CC BY
35
Pelmenyova N.D., associate professor, Dean of High Professional Education Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-58-52, e-mail: pel@istu.edu
Mozhayev V.D., post-graduate, Irkutsk State Technical University, tel.: 89021781457, e-mail: Mozhaev VaHa@yandex ru
УДК 69.059.3
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ НАДСТРОЙКЕ КИРПИЧНЫХ ЗДАНИЙ
ЗАСТРОЙКИ 1960-90-х ГОДОВ
А.К. Комаров, А.А. Кулюкин, В.В. Кажарский
В статье рассматриваются проблемы надстройки бескаркасных зданий, этажностью до 5 этажей, возведенных в 1960-90-х годах; создание оптимальных конструктивных решений, разработка технологических регламентов основных строительных процессов с учетом проведенного обследования их технического состояния; экономическое обоснование надстройки, сравнение стоимостных показателей 1 м2 площади при надстройке (в сравнении с новым строительством); экономическое обоснование надстройки при выбранном конструктивном решении и технологии производства работ.
Ключевые слова: надстройка, реконструкция, конструктивная схема, сейсмостойкость, технологическая карта, усиление грунтов.
INVESTIGATION AND OPTIMIZATION OF CONSTRUCTIVE AND TECHNOLOGICAL DECISIONS REGARDING HIGHTENING HOUSES OF BRICKS OF
THE 90th YEARS BUILDING
A.K. Komarov, A.A. Kulyukin, V.V. Kazharskiy
The problems of hightening self-supported buildings with the number of stories up to 5 that were constructed in 1960-90s are given consideration in the article.in terms of finding optimum constructive decisions, fixing technological time-limits for main building processes depending on the investigation results of their technical condition, a project feasibility study of the hightening, the comparison of its cost parameters per 1m2 of the area (as compared with new building), the project feasibility study of the heightening in conditions of the chosen constructive decision and technologies of job practices.
Key words: hightening, reconstruction, construction design, seismic stability, process chart, reinforcement of soil.
В Иркутске и в России в целом - огромное количество бескаркасных зданий, построенных в 1960-90-х годах прошлого века. В основном это общежития и некоторые административные здания. Возможность надстройки позволяет решить целый комплекс проблем, при этом имеет ряд существенных преимуществ.
Увеличивается жилая площадь здания, путем возведения нескольких этажей над существующими. При этом не требуется дополнительный земельный участок, что позитивно ска-
зывается на стоимости строительства. Такое решение позволяет использовать сложившуюся инфраструктуру в системе городской застройки, существующие инженерные сети и транспортные магистрали. Немаловажно и удобное расположение зданий, как правило, такие здания располагаются в центральной части городов, в благоприятных для проживания районах.
Все это позволяет сэкономить значительное количество материальных и финансовых ресурсов.
В качестве объекта исследования выбраны здания 4-5 этажные, бескаркасные, с кирпичными несущими стенами, сборными железобетонными перекрытиями, техническое состояние которых в целом оценивается как исправное.
Предмет исследования - оптимизация конструктивных схем, повышение до требований современных норм эксплуатационных характеристик ограждающих конструкций и разработка на этой основе организационно-технологических регламентов.
Рассмотрено 3 различных конструктивных решения надстройки здания:
1. Надстройка по системе «Фламинго». Надстраиваемая часть, несмотря на то, что находится сверху существующего здания, будет передавать всю вертикальную нагрузку на колонны, которые располагаются по периметру. Жесткость в продольном направлении зданию придают горизонтальные металлические связи, по колоннам в уровнях перекрытий. Жесткость поперечной рамы обусловлена ее геометрическими характеристиками. Достаточную жесткость в поперечном и продольном направлениях даже при отсутствии диагональных связей подтверждают результаты расчета с использованием программно-вычислительного комплекса SCAD;
Рис. 1. Расчетная статическая модель здания при надстройке по системе «Фламинго»
2. Второй вариант аналогичен первому, только в дополнение ко всему выше перечисленному вводятся жесткие связи от колонн в перекрытия существующего здания, передавая горизонтальные нагрузки на его несущие конструкции (ветровая нагрузка, сейсмическая нагрузка);
Рис. 2. Расчетная статическая модель здания по 2 варианту надстройки
3. Третьим вариантом было выбрано устройство железобетонной конструкции типа оболочки, анкеруемой в стены существующего здания. При данном варианте надстройки возможно достижение сразу нескольких целей:
Во-первых, усиление несущих конструкций существующего здания, оно как бы обтягивается железобетонной «обоймой», что повышает жесткостные характеристики и трещино-стойкость как отдельных конструкций, так и здания в целом.
