Технологии реконструкции зданий с уширением корпусов и надстройкой этажей

Технологии реконструкции зданий с уширением корпусов связана с улучшением комфортности квартир и повышением эксплуатационной надежности и архитектурной выразительности реконструируемых зданий. Наиболее рациональной является комплексная реконструкция зданий, связанная не только с уширением корпусов, но надстройкой этажей. Такой способ реконструкции заключается в создании самостоятельных конструктивных элементов, которые воспринимают нагрузки от надстраиваемых этажей, обеспечивающих ассиметричное и симметричное уширение зданий. Расширение корпусов зданий является сложным технологическим приемом и осуществляется с обязательным отселением жильцов. Возможно одностороннее, двустороннее частичное и сплошное расширение корпусов зданий.

В зданиях поперечно - стеновой системы с навесными наружными стеновыми панелями предлагается увеличить глубину здания по продольным фасадам за счет полного демонтажа наружных стеновых панелей с последующим устройством новых наружных стен здания с соответствующим их архитектурным оформлением и обустройством входных узлов кубической формы (рис.96).

Рис.96. Увеличение ширины здания с демонтажом наружных стен

Перенос наружных стен позволяет расширить площадь кухонь и превратить их в кухни-столовые, а также – увеличить площадь комнат и прихожей.

Необходимо отметить, что уширение здания с 10 до 14 м снижает удельный расход тепловой энергии на 20-24%.

Рис. 97. Решение входного узла в здание кубической формы

В тех случаях, когда увеличение ширины здания осуществляется в историческом центре города, для единства архитектурного восприятия реконструируемого здания с окружающей средой рекомендуется использовать панели с архитектурными деталями классических форм, разработанные ЦНИИЭПжилища. Этому способствует технический прогресс в области формования конструкций панелей наружных стен с использованием рельефообразующих матриц прикрепляемых к поддону формы (рис.98).

Рис. 98. Образцы панелей с архитектурными деталями классических форм

Установлено, что наиболее эффективным при уширением корпусов зданий является надстройка зданий до 4-5 этажей, которая за счет увеличения жилой площади обеспечивает повышение плотности застройки. Надстройка может выполняться в виде стеновой конструкции с монолитными несущими стенами и перекрытиями; рамных конструкций с продольным и поперечным расположением ферм и стенками жесткости и др. вариантов.

В качестве несущих элементов надстройки могут применяться выступающие пилоны, пристраиваемые объемы, рамы и фермы, а также перекрытия в виде монолитного диска.

Основным условием сохранения несущей способности реконструируемых зданий является передача нагрузок от надстраиваемых этажей на самостоятельные конструкции фундаментов. Практический опыт показал, что наиболее рациональным является применение фундаментов из буронабивных свай с монолитным ростверком, монолитного или сборно-монолитного варианта надстраиваемой части.

Применение односторонней схемы уширения зданий создает ассиметричные нагрузки, для компенсации которых необходимо устраивать дополнительные конструктивные элементы с противоположной стороны здания в виде пристроенных монолитных железобетонных пилонов на всю высоту здания с промежуточными горизонтальными связями, выступающими в роли балконных плит. На уровне перекрытия 5-го этажа стеновые конструкции уширяемой части здания и пилоны противоположной стороны объединяются путем устройства монолитной плиты или железобетонного обвязочного пояса. Такое конструктивное решение обеспечивает неизменяемость реконструируемого объема, т.е. создается своеобразная пространственная обойма с самостоятельными фундаментами, которые воспринимают нагрузки от надстраиваемых этажей (рис.10.66).

а) б)

Рис.10.66. Конструктивная схема (а) и планировочное решение (б) одностороннего уширения с надстройкой 4-х этажей

1 - свайные фундаменты; 2 - монолитные железобетонные пилоны; 3 - пристраиваемые объемы; 4 - надстраиваемая часть в монолитном железобетоне; 5 - лифтовая шахта

При уширении корпусов зданий с надстройкой этажей применяют фундаменты из буронабивных свай с монолитным ростверком, что обеспечивает безопасность производства земляных работ. Для снижения осадки пристраиваемых объемов и обеспечения центрального нагружения свай необходимо, чтобы оси свай проходили по осям внутренних несущих стен. Глубина заложения свайного основания должна быть ниже подошвы существующих фундаментов не менее чем на 0,5-1,0 м. Наиболее эффективной является буроинъекционная технология, основанная на шнековом разрушении структуры грунта и подаче бетонной смеси бетононасосом через центральное отверстие в шнеке со скоростью, равной скорости извлечения грунта. Арматурный каркас устанавливается после окончания бетонирования сваи и погружается с помощью навесного вибратора. При такой технологии не требуется устройства обсадных труб и она применима для различных грунтов, в том числе водонасыщенных.

