СПОСОБ НАДСТРОЙКИ ЗДАНИЙ
METHOD FOR CONSTRUCTING BUILDING ADDITION

Изобретение относится к строительству, а именно к способам реконструкции существующих зданий с надстройкой дополнительных этажей без остановки эксплуатации существующего здания, в частности без отселения жильцов, и в условиях городской застройки.
Из достигнутого уровня техники известен способ надстройки зданий, включающий возведение вблизи стен базового (реконструируемого) здания несущих вертикальных опор и сооружений на них надстройки, при этом по периметру базового здания вне зоны сжимаемой толщи грунта основания фундамента базового здания выполняют буронабивные сваи, поверх которых устраивают ленточный монолитный железобетонный ростверк, на котором возводят несущие вертикальные опоры из монолитного железобетона с одновременным устройством в уровнях перекрытий базового здания дополнительных перекрытий, имеющих консольные выступы в сторону базового здания, и возведением наружных стен обстройки. После возведения вертикальных опор до уровня кровельного покрытия базового здания покрытие разбирают, а на его месте устраивают сплошную монолитную железобетонную предохранительную плиту, опирающуюся на стены базового здания. Далее на оголовках несущих вертикальных опор монтируют несущие фермы, на которых возводят надстройку (см. патент RU-C1-№2036291, 1995).
Основной недостаток этого способа заключается в том, что он не может быть использован при возведении надстройки с достаточно большим количеством этажей (например, 8-10 и больше), так как возведение надстройки на несущих фермах, которые, в свою очередь, оперты на оголовки несущих вертикальных опор, приведет к тому, что надстройка будет являться просто нагрузкой на несущие фермы, а несущая способность наружных и внутренних стен надстройки, а также ее междуэтажных перекрытий практически не используется. Кроме того, устройство сплошной предохранительной плиты, опирающейся на стены базового здания, безусловно, приведет к увеличению нагрузки на его стены и фундамент (вес плиты больше веса кровельного покрытия). Следовательно, известный способ может быть использован только при наличии резервов несущей способности стен и фундаментов базового здания. Здесь необходимо отметить также, что размещение несущих вертикальных опор не только вдоль наружных продольных стен базового здания, но и вдоль его наружных поперечных стен приведет к необходимости использования грузоподъемных средств, перемещающихся вдоль стен базового здания и за пределами пятна застройки. Это обстоятельство ставит под сомнение возможность осуществления реконструкции базового здания без остановки его эксплуатации, о которой упоминается в описании к упомянутому выше патенту.
Известен также способ надстройки зданий, взятый в качестве прототипа и включающий сооружение дополнительного фундамента, на котором возводят несущие вертикальные опоры с высотой не меньше высоты базового (реконструируемого) здания, при этом несущие вертикальные опоры возводят с внешней стороны базового здания вдоль его продольных наружных стен, а на несущих вертикальных опорах осуществляют устройство сплошных по всей площади надстройки междуэтажных перекрытий. Надстройку выполняют в виде кладки, опертой на междуэтажные перекрытия, а поверх верхнего междуэтажного перекрытия монтируют крышу (см. патент RU-C1-№2256046, 2005).
Прототип позволяет отказаться от использования грузоподъемных машин, перемещающихся вдоль базового здания, поскольку несущие вертикальные опоры возводят с внешней стороны базового здания, но только вдоль его продольных наружных стен (см. патент RU-C1 №2156841, 2000). В результате обеспечивается надстройка базового здания без остановки его эксплуатации, в частности, без отселения жильцов.
Недостаток прототипа заключается в том, что он не обеспечивает высокой жесткости на кручение и несущей способности надстройки, поскольку стены надстройки являются, по существу, лишь нагрузкой на сплошные диски междуэтажных перекрытий. Иными словами, прототип не может быть использован для возведения надстройки достаточно большим количеством этажей, например 8-10 и выше.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию способа надстройки зданий, обеспечивающего как повышение несущей способности надстройки, так и высокую жесткость на кручение, при одновременном увеличении степени индустриализации работ, снижении трудоемкости и упрощении производства строительных работ.
