ГЛАВА 12
НАДСТРОЙКА ЗДАНИИ
12.1. Общие положения
Старым городам, особенно имеющим большую историю как в отношении совершавшихся там событий, так и в отношении богатства архитектурных стилей различных эпох, присуще постоянное развитие и вширь и вглубь. Первое предполагает новое строительство, возрастание экономического потенциала и соответственно увеличение численности жителей, второе - постоянное видоизменение центральных районов с целью формирования новых площадей, характерное для каждого периода исторического развития, пробивки новых или расширения существующих магистралей. Таким образом, старые города как бы постоянно молодеют и хорошеют, сохраняя при этом свой неповторимый, одним им присущий исторический городской ландшафт - источник гордости его жителей, особую привлекательность для туристов и гостей. В этом отношении особенно характерен облик центральной части Москвы, который по праву можно считать центром нашей необъятной Родины.
Реконструкция кварталов старой застройки предполагает такие виды переустройства, как надстройка, т. е. повышение отдельных частей или всего здания; пристройка отдельных зданий; устройство вставок между домами; передвижка зданий и сооружений на новые места для расширения магистралей и площадей, придания им стройности, красоты и одновременно удобства сообщения между центром и периферийными районами, уплотнения застройки города, как непременного атрибута научно-технического прогресса. При решении вопроса о целесообразности надстройки зданий учитываются в основном градостроительные и экономические факторы.
Градостроительные факторы определяются генеральным планом реконструкции города и включают высоту надстройки, количество этажей и оформление фасада.
Как известно, определенная разновысотность зданий вдоль улицы оживляет застройку, подчеркивает ее разнообразие. Вместе с тем при большом перепаде высот образуются зияющие провалы, неприятные сами по себе и к тому же открывающие стены. Особенно недопустимы значительные отклонения по высоте от близлежащих домов угловых зданий, по градостроительной системе предназначенных для определения общего замысла улицы. Надстройка одного или нескольких этажей подчас становится достаточным условием для придания зданию соответствующего эстетического облика, сообразуясь, естественно, со сложившейся композицией фасадов соседних домов.
Специфическим вариантом надстройки является замена мансард нормальными этажами. Если мансарде представляют собой необходимый и важный компонент композиции фасада, то их целесообразно заменять надстройками, максимально приближающимися по облику к разобранным мансардам.
Помимо градостроительного и эстетического эффекта надстройки обеспечивают, как правило, получение и экономического эффекта, так как их возведение не требует дополнительных капитальных вложений на транспортное и инженерное обеспечение и культурно-бытовое обслуживание проживающих и поэтому дешевле аналогичного строительства в неосвоенных районах. Но необходимо учитывать, что надстройки почти всегда ухудшают освещение и инсоляцию соседних зданий, поэтому при решении вопроса о возведении надстроек в старых кварталах и об их высоте следует учитывать комплекс проблем: градостроительных, экономических, эстетических и социальных.
Сохранение и улучшение облика застройки не является приобретением только нынешних условий существования и развития городов. И в дореволюционный период происходили в городах непрерывные изменения (хотя и не в таких масштабах), в частности шла постоянная надстройка, заполнение пустующих участков, замена обветшавших или просто малоэтажных строений новыми. Принципиальное отличие современного пространственного изменения застройки от прежнего порождено отличием цели: тогда она заключалась прежде всего в интенсификации использования территории, и все остальные соображения подчинялись этому; в настоящее время местное уплотнение периметра преследует в первую очередь эстетические цели, ограничивается гигиеническими соображениями и почти всегда сопровождается разуплотнением внутри-квартальной застройки.
Виды надстроек и их особенности
В соответствии с конструктивными решениями надстройки могут быть обычными (без усиления) с изменением конструктивной схемы и опирающимися на самостоятельные конструкции, независимые от существующего здания (рис. 12.1).
Надстройка без усиления представляет собой продолжение здания в высоту с сохранением его конструктивной схемы и внутренней структуры.
Практика показывает, что для большинства капитальных многоэтажных зданий старой застройки, имеющих, как правило, повышенную толщину стен и расширенную конструкцию фундаментов с определенным, часто очень значительным запасом прочности, надстройки не представляют затруднений и не требуют усиления подземной части зданий. Вследствие уплотнения грунта основания уже через 10... 15 лет после возведения многоэтажных зданий нагрузки на основания можно увеличивать приблизительно на 30%. Как показали обследования состояния оснований кирпичных и полносборных домов послевоенного и более позднего поколения, их также
215 вполне возможно практически повсеместно надстраивать на 2...3 этажа.
Надстройка с изменением конструктивной схемы здания предполагает перераспределение схемы передачи нагрузок от массы надстраиваемых этажей и существующего здания на несущие элементы, нагружая их более равномерно. Такого вида надстройки осуществляют в тех случаях, когда при инженерных изысканиях и проектировании предстоящей надстройки выявляется невозможность надстройки простым продолжением строительства здания в высоту.
