Изменение сетки колонн реконструируемых одноэтажных многопролетных зданий при приспособлении их под гражданские объекты Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ИЗМЕНЕНИЕ СЕТКИ КОЛОНН РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ОДНОЭТАЖНЫХ МНОГОПРОЛЕТНЫХ ЗДАНИЙ ПРИ ПРИСПОСОБЛЕНИИ ИХ ПОД ГРАЖДАНСКИЕ ОБЪЕКТЫ

CHANGE OF A GRID OF COLUMNS OF RECONSTRUCTED ONE-STOREYED MULTIFLYING BUILDINGS AT THEIR ADAPTATION UNDER CIVIL OBJECTS

Д.В. Топчий D.V. Topchiy

МГСУ

В процессе перепрофилирования промышленных зданий, инвестором зачастую ставятся сложные конструктивные и планировочные задачи, в том числе и необходимость увеличения пролета в реконструируемом здании.

In the course of a reshaping of industrial buildings by the investor are frequently put difficult constructive and replanning problems, including necessity of increase in bay for a reconstructed building.

B связи со структурной перестройкой промышленности и других отраслей хозяйства высвободились большие территории бывших промышленных предприятий не только в крупных, но и в средних и малых городах страны. Освоение таких площадок под жилую застройку или сооружение других гражданских зданий нередко оказывается настолько затратным, что частные инвесторы избегают тендеров или пытаются оговорить определенные преференции у городских властей. Автор проводил обследование нескольких десятков промышленных площадок и смог оценить затраты на снос надземной части корпусов, отрывку, разрушение фундаментов под каркас зданий, фундаментов под технологическое оборудование и рекультивацию территории про-мзон. Эти затраты зависят от конструктивных объемно-планировочных решений зданий и отраслевого назначения.

Структура затрат на снос промышленного корпуса приведена в таблице 1.

При освоении промышленных площадок под строительство жилья или объектов социальной сферы практически на всей территории необходимо осуществить рекультивацию грунта с различной величиной затрат ресурсов. «Культурный слой», образовывавшийся на промышленных площадках, состоит более чем на половину из строительного мусора, остающегося после ремонтов и реконструкции промышленных корпусов, шлаковых наслоений местных котельных, работавших в прошлом на каменном угле, песчано-гравийных наслоений, являвшихся балластом внутренних проездов, старых твердых покрытий дорог и пешеходных дорожек.

Таблица 1

№№ п.п Показатели Ед. измерения Количественные значения

1 Площадь м2 4536

2 Строительный объем м3 32306

3 Общая масса здания т 18090

4 Масса фундаментов т 1368

5 Стоимость машинного времени тыс. р. 3471

6 Стоимость автотранспорта тыс. р. 3801

7 Трудоемкость чел. см 336

8 Стоимость сноса р/м2 3230

9 Стоимость сноса р/м3 300

10 Трудоемкость сноса чел.ч/м2 0,6

Толщина «культурного слоя» в Москве в пределах Садового кольца и ближайших улиц, примыкающих к нему, составляет 500 - 700 мм На территориях других городов, освоенных в середине XIX - в начале XX столетия, толщина «культурного слоя»составляет 400-600 мм. Стоимость рекультивации грунта на бывших промышленных площадках составляет 1600 - 1900 руб./м2 [1] [6].

Но появляются более серьёзные негативные факторы загрязнения грунта химическими веществами, тяжелыми металлами и нефтепродуктами. Толщина слоя грунта с локальными химическими загрязнениями достигает 2 -2,5 м. Такие загрязнения появляются из-за несовершенных систем очистки и хранения отходов (например, гальванических растворов, кислот, щелочей и красителей, протечек канализационных систем, открытых складов химически активных компонентов производств). Рекультивация бывших заводских площадок зависит от степени и характера загрязнения нижележащих слоев грунта и включает не только разработку и вывоз «грязного» грунта, но и завоз грунта замещения - супеси, суглинка и искусственного растительного грунта, состоящего из смеси торфа, песка, раскислителей и органических добавок. В итоге стоимость рекультивации 1,0 м2 территории может составлять 3500 - 4000 руб.