Симметричное уширение здания с двух сторон и дополнительной надстройкой до 4-х этажей создает равномерное распределение дополнительных нагрузок на самостоятельные фундаменты от пристраиваемых и надстраиваемых объемов. При этом в реконструируемой части здания осуществляется перепланировка помещений, отвечающая современным требованиям, устройство лифтов, мусоропроводов и иного инженерного оборудования. В надстраиваемой части здания образуется свободная планировка помещений, которая может быть изменена в период эксплуатации здания.

В том случае, когда уширение здания осуществляется с демонтажом наружных стен, пристройка объемов выполняется в монолитном железобетоне с использованием унифицированной щитовой опалубки. Это решение позволяет создать геометрически неизменяемую конструктивную систему, которая способна воспринять нагрузки как от пристройки, так и надстройки этажей.

С целью объединения и расширения комнат в реконструируемых кирпичных зданиях часть ненесущих перегородок может быть удалена. В панельных зданиях для перепланировки помещений некоторые внутренние несущие стеновые панели укорачивают на 1/4 - 1/2 длины, что обеспечивает получение достаточно просторных помещений без существенного нарушения расчетной схемы здания. При демонтаже части внутренних несущих стеновых панелей необходимо осуществить подведение металлических балок под перекрытие с передачей нагрузки от перекрытия на пристраиваемые объемы.

Технологическая последовательность работ по уширению здания предусматривает первоначально возведение внутренних несущих стен и перекрытий. Внутренние несущие стены располагаются по осям существующих стен реконструируемого здания и выполняются в щитовой опалубке. Для подачи бетонной смеси применяется традиционная схема «кран-бадья».

При возведении наружных стен особое внимание уделяется обеспечению нормативных требований по тепловой защите здания. В связи с этим наружные стены могут выполняться в монолитном варианте или из кирпичной кладки с последующим утеплением из эффективных теплоизоляционных материалов и защитой из облицовочного кирпича, штукатурного покрытия или из тонкостенных панелей с архитектурным оформлением. Возможен вариант использования вентилируемых фасадов. Для панельных зданий целесообразно применение трехслойных панелей заводского изготовления.

Монолитные стены, возводимые в съемной опалубке могут быть выполнены в трех вариантах:

- трехслойная монолитная стена с наружным монолитным слоем;

- трехслойная монолитная стена с наружным слоем из кирпича;

- трехслойная монолитная стена с наружным слоем штукатурки из полимерных материалов.

Технологическая особенность выполнения трехслойной монолитной стены с наружным монолитным слоем заключается в том, что перед бетонированием в опалубку устанавливают термопакет, толщину которого определяют теплотехническим расчетом. Толщина наружного монолитного слоя должна быть не менее 70 мм, а внутреннего - 160 мм. Арматурные каркасы бетонных слоев связывают между собой вязальной проволокой в трех местах по высоте этажа.

При возведении трехслойной монолитной стены с наружным слоем из кирпича сначала выполняют внутренний монолитный слой стены толщиной 160 мм, к которому крепят утеплитель, а затем выкладывают кирпичную стенку с креплением последней к арматурным выпускам из внутреннего бетонного слоя. При выполнении бетонных работ по возведению внутреннего слоя стены арматурные выпуски загибают и после снятия опалубки их разгибают и накалывают на них плитный утеплитель.

Трехслойную монолитную стену с наружным штукатурным слоем возводят следующим образом. Сначала осуществляют работы по бетонированию внутреннего слоя стены из железобетона, после чего к нему прикрепляют плитный утеплитель и арматурную стекловолокнистую сетку, а затем производят оштукатуривание из полимерных материалов.

Технология надстройки этажей предусматривает первоначально возведение монолитных внутренних несущих стен и перекрытий. Они выполняются с использованием крупнощитовой опалубки, соответствующего армирования и бетонирования с уплотнением бетонной смеси. Затем выполняются работы по устройству лестничных маршей, лифтовых шахт и других конструктивных элементов.

Как правило, наружные стены надстройки выполняют в виде самонесущей многослойной кладки с утеплителем. Работы ведутся с междуэтажных перекрытий. Для наружных стен могут применяться блоки из ячеистых бетонов плотностью 500-700 кг/м³. Они обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, не гниют, не горят и регулируют влажность в помещении. Наружную отделку стен из блоков можно выполнять из облицовочного кирпича, керамической плиткой или сайдингом. При облицовке стен кирпичом необходимо устраивать воздушный зазор между блоками и кирпичом для обеспечения оптимального воздушно-влажностного режима стены.

