CC BY
104
УДК 69.059.7
АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ДВУХ ВАРИАНТОВ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛОГО ДОМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО И ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО КАРКАСОВ
В. И. Большаков, д. т. н., проф., В. М. Кирнос д. т. н., проф., П. И. Несевря, к. т. н., Л. Н. Дадиверина к. т. н., Ф. И. Павлов к. т. н., О. А. Сера асп.
Постановка проблемы. В 50-60 годы прошлого века велась массовая застройка территорий малоэтажными зданиями из сборных железобетонных конструкций, так называемыми «хрущевками». В то время перед проектировщиками и строителями стояла первоочередная задача - обеспечить как можно больше людей жилыми площадями в максимально сжатые сроки с минимальными затратами из бюджета на строительство жилья. Поэтому стоимость квартиры с минимальными площадями комнат и кухонь, причем комнаты были проходными, что доставляло определенное неудобство. Пришлось также отказаться от лифта и мусоропровода. Вместо капитальных стен установили тонкие перегородки, а все инженерные системы максимально упростили.
Эти дома не только не соответствуют социальным и техническим нормам, стандартам и условиям комфортного проживания в них. Они морально и физически устарели и нуждаются в реконструкции либо капитальном ремонте или сносе и строительстве нового жилья на освободившейся территории. Дальнейшее промедление в решении этого вопроса может привести к массовым авариям с серьезными социальными последствиями. В настоящее время работы по реконструкции не приобрели массового системного характера. Лишь в экспериментальном порядке реконструированы несколько домов в разных городах. Создается видимость действия, отрабатываются технологии, проводятся конкурсы проектов, а жилые дома стареют. Тема реконструкции особенно актуальна для городов районного масштаба. Основная причина - финансовых средств в бюджетах городов для строительства нового жилья.
Анализ опубликованных данных по теме исследования. На сегодняшний день разработаны и предложены многие варианты способов реконструкции жилых домов первых массовых серий, но особый интерес представляет собой вариант реконструкции, предложенный д.т.н., профессором В. И. Большаковым и д.т.н., профессором М. М. Жербиным совместно с другими учеными, архитекторами, научными сотрудниками, аспирантами и студентами Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры.
Цель статьи. Сравнение возможных вариантов проектов реконструкции жилого дома с применением металлического и железобетонного каркасов по технико-экономическим показателям на примере пятиэтажного, трехсекционного крупноблочного жилого дома, расположенного в центре населенного пункта. Выбор оптимального варианта реконструкции на основании расчетов и диаграмм для существующего здания.
Изложение основного материала. Краткая характеристика существующего здания подлежащего реконструкции. Жилой дом пятиэтажный, трехсекционный, крупноблочный представляет собой схему с малым шагом внутренних и внешних поперечных и продольных несущих стен.
Технико-экономические показатели существующего здания:
• площадь застройки - 756 м2 ;
• площадь жилого дома - 3652 м2 ;
• строительный объем - 12356,2 м ;
• ширина корпуса жилого дома - 12 м;
• высота здания - 16880 м;
• длина - 61 м (рис.1).
Фундаменты ленточные из бетонных и железобетонных блоков. Наружные стены выполнены из однослойных панелей. Перекрытия - плоские железобетонные плиты. Основными несущими элементами данного здания являются железобетонные стены и опирающиеся на них плиты. Плиты также опираются на наружные и внутренние продольные стены здания. При этом плиты просчитаны и работают с двух больших сторон, что позволяет при реконструкции изменить опоры под меньшими сторонами плит.
Поскольку все разделяющие стены несут нагрузку от перекрытий и верхних этажей, сместить их, как и торцевые стены, невозможно.
11 им
■
I
шшшщшшшшшшцшшшшшшцшшш
[ПШШЩШШШИШШЩШШШШШШЩШШШ
Ш Ш Ш ¿ш I И П I Ш^ИВ I П Ш I ш^ш ш ш ЕПНШЕПВр [ГВШДДЕПВШИНр: [ГВШЕГВЕГВШРЮр Ш Ш Ш
©
(¿0
Рис 1. Фасад существующего здания
Сама идея реконструкции заключается в том, что старое пятиэтажное здание обстраивается запроектированной рамой, на которую надстраиваются дополнительные 11 этажей. В данном проекте мы рассмотрим два варианта реконструкции с применением каркаса:
• металлического;
• железобетонного.
