Реконструкция жилых зданий с применением сборно-монолитных встроенных систем

Реконструкция жилых зданий с применением сборно-монолитных встроенных систем

Введение

Минимально необходимые объемы реконструкции жилых зданий в РФ составляют более 700 млн. м2 общей площади. Из них около 6 % жилых зданий дореволюционной постройки, 27 % построенных в довоенные и послевоенные годы, более 250 млн. м2 жилых зданий первого поколения индустриального домостроения.

Для реконструкции жилых домов более ранней постройки разработаны технологии встроенных систем, обеспечивающие не только восстановление, но и увеличение объема зданий. Исследованы и адаптированы каркасные, сборно-монолитные и монолитные встроенные системы, приведены технологические показатели и разработаны индустриальные технологии производства работ.

Более глубокие исследования проведены по реконструкции домов первых массовых серий. Разработаны новые технические и организационно-технологические решения, обеспечивающие приращение объемов за счет надстройки одно-, двухуровневыми мансардными этажами, пристройки малых объемов, увеличивающих площади кухонь и жилых комнат. Исследованы технологии одно- и двустороннего уширения корпусов жилых зданий с надстройкой 3-4 этажей. Специальные пилоны или объемные элементы обеспечивают восприятие нагрузки от надстройки и способствуют созданию современных архитектурно-планировочных решений.

Использование индустриальных технологий позволило существенно снизить продолжительность работ без отселения жильцов, повысить архитектурную выразительность и разнообразие застройки.

Для 9-этажных домов разработаны конструктивно-технологические решения по превращению технических этажей в жилые с одновременной надстройкой мансардных этажей.

Дается оценка индустриальных технологий реконструкции зданий с использованием укрупненных и объемных элементов заводского производства.

Разработана методика оценки инвестиционных проектов, способствующая выбору наиболее рациональных решений с учетом положения реконструируемого объекта в городской застройке.

Как правило, реконструкция жилых зданий проводится в условиях повышенной стесненности, что не позволяет использовать оптимальные комплексы строительных машин и механизмов. Это обстоятельство требует разработки новых методов производства работ, организационно-технологических и конструктивных решений, привлечения специальной техники и технологии. Острота этой проблемы повышается при производстве реконструктивных работ без отселения жильцов. Показано, что наиболее рациональным и экономически эффективным является повышение плотности застройки путем малоэтажной надстройки и обстройки зданий, устройства многоэтажных вставок между реконструированными домами и возведения отдельных стоящих жилых корпусов, создания объектов инфраструктуры.

Комплексное решение реконструкции квартальной застройки позволяет создать комфортные условия проживания, отвечающие современным требованиям городской среды.

Приведены технологии механизированной разборки зданий, передвижки, вертикального подъема, исключения кренов и деформаций зданий.

Значительное место отведено комплексной реконструкции городской застройки, когда наряду с работами по восстановлению жилого фонда имеют место снос строений и новое строительство, рациональное использование подземного пространства и другие приемы. 

Технология встроенных систем

Технология встроенных строительных систем предусматривает полный демонтаж перекрытий, перегородок, внутренних стен и других конструктивных элементов, оставляя наружные несущие стены, а иногда и стены лестничных клеток. Затем осуществляется встройка внутренних несущих конструкций, которая может выполняться в сборном, сборно-монолитном и монолитном вариантах.

Отличительной особенностью ее применения является то обстоятельство, что имея самостоятельные фундаменты, встроенная система воспринимает технологические и эксплуатационные нагрузки, тем самым частично или полностью исключает их передачу на стеновые ограждения. Это позволяет осуществлять надстройку зданий независимо от несущей способности старых фундаментов и стенового ограждения, снизить объем работ по укреплению основания, усилению существующих фундаментов, а также стен. Использование различных встроенных систем способствует созданию более рациональной планировки помещений, обеспечивающей требуемую комфортность квартир, а применение прогрессивных материалов и технологий создает предпосылки использования индустриальных методов ведения работ с необходимым оснащением средствами механизации.

На рис. 9.1 приведена принципиальная схема реализации метода встроенных систем.

