Проектирование надстроек. Надстройка жилых, общественных и производственных зданий

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

Надстройка второго этажа бывает с усилением и без усиления конструкции уже готового дома. С экономической точки зрения настройка второго этажа дома, либо мансарды, либо дополнительных этажей, всегда является целесообразным и выгодным решением жилищного вопроса. Ведь уже есть и фундамент и земля, коммуникация, инженерные сети, инфраструктура, это намного дешевле, чем постройка нового дома.

Для комфортного проживания и полноценной жизнедеятельности людей необходима достаточная площадь, обеспечивающая личное пространство для всех жильцов дома. Проблему нехватки квадратных метров позволяет решить надстройка второго этажа или жилой мансарды. При выборе варианта надстраиваемого этажа руководствуются, прежде всего, стоимостью постройки, ее назначением, а также архитектурными особенностями сооружения. Как правило, дешевле за счет экономии средств при покупке стройматериалов для возведения стен. К тому же, монтаж полноценного этажа предполагает дополнительные траты на усиление фундамента здания. Строительство мансарды подойдет для обустройства уютной спальни, рабочего кабинета, комнаты для детей или для отдыха, например, бильярдной. Если на достраиваемой площади планируется размещение нескольких комнат, кухни, санузла рекомендуется монтаж полноценного этажа.

Важно! Грамотное проектирование стен и кровли мансардного этажа позволяет обустроить достаточно просторное, уютное и функциональное жилое помещение.

Решение в пользу возведения мансарды либо целостного этажа во многом зависит от архитектурно-технических характеристик здания, а также индивидуальных предпочтений его владельца. Особенности строения мансарды с различными формами крыш, компактными балконами и террасами позволяют создать более оригинальный экстерьер сооружения. Дополнительный полноценный этаж имеет более аскетичный вид.

Инженерно-техническая экспертиза состояния здания

Начинать возведение дополнительного этажа допускается после подробного изучения технических характеристик сооружения. Инженерно-техническая экспертиза позволяет рассчитать изменения нагрузки на несущие конструкции сооружения, определить расположение перегородок. Осуществление процедуры инженерно-технического осмотра находится в компетенции государственных и частных организаций, имеющих соответствующие документы, разрешающие осуществление подобных услуг. В процессе исследования определяют следующие параметры объекта:

• техническое состояние составных элементов сооружения;
• запас прочности несущих конструкций;
• особенности укрепления элементов конструкции.

Для выявления даже скрытых изъянов проводят комплексное обследование объекта. Устранение имеющихся недостатков позволит в дальнейшем предотвратить дополнительные материальные расходы. Комплексное исследование включает несколько этапов:

• сбор информации о технических характеристиках дома, используемых стройматериалов, длительности и условиях эксплуатации;
• составление плана исследовательских мероприятий;
• осмотр сооружения с использованием специального оборудования;
• лабораторные исследования проб;
• оформление технического отчета.

После визуального осмотра и детального обследования экспертов организации выдаются акты осмотра и технический отчет, содержащий план исследовательских действий, полученные результаты, их оценку, заключение и советы по укреплению конструкции.

Виды технологий надстройки дополнительного этажа

В зависимости от состояния несущих элементов конструкции и допустимой нагрузки определяются с материалами и особенностями возведения дополнительного этажа. При недостаточном запасе прочности несущих конструкций предварительно укрепляют фундамент, стены и стропильную систему сооружения. При строительстве мансардного помещения в многоквартирном доме основополагающим аспектом является безопасность других жильцов.

Монтаж второго этажа может осуществляться следующими способами:

• каменная кладка;
• конструкций из железобетонных элементов;
• из деревянных бревен или бруса;
• применение каркасной технологии;
• комбинированные варианты.

Долговечными и доступными по стоимости являются металлические рамные и фермовые сооружения. Некоторые сложности могут возникнуть при подъеме тяжелых деталей к месту возведения дополнительного уровня. Для этого, скорее всего, потребуется привлечение специальной строительной техники.

Важно! Прежде чем осуществлять монтаж дополнительного этажа из железобетонных элементов или кирпича, необходимо основательно укрепить стены и фундамент. Чтобы уменьшить нагрузку на конструкцию дома по всему его периметру располагают поддерживающие сваи.

Этаж из деревянного бруса является наиболее приемлемым для проживания людей по экологическим свойствам. Определенные неудобства возникают на этапе окончательной отделки помещение. К данному виду работ рекомендовано приступать лишь через год.