Металлический каркас выполнен в виде портальных рам с 1-го по 5-й этаж, а с 6-го по 16-й этаж -рамы с подэтажными фермами. Все несущие колонны размещены во внешней стене. Это позволило выполнять разнообразную планировку квартир.
Пространственная жесткость и надежность здания обеспечиваются за счет продольных связей, которые размещаются в крайних пролетах рам и между ними, связывая их в объемную конструкцию. Ядро жесткости размещается в железобетонном лестнично-лифтовом узле, который выполнен следующим образом: лифт размещен в раме пристройки, вместе с мусоросборником и проходит с 1-го по 16-й этаж. Машинное помещение лифта находится на 16-м этаже.
Разработанное конструктивное решение стального каркаса здания удовлетворяет требованиям надежности и долговечности, т. е. обеспечивает прочность, жесткость и устойчивость здания во время строительства и всего срока эксплуатации.
Объемно-планировочные показатели здания надстраиваемого модуля в металлическом каркасе:
• площадь застройки - 1384 м2;
• полезная площадь здания - 22696 м3;
• строительный объем здания - 72346 м3.
Железобетонный каркас устанавливается на новые фундаменты, расположенные рядом с существующими фундаментами реконструируемого здания. Конструктивной схемой каркаса являются железобетонные рамы двух видов:
• пролетно-поперечная рама, состоящая из колонн и главных балок перекрытия;
• пролетно-поперечная рама, связанная с монолитным ядром жесткости.
Общая жесткость каркаса обеспечивается продольными балками перекрытия между рамами и ядром жесткости. Для обеспечения жесткости самой надстройки введены дополнительные продольные диафрагмы. Этажи 6-й и 16-й будут иметь техническое назначение.
В уровень потолка 6-го этажа будет размещена массивная железобетонная балка, на которую, в свою очередь, будут опираться две дополнительные колонны. Колонны поперечных рам как наружных, так и внутренних рядов, по высоте имеют переменный характер разреза. Такое решение даст возможность уменьшить общую нагрузку сооружения без потери ее жесткости. Для объединения нового каркаса со старым сооружением колонны в уровень каждого этажа, с внутренней стороны будут иметь
консольные железобетонные выступы, объединенные балками с подэтажным оборудованием перекрытия. Перекрытие установлено ребристое с главными и второстепенными балками. Главные балки находятся в плоскости поперечной рамы.
Объемно-планировочные показатели здания надстраиваемого модуля в железобетонном каркасе:
• площадь застройки - 1384 м2;
• полезная площадь здания - 21936 м3;
• строительный объем здания - 69636 м .
Фундаменты в надстраиваемом здании выполнены из буронабивных свай глубиной до 18 м и диаметром 0,5 м с последующим устройством ростверка на который опирается рама возводимого модуля.
При реконструкции была запроектирована максимально быстрая и безопасная технология возведения здания с применением металлического каркаса. Для этого используются простые монтажные механизмы, приводящие к повышению трудоемкости работ, однако являющиеся единственно возможными при реконструкции. В условиях стесненности при выполнении строительных работ большое значение имеют такие собственные габариты, мобильность и высотно-грузовые характеристики грузоподъемных машин.
К сожалению, таких специализированных монтажных кранов в данное время в Украине недостаточно, поэтому предлагается простой автомобильный кран КС-357 А, который в условиях ограниченного пространства вынужден работать на большом удалении от здания.
Для разборки крыши предлагается использовать средства малой механизации, к которым относится ручной электрифицированный инструмент и малогабаритный кран «Пионер».
Особое место при реконструкции крупноблочных жилых домов занимает разборка стен. По периметру реконструируемого здания устанавливают фундамент, на который будет возводиться надстройка, состоящая из колонн перекрытий и наружных стен. Еще до начала устройства конструкций надстройки, перед демонтажем наружных стен, устанавливают винтовые муфты под перекрытия снизу вверх. Когда все нагрузки примут эти муфты, начинается демонтаж стен в обратном направлении. После устанавливают опалубку, совместно с этим возводят монолитные колонны надстройки. Далее монтируют плиты перекрытия, только потом заводят арматуру перекрытия будущей надстройки в пустотах плит существующего здания и укладывают бетон. Пока бетон нового перекрытия набирает прочность, монтируют каркас пристройки с колонн, перекрытий для последующего этажа. Когда запроектированное количество этажей построено, а бетон набрал прочность, опалубку и винтовые муфты убирают. Таким образом, за счет установки временной системы опирания существующих перекрытий и снятия нагрузки от них с продольных стен реконструируемого здания появилась возможность полностью демонтировать указанные стены и тем самым расширить размеры прорезов до необходимых с точки зрения проектировщиков. Поскольку новый каркас пристройки не расширяется ниже существующего и монтируемого перекрытия, то кроме увеличения полезной площади здания сохраняется ее высота.
