Результат интеллектуальной деятельности: НАДСТРОЙКА ЗДАНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ

Изобретение относится к области строительства, а именно к несущим конструкциям надстраиваемых этажей и способам их возведения, и может быть использовано, например, при реконструкции преимущественно гражданских зданий.

Известна надстройка мансардного типа пятиэтажных зданий, в частности разработанная в виде унифицированных архитектурно-строительных систем применительно для жилых домов первых массовых серий (Унифицированные архитектурно-строительные системы мансардных этажей для надстройки реконструируемых домов [Текст] / Введ. 1998-10-10. - Разраб. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко; ЦНИИЭПжилища, 1998). Основу конструктивного решения составляют поперечные двухпролетные рамы, которые опираются на несущие конструкции существующей части надстраиваемого здания, а конструктивно - на монолитный железобетонный пояс, расположенный по верхнему имеющемуся перекрытию. Геометрическая форма и этажность рам соответствует принятым вариантам поперечного профиля мансардного этажа. Стойки и ригели предусмотрены в двух вариантах - из гнутого замкнутого сварного металлического профиля и из клееных деревянных элементов. Продольный шаг рам - 2,6-3,2 м, пролет рам - до 6 м включительно, расстояние между рамами - 6 м (с учетом расположения между ними промежуточной рамы, опертой на продольные прогоны). Пространственная жесткость конструкции в таком варианте обеспечивается в поперечном направлении жесткостью поперечных рам, в продольном направлении - наличием стен лестничных клеток.

Недостатками известного технического решения являются невысокий предел огнестойкости материалов, из которых предлагается выполнить конструкцию мансарды; небольшой пролет и большая высота в коньке несущей конструкции рамы и, как следствие, большая материалоемкость и трудоемкость сборки. Также надстройке присущи недостатки, характерные для мансардных этажей: стены находятся полностью или частично под наклоном, что негативно сказывается на комфортности нахождения человека, расстановке мебели, при этом уменьшается объем пространства, увеличиваются затраты на тепло-, гидроизоляцию, установку мансардных окон, образуемое чердачное пространство чаще всего непригодно для эксплуатации, в том числе и в технических целях.

Известна конструкция мансардного этажа, включающая наружные стены, выступающие над уровнем пола, перекрытие, стропильные ноги, опертые на наружные стены и затяжку, соединяющую опоры стропильных ног. В приопорных зонах затяжка прикреплена к распределительному элементу и к каждой плите перекрытия. В таком варианте выполнения несущих конструкций надстраиваемого этажа достигается уменьшение высоты несущей конструкции по сравнению с известным техническим решением надстройки мансардного типа зданий (Унифицированные архитектурно-строительные системы мансардных этажей для надстройки реконструируемых домов [Текст] / Введ. 1998-10-10. - Разраб. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко; ЦНИИЭП им. Б.С. Мезенцева Госкомархитектуры; ООО "ФИНЕСКО". - М.: ЦНИИЭПжилища, 1998). (Патент RU 2226595, кл. Е04В 7/02, E04G 23/02, 2004).

Недостатками этого известного технического решения являются недостатки, характерные для мансардных этажей, а также невысокий предел огнестойкости стропильных ног, затяжек и пластин; необходимость устройства дополнительных опор для возможности возведения этажа над всем реконструируемым зданием.

Наиболее близким изобретению-надстройке здания по технической сущности и достигаемому результату является надстройка здания, состоящая из стен и покрытия, ширина и очертание верхних поверхностей которых соответствуют ширине и форме опорной площадки покрытия (RU 2116417 С1, 1998).

Недостатками устройства являются ограничения в организации мансардного пространства из-за невозможности выполнения большепролетных рам в указанном техническом решении, невысокий предел огнестойкости материалов несущих рам в предложенных вариантах. Также данному решению характерны недостатки, присущие этажам мансардного типа.

Известен способ монтажа конструкций покрытия из укрупненных на строительной площадке пространственных блоков покрытия методом надвижки с помощью различных средств механизации. Такой способ применяется при конвейерном методе возведения одноэтажных промышленных зданий (Технология возведения полносборных зданий [Текст]: Учебник / под общ. ред. А.А. Афанасьева. - М.: АСВ. - 2000. - С. 263-265) преимущественно площадью от 3000 м² и более, а также при реконструкции зданий без остановки производства. Блоки покрытия представляют собой пространственно-неизменяемые системы размерами в плане 12×18…36 м, состоящие из металлических ферм, соединенных связями с диском покрытия в виде стального профилированного настила по верхним поясам ферм с мягкой кровлей. Общая схема производства работ включает сборку блоков с применением специальных кондукторов на нулевой отметке, доставку их к месту подъема, установку краном или выталкивателем в направляющие, надвижку в требуемую ячейку здания. В случаях установки блоков с применением стреловых кранов собранный блок покрытия подают на пневмотележках вместе с кондукторами для укрупнительной сборки.