В условиях ограниченных финансовых возможностей и времени на усиление сооружения под строительство второго этажа, его надстройку целесообразно выполнить с применением облегченных каркасных панелей или готовых сборных конструкций. К их основным преимуществам можно отнести небольшой вес, пожаробезопасность, доступную стоимость, быстрый монтаж. Современный рынок строительных материалов располагает сборными конструкциями, состоящими из отдельных частей. Они могут быть выполнены из различных материалов, но наиболее востребованными являются изделия из древесины. Монтаж единой конструкции осуществляется непосредственно на месте надстройки этажа. Детали из дерева соединяются посредством шпоночного крепления. Стыковка клееных гнутых брусьев осуществляется шпоночным способом.

Рекомендации по усилению несущих элементов сооружения

На основании результатов инженерно-технического обследования, а также исходя из степени изношенности несущих элементов сооружения, для надстройки дополнительного этажа может потребоваться дополнительное укрепление основания и стен. Это позволит обезопасить будущее строение и продлит срок эксплуатации. При возведении дополнительно этажа проводятся следующие мероприятия, направленные на реконструкцию и повышение прочности:

• усиление основания;
• увеличение ширины и глубины закладки подошвы фундамента;
• замена элементов основания.

Необходимые работы по усилению фундамента дома определяется исходя из особенностей проекта реконструкции. Для укрепления основания деревянного сооружения или замены опор из помещения выносят предметы и вещи. Входные и межкомнатные двери вынимают, разбирают полы. Далее сооружение приподнимают с помощью специальных домкратов и устраивают новый фундамент. Надежно укрепить здание можно посредством монтажа монолитного пояса с арматурой. Данная конструкция представляет собой защитный слой железобетона, расположенный с внешней стороны здания, повторяющий контуры его стен.

Важно! Укрепление стен здания после монтажа армированного пояса не рекомендуется до истечения года. Это обусловлено возможностью усадки нового фундамента.

Для установки армированного пояса по периметру сооружения роется траншея на глубине превышающей уровень старого фундамента не менее, чем на 80 см. Ширина траншеи в среднем составляет 50 см. Из досок или фанеры делают обрешетку. В траншею засыпают слой из щебня и гравия. Тщательно очищают поверхность старого фундаментаи наносят грунтовку с высокой степенью проникновения. Затем в укрепляемую основу на расстоянии 25 см друг от друга вбивают горизонтальные штыри. Расположенные в несколько рядов штыри приваривают к металлической арматуре, укладывают на нее сетку и заливают раствором бетона.

Если планируется надстройка мансардного или полноценного этажа из легких стройматериалов, допускается усиление лишь углов здания. Диаметр траншеи вокруг углов должен составлять примерно 1 м, ее глубина должна превышать глубину заложения предыдущего основания на 50 см и больше. Металлическую решетку приваривают к прутьям арматуры фундамента дома, пространство заполняют бетоном.

Ремонт фундамента.

Способы снижения нагрузки на фундамент и стены дома

Для уменьшения или полного перераспределения нагрузки с несущих элементов снаружи или внутри здания монтируют специальный каркас. Внутренний каркас представляет собой укрепления, расположенные внутри помещения. При строительстве дополнительного уровня нагрузка будет распределяться на дополнительный каркас и стены дома. При монтаже каркаса, расположенного снаружи, по периметру сооружения устанавливают сваи или колоны, а также несущие однопролетные балки. Для установки колонн предварительно заливают основание. Для неполной разгрузки несущих элементов дома используют опоры из дерева или металла, установленные временно. Процесс монтажа такого укрепления предполагает укладку специальных опорных подушек на расстоянии 150-200 см от стен дома. На брус, расположенный на опорных подушках, устанавливают стойки, чаще из древесины. К деревянным стойкам посредством скоб присоединяется верхняя обвязка. Далее между нижним брусом и стойками забивают клинья. После чего частично уменьшается нагрузки на стены и распределяется по временно установленным опорам.

Важно! В многоквартирном доме опоры, располагаемые на каждом этаже, необходимо располагать одну над другой. Укрепление стоек раскосами увеличивает прочность конструкции.

Полную разгрузка фундамента дома выполняют с помощью заделанных в кладку стены балок (рандбалок), а также расположенных поперек балок из железобетона или металла. Предварительно штробят стены под балки и устраивают цементно-песчаную подушку. Устанавливают рандбалки в штрабе и закрепляют клиньями. Пространство между балками и стенами заливают смесью цемента и песка. В результате нагрузка распределяется на новое основание.