Во-вторых, железобетонная «рубашка» возводится до отметки, превышающей отметку плит покрытия существующего здания, что исключает передачу вертикальных нагрузок от надстраиваемой части,
В-третьих, это позволяет распределить нагрузки по фундаменту более равномерно, нежели в случае с колоннами, которые создают локальную передачу нагрузки на фундамент (что является неблагоприятным фактором, особенно при низкой несущей способности грунтов основания).
Рис. 3. Расчетная статическая модель здания по 3 варианту надстройки
Для каждого из вариантов надстройки возможно множество различных видов отделки фасада с целью придания зданию более приятного архитектурного облика, даже с учетом невыразительного прямоугольного очертания в плане.
При таких вариантах надстройки вполне возможно увеличить этажность до 8-10 этажей. Этажность зависит от несущей способности грунтов основания, но и их физико-механические свойства можно улучшить путем проведения комплекса мероприятий, о котором хотелось бы рассказать более подробно.
Для рассматриваемого проекта был предусмотрен надежный, но и наиболее затратный метод усиление грунтов основания путем устройства цементно-щебенистых свай, что продиктовано реальными грунтовыми условиями возможных площадок строительства.
Проходка лидерной скважины диаметром 150-160 мм осуществляется без выемки грунта самоходной буровой установкой UBW фирмы «ВАЦБШ>. Погружение рабочего органа производится ударно-вращательным способом, что позволяет создать в грунте значительные горизонтальные напряжения, способствующие расширению скважины.
Заполнение скважины материалами (щебень, либо смесь щебня и цемента) производится отдельными порциями по 10-12 л с послойным уплотнением виброударной нагрузкой. Уплотнение слоя (цикл) считается окончательным при получении отказа на погружение рабочего органа. За отказ условно принимается величина погружения рабочего органа за 1 мин. Величина отказа зависит от типа установки, грунтовых условий и определяется на площадке индивидуально, посредством вскрытия контрольного цементо-щебенистого столба и анализа физико-механических характеристик уплотнённой зоны грунта.
В результате в грунтовом массиве образуется бетонный столб диаметром 250-350 мм. При этом радиус уплотнения грунта составляет 0,3-0,9 м в зависимости от типа грунта и его начальных физико-механических характеристик.
По окончании устройства закрепления основания устье скважины засыпается местным грунтом с послойным его уплотнением.
При устройстве свай в зоне существующих фундаментов производится уточнение габаритов и положение фундаментов путем проходки контрольных шурфов с шагом до 10 м.
В процессе устройства цементно-щебенистых столбов контролю подлежат следующие позиции:
- наибольшая фракция заполнителя (щебень) не должна превышать 30 мм, прочность - не менее 800 кгс/см2;
- применяемый цемент должен быть устойчив к существующим грунтовым условиям и соответствовать требованиям проекта;
- глубина лидерной скважины и высота щебенистого столба должны соответствовать требованиям проекта;
- шаг и очерёдность устройства столбов должны соответствовать проектному решению;
- процесс изготовления цементно-щебенистых столбов не должен включать технологические перерывы;
- наклон буровой штанги под проектным углом должен соответствовать ее проектному положению в плане.
Предусмотренный способ усиления грунтов продиктован оригинальными условиями площадки строительства. В иных условиях усиление грунтов основания может быть менее затратным либо не потребоваться вовсе.
Для каждого конкретного здания необходимы инженерно-геологические изыскания с определением несущей способности грунтов основания, что позволит определиться с количеством надстраиваемых этажей и необходимостью усиления грунтов.
Для более полного учета объемов работ и затрат по надстройке к рассмотрению принят третий вариант конструктивного решения здания типовой серии с усилением существующих несущих конструкций здания, возможно, усилением грунтов основания, капитальным ремонтом существующего здания и изменением его архитектурного облика, а также благоустройство прилегающей территории.