Территориальное положение отдельных промышленных корпусов и физическое состояние несущих конструкций делает их привлекательными для реконструкции и перепрофилирования в гражданские объекты - торговые, спортивные, складские комплексы, а также в многоэтажные гаражи [2]. Реконструкция связана не только с освобождением внутреннего пространства от встроенных конструкций прежнего технологического назначения, удалением плитных фундаментов неглубокого заложения, заменой инженерных коммуникаций и разводок. Практически всегда необходимо повышение термической защиты ограждающих конструкций, в том числе и покрытия, замена кровли, частичное изменение сетки колонн, замена инженерных систем здания.

В промышленных корпусах постройки второй половины прошлого века шаг колонн каркаса обычно составлял 6000 мм при пролетах от 18 до 36 м.

Наиболее часто использовалась сетка 18 х 6 и 24 х6 м. Сборные железобетонные колонны являлись опорами для железобетонных ферм с опиранием по верхнему или нижнему поясу. Для торговых залов, размещения спортивных тренировочных площадок, развлекательных учреждений, включая кинозалы, зрительные концертные залы и сценические помещения, предпочтительные сетки колонн - 18 х 12 или 18 х 18 м, 24 х

12 м [7] [8]. Такая же сетка колонн позволяет более рационально использовать площадь доя размещения автомобилей.

Возможны два принципиально разных технологических подхода к локальному расширению свободного внутрицехового пространства за счет увеличения шага колонн:

- демонтаж части ограждающих и несущих конструкций цеха, удаление одной или нескольких колонн среднего (или средних рядов), возведение дополнительных фундаментов под дополнительные колонны, монтаж подстропильных ферм и повторный монтаж несущих и ограждающих конструкций цеха (с последующей отделкой, устройством теплоизоляции и кровли); Этот вариант технологии условно назван «открытым».

Другой вариант в противоположность первому назван «закрытым». Его существо сводится к следующему:

- установке временных опор для стропильных ферм;

- демонтажу одной или нескольких колонн для увеличения шага,

- усилению фундаментов колонн, на которые предполагается опирание подстропильных ферм или возведению дополнительных фундаментов и колонн,

- монтажу подстропильных ферм и производству других работ, связанных с расширением внутрицехового пространства без разборки ограждающих конструкций цеха.

В первом случае есть возможность использовать несколько кранов и автомобильных платформ и создать достаточно широкий фронт работ, задействовать большое число рабочих. Одновременно с демонтажем ограждающих конструкций может быть осуществлена частичная перестройка цеха и к основному пространству добавлены помещения рекреаций, гардеробов, бытовых помещений другого назначения. При «закрытом» варианте демонтаж отдельных колонн, усиление фундаментов или возведение дополнительных фундаментов и дополнительных колонн, подведение подстропильных ферм может быть начато в любой период года; процессы не зависят от погодных условий и могут производиться одновременно с утеплением и отделочными работами наружного контура здания, дополнительным утеплением покрытия. В качестве грузоподъёмных машин могут быть использованы краны третьей-четвертой размерной группы и экскаваторы четвертой размерной группы с гидравлическими ножницами. Они задействованы на удалении сборных железобетонных колонн (или их фрагментов), разгрузке и погрузке балок для вывешивания фундаментов, разгрузке и монтаже подстропильных ферм

Выбор варианта технологии работ может быть сделан с учетом затрат материальных ресурсов, стоимости, продолжительности работ, наличия монтажных кранов и особых местных условий. Были выполнены технико-экономические расчеты локального увеличения шага колонн в двух пролётных цехах при удалении одной или двух колонн при пролетах 18 и 24м. Принята двух сменная работа основных машин и рабочих. Для зимних условий работы отопление реконструируемого цеха по второму варианту предусматривается только для поддержания температуры на отметке +1 +3 0С. При этом везде учитывался фактор стесненности при производстве работ и вводился коэффициент к=1,15 [4] [5]. Продолжительность работ определялась по суммарной трудоёмкости исходя из посылок, что продолжительность смены - 8 часов, а количество рабочих в бригаде - 5 человек. Было принято, что с каждой бригадой занята основная строительная машина.

