Реконструкция жилых зданий с применением встроенных монолитных систем

Монолитные встроенные системы позволяют адаптировать здание к разнообразным архитектурным формам и планам. Монолитный вариант реконструктивных работ может быть однозначно рекомендован в зданиях криволинейной и сложной форм плана, с различной высотой этажей, где применение сборных конструкций сопряжено с использованием большого числа доборных элементов и многообразием типоразмеров. При современных технологии и организации работ монолитные системы являются индустриальными и технологичными, а по темпам ведения реконструктивных работ приближаются к сборному строительству. Индустриальность монолитных систем определяется достижениями в области создания опалубок, адаптированных к различным технологическим условиям, а также механизацией процессов транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси. Немаловажная роль при этом отводится методам, интенсифицирующим твердение бетона, а также использованию химических добавок, регулирующих технологические свойства смесей. Монолитные встроенные системы повышают капитальность зданий и обеспечивают их достаточно высокую долговечность. Проектирование встроенных монолитных систем предусматривает использование конструктивных решений с изменением расчетной схемы здания и с сохранением ее.

При сохранении общей расчетной схемы встроенные монолитные системы могут выполняться по стеновой и перекрестной схемам, когда в качестве несущих конструктивных элементов выступают внутренние поперечные и продольные стены совместно с монолитными перекрытиями, а также безбалочные каркасные системы с ядрами жесткости в виде лестнично-лифтовых узлов (рис. 9.22).

Рис . 9.22. Стеновая (а) и безбалочная (б) встроенные системы реконструируемых зданий
1 - внутренние несущие монолитные стены; 2 - лифтовая шахта; 3 - монолитные колонны безбалочной системы; 4 - монолитные перекрытия

Применение встроенной монолитной системы с изменением расчетной схемы используется в случаях, когда несущая способность наружных стен недостаточна для восприятия изменившихся нагрузок.

Наиболее рационально использование встроенных монолитных систем при реконструкции с надстройкой несколькими этажами. Имея самостоятельный фундамент, встроенная конструкция воспринимает все изменившиеся нагрузки, а наружные стены выступают в роли самонесущих ограждающих элементов.

Для реализации концепции свободной планировки целесообразно использование безбалочной встроенной каркасной системы. Ее применение позволяет осуществлять планировку помещений как в сторону увеличения числа комнат, так и укрупнения их. Гибкая система планировки осуществляется за счет использования индустриальных перегородок из пазогребневых блоков или каркасно-обшивочных систем.

Применение встроенных безбалочных систем с опиранием перекрытий на наружные стены (рис. 9.23, а ) осуществляется путем устройства штраб и специальных анкеров, обеспечивающих связь перекрытия со стеновой конструкцией.

Рис . 9.23. Конструктивно-технологические схемы устройства монолитных встроенных систем с опиранием плит перекрытия на стены (а) и колонны (б)
1 - наружная стена; 2 - монолитные перекрытия; 3 - палуба; 4 , 5 - балки и прогоны; 6 - опорные телескопические стойки

Для встроенных систем безбалочного или каркасного типа, когда наружные стены исключаются из работы, схемы дополняются системой наружных колонн, примыкающих к стенам или монолитным стеновым элементам. Их расположение в плане кратно простеночному расстоянию. Монолитный вариант позволяет учесть особенность расположения оконных проемов без каких-либо дополнительных решений (рис. 9.23, б ).

Создается самостоятельная встроенная система, которая рассчитывается на технологические нагрузки, включая надстраиваемые этажи. При этом стеновое ограждение выступает как самонесущее и исключаются нагрузки от элементов встроенного каркаса. Это обстоятельство позволяет снизить объем работ по усилению наружных стен. При возведении надстраиваемых этажей возможна передача нагрузки от стенового ограждения на элементы встроенной системы, что учитывается при расчете ее элементов.

Применение облегченных опалубочных систем позволяет существенно снизить их массу и, соответственно, трудоемкость установки.

Отличительной особенностью производства работ при реконструкции зданий является высокий уровень стесненности. Это обстоятельство требует использования преимущественно мелкощитовой опалубки.