Рис . 9.1. Технологическая последовательность реконструкции зданий методом встроенных строительных систем с надстройкой этажей 
I - существующее здание; II - демонтаж внутренних строительных конструкций; III - усиление фундаментов и производство работ по устройству встроенной системы; IV - надстройка этажей

Принятию решения по устройству встроенной системы предшествует техническое обследование здания, по материалам которого определяется комплекс работ по восстановлению и усилению оставляемых конструктивных элементов здания.

Возведение встроенной системы включает несколько технологических циклов, на каждый из которых разрабатываются проекты производства работ. На наиболее ответственные процессы составляются технологические карты и карты трудовых процессов.

I цикл включает демонтаж конструктивных элементов здания: кровельной части, перекрытий, внутренних стен, их фундаментов и перегородок.

При выполнении данного вида работ предусматриваются меры по обеспечению устойчивости стенового ограждения путем сохранения части балок перекрытий и устройству специальных стяжек, обеспечивающих геометрическую неизменяемость оставляемых конструкций.

Разборка конструктивных элементов здания осуществляется с применением средств механизации, ручного механизированного инструмента, грузоподъемных приспособлений, обеспечивающих поэлементный демонтаж, разрушение конструкций и их транспортирование за пределы строительной площадки.

При разборке внутренних конструктивных элементов здания особое место отводится очередности производства работ, обеспечивающей технологическую последовательность и устойчивость демонтируемых элементов, а также использование безопасных методов производства работ.

Материалы от разборки транспортируются с применением мобильных кранов, лебедок, подъемников. Мелкоштучные элементы от разборки стен, перегородок и перекрытий транспортируются с использованием специальных лотков в емкости, из которых осуществляется погрузка в автотранспортные средства.

При выполнении работ по разборке необходимо использовать средства, исключающие запыленность, механизмы с высокими виброакустическими характеристиками.

При демонтаже фундаментов под внутренние стены и стеновые элементы из монолитного железобетона целесообразно использовать электроимпульсные установки, обеспечивающие разрушение материала за счет создания высокого динамического давления, специальный инструмент: перфораторы, отбойные молотки и дисковые фрезы с алмазным напылением.

II цикл включает работы нулевого цикла.

При реконструкции с сохранением объема здания и достаточно высокой степени износа фундаментов осуществляется их усиление известными методами и технологиями. При этом возможно как укрепление грунтов, так и восстановление несущей способности фундаментов стен в связи с изменившимися технологическими нагрузками. При варианте с надстройкой здания осуществляется устройство новых фундаментов под встраиваемую систему.

III цикл состоит  в выполнении строительно-монтажных  работ, связанных с устройством  встроенной системы. В зависимости  от конструктивно-технологического  решения для выполнения работ  данного цикла используются различные  средства механизации: башенные  и пневмоколесные краны; грузопассажирские  подъемники; бетононасосный транспорт  и т.п.

IV цикл представляет  комплекс работ по надстройке  здания. Используются технологии, принятые  для возведения встроенной системы. Производство строительно-монтажных  работ предусматривает совмещение  технологических потоков по возведению  несущих конструктивных элементов с ограждающими, а также выполнение строительных процессов по внутренней планировке помещений.

V цикл включает специальные и отделочные виды работ, выполнение которых осуществляется отдельными технологическими потоками с совмещением в пространстве и времени.

В отличие от нового строительства, вследствие ограниченных площадей, несколько по-иному решаются доставка и складирование материалов и конструктивных элементов, расположение 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 технологии ведения работ. Так, при сборном решении встроенных систем возможны варианты монтажа с транспортных средств, с доставкой строительных конструкций по часовым графикам, с приобъектного склада.

Условия строительной площадки в ряде случаев диктуют 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 приводит к принятию решения по использованию приставных башенных, а также стационарных кранов, расположенных внутри реконструируемого объекта при значительной ширине корпуса.

Ограниченность строительной площадки определенным образом влияет 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 способствует увеличению себестоимости работ и повышению трудозатрат.

Оптимизация организационно-технологических решений дает ответ о целесообразности использования определенной конструктивной встроенной системы, методах производства работ, технологий и материалов.