Поставленная задача решается тем, что в способе надстройки зданий, включающем возведение несущих вертикальных опор с высотой не меньше высоты базового здания с кровлей, устройство междуэтажных перекрытий и стен надстройки, а также монтаж крыши, при этом несущие вертикальные опоры возводят с внешней стороны базового здания вдоль его продольных наружных стен, согласно изобретению после возведения несущих вертикальных опор на их оголовках возводят стальной многоярусный каркас, число ярусов которого равно числу этажей надстройки, каркас возводят поярусно с обеспечением жесткого соединения контактирующих между собой элементов соседних ярусов, при этом каждый ярус каркаса выполняют из внешних и внутренних ферм-стенок с параллельными верхним и нижним поясами, расстояние между которыми равно высоте соответствующего этому ярусу этажа надстройки, а внешние фермы-стенки размещают по осям наружных стен надстройки, внутренние фермы-стенки размещают, по крайней мере, по осям внутренних несущих поперечных стен надстройки и по центральной оси здания и жестко соединяют между собой, все упомянутые выше фермы-стенки монтируют на соответствующем каждому ярусу монтажном уровне из облегченных сборочных единиц-модулей, которые жестко соединяют между собой с образованием проемов в соответствующих проекту местах расположения окон и дверей, после возведения каркаса надстройки на проектную высоту каждого яруса осуществляют устройство междуэтажных перекрытий на уровне нижнего пояса ферм-стенок смонтированного очередного яруса каркаса, все междуэтажные перекрытия выполняют сборно-монолитными и взаимодействующими, предпочтительно опирающимися, с металлическими несущими элементами, которые закреплены, например жестко, на нижнем поясе ферм-стенок, соответствующих каждому междуэтажному перекрытию, или выполнены за одно целое с нижними поясами этих ферм-стенок, при этом каждое междуэтажное перекрытие образуют в одно целое при его устройстве с одновременным замоноличиванием его по всему контуру с окаймляющими его нижними поясами соответствующих ему ферм-стенок.
Кроме того, в патентуемом способе металлические несущие элементы выполняются в виде балок, концы которых закрепляют на нижних поясах расположенных напротив друг друга ферм-стенок, а при устройстве сборно-монолитного междуэтажного перекрытия сначала на упомянутые выше балки укладывает металлический профилированный лист, размеры которого соответствуют размерам устраиваемого междуэтажного перекрытия, а затем осуществляют бетонирование по всей его верхней поверхности с образованием плоской верхней поверхности бетонного покрытия, являющейся верхней поверхностью получаемого междуэтажного перекрытия, и с одновременным замоноличиванием его по всему своему контуру с окаймляющими его нижними поясами соответствующих ему ферм-стенок.
Кроме того, в патентуемом способе перед операцией бетонирования со стороны верхней поверхности металлического профилированного листа размещают арматурные элементы.
Преимущество патентуемого способа надстройки зданий по сравнению с прототипом заключается в том, что приведенная выше патентуемая совокупность признаков, относящихся к возведению стального многоярусного каркаса, а также к устройству междуэтажных перекрытий, обеспечивает возведение каркаса надстройки в виде высокопрочной пространственной, многоярусной ферменной конструкции, который совместно с междуэтажными перекрытиями, устроенными согласно патентуемому способу, образуют цельную, геометрически неизменяемую пространственную систему, воспринимающую внешние воздействия и характеризующуюся высокой жесткостью на кручение и высокой несущей способностью, обусловленной не только высокой несущей способностью ферм-стенок, но и несущей способностью междуэтажных перекрытий. Патентуемый монтаж ферм-стенок из модулей (облегченных сборочных единиц) обеспечивает, с одной стороны, увеличение степени индустриализации строительных работ (за счет возможности использовать для возведения ферм-стенок ограниченного числа типов готовых модулей, изготовленных на специализированных предприятиях), а следовательно, ускорение темпа строительства и снижение его стоимости, а с другой стороны, - упрощение производства строительных работ, снижение трудоемкости монтажа каркаса, а также возможность осуществлять возведение надстройки без использования грузоподъемных машин, перемещающихся вдоль здания. Последнее обстоятельство является очень важным, так как позволяет производить реконструкцию базового здания без прекращения его эксплуатации, в частности без отселения жильцов.