При демонтаже конструкций покрытия и вертикального ограждения условно приняты потери панелей покрытия 15% и навесных панелей - 10 %. При сравнении вариантов не учитывались затраты на подведение дополнительных фундаментов и устройство дополнительных колонн, поскольку они равны в обоих вариантах технологии работ.

В таблице 2 приведены суммарные прямые затраты при технологии работ, предусматривающей частичный демонтаж и последующее восстановление несущих и ограждающих конструкций цеха, и затраты на временное переопирание стропильных ферм и инвентарные опоры-колонны

Таблица.2

_Прямые затраты (тыс. руб. в ценах конца 2008 г)_

№№ п.п. Варианты технологии работ Пролет цеха 18 м. Пролет цеха 24 м.

Количество демонтируемых колонн

1 2 1 2

1 Частичная разборка ограждающих конструкций 997 1417 1200 1762

2 Временное переопирание стропильных ферм на дополнительные опоры 786 978 786 978

Прямые затраты на производство работ по «закрытому» варианту оказываются на 20 - 45 % ниже, чем при использовании временных опор для стропильных ферм и выполнению работ без демонтажа ограждающих конструкций. Продолжительность и трудоемкость работ по переопиранию стропильных ферм на подстропильные при «закрытом» варианте работ также ниже:

Таблица 3.

№№ п.п. Вариант технологии работ по Пролет цеха 18 м. Пролет цеха 24 м.

переопиранию ферм и наименование Количество демонтируемых колонн

показателей 1 2 1 2

1 Частичная разборка несущих и ограждающих конструкций

Трудоёмкость, чел.смен. Количество сут. 147 40 214 40 169 40 243 40

2 Использование временных стоек для переопирания ферм

Трудоёмкость, чел.смен Количество сут. 103 33 130 33 103 33 130 33

Опорами для стропильных ферм после удаления одной или двух колонн среднего ряда являются подстропильные фермы, которые, в свою очередь, опираются на дополнительные колонны или на усиленную колонну из числа старых. Конструктивно колонны могут быть выполнены в металле, а также из сборного или монолитного железобетона. Увеличение нагрузки на существующие фундаменты вызывает необходимость усиления самих фундаментов и повышения несущей способности их либо за счет увеличения площади опирания, либо за счет повышения сопротивления основания [3].

Выбор метода усиления фундаментов и повышения несущей способности основания определяется проектной организацией. Теоретическими основами для рекомендаций по конструктивным и технологическим подходам к решению практических задач усиления фундаментов и оснований являлись работы наших ученых Абелева Ю.М., Бройда И.И., Малышева Л.И., Тер-Мартеросяна З.Г. Повышение несущей способности существующих фундаментов (как ленточных, так и столбчатых) возможно путем реализации конструктивных и специальных технологических мероприятий трех видов: укрепления грунтовых оснований, создания искусственных оснований и увеличения опорной части фундамента.

Повышение несущей способности фундамента за счет устройства под опорной плитой существующего фундамента свайного основания - наиболее эффективное решение. Но автор считает, что при определенных обстоятельствах наряду с устройством свайных оснований эффективным может оказаться метод увеличения поверхности опорной части фундамента. В работе д.т.н. Коновалова П.А. с ссылкой на опыт финских строителей представлена схема временного переопирания колонны с фундаментом на металлических подкосах В центральной части столицы Финляндии Хельсинки при реконструкции зданий этот метод нашел массовое применение и ни разу не вызвал случая деформации здания.

Для обеспечения равномерной нагрузки на грунтовое основание и надёжной совместной работы старого и нового фундаментов мы предлагаем помимо заключения старого подколонника в железобетонную обойму с новым подколонником забетонировать опорную плиту фундамента с частичным подведением её под плиту старого фундамента.

Конструктивные особенности заключаются в обеспечении:

- несущей способности фундамента на продавливание от совместного воздействия двух колонн;

- несущей способности арматуры старого фундамента при увеличении вертикальных нагрузок.

Естественно, воздействия на грунтовое основание не должны отличаться от первоначальных. Повышение сопротивления бетона продавливанию может быть достигнуто путём дополнительного армирования основания нового стакана. Уменьшение растягивающих усилий в арматуре старого фундамента достигается уменьшением свободной её длины, и передачей растягивающих усилий, на дополнительную плиту.