Рис . 9.5. Технологическая последовательность монтажа элементов встроенного каркаса на захватке (секции) 
а - план захватки с очередностью монтажа сборных элементов; б – разрез

Технологическая схема, иллюстрирующая последовательность монтажа элементов, представлена на рис. 9.5, б . При возведении встроенных конструкций I - II этажей используются двухъярусные колонны, монтаж которых производится с применением одиночных кондукторов. Возведение элементов первого яруса осуществляется в следующей последовательности:

монтаж стенок жесткости, являющихся одновременно стенками лестничной клетки; установка ригелей крайнего и среднего рядов; монтаж плит перекрытий; установка лестничных площадок и маршей; монтаж объемных блоков лифтовых шахт, сантехкабин.

По завершении монтажа конструкций первого яруса осуществляется установка второго яруса в той же технологической последовательности.

Выполнение монтажных работ по захваткам позволяет организовать поточное производство и последовательно создавать фронт работ для других строительных процессов и потоков внутри созданных объемов.

Возведение надстройки осуществляется по принятой технологии монтажа. Отсутствие стенового ограждения снижает влияние стесненности работ и повышает производительность труда монтажников.

Ведущим процессом при возведении встроенной каркасной системы является монтаж конструкций. Его ритму подчинено выполнение всех других процессов комплекса работ и этапов реконструкции здания. Они увязываются во времени и пространстве.

В зависимости от последовательности выполнения монтажных работ применяют раздельный, комплексный или комбинированный методы. В рассматриваемом примере может быть использован раздельный метод для установки колонн и комбинированный - для поярусного возведения перекрытий и монтажа встроенных объемных элементов.

Разбивка здания на захватки, являющиеся секциями жилого дома, позволяет принять более рациональную вертикальную схему возведения. Такое решение позволяет создавать необходимый фронт работ для внутриобъектных потоков по устройству стенового ограждения, выполнению специальных и отделочных работ.

Последовательное перемещение строительных потоков по секциям обеспечивает ритмичную работу всего комплекса. Максимальное совмещение процессов во времени способствует снижению сроков реконструктивных работ.

В процессе выполнения монтажных операций особое внимание уделяется геометрической точности установки сборных элементов. Отклонение параметров от допустимых значений может привести к нарушению собираемости встроенного каркаса, снижению или увеличению опорных площадок ригелей и плит, а также недопустимым отклонениям в размерах.

Процесс монтажа сопровождается геодезическим контролем вертикальности колонн, постоянством монтажного горизонта опорных частей для ригелей и плит перекрытий каждого этажа и яруса, сохранением геометрических размеров основных осевых линий и их переносом на уровень монтажного горизонта.

Для обеспечения собираемости элементов при их изготовлении и монтаже сохраняются технологические допуски, регламентирующие точность установки. Эти допуски назначаются по условиям технической возможности применяемого оборудования и оснастки при изготовлении и монтажных средств и инструмента при выверке, временном и окончательном закреплении, вызываемых сваркой стыковых элементов.

Анализ зависимостей показывает, что вероятность снижения погрешностей снижается с применением кондукторов, а максимальное повышение точности сборки достигается при использовании бессварных соединений колонн (рис. 9.6). Это обстоятельство позволило использовать эти методы стыковки ко тонн в стесненных условиях производства работ, при этом продолжительность и трудоемкость монтажа сокращаются в 1,5-2,0 раза. Бессварные стыковые соединения кроме повышения точности установки элементов способствуют повышению надежности и долговечности встроенных систем вследствие снижения влияния дополнительных напряжений.

Рис . 9.6. Варианты стыковых соединений колонн 
а - штепсельный штык; б - болтовой с центральным анкером; в - гильзовый сварной стык с накладками

При использовании штепсельных соединений каждая колонка имеет в обоих торцах четыре анкера и четыре отверстия, чьи диаметр и глубина несколько больше, чем длина и диаметр анкера (штепсельное и муфтовое соединения). Перед наращиванием колонн на поверхность стыкуемых элементов наносится полимерный клей. Установка верхней колонны осуществляется таким образом, чтобы анкеры верхней колонны вошли в отверстия нижней, а анкеры нижней - в отверстия верхней. С помощью коллоидного цементно-песчаного раствора или полимерной мастики осуществляется инъекция каналов, обеспечивающая требуемую адгезию элементов стыка и его равнопрочность.

