно-монтажных работ. Если рациональный вариант технологии выполнения работ дает снижение себестоимости за счет сокращения прямых затрат (материальных ресурсов, основной заработной платы, расходов на аренду и эксплуатацию машин), уменьшения накладных расходов, то это будет дополнительной прибылью, повышающей рентабельность производства.
Применение встроенных систем при реконструкции зданий старого жилого фонда
Применение встроенных строительных систем является одним из методов, обеспечивающих повышение надежности, долговечности и капитальности здания, и способствует созданию более рациональной планировки помещений, обеспечивающей требуемую комфортность проживания, а применение прогрессивных материалов и технологий с учетом стесненных условий городской застройки создает предпосылки для использования индустриальных методов производства работ. Особенностью встроенных систем является высокая пространственная жесткость и стойкость к динамическим нагрузкам, что позволяет использовать их при реконструкции зданий в регионах с повышенным уровнем сейсмичности.
Встроенная система может выполняться в сборном, сборномонолитном и монолитном вариантах. Встроенная система, имея самостоятельные фундаменты, воспринимает технологические и эксплуатационные нагрузки и тем самым частично или полностью исключает их передачу на стеновые ограждения, что позволяет осуществлять надстройку зданий независимо от несущей способности старых фундаментов и стенового ограждения и снижать объем работ по укреплению основания, усилению существующих фундаментов и стен.
Метод встроенного монтажа с полным и неполным встроенным каркасом применяется для зданий, имеющих в плане прямоугольную или близкую к ней форму, а монолитные встроенные системы – и для зданий сложной формы и с различной высотой этажа. При использовании схемы неполного каркаса, когда нагрузка от ригелей передается на стеновые конструкции, возможность надстройки ограничивается несущей способностью фундаментов и стен. Полный встроенный каркас позволяет исключить из работы ограждающие конструкции стен, что создает предпосылки выполнения работ по реконструкции не только с полной перепланировкой, но и с надстройкой нескольких этажей.
Полный встроенный каркас применяется при наличии высокой степени износа наружных стен и при надстройке здания несколькими этажами и позволяет превратить наружные стены в самонесущие, тем самым исключить работы по их усилению. При этом шаг расположения колонн согласуется с шагом оконных проемов и принимается кратным им.
В зависимости от физического состояния фундаментов, наружных стен, степени их износа и соответствия несущей способности на новые нагрузки принимается соответствующее решение об усилении несменяемых элементов или устройстве новых фундаментов под каркас здания.
Стесненность строительной площадки влияет на выбор методов и технологию ведения работ при реконструкции. Невозможность установки башенных кранов в таких условиях приводит к использованию приставных башенных, стационарных, самоподъемных или самоходных кранов или использованию монолитных встроенных систем с бескрановым решением подачи материалов и конструкций в зону производства работ.
Технология встроенного монтажа предусматривают полный демонтаж перекрытий, перегородок и других элементов, оставляя наружные несущие кирпичные стены, а иногда и стены лестничных клеток.
Технологическая последовательность выполнения работ предусматривает раздельный метод монтажа колонн и комбинированный метод – для монтажа ригелей и плит перекрытия. Возведение встроенного каркаса осуществляется по захваткам, размеры которых, как правило, соответствуют секции жилого дома.
Ведущим процессом является монтаж конструкций; все вспомогательные процессы подчинены ритму работ ведущего процесса. Состав работ по устройству встроенного каркаса включает в себя установку колонн с использованием кондукторных систем для выверки и временного крепления, поярусный монтаж ригелей и плит перекрытия, сварку закладных деталей, устройство стыков и заделку швов.
При выборе монтажного крана и дополнительных средств механизации учитывается максимальная масса монтируемых элементов, вылет стрелы и высота подъема крюка.
3. Технология реконструкции зданий с применением встроенных систем в сборном варианте
Планировочные решения малоэтажных, а также многоэтажных зданий старой постройки отличаются наличием большого числа встроенных вентиляционных систем из кирпичной кладки, а также деревянных перекрытий по металлическим балкам. Многочисленные перепланировки помещений, а также длительная эксплуатация привели к значительному износу перекрытий и внутренних стен. При этом наружные кирпичные стены, как правило, находятся в хорошем состоянии.
