Реконструкция жилых зданий первых массовых серий в силу разнообразных конструктивных схем, степени физического и морального износа, расположения в городской застройке имеет достаточно широкий диапазон технических решений.
В таблице 3.3 приведена блок-схема многоуровневого подхода, иллюстрирующая основные положения. За критерии, определяющие уровень реконструктивных работ, приняты технические решения и технологии, обеспечивающие ведение работ без отселения жильцов и с их переселением.
Таблица 3.3
Уровень реконструктивных работ жилых зданий первых типовых серий
Важными циклами реконструктивных работ являются повышение эксплуатационных характеристик зданий (теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, оконных и дверных заполнений), а также модернизация фасадов с доведением их архитектурного уровня до современных требований. Особое внимание при этом уделяется модернизации вентиляционных систем как интенсивного источника теплопотерь.
На рис. 3.6 приведены конструктивно-технологические схемы многоуровневой реконструкции жилых зданий первых массовых серий.
Рис. 3.6. Конструктивно-технологические схемы реконструкции малоэтажных жилых зданий
I - путем пристройки малых архитектурных объемов; II - превращения чердачных помещений в мансардные этажи; III - одностороннего уширения корпуса зданий с надстройкой этажей; IV -двустороннего уширения корпусов зданий с надстройкой этажей
Наиболее простым и эффективным конструктивным приемом, повышающим комфортность проживания, является пристройка по фасадам одиночных или групповых эркеров, позволяющих увеличить площадь помещений кухонь, жилых комнат и лестничных клеток (рис. 3.8).
Следующим этапом по сложности являются устройство мансард на высоту 1-2 этажей с одно- и двухуровневым расположением квартир, а также пристройка эркеров.
Работы этих циклов могут быть выполнены без отселения жильцов с соблюдением правил безопасного ведения работ.
Цикл реконструктивных работ с отселением жильцов является наиболее многогранным и включает варианты одностороннего или двустороннего расширения корпусов, надстройку здания на 3-4 этажа с полной перепланировкой помещений, устройством лифтов и мусоропроводов.
В зависимости от конструктивных схем зданий и их технического состояния варианты реконструкции достаточно разнообразны.
Простейший вариант реконструкции заключается в перепланировке квартир. Перепланировку типового этажа легче всего осуществлять в домах каркасной конструктивной системы, а также при схеме с тремя продольными несущими стенами. В домах же с узким и смешанным шагом внутренних несущих стен изменить положение внутриквартирных перегородок достаточно сложно. Именно такие дома составляют основную часть жилищного фонда.
Далее рассмотрим некоторые архитектурно-планировочные и конструктивные решения по реконструкции и модернизации жилых зданий массовых серий.
I - улучшение архитектурно-планировочных решений путем пристройки элементов малых архитектурных форм в виде эркеров и пристроек.
Этот прием позволяет увеличить площади кухонь и прилегающих комнат на 20-30 %, увеличить размеры санузлов, улучшить освещенность помещений, повысить комфортность квартир за счет более рациональной перепланировки. На рис. 3.7 приведены примеры перепланировки рядовых секций домов серий 1-464, 1-447 и 1-510 путем пристройки эркеров размером на ширину комнаты или на ширину двух комнат. При этом достигается возможность перепланировки помещения в результате размещения ванной комнаты в глубине квартиры, санузла - в прихожей и увеличения площади кухонь до 12-14 м2, смежных комнат - на 4- 6 м2. Более рациональный вариант представляет собой сочетание пристройки эркеров с превращением части или всех квартир в двухуровневые.
Рис. 3.7. Примеры планировочных решений при реконструкции крупнопанельных зданий
а, б -путем пристройки эркеров; в -уширения корпусов; г -пристройки эркеров и лифтовых шахт
II - улучшение архитектурно-планировочных решений путем пристройки малых архитектурных форм, перепланировки секций в квартиры с одним и двумя уровнями, а также надстройки верхнего этажа в виде мансарды.
Сочетание пристроек с возведением мансардных этажей является наиболее эффективным и малозатратным по следующим показателям:
- как правило, несущая способность здания имеет запас прочности, обеспечивающий без усиления фундаментов проведение данного вида работ;
- надстройка с переходом от плоской кровли на скатную с мансардным этажом обеспечивает увеличение площади до 20 % при минимальных затратах;
- использование эркерных пристроек различных глубины и формы позволяет помимо увеличения площадей легко вписать дополнительное инженерное оборудование;
- за счет использования различных архитектурных форм мансардного этажа и эркерной части достигается широкая гамма архитектурных решений.