Рис. 12.1. Виды и конструктивные схемы надстроек:
а - обычная надстройка; б - то же, с изменением конструктивной схемы; в - то же, ненагружающая, на платформе основания; г -то же, с поэтажными балками (фермами, рамами); д - разрезы и конструктивные схемы планов; / - надстраиваемые этажи; 2 - пояс жесткости по стенам; 3 - схема перекрытия, имеющегося в здании; 4 - схема перекрытия в надстраиваемых этажах; 5 - колонна надстройки; 6 - главные балки платформы основания; 7 - второстепенные балки; 8-балки-стенки надстраиваемых этажей
На рис. 12.1, б показана схема передачи нагрузки от надстраиваемых этажей на поперечные стены при восприятии нагрузки от существующего здания на продольные стены. ;
Надстройки с изменением конструктивной схемы позволяют наращивать здания на несколько этажей.
Надстройка, опирающаяся на самостоятельные конструкции, или метод «встроенного каркаса», т. е. надстройка, не передающая нагрузки на существующее здание, может быть сооружена над любым зданием и теоретически на любую высоту, сообразно облику существующей застройки квартала, улицы, площади. Такого вида надстройки применяются для сохранения и улучшения ценной, как правило, исторической застройки при невозможности использования существующих стен и фундаментов для наращивания этажей.
Конструктивное решение надстроек ненагружающих существующее здание представляет собой устройство новых несущих конструкций, которые основываются на собственных фундаментах. Новые несущие конструкции можно устраивать как внутри существующего габарита, так и вне его. Конструкция дополнительного каркаса состоит из железобетонных или металлических колонн по высоте существующего здания, прогонов и обвязки. Обвязка передает нагрузку от надстройки на колонны, устанавливаемые вдоль наружных стен и опирающиеся на самостоятельные фундаменты. Трудность сооружения фундаментов для дополнительных опор вызывает необходимость расположения опор с увеличенными расстояниями по сравнению с новым строительством. Наиболее приемлемыми фундаментами становятся монолитные бетонные массивы или набивные сваи, которые в этих условиях становятся менее трудоемкими и более экономичными.
Планировка и конструкции надстраиваемых этажей могут быть иными, чем в существующем здании, так как они зависят только от решения несущих конструкций или остова ненагружающей надстройки.
Несущий остов надстраиваемых этажей имеет два конструктивных варианта. Возможно устройство платформы (стола) основания, на котором новые этажи могут иметь любые планировочные и конструктивные решения (рис. 12.1, в). Можно также предусмотреть в каждом этаже или даже через этаж несущие элементы в виде балок (ферм, рам), устанавливаемых на колоннах надстройки (рис. 12.1, г).
Примеры надстроек зданий имеются в различных городах нашей страны и за рубежом. В Москве этим способом надстроено, в частности, старое пятиэтажное здание на восемь этажей - правое крыло гостиницы «Москва», обращенное в сторону Манежа.
Особенно важное значение для современного градостроительства имеет надстройка типовых четырех- и пятиэтажных крупнопанельных, крупноблочных и кирпичных зданий, в массовом порядке возводимых в большинстве крупных городов страны в период 50-60-х годов. Не следует забывать, что такие дома имели Полный набор инженерных устройств, т. е. вполне современную систему отопления, горячего водоснабжения, канализации и несколько позднее газификации, что представляло собой крупный шаг вперед по сравнению не только с дискомфортными малоэтажными Постройками, включающими заселенные полуподвальные помеще-
217 ния, но и со старыми фундаментальными домами, в которых устройство инженерных сетей не всегда решалось в полном объеме. Кроме того, типовые индустриальные дома предполагались для од-носемейного заселения квартир, что также по сравнению с комму-нальными квартирами представляло собой качественно новое социальное достижение.
Проведенное экспериментальное проектирование, подтвержденное необходимыми расчетами, показывает, что на существующие пятиэтажные крупнопанельные дома можно с незначительными затратами на усиление части оконных простенков нижних этажей надстроить 3...4 этажа и получить восьми- и девятиэтажные дома. При надстройке крупноблочных пятиэтажных зданий с такими же усилениями может быть надстроено четыре этажа с доведением существующих зданий до девятиэтажной высоты.
Надстройка является одним из важных видов реконструкции здания, поскольку она увеличивает полезную площадь здания без расширения площади застройки. При надстройке территория используется более экономично, т.к. возрастает плотность застройки. Надстройка – повышение отдельных частей здания или всего его в целом. Надстройка выполняется по: Градостроительным причинам (повысить плотность застройки, улучшить архитектурно-эстетические качества). В связи с изменением требований и условий эксплуатации здания.
Обычные надстройки – продолжение здания в высоту с сохранением его внутренней структуры, без существенного усиления несущих конструкций (1-2 этажа). Возможна, практически для всех зданий традиционной постройки, вследствии уплотнения грунта основания и использования запасов прочности стен и фундаментов.