Реконструкция зданий с надстройкой 4-5 этажей имеет несколько недостатков, которым относятся:

- долговечность и эксплуатационная надежность надстраиваемой части существенно превышает аналогичные показатели реконструируемого здания;

- при ассиметричном уширении здания для исключения неравномерных осадок фундаментов необходимо выполнить ряд технических решений, удорожающих стоимость работ;

- выполнение перекрытий в монолитном варианте повышает трудоемкость, продолжительность и себестоимость работ;

- различие в архитектурно-планировочных решениях существующей и надстраиваемой частей здания создает социальную напряженность среди жильцов.

Помимо перечисленных конструктивно-технологических вариантов надстройки зданий ЗАО «Курортпроект» разработана конструктивная система «сотовый монолит» с опиранием надстраиваемой части здания на редко расположенные опоры. Данная технология позволяет получать в надстраиваемой части здания современные квартиры с независимой планировкой помещений.

Сотовые структуры размещаются вдоль фасадов здания и сотовых структур надстраиваемых этажей, которые опираются на выносные опоры коробчатого сечения. В качестве выносных опор выступают лифтово-лестничные узлы и пристраиваемые по периметру здания объемные структуры, выполняемые полностью из монолитного железобетона. Рассматриваемая технология позволяет расширить корпуса зданий до 4 м в каждую сторону и сформировать таким образом ширококорпусные дома с надстройкой в 5 и более этажей.

На рис. 10.72 приведены технологические этапы реконструкции 5-этажного жилого дома с пристройкой 9-этажной торцевой секции и надстройкой 4-х этажей с применением сотовой системы. Применение сотовой системы требует отселения жильцов, для которых целесообразно осуществить возведение с торца здания переселенческого фонда в виде 9-этажной пристройки, которая позволяет освободить не менее двух секций реконструируемого здания и создать технологический фронт для выполнения строительно-монтажных работ. Строительно-монтажные работы по устройству сотовой системы начинаются после переселения двух секций жилого дома в 9-этажную пристройку.

Рис. 10.72. Технологические этапы возведения пристройки и надстройки этажей с применением сотовой системы

1- башенный кран; 2- грузовой подъемник; 3- бетононасос, 4- автобетоносмеситель; 5- опалубка для монолитных стен; 6- то же, перекрытий; 7- армирование перекрытий; 8- монолитная железобетонная плита над 5-м этажом; 9- элементы сотовой системы в виде коробчатого сечения

Нулевой цикл работ начинается с устройства свайных фундаментов под выносные опоры и возведения монолитного ростверка. В качестве фундаментов под пристраиваемые объемы наиболее целесообразно использовать буронабивные сваи, которые позволяют до минимума снизить объем земляных работ и исключить негативное влияние на реконструируемое здание.

В каждой секции реконструируемого здания запроектированы лифтовые узлы, которые являются продолжением лестничных клеток. Для размещения лифтовых узлов осуществляется демонтаж конструкций (кровельной части, балконов и плит перекрытия) существующей лестничных клеток.

Несущие элементы сотовой системы применяют в виде объемов коробчатого сечения с монолитными диафрагмами жесткости на уровне каждого этажа, что обеспечивает реконструируемому зданию высокую пространственную жесткость. Возведение выносных опор и лифтовых шахт ведется с использованием унифицированных щитовых опалубок с подачей бетонной смеси автобетононасосом.

На уровне 5-го этажа пристраиваемая система объединяется монолитным перекрытием, которое является основой для надстраиваемых этажей. Устройство монолитной плиты перекрытия производится по существующему перекрытию 5-го этажа с устройством сплошного основания из пенополистирольных плит толщиной 40-50 мм с целью повышения звукоизоляции и исключения возможной передачи нагрузок от надстраиваемых этажей. Монолитное перекрытие охватывает не только габариты реконструируемого здания, но и включает объемные элементы сотовой системы.

Отличительной особенностью сотовой системы является совместная работа замкнутых железобетонных объемов с передачей нагрузки на выносные опоры. В реконструируемой части здания осуществляется перепланировка помещений, связанная с переносом санузлов в торцевые элементы секций, расширением прихожих, кухонь и жилых комнат (рис.10.72). Существующие наружные ограждения утепляются с использованием технологий вентилируемых фасадов. Производится замена оконных и балконных заполнений на более эффективные двухкамерные стеклопакеты. Все эти мероприятия способствуют повышению архитектурной выразительности зданий и их эксплуатационной надежности.

а) б)

Рис. 10.72. Фрагмент архитектурно-планировочноге решения реконструкции жилого дома серии 1-515 с пристройкой торцевой секции и надстройкой 4 этажей

а ) - план 1-го этажа; б) то же, 6-9 - го этажей

Надстройка этажей осуществляется по независимой от реконструируемого здания планировке, отвечающей современным нормам (рис.10.72, в). Для организации помещений в надстраиваемых этажах используются индустриальные перегородки из гипсокартонных плит по металлическому каркасу, пазогребневые перегородки, из газосиликатных блоков и др. материалов, обеспечивающих снижение трудоемкости работ и повышение звукоизоляции помещений.