На рис. 3.8 приведены варианты конкурсных проектных решений по надстройке малоэтажных зданий одно-, двух- и трехуровневыми мансардами, пристройке эркеров и лифтовых шахт, превращению балконов в лоджии и другие технические решения, существенно расширяющие архитектурную гамму зданий. Применение различных геометрических форм мансардных этажей позволяет не только повысить комфортность квартир, но и получить достаточно гибкие архитектурные решения, преобразующие внешний вид типовых жилых домов.
Рис. 3.8. Примеры проектных решений по реконструкции малоэтажных зданий
1 - г. Екатеринбург - 5-этажный панельный жилой дом с двухуровневой мансардой; 2 - г. Орел - 5-этажный жилой дом с мансардным этажом; 3 -г. Находка - надстройка 5-этажного жилого дома 3-этажной мансардой; 4 - г. Магнитогорск - 5-этажный панельный дом с мансардным этажом в двух уровнях; 5 - г. Магнитогорск - проект мансардного этажа на жилом крупноблочном доме
Стремление уйти от однообразия предельно упрощенных «пятиэтажек» стимулировало появление проектов реконструкции, при которых благодаря различным пристройкам и надстройкам пластика здания значительно усложняется. Так, если пристройка к фасаду уменьшается с каждым этажом, то тем самым образуется довольно эффективное зрительное восприятие. Такое решение существенно повышает комфортность квартир и до неузнаваемости изменяет архитектурный облик здания.
При создании домов переменной этажности, когда надстройка делается не над всем домом, а над какой-то его частью, эффект реконструкции существенно повышается. Это особенно важно в тех случаях, когда «пятиэтажка» находится в зоне старой застройки и требуется сблизить архитектурные стили зданий.
III - увеличение общей площади зданий путем относа наружных стен, надстройки этажей и пристройки объемов.
Архитектурно-планировочные решения, проводимые по данной конструктивной схеме, весьма разнообразны и могут иметь достаточно широкий диапазон: от надстройки одного этажа до превращения зданий в 7-9-этажные корпуса и целые комплексы.
На рис. 3.9 приведено архитектурно-планировочное решение переустройства крупнопанельного жилого дома серии 1-464 с увеличением площади путем относа наружных стен, надстройки мансардного этажа и ступенчатой пристройки с торцов здания.
Рис. 3.9. Проектное решение реконструкции жилого дома серии 1-464 со ступенчатой пристройкой объемов и надстройкой мансардного этажа
а, б - фасады здания; в -фрагмент плана мансардного этажа; г - поперечный разрез; д -фрагмент планов 3-5 этажей
При этом помещения первого этажа превращаются в нежилые, а вышестоящие - в двухуровневые квартиры. Это обстоятельство существенно улучшает уровень планировочных решений, а использование приемов сплошного остекления лестничных клеток, использование арочных конструктивных элементов стен первого этажа и сложной формы кровли мансарды позволяет расширить архитектурную палитру фасадов зданий.
Реконструкция с надстройкой до 7-9 этажей представляет собой более сложную техническую задачу. При этом реконструируемая часть здания находится как бы внутри вновь возводимого каркаса, а надстройка вышележащих этажей осуществляется самостоятельно и имеет свое архитектурно-планировочное решение. Такой прием сопряжен с серьезными конструктивными изменениями, требующими устройства несущих элементов, воспринимающих нагрузки от надстраиваемых этажей. Обычно после такой реконструкции либо все здание получается шире существующего, либо образуются мощные пилоны, выступающие перед фасадами первых пяти этажей, либо эркерные части, симметрично расположенные по наружным стенам и объединенные на пятом этаже мощным диском жесткости (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Реконструкция малоэтажных крупнопанельных зданий методом обстройки и надстройки
а - фасад здания после реконструкции; б, в, г - планы реконструируемой и надстраиваемой частей; д - поперечный разрез здания
Практически такой метод реконструкции приводит к созданию ширококорпусных зданий, которые отличаются достаточно гибкой планировкой и более высокими эксплуатационными характеристиками.