Остальные технические результаты, достигаемые при использовании патентуемого изобретения, станут ясными из дальнейшего изложения.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным примером, который однако не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения упомянутых выше технических результатов патентуемой совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 схематично изображено базовое здание с возведенным каркасом надстройки, вид сбоку, частичный разрез; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.2.
Реконструированное здание (фиг.1 и 2) содержит реконструируемое базовое здание 1, которое включает, по крайней мере, наружные 2 и внутренние 3 стены, фундамент 4, междуэтажные перекрытия 5 и кровлю 6, несущие вертикальные опоры, например колонны 7, высота которых не меньше высоты базового здания с кровлей 6. Колонны 7 возведены с внешней стороны базового здания 1 вдоль его продольных наружных стен на дополнительном фундаменте, который выполнен более глубоким по сравнению с фундаментом 4. Дополнительный фундамент может быть выполнен в непосредственном контакте с фундаментом 4 (как в прототипе) или в виде независимого фундамента из буронабивных свай с железобетонным ленточным ростверком (см. патент RU-C1-№2116417, 1998). Колонны 7 могут быть возведены также на соответствующем каждой колонне 7 фундаменте 8, который является более глубоким по сравнению с фундаментом 4. Каждый фундамент 8 выполнен в виде группы, например из трех, буронабивных свай 9 с железобетонным локальным (иными словами, имеющем площадь, необходимую для опирания на него только одной, соответствующей ему колонны 7) ростверком 10.
На оголовках несущих вертикальных опор, в рассматриваемом примере колонн 7, возведен стальной многоярусный каркас надстройки, число ярусов 11 которого равно числу этажей надстройки. Иными словами, числу этажей, расположенных выше уровня кровли 6 базового здания 1. Каркас надстройки оперт на оголовки колонн 7 и жестко закреплен на них. Здесь необходимо отметить, что несущие вертикальные опоры могут быть выполнены также в виде пилонов.
Каждый ярус 11 каркаса надстройки выполнен из жестко соединенных между собой (посредством сварки или резьбовых крепежных элементов) внешних ферм-стенок 12, а также внутренних, а именно, поперечных ферм-стенок 13, и, по крайней мере, одной продольной, средней (центральной) фермы-стенки 14, при этом все упомянутые выше фермы-стенки 12-14 выполнены с параллельным верхним 15 и нижним 16 поясами, расстояние Н между которыми равно высоте соответствующего этому ярусу этажа надстройки. Все упомянутые выше фермы-стенки 12-14 выполнены из жестко соединенных между собой облегченных сборочных единиц, а именно модулей (не показаны), которые представляют собой ряд из нескольких типовых фрагментов ферм-стенок, обеспечивающих, в том числе, образование проемов 17 в соответствующих проекту местах расположения окон и дверей.
Кроме того, надстройка содержит междуэтажные перекрытия 18, которые расположены на уровне нижних поясов 16 ферм-стоек 12-14 каждого яруса каркаса, взаимодействуют, предпочтительно опертые, с металлическими несущими элементами, которые или закреплены, например, жестко на нижнем поясе 16 ферм-стенок, соответствующих каждому междуэтажному перекрытию 18, или выполнены за одно целое с нижними поясами 16 этих ферм-стенок.
В предпочтительном воплощении изобретения металлические несущие элементы выполнены в виде балок 19 в форме стержней, полос и т.п., расположенных, например, в продольном направлении надстройки и закрепленных своими концами на нижних поясах 16 расположенных напротив друг друга ферм-стенок например, внутренних поперечных ферм-стенок 13 (фиг.2). Однако в качестве металлических несущих элементов могут быть использованы и горизонтально расположенные элементы металлического профиля, из которого выполнены нижние пояса 16 ферм-стенок. Таким образом в этом случае несущие элементы выполнены за одно целое с нижними поясами 16 ферм-стенок.