При реконструкции таких зданий используется встроенная система универсального безбалочного каркаса, при котором выполняется демонтаж всех внутренних элементов, кроме стенового ограждения. Применение такой системы позволяет сохранить ограждающие конструкции и надстроить дополнительные этажи, при этом обеспечить надежность и долговечность здания путем создания самостоятельных фундаментов под колонны каркаса и превращения стенового ограждения в самонесущие конструкции.
За счет изменения размеров рядовых или надколонных плит возможно создание пространственных ячеек широких типоразмеров, что позволяет получать объемы с гибкой планировкой помещений.
Старые фундаменты внутренних стен, как и стеновое ограждение, частично или полностью исключаются из работы по восприятию нагрузок. Вновь созданный безбалочный каркас, являясь встроенным элементом здания, воспринимает практически все постоянные и временные нагрузки, что упрощает процесс надстройки реконструируемого здания без ограничения его высотности.
Реконструкция зданий с использованием встроенной системы безбалочного каркаса начинается с подготовительных работ, включающих в себя демонтаж сменяемых конструктивных элементов здания. По результатам оценки физического состояния фундаментов, основания, наружных стен принимается соответствующее решение по укреплению грунтов, восстановлению фундаментов и при необходимости – по усилению и утеплению наружных стен. Затем осуществляются работы по устройству фундаментов под колонны.
При реконструкции зданий без надстройки этажей основанием под колонны служат монолитные или сборные фундаменты стаканного типа. При значительном увеличении нагрузок от надстраиваемых этажей устраивается монолитная железобетонная плита, контуры которой соединяются с ленточными фундаментами стен.
Устройство монолитной плиты фундамента начинается после удаления пола подвала и внутренних стен. Монолитная плита фундамента выполняется на подготовленном основании в виде уплотненной песчано-гравийной подсыпки слоем толщиной 10... 15 см.
Наиболее эффективной является технология с использованием бетононасосного транспорта, который обеспечивает непрерывную подачу бетонной смеси через проёмы 1-2-го этажей, что позволяет существенно снизить трудоемкость и продолжительность работ.
Технология возведения фундаментов под отдельно стоящие колонны заключается в рытье котлованов, устройстве основания, установке инвентарной опалубки ступенчатого фундамента, армировании и укладке бетонной смеси.
Монтаж элементов системы – наиболее трудоемкая и ответственная технологическая операция. Для подъема, выверки и временного крепления 2-3-ярусных колонн используются самобалансирующие траверсы, одиночные кондукторы, фиксаторы, подкосы.
Использование самобалансирующих траверс позволяет уменьшить высоту подъема крюка крана, а система кондукторов с подкосами – увеличить степень точности выверки колонн в проектное положение.
Пространство между колонной и стаканом фундамента заполняется мелкозернистой бетонной смесью, а при использовании подколонников закладные детали стыка свариваются. Монтаж подколонных панелей производят при достижении бетоном в стыке не менее 70% марочной прочности.
После установки панелей перекрытий, которые подразделяются на надколонные (квадратные для внутреннего ряда колонн и консольного типа – для наружных рядов) и торцевые элементы, производится монтаж рядовых плит.
Надколонные плиты имеют квадратное отверстие с мощным металлическим «воротником», при замоноличивании которого с телом колонны образуется равнопрочный стык.
При монтаже надколонных плит обеспечивается единый монтажный горизонт для каждого уровня перекрытий за счет использования специальных струбцин, закрепляемых на уровне ниже стыка колонн с плитой. Надколонные плиты оборудованы механическими домкратными стойками, которые позволяют обеспечить проектную выверку конструкции.
После установки надколонных плит выполняется монтаж рядовых плит, точность установки которых определяется соответствующими допусками на изготовление и использование системы временных опор с устройством для регулирования монтажного горизонта.
При устройстве встроенного каркаса возможен монтаж двух ярусов с последующим обязательным омоноличиванием стыков.
Омоноличивание стыков колонн с плитами и их арматурных выпусков осуществляется бетонной смесью на класс выше, чем бетон основных конструкций с использованием различных средств ускоренного твердения (смеси на быстротвердеюших цементах, на вяжущем с низкой водопотребностью, с применением сурперпластификаторов, комбинированных добавок и др.).
Для обеспечения требуемой несущей способности перекрытия на период монтажных работ предусматривается установка разгрузочных стоек на консолях несимметричных надколонных и временных опор для рядовых плит, а также устройство связей, обеспечивающих пространственную жесткость каркаса. Стойки удаляются при наборе прочности стыка не менее 70% проектной.