После устройства каркаса производится демонтаж лестничных маршей в реконструируемом здании.
Затем приступают к работам по новому строительству - монтажу металлического каркаса. Перед монтажом колонны и фермы собирают на площадке для укрупнительной сборки. Сборка конструкций производится на одном кондукторе, позволяющем собирать одновременно две фермы. На площадку сборки конструкции подаются автомобильным краном КС-4561 А. Ограниченность стройплощадки и привязка к площадке укрупнительной сборки к складу не позволяют разместить более одного кондуктора. Монтаж конструкций ведётся краном КБ-504.1. Последовательный монтаж пилонов и ферм непосредственно рядом с существующим зданием ведётся в такой очередности:
• устанавливаются два пилона по обеим сторонам здания;
• на них устанавливается ферма;
• устанавливается ферма, опирающаяся на ядро жёсткости;
• пилоны соединяются между собой балками.
Для монтажа предлагается использовать траверсы грузоподъемностью 6-8 т, а для пилонов и колонн - специальные равные захваты.
Монолитное ядро, в котором располагаются лестнично-лифтовые узлы с мусоросборником, возводится в самоподъёмной опалубке фирмы PERI. Опалубка для возведения железобетонных монолитных стен первого этажа устанавливается обычным способом.
1.- рабочая поверхность
2.- платформа для поднятия устройств
3.- нижняя платформа
4.- платформа для бетонирования
5.- щит опалубки
6.- стена
7.- внутренняя рабочая поверхность
8.- подмости
9.- подъемник направляющий
10.- подъемный башмак
11.- гидравлический подъемник
12.- поддерживающая балка
Рис 2. Самоподъемная опалубка для возведения монолитного ядра жесткости
Вначале устанавливается опалубка с одной стороны стены, потом ведется монтаж закладных деталей, армирование, установка второй стороны опалубки и бетонирование. После переходим к установке опалубки 2-го этажа. К нему подается подъемный башмак и подвешиваются консольно-переставные подмости. После бетонирования и распалубки к подъемному башмаку крепится направляющая, после чего идет гидравлический подъем и подвешивание нижней платформы. После бетонирования 3-го этажа уже идет регулярный процесс перестановки опалубки: одностороняя установка опалубки, монтаж закладных анкерных креплений, армирование, установка другой стороны опалубки, бетонирование, распалублевание, чистка опалубки, прикрепление подъемного башмака, подъем консольно-переставных механизмов и прямой подъем односторонняя установка опалубки и далее по принятой схеме. Данная технология предложена потому, что необходимо возводить ядро жесткости с опережением монтажа элементов металлического каркаса, поскольку некоторые фермы крепятся непосредственно к нему. Эта технология позволяет возводить один этаж за четыре дня, при этом возведение стен ядра жесткости опережает возведение перекрытия и лестничных маршей, которые размещены в нем на, три этажа.
Устройство железобетонного каркаса надземной части, пристройки и надстройки предусмотрено возводить при помощи башенного крана марки КБ - 503, максимальный вылет стрелы - 40 м, который применяется в полной технологической цепочке строительства. Этим краном устанавливают и переставляют опалубку, арматурные каркасы подают бетонную смесь. Для возведения железобетонного каркаса предлагается унифицированная опалубка фирмы PERI. Для заполнения стеновых проемов применяется современный теплоизолирующий газобетон. Работы запроектированы с использованием выносной площадки, куда башенным краном подаются эти блоки и раствор.
С целью определения продолжительности реконструкции и планирования распределения ресурсов по двум вариантам с использованием металлического и железобетонного каркасов - был разработан проект организации строительства жилого дома.
Для решения проблемы отселения жильцов реконструируемого здания была предложена поэтапная реконструкция жилого дома, что нашло свое отражение в соответствующих разделах проекта реконструкции.
В сводном календарном плане определена продолжительность по отдельным этапам реконструкции жилого здания с использованием двух вариантов каркаса подготовительного и основного периодов строительства (табл. 1).
Общая продолжительность реконструкции жилого здания составляет:
• с использованием металлического каркаса - 2 года 10 месяцев;
• с использованием железобетонного каркаса - 3 года 7 месяцев.