Надстройка мансард самое простое и безболезненное решение (иногда даже без отселения жильцов или остановки процессов в общественном здании). конструктивная схема, материал ограждающих конструкций и деталей мансарды определяются с учетом единства конструкции и архитектурных форм здания-основы; важным условием размещения мансардных помещений является их взаимосвязь с коммуникационной структурой здания - основы; особое значение имеют форма и габариты помещений, выбор светопрозрачного ограждения (вертикальных или наклонных окон), их размещение с учетом интерьера и во взаимосвязи с архитектурным обликом; выбор планировочного варианта мансарды необходимо осуществлять исходя из планировки здания-основы; огромную роль, в зависимости от уровня зрительного восприятия мансардного этажа, играют линии и формы, определяемые геометрией крыши; мансарда с крутоуклонной крышей требует особого подхода к выбору кровельного материала, обеспечению теплозащиты, герметизации и гидроизоляции; возведение мансарды без отселения жильцов основного здания требует специального метода максимальной безопасности производства работ, ограничения веса конструкций и деталей, сооружения элементов защиты и безопасности.
Высота жилых помещений в мансардном этаже в чистоте принимается не менее 2,5 м, при этом в жилую площадь могут засчитываться и участки помещений с меньшей высотой. Их величина нормируется в зависимости от уклона крыши. В соответствии со СНиП * при определении площади помещений мансардного этажа учитывается площадь этого помещения с высотой узкой части наклонного потолка 1,5 м при наклоне 30 0 к горизонту, 1,1 м - при наклоне 45 0 и 0,5 метра при наклоне 60 0 и более. При промежуточных значениях высота определяется по интерполяции. Площадь помещения с меньшей высотой следует учитывать в общей площади с коэффициентом 0,7, при этом минимальная высота стены должна быть 1,2 м при наклоне потолка 30°, 0,8 м - при 45° - 60°, не ограничивается при наклоне 60° и более.
Надстройки с изменением конструктивной схемы – это надстройки с передачей дополнительной нагрузки (от надстраиваемых этажей) на слабо нагруженные элементы. Такой прием целесообразен лишь тогда, когда необходимый объем надстройки нельзя осуществить обычной надстройкой. Такими надстройками здание может быть повышено на 3-4 этажа.
Пример. От существующего здания нагрузка воспринимается продольными стенами в надстройке малонагруженными поперечными. Таким образом, нагрузка распределяется более равномерно. 1 – надстраиваемые этажи 2 – пояс жесткости по стенам 3 – схема перекрытий в существующем здании 4 – схема перекрытий в надстройке ЛК 3
Ненагружающие надстройки – могут быть сооружения над любым зданием и на любую высоту. Представляют собой устройство новых опор надстраиваемой части, которые основываются на собственных фундаментах. Колонные надстройки можно устанавливать вплотную к существующим конструкциям, но они не должны являться причиной деформаций и осадки их. Если перекрытия надстраиваемого здания сохраняют, то при пропуске через них колонн устанавливают гильзы и служат перекрытия для гашения продольного изгиба. Планировка и конструкции надстройки могут быть совсем иными, чем в существующем здании, т.к. они зависят только от конструктивного остова ненагружающей надстройки.
Для перераспределения нагрузок и частичного усиления устраняют жесткие разгрузочные пояса (распределительные пояса, пояса жесткости). Выполняется пояс по всему периметру здания на уровне стыка старой и новой кладки. В пояс заанкериваются перекрытия и таким образом получается жесткая диафрагма.
Армокирпичные пояса малой жесткости 6-8 рядов кладки с армированием стержнями d = 10 мм (1 % от площади поперечного сечения пояса)
Надстройка старых жилых и общественных зданий со стенами из каменных материалов высотой 2...5 этажей осуществляется в основном в крупных городах для обеспечения более высокой плотности застройки, улучшения внутренней планировки помещений и архитектурного ансамбля города. Наружное обследование фундаментов и стен многих старых зданий свидетельствует об определенном резерве их несущей способности, что создает принципиальную возможность увеличения их высоты без ущерба для эксплуатационной надежности. Принятию решения по надстройке должно предшествовать детальное обследование оснований, фундаментов, размеров и прочностных характеристик кладки стен.
Надстройка осуществляется, как правило, в пределах 1...3 этажей и сопровождается капитальным ремонтом существующего здания: заменой деревянных перекрытий на более долговечные железобетонные, перепланировкой помещений, заменой перегородок и т. п.
Наиболее экономична надстройка зданий с использованием существующих стен и фундаментов без их усиления. Ее осуществляют после тщательной технико-экономической, социальной и архитектурной оценки целесообразности проведения работ. Изучив гидрогеологические условия грунтов основания, допускаемое давление под подошвой фундаментов и прочностные характеристики кладки наружных и внутренних стен, принимают конструктивное решение надстраиваемых этажей и их количество. Учитывая жесткие ограничения по дополнительной нагрузке на существующие стены и фундаменты, следует стремиться к максимальному снижению массы несущих и самонесущих конструкций надстраиваемых этажей.