Последовательность работ при надстройке второго этажа

Надстройку дополнительного уровня осуществляют согласно составленному проекту, который включает перечень работ по утеплению, гидроизоляции, монтажу систем коммуникаций. Необходимо также обеспечить достаточное вентилирование чердачного помещения. Процесс надстройки дополнительного этажа включает следующие основные этапы:

• демонтаж кровли;
• доставка стройматериалов к месту возведения;
• установка обвязки, каркасных стоек и стропил;
• внешняя обшивка каркаса ориентированно-стружечными плитами;
• устройство гидроизоляции, утеплителя, пароизоляции;
• внутренняя обшивка панелями;
• монтаж кровельного материала;
• обустройство пола, стен, потолка;
• декоративная отделка помещения.

Начинать сборку дополнительного этажа здания необходимо с монтажа основания. Брус для устройства нижней обвязки обычно соединяется между собой способом «в лапу». Затем так же к обвязке крепятся вертикальные боковые стойки. Угловые стойки к основанию лучше крепить по типу соединения «паз – шип». Для этого в брусьях обвязки делается паз, а на угловых стойках – шип.

В здании площадью не более 100 м.кв. возможно устройство деревянного чернового пола на лагах. В более масштабном многоквартирном доме для устройства пола дополнительного этажа необходимо использовать более мощные монолитные конструкции либо с применением железобетонных плит. Кровля сооружается из стропильных ферм, которые нагелями крепятся к продольным балкам. Затем делается обрешетка досками, укладывается паро- и гидроизоляция кровли. После чего можно приступать к монтажу кровельного материала. Расположение окон и лестниц продумывается заранее. При возведении полноценного этажа лестничный проем располагают над прихожей или гостиной. Разделить помещение на комнаты можно перегородками из гипсокартона. Вход в мансардное помещение удобнее расположить со стороны веранды, террасы или коридора.

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.

Лекция 7. Надстройка, пристройка и передвижка зданий.

Вопросы для самопроверки

1. Расскажите о достоинствах местных тепловых пунктов.

2. От каких факторов, на Ваш взгляд, зависят удельные тепловые потери здания?

3. Назовите основные пути повышения надежности и экономичности систем централизованного теплоснабжения и теплофикации в условиях новой инвестиционной политики.

4. Могут ли автономные системы теплоснабжения быть экономичнее централизованных в конкретных реальных условиях?

5. Перечислите возможные способы реконструкции систем электроснабжения районов реконструируемой жилой застройки.

Реконструкция жилых и общественных зданий старой постройки имеет достаточно широкий диапазон для принятия решений – модернизация, встройка, обстройка и надстройка нескольких этажей.

Все многообразие малоэтажных жилых и общественных зданий по своим принципиальным конструктивным системам, определяющим те или иные возможности их модернизации и реконструкции, можно условно свести к нескольким группам:

Здания с несущими продольными стенами из кирпича или крупных блоков (так называемые трех- и четырехстенки);

крупнопанельные жилые дома с мелким шагом поперечных несущих стен;

крупнопанельные жилые дома с укрупненным шагом поперечных несущих стен;

крупнопанельные жилые дома с неполным несущим каркасом.

Общая площадь кирпичных и панельных жилых зданий, построенных на территории России в 50-60-е годы прошлого столетия по разным оценкам составляет от 250 до 500 млн. кв. м. При средней высоте таких зданий в 4-5 – это 50-100 млн. кв. м площадей плоских покрытий и пустующих чердаков, надстройка на которых хотя бы одного этажа позволяет получить дополнительно 40-80 млн. кв. м жилья. Кроме того, экономия городской территории для нового строительства составит около 10 тыс. га. У города появляется реальная возможность получить дополнительную жилую площадь при меньших затратах, без отвода новых земель, на благоустроенной территории, уже имеющей социальную и транспортную инфраструктуру.

Возможны три вида надстроек:

Устройство мансард , т. е. расположение помещений в подкрышном пространстве, на месте переустроенного чердака;

Собственно надстройка здания, т. е. возведение еще нескольких этажей на существующих или автономных конструкциях;

Размещение на функционально эксплуатируемой крыше небольших помещений и рекреационных пространств (например, устройство престижного жилья – «пентхауса», площадок обзорных, прогулочных, для приготовления барбекю и пр.).

Наиболее экономичным, простым и эффективным техническим решением при реконструкции зданий массовых серий любых конструктивных систем является надстройка мансардных этажей. Современные решения позволяют выполнять данный вид работ без отселения жильцов. Для возведения мансард могут быть использованы конструктивные элементы, собираемые вручную, изделия полной или частичной заводской готовности. В качестве строительных материалов могут быть использованы дерево, металлы, сборный и монолитный бетон, комбинированные варианты в зависимости о требуемой долговечности и допускаемых стоимостных показателей.