Наиболее технологичным является стык штепсельного типа, который существенно снижает продолжительность монтажа колонн, так как не требует дополнительных операций и материалов.

Эффективность работ по устройству встроенного каркаса увеличивается путем повышения технологичности конструктивных элементов.

Обобщенный показатель технологичности выражается в виде коэффициента, учитывающего снижение или увеличение себестоимости возведения конструкции по сравнению с эталонной    где D С - увеличение или уменьшение себестоимости возведения эталонного варианта; Сэ - себестоимость возведения эталонного варианта.

Себестоимость возведения эталонного варианта определяется путем суммирования затрат Сэ = См + Ср + Нр, где См - стоимость механизации; Ср - стоимость рабочей силы; Нр - стоимость накладных расходов.

При значении коэффициента технологичности КТ > 1,03 вариант считается более технологичным, чем эталонный. При 0,97 < КТ < 1,03 сравниваемые варианты считаются равноценными.

Оценка технологичности отдельных групп конструктивных элементов дает показатель технологичности реконструируемого здания в целом. Он представляет собой сумму средневзвешенных значений соответствующих коэффициентов К конструктивных элементов.

Обобщенный коэффициент технологичности встроенной системы может быть оценен как произведение суммы средневзвешенных коэффициентов технологичности конструктивных элементов на коэффициент, определяющий удельную значимость элементов в составе реконструируемого здания li : КТ = S К i × li , при этом    где Сэл - стоимость группы сборных элементов; Сзд - стоимость встроенной системы реконструируемого здания.

Анализ конструктивно-технологических решений показывает, что переход на указанные . строительные элементы приводит к значительному росту показателя технологичности. Так, переход на 2-, 3-, 4-этажные колонны повышает коэффициент технологичности соответственно 1,11; 1,14; 1,17. Увеличение площади плит перекрытия также приводит к заметному росту данного показателя до значений 1,18- 1,25. Снижение количества стыковых соединений колонн снижает трудозатраты пропорционально количеству стыков, а переход на бессварные стыковые соединения дает дополнительное сокращение трудозатрат в 1,5-2 раза и снижение стоимости устройства стыков на 9-15 %.

В свою очередь, повышение технологичности приводит к удельному сокращению машинного времени и, как следствие, к снижению себестоимости и продолжительности работ.

На рис. 9.7 приведены графики изменения себестоимости работ, включая стоимость изготовления и транспортирования, в зависимости от длины (массы) колонн, размеров ригелей, площади плит перекрытий. Статистическая обработка результатов наблюдений показала, что зона оптимальных габаритов колонн находится в пределах 5-8 т (3-4 этажа), ригелей - 4-6 т (6-9 м), плит перекрытия площадью до 25 м2 (10-12 т).

Рис . 9.7. Себестоимость монтажа в зависимости от массы (площади) конструктивных элементов 1 - колонн; 2 - ригелей; 3 - плит перекрытия; 4 - зоны оптимальных параметров

Процесс укрупнения конструктивных элементов должен быть регулируемым. При значительном увеличении массы монтируемых элементов возможен их переход в другую массовую группу, для которой необходимо использование кранов большей грузоподъемности. Это обстоятельство, как правило, приводит к скачкообразному увеличению себестоимости монтажных работ.

Реконструкция зданий с применением сборно-монолитных встроенных систем

Сочетание преимуществ сборного железобетона с монолитным реализуется с помощью возведения встроенных систем, у которых в монолитном варианте выполняются внутренние поперечные и продольные несущие стены, а перекрытия - из сборного предварительно напряженного многопустотного настила. В сборном варианте используются также лестничные площадки, марши, объемные блоки сантехкабин и лифтовых шахт. Использование большепролетных (до 18 м) плит перекрытий позволяет не только снизить удельный расход материалов, но и повысить технологичность строительных процессов, а также создать свободные планировочные объемы значительных размеров. В то же время использование сборных перекрытий позволяет без значительных технологических перерывов осуществлять их нагружение, что весьма важно при организации поточного производства работ. Применение внутренних монолитных стен позволяет реализовать практически любую высоту этажей реконструируемых зданий.