Высокой технологичностью обладают опалубки перекрытий. Использование телескопических стоек обеспечивает установку опалубки любой высоты этажа, что весьма важно при реконструктивных работах, когда этот параметр колеблется в достаточно широких пределах. Особое внимание при выборе опалубочной системы перекрытий отводится процессу демонтажа. Это вызвано наличием стенового ограждения, что требует, как правило, немеханизированных методов. Трудоемкость этого процесса повышается вследствие большого уровня затрат на ручную переноску щитов, ригелей, стоек и других элементов в пределах одной захватки, подготовки и перемещения их на очередную.

Уровень технологичности арматурных работ, как показала практика, определяется не степенью заводской готовности плоских и пространственных каркасов, а итоговым показателем удельных затрат. Ручная вязка каркасов методом наращивания позволяет более рационально использовать грузоподъемность транспортных средств, снизить до минимума затраты на электроэнергию, повысить надежность систем в результате исключения сварочных работ. В то же время это позволяет учитывать конструктивные особенности, требующие индивидуального решения по степени армирования отдельных узлов и деталей.

Транспортирование, укладка и уплотнение бетонной смеси занимают заметное место в системе монолитного строительства. Не вдаваясь в формирование рыночной цены товарного бетона, следует отметить ряд технологических факторов, влияющих на себестоимость готовой продукции. К ним относятся прежде всего приобъектные средства подачи бетонной смеси и степень механизации.

Опыт реконструктивных работ показывает, что использование авто- и стационарных бетононасосов незаменимо в стесненных условиях производства работ, например, при бетонировании монолитных фундаментных плит, перекрытий и других конструктивных элементов с подачей смеси через оконные проемы, в условиях, когда установка грузоподъемного механизма затруднена.

Производство работ по возведению монолитных встроенных систем предусматривает непрерывный цикл работ с переходом на захватки. Это обстоятельство требует расчета потребного количества опалубочных элементов, средств ускоренного твердения и количества рабочих, занятых на отдельных процессах.

Процесс возведения встроенной системы разделяется на несколько технологических циклов, включающих армирование и установку опалубки вертикальных конструкций стен и колонн. Эти работы выполняются специализированным звеном. После бетонирования конструкций и приобретения распалубочной прочности осуществляются демонтаж опалубки, ее очистка и установка на новой захватке.

Отдельным звеном осуществляется цикл устройства опалубки горизонтальных конструкций - перекрытий и балок, включающий их армирование и бетонирование. После набора распалубочной прочности осуществляются демонтаж и перенос на очередную захватку.

Подбор количества рабочих осуществляется таким образом, чтобы работы по возведению вертикальных конструкций опережали устройство горизонтальных. Число рабочих на устройстве опалубочных систем определяется по общей трудоемкости работ и требуемой продолжительности установки. Аналогичным образом определяется количество арматурщиков, которые выполняют армирование с совмещением опалубочных работ.

Укладку и уплотнение бетонной смеси осуществляют после готовности опалубочных и арматурных работ и их приемки.

Преимущественное влияние на формирование потоков оказывает цикл твердения бетона. Он является определяющим при возведении монолитных конструкций и колеблется в широком диапазоне. Поэтому организация производства работ прежде всего зависит от технологии и интенсивности набора прочности бетоном. При использовании мягких режимов тепловой обработки (прогрев греющими проводами, камерный прогрев теплогенераторами) период набора распалубочной прочности колеблется в пределах 60-72 ч. Достаточно высокая продолжительность твердения требует комплекта опалубки не менее чем на две захватки.

Более эффективным является переход на жесткие режимы. Так, использование термоактивных щитов с удельной мощностью до 500 Вт/м2 позволяет реализовать технологические режимы, обеспечивающие набор распалубочной прочности в течение 18-24 ч (рис. 9.24).

Рис . 9.24. Графики набора прочности бетоном (а) и рабочий момент установки термоактивных щитов (б)
I - в термоактивной опалубке; II - прогревом греющими проводами; III - камерным прогревом перекрытий

При производстве работ с положительными температурами окружающей среды приобретение бетоном 70 % прочности достигается при удельной мощности термоактивных щитов до 300 Вт/м2 за тот же период.