Актуальной проблемой для нашей страны является модернизация малоэтажных крупнопанельных жилых домов первых массовых серий, построенных в конце 1950-1960 гг. Общая площадь этих зданий составляет свыше 500 млн. м 2 , их внешний облик и внутренняя планировка не отвечают возросшим эстетическим и социальным требованиям. Наряду с предложениями о постепенной (по мере решения жилищной проблемы) разборке первых индустриальных жилых домов и строительстве на их месте более современных жилых зданий разработаны более экономичные предложения по их реконструкции и надстройке. К наиболее перспективным из этих решений относятся:
надстройка над существующими зданиями 2...4 этажей, опирающихся на автономные опоры, в которых размещаются лифты, лестницы, санузлы, коммуникации, инженерное оборудование и т. п.;
пристройка эркеров-ризалитов.
Оба варианта предусматривают повышение комфортности жилых помещений, увеличение полезной площади жилых комнат, кухонь, подсобных помещений, а также улучшение архитектурного облика зданий.
12.2. Надстройка промышленных зданий
Надстройка промышленных зданий старой постройки производится в связи с несоответствием их габаритных размеров новым условиям эксплуатации (невозможностью установки нового технологического оборудования, отсутствием подъемно-транспортных механизмов, плохой освещенностью, загазованностью и т.п.). Надстройка промышленных зданий - сложный и дорогостоящий процесс, который, как правило, осуществляется без остановки или с минимально допустимой остановкой основного производства. Поэтому принятию решения о надстройке должен предшествовать тщательный технико-экономический анализ ее целесообразности.
Одним из наиболее удачных примеров надстройки промышленного предприятия без остановки производства является разработанное НИИЖБ Госстроя СССР новое покрытие над шестипролетным зданием московского завода «Компрессор». Старое одноэтажное каркасное здание главного корпуса завода имело высоту около 10 м, ширину 81 м, пролеты 13,5 м и не удовлетворяло требованиям новой технологии производства. По периметру корпуса было осуществлено наращивание колонн до высоты 16 м, по ним устроен опорный контур из металлической трубы большого диаметра, заполненной бетоном. К опорному контуру подвешено новое покрытие из металлической мембраны пролетом 80 м (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Реконструкция главного корпуса завода «Компрессор»:
1 - существующее покрытие; 2 - мембрана; 3 - временный анкер
После устройства новой кровли существующее покрытие было поэлементно разобрано.
Харьковским ИСИ разработан проект реконструкции одноэтажного главного корпуса одного из московских заводов приборостроения. Главный корпус построен в 30-х годах и имеет размеры в плане около 120×220 м. Основные несущие конструкции каркаса-Т-образные железобетонные колонны высотой около 4,5 м, на которые опираются трапециевидные металлические фонари. Шаг колонн в продольном направлении - 7 м, расстояния между ними в поперечном сечении - 10 м. С трех сторон к главному корпусу примыкают многоэтажные производственные корпуса. Необходимость реконструкции главного корпуса вызвана его недостаточной высотой, отсутствием подъемно-транспортного оборудования, необходимостью увеличения пролетов.
Проект реконструкции предусматривал наращивание железобетонных колонн металлическими стойками высотой 4,5 м, по которым должны устанавливаться металлические продольные балки пролетом 7 м. По балкам надвигаются с одного торца блоки из спаренных облегченных металлических ферм с прогонами и настилом покрытия. В результате высота корпуса увеличивается на 4 м, к стропильным металлическим конструкциям подвешиваются кран-балки грузоподъемностью 3,2 т, которые используются как в последующем технологическом процессе, так и в демонтаже существующего покрытия после устройства новой кровли. Одновременно реконструкция позволила в 2 раза увеличить пролеты здания (рис. 12.2).
Рис. 12.2. Надстройка главного корпуса завода
Из приведенных примеров видно, что надстройка старых производственных зданий осуществляется, как правило, в пределах городской черты в том случае, когда перенос производства на новую площадку невозможен из-за плотности застройки городской территории и по социально-экономическим причинам. Осуществление надстройки производственных зданий сопряжено с необходимостью усиления основания, фундаментов, колонн и других несущих элементов. Для сведения к минимуму этих дорогостоящих и трудоемких работ необходимо применять облегченные несущие и ограждающие конструкции со сниженной материалоемкостью.
Жилой застройки является надстройка зданий.
Надстройка — это повышение этажности здания или его частей. Такой вид реконструкции является наиболее эффективным, поскольку в результате можно увеличить полезную площадь без расширения площади застройки.
Решение об увеличении высоты зданий принимают, как правило, по градостроительным соображениям. Они сводятся к определению высоты надстройки по заданной этажности застройки, по обеспечению нормативных разрывов между смежными зданиями, плотности жилого фонда и населения, проживающего на территории. Надстройки, как правило, всегда ухудшают освещение и ин-соляцию соседних зданий, поэтому при решении вопроса о воз-ведении надстроек в старых кварталах и об их высоте следует учи-тывать комплекс проблем: градостроительных, экономических, эс-тетических и социальных.
Принятию решения по надстройке должно предшествовать детальное обследование оснований, фундаментов , размеров и прочностных характеристик кладки стен.