Рассматриваемые конструктивные решения предполагают устройство надстраиваемой части с частичной передачей вертикальных нагрузок. Горизонтальные нагрузки передаются на несущие конструкции существующего здания. Поэтому возникает необходимость провес-
ти обследование прочности кирпичной кладки с целью выявления ее фактической несущей способности для выбора оптимального варианта надстройки с конструктивной точки зрения.
Устройство железобетонной «рубашки» наиболее оптимальное решение с точки зрения повышения жесткости стен. Был произведен статический и динамический расчет в программно-вычислительном комплексе SCAD с учетом всех видов загружений, таких как собственный вес конструкций, полезная нагрузка, ветровая нагрузка, снеговая нагрузка и сейсмическое воздействие интенсивностью 9 баллов. Сечения конструкций подбирались на усилия, возникающие в элементах при особом сочетании нагрузок, так как именно сейсмическое воздействие вносит огромную лепту в напряжения и перемещения, возникающие в конструкциях.
Расчет позволил наметить концепцию комплекса мероприятий, направленных на придание конструктивной сейсмостойкости конструкциям здания. Предусмотрено устройство антисейсмических поясов в уровнях перекрытий здания, что объединяет сборные плиты перекрытий в жесткий диск, повышая жесткость перекрытий в своей плоскости. Ядра жесткости, образованные монолитными лестничными маршами надстроенной части и лифтовыми шахтами, пристроенными к зданию с обратной стороны, независимо от главного входа, геометрическая форма железобетонной «рубашки» в плане и расчетная схема с жесткими узлами, для снижения количества степеней свободы, придают более высокую сейсмостойкость здания в целом.
Для надстраиваемой части предусмотрены вертикальные металлические связи как в продольных рамах, так и в поперечных, воспринимающие горизонтальную составляющую сейсмического воздействия и обеспечивающие жесткость и геометрическую неизменяемость несущего металлического каркаса надстроенной части.
Возникает проблема в организации строительного производства, так как в состав работ могут быть включены процессы по усилению грунтов основания (например, как в рассматриваемом проекте, путем устройства цементно-щебенистых свай) - процессы длительные по времени и трудоемкие, не допускающие сезонномерзлого состояния грунтов. В этом случае устройство монолитных железобетонных конструкций надземной части переносится на осенне-зимний период и потребуются дополнительные затраты, связанные с зимним удорожанием.
На основании принятых конструктивных решений разработан проект производства работ. При составлении технологических регламентов учитывались: временные показатели, климатические условия, порядок возведения конструкций с учетом сроков приложения расчетных нагрузок. Технологические решения принимались с учетом минимизации затрат на устройство опалубочных систем, использование машин, механизмов, оборудования, оснастки. Работы организованы поточно-расчлененным методом с оптимизацией графика потребления материальных и трудовых ресурсов, с соблюдением требований техники безопасности, промышленной санитарии и противопожарных норм.
Таким образом, разработан документ, предоставляющий комплект технологических карт, которые могут быть использованы в качестве «типовых» и адаптированы к любому зданию указанной серии. Исключение составляют работы, связанные с усилением, при необходимости, грунтов основания.
Имеющийся материал (база данных) после получения и учета достоверных данных мониторинга технического состояния конструкций, инженерных систем здания и грунтов основания, а также технического задания заказчика (количество надстраиваемых этажей, уровень потребительских качеств, район строительства, сроки производства работ и т.д.) позво-
лит оперативно, по укрупненным показателям, принимать управленческие решения и планировать инвестиционные потоки.
Строительство одного нового здания на свободном земельном участке площадью помещений 4689 м2 (площадь надстраиваемых этажей) с учетом цен, сложившихся в Иркутске по положению на 1 июля 2011 года, по себестоимости обойдется в 105,5 млн. руб.
Затраты на надстройку одного здания без учета реконструкции существующих этажей, но с усилением несущих конструкций составят 106,1 млн. руб., то есть цена сопоставима со строительством такого же нового здания. Но при этом выполнено усиление конструкций нижележащих этажей, достигается повышение сейсмостойкости здания, не требуется дополнительного земельного участка. Имеется ряд других преимуществ. Экономический эффект очевиден.