В предпочтительном воплощении изобретения каждое сборно-монолитное междуэтажное перекрытие включает металлический профилированный (например, гофрированный) лист 20 и расположенное по всей его верхней поверхности бетонное или железобетонное покрытие 21 с плоской поверхностью 22, являющейся верхней поверхностью междуэтажного перекрытия 18, при этом лист 20 оперт на металлические несущие элементы (балки 19).
Способ надстройки здания осуществляется следующим образом, без остановки эксплуатации базового здания 1 и в условиях городской застройки. Сначала в непосредственной близости от базового здания 1 вдоль его продольных наружных стен (предпочтительно вне зоны сжимаемой толщи грунта основания фундамента 4 базового здания 1) сооружают фундаменты 8 более глубокого заложения, расположенные в соответствии с проектом с переменным, постоянным или периодически изменяющимся шагом. Для каждого фундамента 8 выполняют группу буронабивных свай 9, возводят локальный ростверк 10. Затем на каждом фундаменте 8 возводят соответствующую ему несущую вертикальную опору, в рассматриваемом примере колонну 7, высотой не меньше высоты базового здания 1 с кровлей 6.
Далее на оголовки вертикальных опор (колонн 7) возводят стальной многоярусный каркас, число ярусов 11 которого равно числу этажей надстройки, при этом оголовки колонн 7 жестко соединяют с соответствующим каждой из них участком нижнего пояса ферм стенок 12 нижнего яруса каркаса надстройки.
Каркас надстройки возводят поярусно с обеспечением жесткого соединения контактирующих между собой верхних и нижних поясов ферм-стенок соседних ярусов 11. Иными словами, верхний пояс ферм-стенок каждого яруса 11 жестко соединен с соответствующим ему нижним поясом ферм-стенок следующего за ним яруса каркаса надстройки. Монтаж ферм-стенок 12-14 каждого яруса 11 ведут поэлементно, а именно, из облегченных сборочных единиц модулей, представляющих собой ряд из нескольких типовых фрагментов ферм-стенок 12-14, путем подъема модулей на монтажный уровень соответствующего яруса (например, с помощью мачтового подъемника, стрелочного самоходного крана, лебедок и люлек), перемещения их в горизонтальном направлении (например, вручную, посредством тросовой системы и тяговых лебедок), с последующей установкой их в проектное положение и закрепление посредством сварки или резьбовых крепежных элементов. Модули жестко соединяют между собой с образованием проемов 17.
Каждый ярус 11 каркаса надстройки выполняют из внешних 12 и внутренних 13, 14 ферм-стенок, при этом внешние фермы-стенки 12 размещают по осям 121, 122, 123 и 124 наружных стен надстройки, внутренние поперечные фермы-стенки 13 размещают по осям 132, 132, 133, 134 и 135, по крайней мере, внутренних несущих поперечных стен надстройки, а внутреннюю продольную среднюю ферму-стенку 14 размещают по центральной продольной оси 141 здания. Все упомянутые фермы-стенки жестко соединяют между собой.
После возведения каркаса надстройки на проектную высоту каждого яруса 11 (иными словами на высоту каждого надстраиваемого этажа) осуществляют устройство междуэтажных перекрытий 18 на уровне нижнего пояса ферм-стенок 12-14 смонтированного очередного яруса каркаса. Все междуэтажные перекрытия выполняются сборно-монолитными и, предпочтительно, опертыми на металлические несущие элементы, которые или жестко закреплены на нижнем поясе ферм-стенок, соответствующих каждому междуэтажному перекрытию, или выполнены за одно целое с нижним поясом этих ферм-стенок. Каждое междуэтажное перекрытие образуют в одно целое при его устройстве с одновременным замоноличиванием его по всему своему контуру с окаймляющими его нижними поясами 16 соответствующих ему ферм-стенок.