Жесткие режимы тепловой обработки требуют более высоких энергетических мощностей. Поэтому организация работ должна планироваться таким образом, чтобы прогрев бетона приходился на суточный период с льготными тарифами на электроэнергию.

В таблице 9.3 приведен примерный график работ на захватках, когда применяют мягкие I и жесткие II режимы тепловой обработки. При расчетной продолжительности работ t 1... n различных процессов и их максимального совмещения во времени жесткие режимы тепловой обработки обеспечивают снижение времени цикла от установки опалубки до демонтажа на величину D T , которая имеет тенденцию увеличения при возрастании площади захваток и их количества. Мягкие режимы тепловой обработки не только увеличивают общую продолжительность цикла, но и способствуют возникновению технологических перерывов S Tn .

Таблица 9.3

Графики производства работ по устройству монолитного перекрытия при использовании мягких ( I) и жестких ( II) режимов прогрева бетона

Рациональное использование технологических режимов набора прочности в совокупности с организацией инструментального контроля обеспечивает планирование технологии и организации исходя из заданных сроков производства бетонных работ на этаже или захватке. Непрерывность процессов требует организации 3-сменной работы бригад и звеньев из расчета семидневной рабочей недели. При этом определяющими интенсивность работ факторами являются время набора распалубочной прочности и площадь опалубки. Параметры внутриобъектных потоков реализуются численным составом рабочих и средствами механизации.

Пример организации строительной площадки и технологические схемы производства работ по устройству встроенного монолитного каркаса для здания сложной формы плана приведены на рис. 9.25. Здание разбивается посекционно на три захватки с приблизительно равными площадями. Принимается горизонтальная схема движения потоков. На первой секции показан технологический цикл устройства опалубки перекрытий, на второй - процесс возведения монолитных колонн, а на третьей - возведение перекрытий. Использование индустриальных опалубочных систем, эффективных средств подачи и укладки бетонной смеси, а также режимов ускоренного твердения бетона обеспечивает общую продолжительность работ на каждом этаже в пределах 5-7 рабочих дней.

Рис . 9.25. Реконструкция жилого дома методом встроенной монолитной системы с надстройкой этажей
а - фрагмент строительного генерального плана; б - технологическая схема возведения встроенного монолитного безбалочного каркаса

При выполнении работ по надстройке здания сохраняется прежняя технология. Процесс устройства стенового ограждения ведется после выполнения работ по возведению несущих конструкций надстройки.

Создание встроенного монолитного каркаса способствует повышению надежности основных конструктивных элементов, а возведение ограждающих конструкций, отвечающих теплотехническим требованиям, обеспечивает снижение энергозатрат в эксплуатационный период.

Уровень технологичности и снижение продолжительности работ достигаются при комбинированном использовании сборных многоэтажных колонн и монолитном перекрытии. Использование сборных колонн позволяет исключить из технологического цикла наиболее трудоемкие процессы поэтапного возведения вертикальных конструкций: армирование, монтаж опалубки, тепловую обработку, демонтаж опалубки и цикл транспортных работ по доставке материалов и технологической оснастки на монтажный горизонт.

Снижение суммарной трудоемкости работ обеспечивает сокращение продолжительности возведения встроенной системы на 20-30 % . Использование колонн заводского производства обеспечивает их гарантированное качество по физико-механическим характеристикам.

Надстройка зданий

Надстройка зданий является наиболее эффективным приемом расширенного воспроизводства жилищного фонда, поскольку она не требует увеличения земельного участка и позволяет реализовать все запасы несущей способности конструкции здания. Именно поэтому надстройка была одним из основных приемов наращивания жилищного фонда крупных городов в 1920-30-е годы и в послевоенный период.