На рис. 9.12 приведена конструктивно-технологическая схема встроенной сборно-монолитной системы. Она включает: внутренние поперечные и продольные монолитные стены; пристеночные железобетонные диафрагмы торцевых элементов зданий; многопустотный настил перекрытия; сборные элементы лестничной клетки и др. Расположение внутренних несущих стен осуществляется таким образом, чтобы площадь перекрытия была максимальной и приближалась к размерам квартир. Это обстоятельство позволяет на любом этапе эксплуатации осуществлять перепланировку помещений.

Рис . 9.12. Сборно-монолитная встроенная система 
1 - монолитные внутренние несущие стены; 2 - многопустотный настил перекрытий; 3 - сборные ж/б лестничные марши и площадки; 4 - пристеночная железобетонная диафрагма; 5 - лифтовая шахта

Цикл встройки сборно-монолитной системы состоит в устройстве фундаментов, возведении монолитных поперечных и продольных стен, монтаже плит перекрытия и других встроенных элементов. Монолитные стеновые конструкции выполняют функции несущих стен и обеспечивают пространственную жесткость встроенной системы. Взаимодействие ограждающих конструкций с поперечными стенами повышает их пространственную жесткость и в ряде случаев несущую способность. Продольная монолитная стена может выполняться отдельными участками, тем самым обеспечивая получение больших перекрываемых площадей. В любом случае как внутренние поперечные, так и продольные стены должны размещаться соосно по всей высоте начиная с подвальной части здания.

В зависимости от грунтовых условий фундаментами под встроенную систему могут служить перекрещивающиеся ленты, плиты сплошного или кессонного типа в монолитном исполнении.

Основным условием создания фундаментов является учет восприятия нагрузок как встраиваемой части здания, так и надстраиваемых этажей. При этом существующее стеновое ограждение становится самонесущим.

Процесс реконструктивных работ требует использования специальных средств механизации для выполнения цикла нулевых работ: возведения монолитных фундаментов под внутренние несущие стены, поэтажного устройства встроенной системы с использованием различных опалубочных систем, монтажа сборных конструкций междуэтажных перекрытий, объемных элементов сантехкабин, вентблоков и др.

Технология возведения вертикальных стеновых конструкций

Для возведения вертикальных стеновых конструкций наиболее рационально применение укрупненных опалубочных щитов системы Мева, Дока, алюминиевой опалубки ЦНИИОМТП и др. Их конструктивные особенности позволяют возводить внутренние стены с различной высотой этажа за счет использования доборных элементов. Сравнение опалубочных систем может быть оценено по уровню технологичности процессов укрупнения, сборки и демонтажа. Этот фактор определяется конструктивными особенностями замковых соединений, уровнем их надежности и трудоемкости выполнения работ. Наиболее важными показателями опалубочных систем являются обеспечение плотности стыковых соединений, исключение деформативности от действия гидростатического и динамического давления бетонной смеси, а также их оборачиваемость.

На рис. 9.13 приведены технологические схемы возведения монолитных конструкций, типы опалубочных систем и узлы взаимодействия наружных и внутренних стен с ограждающими конструкциями.

Рис . 9.13. Конструктивно-технологическая схема устройства встроенной сборно-монолитной системы с широким шагом внутренних стен (а), узлы взаимодействия наружных (б) и внутренних (в) стен с ограждающими конструкциями, укрупненные опалубочные щиты для возведения линейных участков (г) и при пересечении стен (д) 
1 - опалубочный щит; 2 - плита перекрытия; 3 - анкеры из арматурной стали; 4 - распорные анкеры; 5 - существующая стена; 6 - крепежный элемент

Оснащение щитов системой подкосов обеспечивает быструю выверку в проектное положение, а наличие рабочих площадок создает удобства производства работ по укладке и уплотнению смесей.