Наиболее ответственным этапом работ является отрывка траншеи вокруг старого фундамента и подкоп под его плиту. Основная задача на этом этапе работ - обеспечение устойчивости старого фундамента со всеми опирающимися на него конструкциями и обеспечение работы по подкопу абсолютно безопасными. Нами предложена технология временного разгружения системы «фундамент - колонна» путем подвески ее на инвентарных балках, уложенных через отрытый котлован вокруг старого фундамента. Жесткие или гибкие подвески соединяются с анкерами, закреплёнными в теле плиты и крепятся к гидравлическим домкратам, установленным на балках Величина «разгрузки» фундамента в зависимости от его размеров в плане и величины не превышает 15% расчетной несущей способности, т.е. находится в пределах 18 -22 т. Подкоп под подошву существующего фундамента составляет 200 - 300 мм от вертикальной грани. Гидравлические домкраты с усилием до 50 ти индивидуальным регулированием давления в системе позволяют разгрузить фундамент и сохранить геометрическую неизменяемость всей конструкции.

Площадь поверхности опорных подушек под балками определяется общей массой системы «фундамент - колонна» и несущей способностью пола промышленного здания. Промышленные полы рассчитаны на нагрузки до 5-10 кг/ см2, считаем возможным ограничиться величиной несущей способности пола, как основания для опорной подушки, в 4 кг/см2. Площадь основания опорной подушки при нагрузке около 10

- 15 т - всего 2500 - 3800 см2, что соответствует конструкции размером в плане 50 х 50 или 60 х 60 см.

Ограничение размеров котлована вокруг фундамента производится путем устройства защитных стенок, основой которых могут являться буронабивные или завинчивающиеся сваи глубиной 3500 - 4500 мм диаметром 300 - 400 мм с шагом около 1000 мм..

Отрывка грунта вокруг существующего фундамента производится механизированным способом, а зачистка основания и подкоп грунта под подошву существующего фундамента вручную. Для армирования фундаментной плиты и других частей дополнительного фундамента целесообразно использовать отдельные плоские каркасы или сетки. В качестве несъёмной опалубки могут применяться железобетонные плиты, отформованные заранее в реконструируемом цеху. При плотном грунте и аккуратной механизированной выемке траншей вокруг старого фундамента допустимо бетонирование без опалубки - «в распор грунта». Для обеспечения плотного заполнения бетонной смесью полостей под плитой старого фундамента целесообразно опалубку нижней плиты выполнять на 100 - 150 мм выше подошвы старого фундамента бетонную смесь укладывать вровень с верхней гранью опалубки. При уплотнении вибраторами бетонная смесь с осадкой конуса 180 - 200 мм заполнит все пустоты под плитой старого фундамента.

Особенности технологии переопирания стропильных ферм на временные опоры

- это решение трёх основных задач:

- обеспечение общей устойчивости ферм;

- сохранение в поясах и раскосах ферм напряжений по знаку и величине соответствующих проекту;

- обеспечение плавного регулируемого изменения вертикальных отметок положения опорных элементов ферм с тем, чтобы можно было удалить колонны и подвести подстропильные фермы.

Первая задача связана с тем, что в промышленных цехах, намеченных к перепрофилированию, стальные и железобетонные стропильные фермы в большинстве своём имели опирание по нижнему поясу. Именно такие фермы и предстоит переопирать при перепрофилировании промышленных цехов. При монтаже фермы поднимались с использованием траверс. Крюки строп для некоторых ферм заводились в монтажные петли; в иных случаях чалки обхватывали верхний пояс ферм. Поэтому арматура верхнего пояса рассчитывалась на восприятие растягивающих усилий от собственной массы с коэффициентом 1.2. Однако, эти усилия составляют всего 7 - 8 % от массы покрытия (даже без учета снеговой нагрузки). Поэтому основной принцип использования временной опоры - сохранение расчетной схемы передачи нагрузок на ферму, т.е. подведение временной конструкции под опорный узел или в непосредственной близости к нему и проверка сечений верхнего и нижнего пояса на восприятие поперечных сил.