В зависимости от градостроительной ситуации целесообразно первый этаж здания использовать под нежилые помещения, что существенно повышает комфортность проживания.

Дальнейшей трансформацией сотовой системы является надстройка здания с передачей нагрузок на монолитные выносные рамные конструкции. Этот способ применяют для реконструкции жилых зданий с несущими наружными стенами из кирпича, что позволяет осуществить перепланировку квартир и довести их площади до современных требований из расчета 18 м² на одного проживающего.

В качестве монолитных выносных конструкций применятся объемная каркасная система, состоящая из монолитных железобетонных пилонов, размещаемых с шагом 4,2-4,3 м и объединенных между собой монолитными продольными плитами, которые используются в качестве лоджий. Для обеспечения пространственной жесткости системы в местах размещения лестничных клеток пристраивают замкнутые объемы лифтовых шахт и площадок для мусоропроводов (рис. 10.75).

Рис.10.75. Объемная каркасная система с выносными монолитными рамными конструкциями

1- реконструируемое здание; 2- торцевая пристройка; 3- монолитные железобетонные пилоны; 4- монолитные пристройки лифтовых шахт и мусоропроводов; 5- балки-стенки для передачи нагрузок от надстраиваемых этажей пилонам и объемным элементам шахт; 6- монолитны плиты лоджий, объединенные с пилонами

Для монолитных железобетонных пилонов, лифтовых шахт и площадок для мусоропроводов устраиваются буронабивные сваи с монолитным ростверком, что исключает передачу нагрузки на существующий фундамент. Элементы объемной каркасной системы выполняются с использованием унифицированных щитовых опалубок фирм Мева, Дока, Пашаль и др. и использования бетонов класса В25-30 с внесением в смесь пластифицирующих и ускоряющих твердение бетонной смеси добавок типа Лингопан, которые обеспечивают твердение бетона при пониженных температурах. Для снижения сроков выдерживания бетона до прочности в пределах 25-30% применяют стоечную систему переопирания монолитных перекрытий на нижние этажи, что обеспечивает продолжительность возведения этажей до 5-7 суток.

Технологическая схема пристройки монолитных пилонов, лифтовых шахт, вертикальных стен и перекрытий надстраиваемых этажей приведена на рис.10 78.

Рис. 10.78. Технологическая схема пристройки монолитных пилонов, лифтовых шахт, вертикальных стен и перекрытий надстраиваемых этажей

1- пристройка монолитных пилонов; 2 - то же, лифтовых шахт; 3 - устройство монолитного перекрытия над 5 этажом; 4 - возведение монолитных стен надстройки; 5 - то же, перекрытий надстраиваемых этажей; 6 - автобетоновоз; 7 - фундаменты под монолитные пилоны; 8 - то же, под лифтовые шахты; 9 - башенный кран

Объемные пристраиваемые элементы лифтовых шахт и мусоропроводов, как и пилоны, объединяются внутренними стенками жесткости и монолитными перекрытиями, что позволяет передавать нагрузки от надстраиваемых этажей на объемные каркасные системы, исключая реконструируемую часть здания.

Пространственная жесткость и устойчивость реконструируемого здания обеспечивается совместной работой монолитных железобетонных перекрытий и продольно-поперечных рам объемной каркасной системы, образующей единую объемно-пространственную структуру. При этом обе части реконструируемого здания при передаче нагрузки на фундамент работают независимо друг от друга.

В результате обстройки и пристройки торцевых секций достигается перепланировка квартир, в которых размещаются просторный холл и второй санузел, на кухне выделяется столовая и рабочая зона. Трехкомнатные квартиры ориентированы на два фасада и имеют сквозное проветривание. Каждая квартира имеет застекленную лоджию площадью более 6 м² (рис.10.76).

Рис. 10.76. Планировочное решение 2-5-го этажей реконструируемого здания.

Планировочное решение надстраиваемых этажей может быть выполнено с поэтажным и двухуровневым размещением 3-5 комнатных квартир повышенной комфортности (рис. 10.77).

а) б)

Рис.10.77. Планировочное решение надстраиваемых этажей с поэтажным (а) и двухуровневым размещением квартир (б)

В результате выполненных мероприятий реконструируемые здания приобретают потребительские и эстетические качества современного комфортабельного жилья с увеличением площади квартир более чем в 2 раза.

Вышеперечисленные технологии позволяют решить актуальную проблему городов по реконструкции пятиэтажного жилого фонда, продлив жизненный цикл зданий, исключив процесс их сноса и переработки отходов, а также выполнить ряд социальных проблем.