При устройстве внутренних несущих стен подбор комплекта опалубки осуществляется таким образом, чтобы без переналадки щитов производить цикл возведения как по этажам здания, так и посекционно. Технологический процесс включает арматурные, опалубочные работы, подачу, укладку и уплотнение смесей, тепловую обработку для ускоренного набора прочности бетоном и демонтаж опалубки.

Выполнение арматурных работ наиболее рационально осуществлять из отдельных стержней с ручной вязкой. Такое решение исключает использование сварных соединений, что обеспечивает более высокую надежность монолитных конструкций. Для создания проектного геометрического положения армокаркасов используются различные системы фиксации в виде полимерных или бетонных фиксаторов. Их установка препятствует смещению арматурного заполнения в процессах укладки и уплотнения бетонных смесей и обеспечивает требуемый защитный слой.

Для создания планировочных решений при возведении внутренних стен предусматривается использование проемообразователей. Они устанавливаются на внутренней поверхности опалубочных щитов с использованием специальной системы крепления. Конструктивное решение проемообразователей обеспечивает их геометрическую изменяемость, что позволяет производить распалубку без нарушения торцевых элементов.

Бетонирование стен осуществляется по захваткам. Их длина определяется из условия непрерывной укладки смеси и составляет 10-12 м. Каждая захватка ограничивается разделительной сеткой, которая обеспечивает монолитность соединений отдельных элементов стен.

Укладка смеси осуществляется послойно с толщиной слоев 0,5-0,6 м с обязательным уплотнением глубинными вибраторами. Интенсивность подачи и укладки бетонной смеси должна соответствовать производительности глубинных

вибраторов J £ Пв × n ; J = v × ty ;    или    где v - скорость подачи бетонной смеси, м3/ч; ty - время укладки смеси в опалубку; R - радиус действия вибратора; h - высота слоя бетонной смеси; t в - время уплотнения; кв - коэффициент, учитывающий потери времени на перестановку вибратора; п - количество вибраторов.

В зависимости от консистенции бетонной смеси время уплотнения может иметь различные значения. Оно определяется экспериментальным путем и оптимизируется в зависимости от подвижности бетонной смеси и толщины бетонируемой конструкции.

Повышение времени уплотнения может привести к расслоению смесей, а недостаточная продолжительность вибродействия - к неоднородному уплотнению слоев.

При бетонировании тонкостенных элементов необходимо использовать вибраторы с диаметром наконечника, не превышающим 1/3-1/4 толщины.

Использование укрупненных опалубочных щитов позволяет снизить трудоемкость и продолжительность работ. В зависимости от степени укрупнения повышаются технологичность опалубочных систем и более рациональное использование крана по грузоподъемности.

Технологические потоки возведения внутренних стен предусматривают ритмичное производство арматурных и опалубочных работ. При этом опережающим процессом являются арматурные работы. Обеспечение заданного ритма производства работ достигается подбором количества рабочих, занятых на армировании конструкций. Цикл арматурных работ на захватке должен соответствовать циклу опалубочных

где S Тар , S Ton - суммарная трудоемкость арматурных и опалубочных работ;    - нормативная трудоемкость арматурных и опалубочных работ; n 1 , n 2 - количество рабочих, занятых на соответствующих процессах.

Оценка технологических циклов арматурных и опалубочных работ показывает, что их равенство может быть достигнуто путем определения расчетного состава рабочих, занятых на арматурных работах:

Наибольшую трудоемкость работ представляют процессы армирования и устройства опалубки торцевых стен, а также сопряжений с продольными стенами. Эти процессы требуют разработки специальной системы крепления как арматурного заполнения, так и опалубочных щитов.

Наиболее рациональным является устройство анкерных соединений, устанавливаемых в стенах. Количество распорных анкеров, их глубина установки и геометрические параметры определяются исходя из технологических нагрузок от укладки и уплотнения бетонной смеси и физико-механических характеристик стенового ограждения.

Анкер рассчитывается исходя из восприятия усилий от гидростатического и динамического давления бетонной смесиРг.б + Рд.б. Усилие, воспринимаемое анкером от выдергивания, определяется исходя из физико-механических характеристик материала стен, диаметра анкера, глубины заделки h . Расчетное усилие на выдергивание за счет создания распора и сил трения может быть оценено по зависимости