Надстройка одного или нескольких этажей подчас становится достаточным условием для придания зданию соответствующего эстетического облика, сообразуясь со сложившейся композицией фасадов соседних домов.
Различают два типа конструктивных схем надстроек. К первому — относят реконструкцию с восприятием нагрузки от надстраиваемых этажей на старое здание. Ко второму — с передачей массы этих этажей на самостоятельные фундаменты (рис.5.1).
Разновидностью первого типа является надстройка без изменения существующего конструктивно-планировочного решения здания и существенного усиления его несущих элементов. В конструкциях стен и фундаментов используют запасы прочности. При надстройке зданий, имеющих избыточную ширину корпуса, обращается внимание на устройство вентиляции .
В средней части таких зданий, удаленной от светового фронта, образуется застойная зона, поэтому к устройству вентиляции предъявляются повышенные требования по сравнению с новым строительством. Кроме вытяж-ной вентиляции с естественной тягой в кухнях и санитарных узлах, в надстройке такая же вентиляция должна быть устроена во всех по-мещениях, удаленных от светового фронта на расстояние более 6 м, а также в неосвещаемых общих коридорах домов.
Рис.5.1. Конструктивные схемы надстроек (в разрезе)
а), б) с передачей нагрузки на существующие несущие конструкции (а — без изменения конструктивной схемы, 6 — с изменением); в), г) ненагружаемые конструкиии надстраиваемого здания (в - с поперечными балками-стенками, г - горизонтальными дисками-платформами (ростверками) через каждые 5 этажей); 1 - надстраиваемое здание; 2 - надстройка; 3 - колонны каркаса; 4 - балки-стенки; 5 - колонны, несущие только надстройку; 6 - ростверк
Вторая схема надстройки характерна изменением конструктивно-планировочного решения и усилением несущих элементов. В первую очередь стремятся освободить от допол-нительной нагрузки наиболее напряженные части существующего здания и загрузить другие, менее нагруженные. Перекрытия надстройки, например, опирают на поперечные стены, если существующие оперты на продольные. Промежуточную колонну вводят, если расстояние между стенами велико. Если же это расстояние не превышает 7 м, то колонну не ставят.
При надстройках без усиления и с изменением конструктивной схемы обязательно предусматривают устройство поясов жесткости по верху всех старых стен для увеличения жесткости стенового ос-това и более равномерной передачи нагрузок от надстройки. По всему периметру здания на уровне стыка старой и новой кладки устраивают разгрузочные пояса. В пояса заанкеровывают балки перекрытий, создавая жесткую диафрагму. Пояс гасит деформа-ции, препятствует появлению трещин и их распространению от старой кладки к новой и наоборот.
В зависимости от состояния кладки стен, возможных размеров пояса по вертикали, учитывая величину и распределение нагруз-ки, выбирают один из видов конструкций пояса жесткости: железокирпичный малой жесткости в виде 6-8 рядов кладки с армиро-ванными стержнями диаметром 10 мм; то же большой жесткости, представляющий собой такую же конструкцию, но при высоте 13-20 рядов кладки; пояс железобетонный в виде двух плит в один ряд высотой 100-200 мм; то же высотой 150-300 мм; железобетон-ный пояс с жесткой арматурой в виде прокатных профилей.
В двух последних случаях необходимо проверять расчетом теп-лозащитные свойства стены в месте пояса и в случае необходи-мости использовать теплозащитные прокладки.
В надстройках с изменением конструктивной схемы для восприятия нагрузки от надстройки на элементы существующего здания укладывают прогоны различных видов. Это дает возможность перераспределять нагрузку для использования резервов несущего остова надстраиваемого здания (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Конструктивные схемы надстроек (в плане)
а) существующая конструктивная схема; 6) с передачей части нагрузки на ненагруженные поперечные стены; в) с передачей всей нагрузки; г) введение новых опор для разгрузки стен
Для получения необходимых объемно-планировочных реше-ний применяются балки-стенки, выполняемые по толщине рав-ными перегородкам порядка 100 мм. Высоту можно назначить двух видов: от верха дверного проема до потолка и на всю высо-ту помещения со специально предусмотренными проемами для дверей, учтенными при конструировании балки. Устраивают так-же балки-стенки меньшей высоты, которые в процессе эксплуа-тации здания дают возможность изменять и переносить дверные проемы. Перегородки рекомендуется применять каркасные с гипсоволокнистыми и древесно-волокнистым и плитами, гипсобетонные или гипсокартонные с металлическим каркасом на всю высоту помещения.
По конструкции балки-стенки могут быть полностью из моно-литного железобетона с обычным армированием, или их можно заранее заготовить, если позволяют условия ремонтно-строитель-ных работ, на данном объекте. Кроме того, применяются балки-стенки в виде легких ферм из прокатных профилей или труб с их обетонированием. Такие фермы служат каркасом для опалубки или сами выполняют ее роль с помощью металлической сетки при подаче бетонной смеси насосами. В них удобно размещать места для дверных и других проемов.