Опыт реконструкции по рассматриваемой схеме показал ее жизнеспособность. В то же время комплекс работ по перепланировке, усилению и возведению новых фундаментов, стенового ограждения и других элементов свидетельствует о достаточно низкой технологичности конструктивных решений, что приводит к увеличению трудозатрат, сопоставимых с возведением нового здания.
Дополнительные функциональные и композиционные возможности появляются при реконструкции двух и трех расположенных рядом жилых зданий. В этих случаях возможно применение различного рода встроек, подчеркивающих архитектурный стиль микрорайона.
Особое место при реконструкции отводится формированию надстраиваемых этажей, максимальному выявлению возможности крыши как важного элемента композиции жилого здания. Во всех случаях мансардный этаж позволяет заметно обогатить пластику «пятиэтажек» и тем самым улучшить архитектуру и повысить композиционное значение. Особенно это важно, когда рядом с пятиэтажным зданием находится более высокая встройка.
Комплексная реконструкция допускает устройство надстройки рядом стоящих пятиэтажных и устройство многоэтажных, встроенных между ними зданий. Устройство угловых и линейных встроек позволяет улучшить пространственную композицию застройки.
Раздел 4. Конструктивные решения при реконструкции зданий.
Итогом обследования состояния реконструируемого здания является заключение о его техническом состоянии: состоянии основания, фундаментов, несущих и ограждающих конструкций. Ключевой является оценка несущей способности конструктивных элементов и надежности здания в целом с учетом изменившихся расчетных схем и нагрузок. Осуществляют проведение поверочных расчетов несущей способности оснований и конструкций. При этом нагрузки и воздействия следует принимать, руководствуясь положениями норм, и уточнять на основании проведенных исследований.
Самостоятельной целью диагностики реконструируемых зданий в ряде случаев является определение резервов прочности и деформативности.
Кроме технических запасов прочности возможно использование «расчетных», которые оцениваются разностью величин расчетных показателей характеристик по современным нормам проектирования и величин характеристик по нормам проектирования в период постройки.
Так, например, в таблице 6.1 приведено сравнение расчетного сопротивления грунтов оснований по современным нормам проектирования (СНиП 2.02.01-83*
) с ранее действующими нормами на период возведения реконструируемых зданий.
Таблица 6.1
Расчетное сопротивление грунтов по нормам 1932 - 1983 гг.
| № п.п. | Вид грунтов оснований | Расчетное сопротивление грунтов R,кгс/см2 | |||||
| ОСТ 4543 1933 г. | У-24-41 1941 г. | НИТУ 127-55, СНиП II-Б.1-62 | СНиП II-15-74 | СНиП 2.02.01-83* | Rгр/R | ||
| 1 | Песок крупный: | ||||||
| плотный | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 6 | 6 | 1,33 | |
| средней плотности | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 5 | 5 | 1,43 | |
| 2 | Песок средней крупности: | ||||||
| плотный | 2,5-3,0 | 4 | 3,5 | 5 | 5 | 1,25-2 | |
| средней плотности | 2,5-2,25 | 3 | 2,5 | 4 | 4 | 1,33-1,78 | |
| 3 | Песок мелкий: | ||||||
| плотный маловлажный | 2,0 | 3,5 | 3 | 4 | 4 | 1,14-2,0 | |
| Влажный средней плотности | 1,5 | 2,5 | 2 | 3 | 3 | 1,5-2,0 | |
| 4 | Песок мелкий сильновлажный и водонасыщенный: | ||||||
| плотный | 0,5 | 3,0 | 2,5 | 3,0 | 3,0 | 1-6 | |
| средней плотности | 1,0 | 2,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 1-2 | |
| 5 | Суглинок: | ||||||
| В-0 | 3,5-2 | 4-2,5 | 3-2,5 | 3-2,5 | 3-2,5 | 1-1,25 | |
| В-1 | 2,5-1,0 | 2,5-1 | 2,5-1 | 2-1 | 2-1 | 0,8-1,0 | |
Анализ приведенных данных показывает, что расчетные запасы прочности достаточно велики, что весьма важно при принятии решений о надстройке зданий. Сопоставление с зарубежными нормативными данными свидетельствует о том, что расчетное сопротивление подобных типов грунтов в европейских странах в 2-2,5 раза выше, чем по действующим СНиП РФ.
Аналогичные запасы прочности имеются и при расчете каменных, железобетонных, металлических и других конструкций зданий.