В Москве в 1920-30-е годы за счет увеличения этажности жилых домов дореволюционной постройки общие площади в пределах Садового кольца выросли на 8,7 %, одновременно улучшилось инженерное обустройство надстроенных зданий. В большинстве случаев надстройка выполнялась с учетом архитектурно-художественного решения здания и не приводила к ухудшению его внешнего вида.

Здания постройки до 1950-х годов имеют достаточно высокий запас несущей способности, что позволяет осуществить надстройку несколькими этажами. В ряде случаев требуется усиление фундаментов, что в целом несущественно повышает себестоимость дополнительных площадей.

Основные технические решения при надстройке зданий состоят в возведении несущих стен преимущественно из кирпича, устройстве сборных перекрытий из многопустотного настила или монолитных с использованием несъемной опалубки из профнастила по металлическим балкам или железобетонных скорлуп.

При общей высоте зданий 6 и более этажей предусматривается устройство лифтов. Как правило, они размещаются в пристроенных объемах, имеющих самостоятельные фундаменты.

Надстройка зданий сопровождается перепланировкой помещений, заменой инженерного оборудования, сетей, утеплением стенового ограждения и заменой светопрозрачных заполнений.

Выполнение комплекса работ обеспечивает получение жилищного фонда, отвечающего современным требованиям, способствует продлению жизненного цикла зданий и повышению эксплуатационной надежности.

Для зданий, находящихся на центральных магистралях городов, их реконструкция с надстройкой, как правило, сопровождается перепрофилированием в нежилой фонд.

Реконструкция с надстройкой этажей включает несколько технологических циклов.

Подготовительный цикл включает освоение строительной площади с устройством ограждений, выделением зон складирования, отключением постоянных сетей, размещением складских и бытовых помещений, а также устройством временных сетей для технологических нужд.

Осуществляется подготовка площади под размещение башенного или самоходных стреловых кранов.

Работа подготовительного периода должна соответствовать основным решениям, принятым в проекте производства работ.

Основной цикл состоит из разборки кровельной части с устройством гидроизоляционного ковра для защиты от атмосферных осадков и выполнения строительно-монтажных работ по надстройке этажей.

Производство работ выполняется в соответствии с конструктивно-технологическими решениями, представленными в виде рабочей документации, и технологическими картами на отдельные виды работ.

Ведущим процессом при надстройке зданий является комплекс работ по возведению несущих стеновых конструкций и устройству перекрытий. Технология производства работ принимается по захватной схеме, обеспечивающей ритмичную работу основного цикла и совмещение других строительных процессов.

В качестве захватки принимается секция дома или его часть. Совмещение работ по возведению кирпичной кладки и устройству перекрытий достигается путем использования технологических решений, обеспечивающих примерно одинаковую их продолжительность, что позволяет использовать поточные методы ведения работ.

Разбивка здания на захватки позволяет организовать технологические процессы с обеспечением необходимого фронта работ. Как правило, работы основного цикла выполняются комплексной бригадой, состав рабочих которой владеет несколькими смежными профессиями.

Для обеспечения доставки материалов и полуфабрикатов к рабочим местам используются, как правило, башенные краны. Их грузоподъемность определяется исходя из максимальной массы монтируемых конструкций и подаваемых материалов.

На рис. 9.31 приведены фрагмент стройгенплана на период надстройки здания и основные технологические этапы. Стесненные условия площадки требуют разработки организационно-технологических решений по доставке и складированию материалов с минимальным запасом, использованию автобетононасосов при устройстве монолитных перекрытий, обеспечению безопасных условий производства работ.

Рис . 9.31. Технологические этапы надстройки здания
Схема разбивки здания на захватки (а), технологические процессы возведения стен (б), перекрытий в несъемной опалубке (в, г), мансардного этажа (д); 1 - кирпичная кладка наружных и внутренних стен; 2 - устройство монолитного перекрытия; 3 - то же, аттикового этажа

Совмещение работ во времени достигается путем применения сборно-монолитных перекрытий по металлическим балкам, что позволяет сократить цикл возведения до 2-3 дней на секцию.