На схеме рис. 5.2,а изображена конструктивная схема здания с тремя продольными несущими стенами аналогичная существующей. На схеме рис. 5.2,б показаны прогоны, опертые на поперечные стены, которые в существующем здании не несут нагрузки. Таким образом, освобождается от нагрузки средняя продольная стена, находящаяся в наиболее трудных условиях, и уменьшаются нагрузки на наружные стены в надстраиваемых этажах. На схеме «в» рисунка показано, как при помощи трех прогонов от нагрузки освобождены все продольные стены. На схеме «г» рисунка показана разгрузка несущих стен с помощью прогона с двумя консолями, опирающимися на дополнительно выделенные опоры. Такое решение принимают, когда требуется усилить существующие перекрытия.
При надстройках двух первых видов нередко приходится усиливать фундаменты, как это было рассмотрено выше, а при ненагружающих надстройках требуется сооружать специальные фундаменты для новых опор надстраиваемой части. Для этого учитывают условия расположения опор и особенности их со-оружения.
Простой конструкцией является монолитный массивный фун-дамент под колонну. В месте его расположения в существующем фундаменте предусматривают проем, перекрываемый балками. Другой конструкцией фундаментов под колонны являются буронабивные или корневидные (буроинъекционные) сваи. Однако такие конструкции значительно дороже.
Для производства работ по надстройке зданий ремонтно-стро-ительные организации используют широкий ассортимент грузо-подъемных средств. Существенное значение имеют такие харак-теристики средств, как их мобильность, габарит в транспортном положении и собственная масса, простота переоснастки, способ-ность маневрирования с грузом на крюке в ограниченном про-странстве и др.
Специальных, технологически специализированных монтаж-ных кранов для надстройки зданий наша промышленность пока не выпускает. Поэтому приходится использовать существующие грузоподъемные механизмы, главным образом самоходные стре-ловые и башенные краны.
Наиболее часто для устройства надстроек, особенно для дове-дения зданий до 16-20 этажей, применяют приставные и само-подъемные башенные краны.
Приставные башенные краны используют в передвижном и стационарном исполнении. В передвижном исполнении эти кра-ны работают как свободностоящие до определенной высоты (30-50 м). При большей высоте приставные краны крепят к воз-водимому зданию с помощью специальных связей по одной на девять секций крана.
Наращивают краны с помощью монтажной стойки, которая приподнимает на высоту секции верхнее плечо башни, а в образовавшийся промежуток специальной лебедкой поднимают и за-водят очередную секцию башни.
Для снижения массы надстраиваемых стен применяют облег-ченные типы конструкций.
Наружные стены верхних этажей кирпичных зданий можно выполнять в виде облегченной кладки, блоков ячеистого бетона, использовать керамические или бетонные камни с частичным утеплением теплоизоляционными материалами.
Во внутренних стенах можно применять перегородки типа «Тиги-Кнауф» или «Авангард-Кнауф».
При надстройке производственных зданий применяют метал-лические решетчатые структуры из труб, колонны из прокатных профилей, покрытия с металлическим, асбестоцементным и про-катным основанием, перегородки из штучных облегченных ма-териалов, стеновые металлические ограждения, асбестоцемент-ные и т.д.
Для выяснения возможности надстройки жилых зданий проводят предварительные исследования. Здания исторической застройки и индустриальные дома первого поколения имеют запас прочности и при удовлетворительном состоянии оснований допускают надстройку в один-два этажа без специального усиления. При этом по периметру несущих стен надстраиваемого этажа необходимо устраивать сплошной монолитный обвязочный железобетонный пояс. Дополнительные объемно-планировочные возможности для индус-триальных домов дает при реконструкции перекрестно-стеновая конструктивная система малого шага, представляющая возможность смены основной конструктивной схемы в надст-раиваемых этажах. В надстройке возможно использовать резервы их несущей способности, перейдя на продольно-стеновую систему.
Надстройка большим числом этажей сопряжена с необходимостью усиления оснований и фундаментов, либо их новым формированием.
При создании домов переменной этажности, когда надстройка делается не над всем домом, а над его частью, эффект реконструкции повышается. Это важно в тех случаях, когда 5-этажное индустриальное здание находится в старой застройке и требуется сблизить архитектурные стили зданий.
Очень распространенным способом в настоящее время является надстройка зданий мансардным этажом (рис. 5.3, 5.4). Выбор конструктивных решений надстроек и мансард на 4—5-этажных жилых домах проводится при вариантном проектировании с наиболее эффективными объемно-пространственными решениями (рис. 5.5). Чаще всего такие надстройки проводятся на пятиэтажных кирпичных зданиях серии 1-511.
На рис. 5.6 показано устройство мансард из объемных блок-комнат, которые можно унифицировать.
В г. Санкт-Петербурге используют устройство мансардных этажей, которое добавляет 20—30 % жилой площади, при этом устройство двухуровневых с верхним освещением квартир повышенной комфортности придает городу традиционный петербургский стиль.