Недостатками известного способа является ограниченность его применения (для покрытий промышленных каркасных зданий), обоснованная конструктивными особенностями и экономической целесообразностью, громоздкость монтажного оборудования.

Известен способ надстройки жилых и общественных зданий (патент RU 2101436, кл. E04G 23/00, 1998), заключающийся в выполнении монолитного железобетонного пояса с направляющими на стенах надстраиваемого этажа, разборке кровли с последовательным освобождением участков пояса. В данном способе мансарду устраивают из предварительно собранных блоков, которые устанавливают с торца здания на свободные от кровли участки железобетонного пояса и перемещают по направляющим в проектное положение. При этом блок надстраиваемой мансарды предлагается выполнить из каркаса с навешенными на него стенами и кровлей.

Недостатком данного способа являются ограниченность применения, вызванная предельными значениями пролета предлагаемых конструкций покрытия; относительно невысокая продольная жесткость рамной конструктивной системы в таком исполнении; временная неустойчивость рамы в момент установки в рабочее положение до закрепления подкосами, большие трудозатраты на выполнение монтажных работ по сборке блока надстраиваемого этажа.

Наиболее близким по достигаемому техническому результату к изобретению - способу надстройки зданий является способ надстройки здания при реконструкции в условиях городской застройки четырех-, пятиэтажных протяженных узкокорпусных домов, включающий устройство за пределами продольных стен с одного из торцов здания монтажной площадки, а с противоположного торца - демонтажной площадки, по парапетам вдоль здания укладывают временные направляющие, на которых монтируют крышевой кран. Затем со стороны монтажной площадки производят демонтаж плит покрытия, последовательно демонтируют временные направляющие и парапеты, укладывают вдоль здания над его несущими стенами постоянные направляющие. На монтажной площадке собирают блок-секции надстройки в виде объемных структурных элементов и последовательно перемещают их посредством тяговых лебедок, установленных на демонтажной площадке, на здание. Каждую последующую блок-секцию упирают в предыдущую, соединяют их друг с другом, а собранный этаж фиксируют путем омоноличивания катков с постоянными направляющими.

Недостатками такого способа является ограниченная область применения (узкокорпусные протяженные здания высотой 4-5 этажей), значительная трудоемкость, вызванная необходимостью устройства монтажной площадки высотой, равной высоте надстраиваемого здания, трудности обеспечения проектной точности конструктивных элементов, повышенная опасность производства монтажных работ при укрупнительной сборке структурных блок-секций.

Задачей, на решение которой направлено изобретение в виде способа надстройки, является увеличение полезной площади и объема здания I, II, III степеней огнестойкости пролетом до 24 м без устройства дополнительных опор, с возможностью использования чердачного пространства, осуществление надстройки без вывода существующего здания из эксплуатации; повышение точности проектного положения сборных элементов, обеспечение пространственной жесткости укрупненного блока на период его монтажа, сокращение сроков, трудоемкости и стоимости несущих конструкций надстройки здания.

Задача, на решение которой направлено изобретение в виде устройства, достигается тем, что в надстройке существующего здания, включающей несущие стены и перекрытие или покрытие верхнего жилого или технического этажа существующего здания, конструкции стен и покрытия надстраиваемого этажа, в отличие от прототипа покрытие надстройки состоит из сборных железобетонных панелей-оболочек, однослойных или многослойных панельных стен, ширина и очертание верхних поверхностей которых соответствуют ширине и форме опорной площадки панелей-оболочек покрытия; панельные стены изготовлены с отверстиями или замоноличенными деталями в местах крепления к временному приспособлению для сборки, панели-оболочки покрытия состоят из не менее двух вертикальных продольных ребер-диафрагм с криволинейным очертанием верхнего пояса, затяжки и складчатой полки покрытия, опертой на ребра-диафрагмы.

Стеновая панель надстройки может быть изготовлена переменной толщины с увеличением толщины кверху до величины, соответствующей ширине опирания панели-оболочки покрытия.