Положительным моментом является масштаб возможного применения проекта, так как количество таких зданий по России огромное, соответственно можно сэкономить сотни гектаров земли, заодно отремонтировав существующие здания, преобразив их архитектурный облик
Достигнутый результат работы - создание оптимальных конструктивных решений, технологических регламентов основных строительных процессов, организационно-технологических схем и технико-экономических показателей для надстройки бескаркасных зданий средней этажности (4-5 этажей) со стенами из кирпича, то есть, создана база данных для перспективного планирования, оперативного технологического проектирования и организации строительных процессов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Булгаков С.Н. Концепция реконструкции 5-этажной застройки 60-70-х гг. // Пром. и граждан. стр-во. 1995. № 7. С. 21-24.
2. Булгаков С.Н. Быстрореализуемый вариант самоокупаемой реконструкции двух-пятиэтажных типовых домов // Архитектура, градостроительство и жилищно-гражданское строительство : Экспресс-информ. 1999. Вып. 1. С. 16-28.
3. Людковский А.М. Проблемы модернизации жилых домов первых массовых серий // Строительные материалы. 1996. № 9. С. 6-7.
4. Реконструкция и капитальный ремонт жилых и общественных зданий: справочник производителя работ / В.Л. Вольфсон [и др.], 2004. 252 с.
5. Савйовский В.В., Болотских В.Н. Ремонт и реконструкция гражданских зданий. Харьков : Изд. дом "Ватерпас", 1999. 266 с.
6. Гроздов В.Т. Некоторые вопросы ремонта и реконструкции зданий / Общероссийский общественный фонд «Центр качества строительства», Санкт-Петербургское отделение. 56 с.
7. Прядко Н.В. Обследование и реконструкция жилых зданий : учеб. пособие. Изд-во ДонНАСА, 2006. 156 с.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Комаров Андрей Константинович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительное производство», Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 40-53-20, 89025103123, e-mail: komarov@istu.edu
Кулюкин Андрей Александрович, аспирант кафедры «Строительное производство», Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 40-50-71, 89500606995, e-mail: kulyukin_andrey@mail.ru
Кажарский Виталий Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные конструкции», Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 40-51-37
Komarov A.K., Candidate of Technical Sciences, professor, Head of Building Technology Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-53-20, 89025103123, e-mail: koma-rov@istu.edu
Kulyukin A.A, post-graduate, Building Technology Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-50-71, 89500606995, e-mail: kulyukin andrey@mail.ru
Kazharskiy V.V., Candidate of Technical Sciences, associate professor, Building Constructions Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-51-37
УДК 628.356
ВОЗДУШНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ ЕРШОВОЙ ЗАГРУЗКИ В АЭРОТЕНКЕ В.Н. Кульков, О.В. Софарова, Е.Ю. Солопанов, И.А. Ясных
Приведена динамика концентрации свободноплавающего ила при воздушной регенерации ершовой загрузки различной объемной интенсивности. Определено время воздушной регенерации ершовой загрузки и максимальная эффективная интенсивность регенерации. Приведен калибровочный график зависимости свободноплавающего ила в объеме ершовой загрузки биореактора от интенсивности светового потока, проходящего через слой водно-иловой смеси в контрольном квадрате.
Ключевые слова: аэротенк, синтетическая загрузка типа «ерш», свободноплавающий ил, интенсивность воздушной регенерации.
AIR REGENERATION OF BROACH-TYPE CHARGING IN THE AEROTANK V.N. Kulkov, O.V. Sofarova, E.Yu. Solopanov, I.A. Yasnykh
Dynamics of concentration is shown regarding free-swimming sludge in the conditions of air regeneration of broach-type charging of different volume intensity. Time has been fixed for the air regeneration of broach-type charging and the maximum efficient intensity of regeneration has been described. Relation calibrating curve is given regarding free-swimming sludge in the volume of broach-type charging of the bioreactor and intensity of the luminous flux passing through the layer of the water-sludge mix in the square box under control.
Key words: aerotank, synthetical charging of the "broach "-type, free-swimming sludge, intensity of air regeneration.
Одним из направлений интенсификации биологической очистки сточных вод в аэро-тенке является увеличение дозы активного ила с помощью использования нейтральных носителей биоценоза. Использование носителей должно предусматривать их регенерацию, т.е. пе-