Временные опоры для стропильных ферм - это металлическая конструкция, состоящая из двух колонн с консольным ригелем. Одна из колонн воспринимает сжимающие усилия, а другая - растягивающие. Пространственная устойчивость обеспечивается дополнительными связями на уровне опирания стропильных ферм.

Для того чтобы после возведения дополнительных фундаментов и колонн можно было доставить и смонтировать подстропильную ферму, между оставшимися колоннами среднего ряда и временными опорами должен быть оставлен технологический коридор размерами в свету 4000 х 5000 мм. Этого пространства достаточно для заезда и маневра фермовоза с тягачом.

Основная опорная конструкция рассчитывается на вертикальную нагрузку 35000 кг при пролете 18 м в летнее время и 44200 кг в зимнее время. Для пролетов 24 м расчетные нагрузки составляют соответственно 45000 и 54000 кг. Исходя из предположения, что высота перепрофилируемых цехов не превышает 12 м, были рассчитаны сечения элементов опор. Общая масса конструкции для временного переопирания стропильных ферм составляет 2375 кг.

Фундаментом для колонн, воспринимающих усилия сжатия служат железобетонные подушки с размерами в плане 1250 х 2500 мм, толщиной 400 мм и массой около 3000 кг. Они могут устанавливаться непосредственно на пол производственного здания, создавая давление от 0,1 до 4 кг/см2. Поскольку высота цеха может изменяться в пределах 100 - 200 мм, высота временной опоры и фундаментной подушки проектируются с минусовыми допусками. Для выравнивания отметок основания допускается местная «набетонка» из мелкозернистой смеси марки 200. Стойка, воспринимающая опрокидывающее усилие от стропильной фермы, крепится к ростверку буронабивной или завинчивающейся сваи.

Временные опоры проектируются под конкретный перепрофилируемый объект и практически не могут быть инвентарными (рис.1). К месту установки отдельные элементы могут быть доставлены на платформах. Разгрузка осуществляется любым мобильным краном. Соединение отдельных элементов между собой на стальных косынках или встык производится в зоне монтажа. Дополнительные связи жесткости устанавливаются по верхнему и нижнему поясам стропильных ферм. Последним процессом в установке временных опор является закрепление на консоли гидравлического домкрата.

»12,00

Рис. 1. Схема установки временных металлических опор строительных ферм: 1 - колонна, воспринимающая сжимающие усилия; 2- колонна воспринимающая растягивающие усилия: 3 - ригель; 4 - подкос; 5 - временный фундамент; 6 - свая-анкер; 7 - домкрат

Подъем стропильных ферм производится одновременно двумя домкратами. Одновременно ведется журнал геодезических наблюдений за поведением временных опор, колонн, прилегающих к зоне производства работ, ферм, плит покрытия. При подъеме стропильной фермы на 50-60 мм удлинение конструкции покрытия составит менее 1,0 мм.

Высота подстропильной фермы принимается на 200-250 мм меньше расстояния между верхом новой колонны и проектным (первоначальным) положением стропильной фермы. Величина деформации рассчитывается и после установки подстропильной фермы в проектное положение под опоры попеременным подъёмом каждого из концов фермы устанавливаются стальные пластины суммарной толщиной 20-40 мм. Такой технологический прием позволяет, как минимум на 50% снизить остаточную деформацию, т.е. прогиб стропильных ферм и плит покрытия может составить не более 15 мм против первоначальных отметок.

Самые ответственные операции монтажа - подъём фермы и перевод её в проектное положение. Сложность процесса заключается в недостатке высоты межферменного пространства для размещения стандартных траверс и крюка подъёмного крана. Разработана траверса-кассета для вертикального перемещения подстропильной фермы с дополнительными грузами в нижней части, что позволяет сместить центр тяжести системы «траверса-ферма», а также разместить строповочные петли, крюк и оголовник стрелы подъёмного крана в пределах высоты подстропильной фермы (рис. 2). В разработку траверсы-касеты заложен известный принцип обеспечения устойчивости яхт.