Стеновая панель надстройки может быть изготовлена в виде тонкой стенки с вертикальными железобетонными ребрами переменного сечения, объединенными поверху железобетонным поясом, форма и размеры верхней поверхности которого соответствуют форме и геометрическим размерам площадки опирания панелей-оболочек покрытия.

Задача, на решение которой направлено изобретение в виде способа, достигается тем, что cпособ надстройки здания включает выполнение над несущими стенами существующего здания на уровне верхнего перекрытия монолитного железобетонного пояса с направляющими, сборку на нулевой отметке за пределами здания блоков надстройки, подъем блоков надстройки с последующей их установкой в проектное положение, соединение блоков надстройки друг с другом, фиксацию собранной надстройки с существующим зданием, причем блок надстройки состоит из блока стен, выполненного из укрупненных с помощью временного приспособления установленных напротив друг друга на расстоянии, равном пролету надстройки стеновых панелей, изготовленных с переменной толщиной, увеличивающейся кверху, или с вертикальными железобетонными ребрами, объединенными поверху железобетонным поясом, и из блока покрытия, выполненного из укрупненных железобетонных панелей-оболочек, состоящих из не менее двух вертикальных продольных ребер-диафрагм с криволинейным очертанием верхнего пояса, затяжки и складчатой полки покрытия, опертой на ребра-диафрагмы, подъем укрупненного блока стен осуществляют с временным приспособлением и устанавливают его на направляющие с перемещением в проектное положение, затем поднимают укрупненный блок покрытия и устанавливают на соответствующий укрупненный блок стен с образованием блока надстройки, при этом временные приспособления демонтируют до начала монтажа блоков покрытия для сборки следующего блока стен на нулевой отметке.

Укрупненные торцевые блоки стен надстройки или блоки стен надстройки с диафрагмами жесткости могут быть выполнены путем закрепления на временном приспособлении для сборки дополнительных стеновых элементов в направлении, перпендикулярном продольным стенам.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где

на фиг. 1 изображен общий вид надстраиваемого здания (фрагмент) с установленным укрупненным блоком стен надстройки;

на фиг. 2 - общий вид надстраиваемого здания (фрагмент) с установленным укрупненным блоком надстройки после монтажа блока покрытия на блок стен надстройки;

на фиг. 3 - общий вид надстраиваемого здания (фрагмент) после установки торцевого блока надстройки до проектного положения и демонтажа временных приспособлений для его сборки, после установки следующего укрупненного блока надстройки;

на фиг. 4 - общий вид настраиваемого здания (фрагмент) со смонтированным укрупненным торцевым блоком надстройки (вариант),

на фиг. 5 - общий вид панели-оболочки покрытия;

на фиг. 6 - стеновая панель непостоянной толщины с увеличением толщины кверху (вариант);

на фиг. 7 - стеновая панель с вертикальными железобетонными ребрами (вариант).

На фиг. 1 - фиг. 4 подъемные и другие монтажные механизмы условно не показаны.

Устройство надстройки существующего здания включает несущие стены 2 и перекрытие или покрытие 1 верхнего жилого или технического этажа, панельные стены 4 и панели-оболочки покрытия 5 надстройки. Панельные стены и панели-оболочки покрытия могут содержать закладные детали для соединения друг с другом. С целью снижения материалоемкости панельные стены могут быть изготовлены сплошного сечения непостоянной толщины с увеличением толщины кверху до величины, соответствующей ширине опирания панели-оболочки покрытия. С целью снижения материалоемкости и веса панельные стены могут быть изготовлены в виде тонкой стенки 14 с вертикальными ребрами 13, которые могут соединяться друг с другом с помощью поперечных ребер, если это потребуется расчетом. Вертикальные ребра 13 объединены поверху железобетонным поясом 12, на который непосредственно по слою цементно-песчаного раствора опираются панели-оболочки покрытия. Панели-оболочки покрытия 5 опираются на панельные стены 4 надстройки по слою цементно-песчаного раствора или подобного ему раствора, а также могут быть соединены приваркой монтажных изделий к соответствующим закладным деталям. Панели-оболочки покрытия 5 собираются на строительной площадке из сборных железобетонных элементов заводского изготовления: из продольных ребер-диафрагм 9 с криволинейным очертанием верхнего пояса, затяжки 10, складчатой полки покрытия. Полка панели-оболочки выполняется в виде пластинчатых однослойных железобетонных или слоистых элементов прямоугольных в плане 11, которые сопрягаются по верху с криволинейными или ломаными верхними поясами диафрагм 9, тем самым образуя складчатую поверхность панели-оболочки. Панели-оболочки соединяются между собой путем сварки по закладным деталям, при этом швы между верхними поясами диафрагмы заполняются бетоном.