Несмотря на имеющиеся запасы прочности, длительный срок эксплуатации зданий, а также техногенные процессы приводят к значительным изменениям структуры грунта, его несущей способности. Экстремальные условия технической эксплуатации зданий способствуют изменению свойств материалов, снижению или потере несущей способности конструктивных элементов, утрате теплотехнических, звукоизоляционных и других свойств ограждающих конструкций, функций кровли и т.п.
Поэтому одними из первостепенных задач при реконструкции жилых зданий являются восстановление и повышение несущей способности конструктивных элементов и надежности зданий в целом.
Анализ конструктивно-технологических решений жилых зданий ранней постройки свидетельствует о значительном запасе несущей способности фундаментов и стен. Так, плотность размещения фундаментов для различных периодов построек составляет от 40,4 % (1890-1900 гг.) до 35,9 % (1940-1950 гг.). При невысокой степени физического износа для зданий этого периода возможна надстройка 2-3 этажами без дополнительного усиления фундаментов.
Подобная ситуация наблюдается для построек 1960-70-х гг., когда запасы несущей способности грунтов в 1,5-2,0 раза больше. Как показали исследования, сборные железобетонные конструкции, используемые для устройства ленточных фундаментов, панелей несущих стен и др. конструктивных элементов, за период эксплуатации более 30 лет приобрели прирост прочности в 1,3-1,5 раза, что связано с использованием цементов грубого помола, активная гидратация которых наблюдалась за весь период эксплуатации. Эти обстоятельства позволяют с учетом изменившихся физико-механических характеристик несущих конструкций осуществлять 2 - 3-этажную надстройку домов первых массовых серий.
При выполнении реконструируемых работ выбор того или иного способа усиления зависит от многих факторов и в первую очередь от изменения объемно-планировочных решений, нагрузок и условий эксплуатации. Итогами выбора методов усиления являются экономические показатели. Как правило, процесс усиления весьма трудоемкий и дорогостоящий, требующий больших затрат ручного труда. В ряде случаев экономически целесообразнее произвести замену конструктивных элементов в целом, чем осуществлять их усиление.
Проект усиления различного рода конструкций разрабатывается на основе рабочих чертежей и данных детального обследования зданий, включая дефектоскопию конструкций. Особое внимание при этом уделяется изменившимся условиям эксплуатации: постоянным и временным нагрузкам; изменениям гидрогеологического режима; требованиям по тепло- и звукоизоляции зданий, комфортности помещений и т.п.
Рациональный вариант усиления или восстановления несущей способности конструкций разрабатывается путем технико-экономического сопоставления. При этом первостепенное значение уделяется технологии выполнения процессов, созданию условий обеспечения требуемого уровня качества работ и пооперационного контроля, соблюдению технологических регламентов и в целом надежности конструкций.
При выборе вариантов усиления предпочтение отдается таким решениям, при которых расчетная схема обеспечивает совместную работу усиливаемой конструкции. Важно установить действительный характер работы конструкций, фактически действующие нагрузки, учитывать оценку влияния узлов сопряжения и соответствие выбранных расчетных схем реальным условиям работы. Особое внимание следует уделять ликвидации дефектов конструкций.
При усилении или восстановлении несущей способности необходимо соблюдать плавное включение усиления в работу с существующими конструкциями. Это особенно важно при использовании монолитных вариантов, когда интенсивность набора прочности может иметь различные показатели. Для этой цели следует обеспечивать временную разгрузку усиливаемых элементов.
Расчет железобетонных конструкций усиления должен выполняться с учетом фактических физико-механических характеристик материала и их степени износа. Так, при повреждении площади сечения арматуры более 50 % несущая способность существующей конструкции в расчетах не учитывается. При сварке к существующей арматуре стержней усиления расчетное сечение следует снижать на 25 %.
Для усиливаемых конструкций следует применять арматуру классов А240 (A-I), A300 (A-II), А400 (А-III), а для предварительно напряженных - А600 (А-IV), А800 (A-V), A1000 (A-VI), арматурные канаты классов К1400 (К-7), К1500 (К-19) и др.
Бетон усиления должен приниматься на один класс выше, чем класс прочности усиливаемой конструкции, но не ниже В15. Раствор для заделки штраб, отверстий, защитной штукатурки - не ниже марки 150.
Следует применять средства и методы ускоренного твердения бетона и раствора.