В предпочтительном воплощении изобретения металлические несущие элементы выполняют в виде балок 19, концы которых закрепляют на нижних поясах 16 расположенных напротив друг друга ферм-стенок. Для этого балки 19 размещают, например, в продольном направлении (фиг.2) и закрепляют по концам на нижних поясах 16 расположенных напротив друг друга внутренних поперечных ферм-стенок 13. Количество балок 19 выбирается исходя из веса устраиваемого (опирающегося) на них междуэтажного перекрытия 18. После этого на балки 19 укладывают металлический профилированный лист 20, размеры которого соответствуют размерам устраиваемого сборно-монолитного междуэтажного перекрытия 18, затем осуществляют формирование покрытия 21 путем бетонирования всей верхней поверхности листа 20 с образованием плоской верхней поверхности 22, являющейся верхней поверхностью полученного междуэтажного перекрытия 18, и с обеспечением при устройстве покрытия 21 замоноличивания по всему контуру образуемого междуэтажного перекрытия 18 с окаймляющими его нижними поясами 16 соответствующих ферм-стенок. Покрытие 21 может быть выполнено из железобетона. В этом случае перед операцией бетонирования осуществляют размещение со стороны верхней поверхности листа 20 соответствующих по проекту арматурных элементов.
Здесь необходимо отметить, что патентуемое выполнение междуэтажных перекрытий 18 позволяет существенно снизить трудоемкость их монтажа за счет простоты их устройства, а следовательно, обеспечивает ускорение темпа строительства и снижение его стоимости.
Вместо листа 20 и покрытия 21 для устройства сборно-монолитных междуэтажных перекрытий 18 могут быть использованы железобетонные, предпочтительно, многопустотные плиты. В этом случае при устройстве междуэтажного перекрытия на балки 19 укладывают в ряд железобетонные плиты (не показаны). После этого за единый цикл осуществляют формирование бетонных швов между железобетонными плитами, а также швов между железобетонными плитами и окаймляющими их нижними поясами 16 соответствующих ферм-стенок. Иными словами, в этом случае устройство междуэтажных перекрытий осуществляют путем формирования межплиточных швов с одновременным замоноличиванием междуэтажного перекрытия по всему контуру.
Таким образом, в обоих описанных выше примерах все сборно-монолитные междуэтажные перекрытия 18 каждого яруса 11 каркаса надстройки замоноличенны по соответствующему каждому из них контуру с окаймляющими их нижними поясами 16 соответствующих ферм-стенок. Следовательно, внутри каркаса надстройки и на уровне нижнего пояса 16 ферм-стенок каждого его яруса 11 образуется, по существу, сплошной диск перекрытия, а наружные 12 и внутренние 13 и 14 фермы-стенки поярусно жестко объединены междуэтажными перекрытиями 18, расположеными смежно на уровне нижнего пояса ферм-стенок соответствующего яруса каркаса. В результате каркас надстройки совместно с междуэтажными перекрытиями 18 образуют цельную, геометрически не изменяемую пространственную систему, характеризующуюся (как уже отмечалось выше) высокой жесткостью на кручение и высокой несущей способностью. Следствием вышесказанного является возможность использования патентуемого способа при реконструкции базовых зданий с надстройкой повышенной этажности, например от десяти до пятнадцати этажей.
В предпочтительном воплощении изобретения междуэтажные перекрытия 18 соответствующего нижнему ярусу каркаса надстройки размещают с минимальным зазором относительно кровли 6 базового здания 1. Это позволяет максимально полезно использовать высоту реконструированного здания.
После возведения каркаса надстройки на проектную высоту осуществляют монтаж крыши. В процессе надстройки базового здания 1 выполняются внешние ограждения, а также монтаж ограждающих конструкций внутренних стен надстройки.
Промышленная применяемость изобретения подтверждается также возможностью осуществления его с использованием известных из уровня техники средств и материалов.