Надстройка мансардных этажей обеспечивает получение дополнительной жилой площади, стоимость которой не превышает 50% стоимости нового строительства. Имеется возможность использовать местные строительные и отделочные материалы, отличные от остальных конструкций и материалов надстраиваемого здания, работы могут выполняться без применения кранового оборудования и других дорогостоящих средств механизации работ.

Согласно нормам СНиПа, касающихся мансард, нет необходимости устраивать лифты, если в здании они не предусмотрены, сохраняется существующая система мусороудаления, кровля должна решаться с организованным водостоком. Высота помещений должна быть не менее 2,5-2,7 м при минимальной площади помещений, включая кухни не менее 7 кв. м.

Разрешено выполнять мансардные этажи из деревянных конструкций, что значительно расширяет область мансардного строительства. Хотя древесина несколько снижает общую долговечность здания, но этот легкий и удобный в обработке материал экономически оправдан и целесообразен. Повышение долговечности деревянных конструкций достигается путем пропитки антисептическими составами, исключающими гниение и появление биовредителей.

Современные технологии позволяют существенно повысить индустриальность конструкций, устройство мансардных этажей может быть решено в виде сборки из готовых элементов.

Объемно-планировочные решения мансард определяются следующими признаками: этажность (одно- и двухуровневые), очертание крыши (треугольные, ломаные и односкатные, симметричные и ассиметричные), включение в компоновку мансарды нижележащих этажей. (См. рис. 7.1). Окна в помещениях мансарды могут располагаться: а) непосредственно в плоскости ската крыши; б) в вертикальной плоскости (по аналогии со слуховыми чердачными окнами); в) в плоскости наращиваемых по высоте стен здания (т. е. в фасадной плоскости).

При устройстве двухуровневых (двухэтажных) мансард площадь верхнего уровня получается, как правило, очень малой и здесь реально можно разместить лишь спальные помещения. Возникают также проблемы размещения внутриквартирных лестниц, являющихся не только коммуникативным средством, но и очень важным фактором решения (украшения) интерьера.

Рис. 7.1. Типы мансардных этажей: с симметричной крышей (а, б, д, ж); с ассиметричной крышей (в, г, е, з); с треугольной крышей (а, в, д, ж); с односкатной крышей (е);

одноуровневые а, б, в, г); двухуровневые (ж, з);

с включением в композицию нижнего этажа

Надстройка старых жилых и общественных зданий со стенами из каменных материалов высотой 2-5 этажей осуществляется в основном в крупных городах для увеличения 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-х 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. В такой ситуации возможна надстройка без выселения жильцов, нагрузка от надстраиваемой части будет передаваться на существующие конструкции и фундаменты, имеющие необходимый запас прочности.

Если прочность конструкций существующего здания не позволяет применить такое решение, надстройка здания выполняется на самостоятельном несущем каркасе, опирающемся на собственный фундамент. Если несущие наружные конструкции надежны, а внутренние изношены физически и морально устарели, может быть принято решение о полной разборке всех внутренних конструкций и возведении нового каркаса внутри реконструируемого здания на самостоятельных фундаментах при использовании наружных стен как самонесущих или воспринимающих частично нагрузку от возводимого каркаса.

Актуальной проблемой для нашей страны является модернизация малоэтажных крупнопанельных жилых домов первых массовых серий, построенных в конце 1950-1960-х годов. 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-х этажей, опирающихся на автономные опоры, в которых размещаются лифты, лестницы, санузлы, коммуникации, инженерное оборудование и т. п.;

«вторичная застройка» многоэтажными ширококорпусными домами, возводимыми на месте старых домов без их сноса;

пристройка эркеров, лоджий вдоль протяженного фасада.

Все варианты обеспечивают повышение комфортности жилых помещений, увеличение полезной площади жилых комнат, кухонь, подсобных помещений, а также улучшение архитектурного облика зданий.

Первый и второй варианты изображены на рисунках, третий не требует особых разъяснений. (См. рис. 7.2, 7.3).

Рис. 7.2. Надстройка здания с опиранием

на собственные опоры

Рис. 7. 3.«Вторичная застройка» ширококорпусным домом

В практике надстройки зданий с плоскими крышами встречаются варианты, когда на них сооружаются небольшие помещения под клубы, вспомогательные помещения, мини-кафе, дополнительные помещения, например, архитектурная (художественная, изобразительная) мастерская на крыше при квартирах верхнего этажа, или открытые места (террасы), на которых разбиваются газоны, площадки для игр и отдыха, ставят перголы и беседки. При этом возникает необходимость не только усиления перекрытий над последним этажом, но и создания условий для эксплуатации крыши. Например, зеленые насаждения выставляются в емкостях с грунтом, газоны устраиваются из рулонных ковров по усиленной гидроизоляции.

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.