Возведение аттикового этажа осуществляется с использованием рамных металлических конструкций. Первоначально устанавливаются стойки рам на уровне простенков, которые заключаются в обойму из кирпичной кладки. После возведения стенового ограждения устраивается несъемная опалубка из профнастила и проводится бетонирование покрытия. Затем производится цикл работы по утеплению и устройству кровельного покрытия из металлических листов.

Особое место при выполнении работ по надстройке отводится созданию архитектурного облика здания путем использования карнизов сложной геометрической формы, лепных деталей подоконных и простеночных зон и др. частей фасада. Они изготавливаются из полистирола, а также методом набрызга дисперсно-армированным бетоном по объемным матрицам. Армирование бетона осуществляется щелочестойким стекловолокном. Нанесение слоев бетона на матрицы производится с использованием «пистолета», сочетающего в себе функции рубки стекловолокна и набрызга армированной смеси. Путем последовательного нанесения слоев достигается получение однородных, высокопрочных и морозостойких объемных и плоских элементов. Для крепления деталей к поверхности стен используются анкеры различных конструктивных схем. В местах размещения крепежных элементов устанавливаются закладные металлические детали, обеспечивающие восприятие нагрузок.

Применение дисперсно-армированных и полимерных архитектурных деталей в десятки раз снижает трудоемкость работ и обеспечивает создание архитектурных форм, соответствующих ансамблю застройки.

Надстройка зданий с использованием предварительно напряженных ригелей

Данная система используется при ширине корпусов реконструируемых зданий более 16 м. Конструктивная схема включает возведение колонн в монолитном исполнении по наружным и внутренним стенам с устройством обвязочного пояса и последующим возведением плоских монолитных ригелей, обеспечивающих колонны в поперечных осях. Ригели выполняются с преднапряженной арматурой, что позволяет создать эффект плоского перекрытия. Между ригелями размещается монолитное безбалочное перекрытие толщиной, равной сечению ригеля.

Для напряженной арматуры используются канаты типа К-7, размещаемые в каналах, оборудованных в процессе бетонирования ригелей.

На рис. 9.32 приведены конструктивная схема надстраиваемых этажей и технологические этапы производства работ.

Рис . 9.32. Технологическая схема надстройки зданий с использованием каркаса с преднапряженными плоскими ригелями
1 - монолитные ж/б колонны; 2 - опалубка ригелей; 3 - опалубка межригельных плит; 4 - бетонирование плит; 5 - каналы для размещения преднапрягаемой арматуры; 6 - натяжение арматуры гидродомкратами; 7 - грузопассажирский подъемник; 8 - примыкающее здание

Они включают следующее.

Период подготовительных работ: демонтаж кровли и создание гидроизоляцйЪнного ковра, предохраняющего нижние этажи от атмосферных осадков; ограждение площадки и размещение средств малой механизации (подъемников, гидравлической станции, трансформаторов для прогрева бетона, а также площадки для складирования арматуры и опалубочных систем, бытовых и складских помещений); обеспечение временным электро- и водоснабжением для технологических нужд.

Основной период состоит в возведении несущих конструкций надстраиваемых этажей: устройстве обвязочного пояса по периметру стен для перераспределения нагрузок от колонн; возведении монолитных колонн с армированием отдельными стержнями и использованием инвентарных опалубочных щитов, подачей и укладкой бетонной смеси автобетононасосом; тепловой обработке колонн с использованием греющих проводов, обеспечивающей цикл набора распалубочной прочности в течение 2-3 сут в зимний период и 1-2 сут - в летний; возведении опалубки ригелей с использованием телескопических элементов и палубы из ламинированной фанеры; армировании ригелей рабочей арматурой с установкой каналов для преднапряженной арматуры; бетонировании ригелей с электропрогревом греющими проводами до получения распалубочной прочности не менее 70 % R б ; распалубке ригелей и устройстве опалубки плит перекрытия по телескопическим стойкам, балкам-протокам и палубы из фанеры; армировании элементов плиты с ручной варкой арматуры; укладке бетонной смеси с подачей бетононасосом и уплотнением глубинными вибраторами; тепловой обработке и демонтаже опалубки при достижении распалубочной прочности не менее 50 % R б .