16600

2500

Рис. 2. Схема "траверсы-касеты" для подъема подстропильной фермы: 1 - ферма; 2 - траверса; 3 - балласт; 4 - монтажная петля; 5 - подкос для обеспечения устойчивости фермы; 6 - крюк крана. а - центр масс фермы; б - центр масс траверсы;

в - центр масс балласта

Подъём возможен при синхронной работе двух кранов. В начале траверса-касета устанавливается под углом в 10-15° к продольной оси. Сама ферма в кассете устанавливается под углом к продольной оси с тем, чтобы петли для подъёма расположились по оси траверсы-касеты. Стрелы кранов поднимаются до максимально возможной высоты, а затем начинается подъём траверсы-касеты с подстропильной фермой. По достижении расчётной отметки (на 100-120 мм выше проектной) траверса-касета разворачивается за счет синхронного поворота обоих кранов. Монтажники, следящие за положением конструкций и недопущением ударов подстропильной фермы о стропильные, располагаются на автовышках в непосредственной близости от места опирания фермы. Наведение подстропильной фермы - работа исключительно сложная и осуществляется на малых скоростях, с перерывами в работе, с тем, чтобы погасить колебания конструкций и траверсы. После совпадения осей посадочных мест подстропильная ферма опускается.

Опирание подстропильной фермы на дополнительные колонны осуществляется по верхнему поясу, что повышает устойчивость системы в целом и упрощает монтаж самой фермы. Целесообразно верхний пояс подстропильной фермы располагать на отметке на 150-180 мм ниже проектного опирания стропильных ферм. Это обеспечивает безопасность монтажа (исключается удар по стропильным фермам при повороте подстропильной фермы). Разница в отметках компенсируется с помощью опорных столиков. Их установка осуществляется после закрепления фермы на новых колоннах. Номинальная высота столика составляет 150 мм. Суммарный подъём верхнего пояса подстропильной фермы вместе с подкладками под опоры может составить 170-190 мм. Если зазор между опорным столиком и нижним поясом стропильной фермы оказывается достаточно большим (40-60 мм), на опорный столик могут быть уложены дополнительные стальные пластины толщиной 20-30 мм. При опускании стропильной фермы окончательная отметка её низа окажется близкой к первоначальной (с учётом деформации стропильной фермы). Подкладки и опорный столик крепятся к основным конструкциям на монтажной электросварке.

Литература

1. Асаул А.Н. Экономика недвижимости. 2-е изд. // АСВ. М. 2004

2. Грабовый П.Г., Харитонов В.А. Реконструкция и обновление сложившейся застройки города. // АСВ. М. 2005

3. Заикин А.И. Проектирование железобетонных конструкций многоэтажных промышленных зданий (примеры расчета). // АСВ. М. 2005

4. Теличенко В.И. Безопасность и качество в строительстве. Основные термины и определения. М.-2002

5. СНиП 12-03-01 Безопасность труда в строительстве.

6. СНиП 14-01-96 Основные положения создания и ведения государственного градостроительного кадастра Российской Федерации.

7. СНиП 2.08.02-89* Общественные здания и сооружения.

8. СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий.

The literature

1. Asaul A.N.Economy of real estate. ASV. M. 2004

2. Grabovyj P. G, Haritonov V. A. Reconstruction and renovation of the developed building of a city.ASV. M. 2005

3. Zaikin A.I.designing of feiro-concrete designs of many-storeyed industrial buildings (calculation examples).ASV. M. 2005

4. Telichenko V. I. Safety and quality in building. The basic terms and determinations. M.-2002 SNiP 12-03-01 Safety of work in building.

5. SNiP 14-01-96 Substantive provisions of creation and conducting the state town-planning cadastre of the Russian Federation.

6. SNiP 2.08.02-89* Public buildings and constructions.

7. SNiP 2.09.03-85 Constructions of the industrial enterprises.

Ключевые слова: перепрофилирование, промышленное здание, реконструкция, сетка колонн, снос демонтаж зданий, усиление фундамента, технология

Keywords: Reshaping, industrial building, reconstruction, grid of columns, pulling down dismantle of buildings, base intensifying, technology

141401 Московская область, Химкинский район, квартал Старбеево д.47/1 Тел.571-01-36моб. 8-916-112-21-42 факс 575-39-59

Рецензент: генеральный директор 000»ПроектИнвесСтрой» Е.Е. ФИлева