Для обеспечения проектного монтажного горизонта каждая колонна в зоне стыка с надколонной плитой оснащается приспособлением для выверки плит в проектное положение. Это приспособление представляет собой кронштейн, который закрепляется в зоне стыка колонн и имеет систему винтовых домкратов, обеспечивающих горизонтальную установку плит. Для консольных плит кроме винтовых домкратов используются временные телескопические стойки, которые устанавливаются в консольной части элементов.
После выверки в проектное положение осуществляется сварка закладных деталей колонн и воротника надколонной плиты. По окончании сварочных работ производится монтаж рядовых плит.
Стык между надколонными и рядовыми плитами омоноличивается.
Монтаж трехъярусных колонн осуществляется отдельным потоком, что позволяет получить достаточный фронт работ для возведения перекрытий. Используются одиночные кондукторы, что позволяет осуществлять выверку и временное крепление без применения крана.
Монтаж элементов перекрытия осуществляется поярусно в той же технологической последовательности, что и в подвальной части.
Перед началом монтажа плит осуществляются геодезическая разбивка монтажного горизонта и установка приспособлений для выверки плит. Затем производятся монтаж надколонных и консольных плит, сварка закладных деталей, последовательная установка рядовых плит, армирование и бетонирование стыков. Надстройка этажей ведется в той же последовательности, что и встройка каркаса.
После окончания монтажных работ на первой захватке осуществляются работы по устройству стенового ограждения, внутренних комнатных и межквартирных перегородок. Большой фронт работ позволяет организовать поточное производство строительно-монтажных, специальных, а также отделочных работ.
Работа по захваткам в горизонтальной плоскости здания позволяет создать систему ритмичных потоков. Ведущим процессом является монтажный цикл возведения каркаса, который определяет взаимосвязь других видов работ в пространстве и во времени.
Для обеспечения ритмичного монтажного цикла требуются адресная поставка сборных железобетонных элементов, наличие средств выверки, временного и окончательного крепления, обеспеченность рабочей силой соответствующей квалификации.
Продолжительность возведения встроенного каркаса существенно зависит от технологии устройства стыковых соединений и монолитных участков перекрытий, так как возведение очередного перекрытия возможно при достижении прочности стыкуемых элементов не менее 70 %.
Для ускорения процессов твердения бетона в построечных условиях применяют технологии прогрева греющими проводами, гибкими графитовыми лентами, термоактивными подвесными опалубками и другими средствами. Требуемый набор прочности достигается за 24...36 ч. Применение тепловой обработки целесообразно и в летних условиях производства работ, так как резко снижается продолжительность выдерживания бетона и соответственно сокращаются технологические перерывы, что непосредственно влияет на ритм ведения монтажных работ. Процесс устройства стыковых соединений заключается в устройстве подвесной или специализированной опалубки, укладке бетонной смеси, вибрационном уплотнении и тепловой обработке.
Опалубка стыков легко устанавливается и демонтируется. Для стыковых соединений используется шарнирная и термоактивная опалубка, которая совмещается с устройством для выверки и временного крепления плит.
В качестве нагревательных элементов используются графитовые ткани в стеклопластиковой оболочке. Нижняя поверхность опалубки изолируется слоем минеральной ваты или пенополистирола. Опалубка выполняется таким образом, чтобы ее греющий элемент захватывал зону сборной конструкции плиты на расстоянии 200...300 мм по периметру, что позволит одновременно с прогревом бетонной смеси осуществлять разогрев стыкуемых элементов. За 1,5... 2,0 ч до укладки бетонной смеси стыкуемые элементы отогреваются. Предварительный разогрев обеспечивает интенсивный набор прочности бетонируемых участков.
Распалубка конструкций производится при достижении прочности не менее 70%. Получение указанной прочности достигается расчетом технологического режима прогрева, который включает в себя кроме периода разогрева периферийной зоны время разогрева бетонной смеси стыкуемых элементов, период изотермического или термосного выдерживания, а также период остывания. При важности соблюдения каждого из периодов технологического режима особое внимание уделяется остыванию конструкции стыка. При высокой скорости и большом перепаде температур возможно возникновение температурных напряжений и деформаций, которые могут привести к образованию трещин и снижению несущей способности.