Рис. 5.3. Создание мансардного этажа выделением формой и материалом ограждающих конструкций
Рис. 5.4. Создание мансардного этажа развитием летних помещений в структуре мансардного этажа, ориентированных на одну сторону
Рис. 5.5. Типы мансардных этажей по видам покрытий и уровням, включению в компоновку нижележащего этажа
Реконструкция с надстройкой до 7-9 этажей представляет собой сложную задачу. При этом реконструкция части здания находится внутри возведенного каркаса, а надстройка вышележащих этажей осуществляется самостоятельно и имеет свое архитектурно-планировочное решение. На рис. 7 приведены схема надстройки здания до 12 этажей с опиранием на самостоятельные опоры по методу «Фламинго».
При реконструкции жилой застройки надстройкой в настоящее время различными исследователями предлагаются новые энерго- и материалоэкономичные способы, одним из которых является ширококорпусный жилой дом в монолитном или сборно-монолитном исполнении (рис. 8). В данном случае пятиэтажный реконструируемый дом переустраивается в многоэтажный ширококорпусный с доведением его потребительских качеств до уровня новых домов с одновременным наращиванием в два и более раз жилых площадей и числа квартир.
Рис. 5.6. Устройство мансард из объемных блок-комнат:
а) общий вид дома до реконструкции; б) общий вид дома после реконструкции; в) общий вид объемных блок-комнат
Рис. 5.7. Надстройка здания до 12 этажей с опиранием на самостоятельные опоры дом, Метод «Фламинго»
Рис. 5.8. Ширококорпусный многоэтажный жилой дом, совмещенный с существующим пятиэтажным зданием
Способы надстройки жилых, общественных, промышленных зданий приведены в табл. 3.1.
Принятию решения по надстройке должно предшествовать детальное обследование оснований, фундаментов, размеров и прочностных характеристик кладки стен.
Надстройка одного или нескольких этажей подчас становится достаточным условием для придания зданию соответствующего эстетического облика, сообразуясь со сложившейся композицией фасадов соседних домов.
Надстройки, как правило, всегда ухудшают освещение и инсоляцию соседних зданий, поэтому при решении вопроса о возведении надстроек в старых кварталах и об их высоте следует учитывать комплекс проблем: градостроительных, экономических, эстетических и социальных. Надстройка без усиления представляет собой увеличение здания в высоту с сохранением его конструктивной схемы и внутренней структуры.
Практика показывает, что для большинства капитальных многоэтажных зданий старой застройки, имеющих, как правило, повышенную толщину стен и расширенную конструкцию фундаментов со значительным запасом прочности, надстройки не представляют затруднений и не требуют усиления подземной части зданий. Вследствие уплотнения грунта основания уже через 10-15 лет после возведения многоэтажных зданий нагрузки на основания можно увеличивать приблизительно на 30%. Как показали обследования состояния оснований кирпичных и полносборных домов послевоенного и более позднего поколения, их также возможно практически повсеместно надстраивать на 2-3 этажа.
Надстройка с изменением конструктивной схемы здания предполагает перераспределение схемы передачи усилий от массы надстраиваемых этажей и существующего здания на несущие элементы, нагружая их более равномерно. Такого вида надстройки осуществляют в тех случаях, когда при инженерных изысканиях и проектировании предстоящей надстройки выявляется невозможность надстройки простым увеличением здания в высоту.
Надстройки с изменением конструктивной схемы позволяют наращивать здания на несколько этажей.
Надстройка, опирающаяся на самостоятельные конструкции, или метод «встроенного каркаса», т.е. надстройка, не передающая нагрузки на существующее здание, может быть сооружена над любым зданием и теоретически на любую высоту сообразно облику существующей застройки квартала, улицы, площади. Такого вида надстройки применяются для сохранения и улучшения ценной, как правило исторической, застройки при невозможности использования существующих стен и фундаментов для наращивания этажей.
Конструктивное решение надстроек, не нагружающих существующее здание, представляет собой устройство новых несущих конструкций, которые опираются на собственные фундаменты. Новые несущие конструкции можно возводить как внутри существующего габарита, так и вне его. Конструкция дополнительного каркаса состоит из железобетонных или металлических колонн по высоте существующего здания, прогонов и обвязки. Обвязка передает нагрузку от надстройки на колонны, устанавливаемые вдоль наружных стен и опирающиеся на самостоятельные фундаменты. Трудность сооружения фундаментов для дополнительных опор вызывает необходимость расположения опор с увеличенными расстояниями по сравнению с новым строительством. Наиболее приемлемыми фундаментами становятся монолитные бетонные массивы или набивные сваи, которые в этих условиях становятся менее трудоемкими и более экономичными.
Планировка и конструкция надстраиваемых этажей могут быть иными, чем в существующем здании, так как они зависят только от решения несущих конструкций или остова ненагружающей надстройки.
Несущий остов надстраиваемых этажей имеет два конструктивных варианта. Возможно устройство платформы (стола) основания, на котором новые этажи могут иметь любые планировочные и конструктивные решения. Можно также предусмотреть в каждом этаже или даже через этаж несущие элементы в виде балок (ферм, рам), устанавливаемых на колоннах надстройки.