На основании графика освоения капитальных вложений, потребности в трудовых ресурсах по месяцам строительства, максимальный уровень капитальных вложений, среднемесячного уровня, максимальное и среднемесячное количество рабочих по месяцам строительства можно сравнить технико-экономические показатели возможных вариантов проектов реконструкции жилого дома, запроектированного в металлическом и железобетонном каркасах.
Таблица 1
Сравнительная характеристика технико-экономических показателей возможных вариантов проектов реконструкции жилого дома
Наименование показателей Реконструкция с использованием металлокаркаса (I вариант) Реконструкция с использованием монолитного каркаса (II вариант)
1-й этап 2-й этап 1-й этап 2-й этап
Продолжительность подготовительного периода реконструкции, мес. 1,5 2,5 2 2,5
Продолжительность основного периода реконструкции, мес. 11,5 18,5 16 22,5
Общая продолжительность реконструкции, мес. 13 21 18 25
Среднее количество рабочих в месяц, чел. 85 97 68 96
Максимальное количество рабочих в месяц, чел. 184 170 140 250
Среднемесячный объем капиталовложений, тыс. грн. 6249,017 7227,625 4239,60 5686,96
Максимальный объем капиталовложений, тыс. грн. 14296,764 13727,134 8016,97 14032,75
Коэффициент неравномерности потребления трудовых ресурсов 0,46 0,57 0,48 038
Коэффициент неравномерности освоения капитальных вложений 0,44 0,53 0,53 0,40
По этим данным построим и сравним диаграммы освоения капиталовложений исходя из продолжительности реконструкции двух вариантов с использованием металлического и железобетонного каркасов (Рис. 3), а также диаграмму потребности в трудовых ресурсах по срокам
реализации проекта двух вариантов реконструкции (Рис. 4). При этом показатели капиталовложений следующие:
МК ЖБК
стоимость сооружения (тыс. грн.) 187348,6 171434
стоимость строительно-монтажных работ(тыс. грн.) 166153,8 151986
стоимость 1 м2 полезной площади здания (тыс. грн.) 7321 6860,55
стоимость 1 м3 строительного объема здания (тыс. грн.) 2296,7 2182
стоимость оборудования (тыс. грн.) 21195 19466,6
ОСВОЕНИЕ КАПИТАЛОВЛОЖЕНИЙ ПО МЕСЯЦАМ
ПОТРЕБНОСТЬ В ТРУДОВЫХ РЕСУРСАХ ПО МЕСЯЦАМ
□ МК □ ЖБК
Капиталовложения, тыс.грн.
ЖБК
Количество чел овек
ЖБК
Продолжительность реконструкции, мес
□ МК шЖБК
Продолжительность реконструкции, мес.
Рис. 3
Рис. 4
Выводы. На основании полученных результатов можно заключить, что реконструкция зданий с использованием металлического каркаса компенсирует незначительные привышения стоимосных показателей продолжительностью строительства в 1,8 раза по отношению к зданию, реконструируемого с применением железобетонного каркаса.
1. Булгаков С. Н. Реконструкция жилых домов первых массовых серий и малоэтажной жилой застройки. - М.: ООО «Глобус», 2001. - 248 с.
2. Большаков В. И.,Жербин М. М., Разумова О. В. Основы формообразования стальных каркасов многоэтажных и высотных зданий. Днепропетровск: ПГАСА, 2004.
3. Жербин М. М., Большаков В. И. Новая концепция модернизации и надстройки существующих малоэтажных жилых зданий до любого количества этажей. - Днепропетровск: Gaudeamus, 2000.
4. Реконструкция жилого дома с надстройкой этажей по улице Батумской,10, г.Днепропетровск. Учебное пособие. - Днепропетровск: Gaudeamus, 2003. - 180с.
Использованная литература
- 56 с.
УДК 69.059.7
Анализ применения двух вариантов реконструкции жилого дома с использованием металлического и железобетонного каркасов/В. И. Большаков, д. т. н., проф., В. М. Кирнос д. т. н., проф., П. И. Несевря, к. т. н., Л. Н. Дадиверина к. т. н., Ф. И. Павлов к. т. н., О. А. Сера асп. Вкник ПридншровськоТ державноТ академп будiвництва та арх^ектури.-ПДАБА, 2008. -
Рассмотрены и предложены возможные организационно-технологические решения реконструкции жилого фонда первого периода индустриального домостроения по методу надстройки этажей из металлического и железобетонного каркасов.