Надстройка зданий может выполняться в двух вариантах: с выселением жильцов или временным переводом сотрудников из административно-хозяйственных строений при полной реконструкции существующей части здания и без выселения жильцов и прекращения работы учреждений при возведении нескольких дополнительных этажей, идентичных существующим.
В первом случае сначала выполняют работы по усилению фундаментов и несущих стен, затем во всем здании производят замену деревянных перекрытий железобетонными, а потом с уровня перекрытия последнего этажа ведется кладка стен надстройки и монтаж новых перекрытий.
Если надстройка здания производится без выселения жильцов, то строительные работы необходимо вести так, чтобы не нарушалась нормальная жизнь людей в надстраиваемом и соседних домах. Должны быть приняты также меры безопасности движения пешеходов и транспорта возле объекта надстройки.
Надстройке здания предшествует тщательное изучение технического состояния зданий, конструкций, фундаментов и основания под ними, верхнего чердачного перекрытия, чердака, где обычно размещаются вентиляционные короба, камеры, расширительные баки и трубопроводы.
Особое внимание при обследовании и изучении уделяется несущим конструкциям и определению запаса прочности для расчета возможности их дополнительного нагружения надстраиваемыми этажами, а также состоянию технических устройств, определению мест присоединения к ним соответствующих систем надстраиваемой части здания.
При надстройке зданий, имеющих избыточную ширину корпуса, обращается внимание на устройство вентиляции. В средней части таких зданий, удаленной от светового фронта, образуется застойная зона, поэтому к устройству вентиляции предъявляются повышенные требования по сравнению с новым строительством. Кроме вытяжной вентиляции с естественной тягой в кухнях и санитарных узлах, в надстройке такая же вентиляция должна быть устроена во всех помещениях, удаленных от светового фронта на расстояние более 6 м, а также в неосвещаемых общих коридорах домов.
При надстройках без усиления и с изменением конструктивной схемы обязательно предусматривают устройство поясов жесткости по верху всех старых стен для увеличения жесткости стенового остова и более равномерной передачи нагрузок от надстройки.
В зависимости от состояния кладки стен, возможных размеров пояса по вертикали, учитывая величину и распределение нагрузки, выбирают один из видов конструкций пояса жесткости: железокирпичный малой жесткости в виде 6-8 рядов кладки с армированными стержнями диаметром 10 мм; то же большой жесткости, представляющий собой такую же конструкцию, но при высоте 13-20 рядов кладки; пояс железобетонный в виде двух плит в один ряд высотой 100-200 мм; то же высотой 150-300 мм; железобетонный пояс с жесткой арматурой в виде прокатных профилей.
В двух последних случаях необходимо проверять расчетом теплозащитные свойства стены в месте пояса и в случае необходимости использовать теплозащитные прокладки.
Опирание пола надстраиваемого этажа зачастую устраивают на специально укладываемые балки, оставляя существующие без изменения.
Для получения необходимых объемно-планировочных решений применяются балки-стенки, выполняемые по толщине равными перегородкам порядка 100 мм. Высоту можно назначить двух видов: от верха дверного проема до потолка и на всю высоту помещения со специально предусмотренными проемами для дверей, учтенными при конструировании балки. Устраивают также балки-стенки меньшей высоты, которые в процессе эксплуатации здания дают возможность изменять и переносить дверные проемы. Перегородки рекомендуется применять каркасные с гипсоволокнистыми и древесно-волокнистыми плитами, гипсобетонные или гипсокартонные с металлическим каркасом на всю высоту помещения.
По конструкции балки-стенки могли быть полностью из монолитного железобетона с обычным армированием, или их можно заранее заготовить, если позволяют условия ремонтно-строительных работ, на данном объекте. Кроме того, применяются балки-стенки в виде легких ферм из прокатных профилей или труб с их обетонированием. Такие фермы служат каркасом для опалубки или сами выполняют ее роль с помощью металлической сетки при подаче бетонной смеси насосами. В них удобно размещать места для дверных и других проемов.
При надстройках двух первых видов нередко приходится усиливать фундаменты, как это было рассмотрено выше, а при ненагружающих надстройках требуется сооружать специальные фундаменты для новых опор надстраиваемой части. Для этого учитывают условия расположения опор и особенности их сооружения.
Простой конструкцией является монолитный массивный фундамент под колонну. В месте его расположения в существующем фундаменте предусматривают проем, перекрываемый балками. Другой конструкцией фундаментов под колонны являются буро-набивные или корневидные (буроинъекционные) сваи. Однако такие конструкции значительно дороже.
Для производства работ по надстройке зданий ремонтно-строительные организации используют широкий ассортимент грузоподъемных средств. Существенное значение имеют такие характеристики средств, как их мобильность, габарит в транспортном положении и собственная масса, простота переоснастки, способность маневрирования с грузом на крюке, в ограниченном пространстве и др.