Для осуществления способа надстройки над несущими продольными стенами 2 реконструируемого здания выполняют монолитный пояс с постоянными направляющими 3 на уровне верха диска покрытия или перекрытия 1. В реконструируемых бесчердачных зданиях, а также в зданиях с техническим этажом без его разборки при реконструкции пол надстройки будет устраиваться по плитам покрытия 1. В случае необходимости демонтажа конструкций технического этажа пол надстройки будет устраиваться по плитам перекрытия 1 над верхним этажом существующего здания.

На нулевых отметках собирают независимо друг от друга укрупненный блок стен и укрупненные блоки покрытия надстройки.

Укрупненный блок стен собирают из стеновых панельных элементов 4. Стеновые элементы 4 противоположных продольных стен закрепляют в вертикальном положении на расстоянии, равном пролету надстройки, на временном приспособлении для сборки 7. Укрупненные торцевые блоки стен надстройки или блоки стен надстройки с диафрагмами жесткости могут быть выполнены путем закрепления на временном приспособлении для сборки дополнительных стеновых элементов 8 в направлении, перпендикулярном продольным стенам.

Временное приспособление для сборки 7 представляет собой пространственную неизменяемую систему из металлических элементов, по низу которой расположены катки или колеса для обеспечения возможности передвижения приспособления.

При изготовлении стеновых панелей 4 предусматривают в них отверстия или закладывают детали в виде выпусков арматуры или пластинчатых металлических элементов. При изготовлении стеновых панелей 4 с вертикальными ребрами 13 отверстия или детали могут быть изготовлены в вертикальных ребрах 13. По низу стеновых панелей 4 предусматривают при изготовлении отверстия для последующего пропуска через них металлических стержней для закрепления осей катков или колес, либо закладывают арматурные выпуски с этой же целью.

Для закрепления в вертикальном положении стеновых элементов 4 и обеспечения геометрической неизменяемости укрупненного блока стен в процессе монтажа стеновые элементы 4 прикрепляют к временному приспособлению для сборки 7 с помощью болтового соединения.

Укрупненный блок покрытия - панель-оболочку покрытия 5 - собирают на нулевых отметках с помощью стационарных приспособлений для сборки в виде стендов, кондукторов или им подобных устройств. На нулевых отметках может быть выполнен также кровельный ковер с утеплителем и другими изоляционными слоями.

Укрупненный блок стен совместно с временным приспособлением для сборки 7 с помощью подъемного механизма устанавливают на направляющие 3. Подъемный механизм устанавливают со стороны торца здания. Укрупненные блоки покрытия - панели-оболочки покрытия 5 - монтируют на установленный блок стен. После соединения блоков между собой образуемый укрупненный блок надстройки передвигают с помощью тяговых механизмов типа лебедки вдоль по направляющим 3 до проектного положения и устанавливают временные фиксаторы положения блока. Затем демонтируют временное приспособление для сборки 7 блока стен.

Таким же образом производят монтаж остальных блоков надстройки. Каждый последующий блок надстройки упирают в предыдущий и соединяют смежные блоки надстройки друг с другом путем замоноличивания шва между ними и приварки монтажных изделий к соответствующим закладным деталям.

В процессе выполнения надстройки здания выполняют разборку кровли реконструируемого здания.

Благодаря тому, что подъемные и тяговые механизмы, а также монтажные площадки расположены с торцов здания, надстройка здания возможна без отселения всех жильцов. Применение в качестве несущих конструкций надстройки железобетонных элементов позволяет применять указанное техническое решение в виде надстройки для зданий I, II, III степеней огнестойкости. Применение облегченных панелей-оболочек покрытия позволяет выполнять надстройку зданий пролетом до 24 м, при этом не требуются подъемные механизмы с большой грузоподъемностью и большим вылетом стрелы. Использование временных приспособлений для сборки блока стен позволяет обеспечить пространственную жесткость укрупненного блока на период его монтажа, а также повысить точность проектного положения сборных элементов.

Указанные признаки устройства надстройки в едином сочетании обеспечивают увеличение полезной площади и объема здания I, II, III степеней огнестойкости пролетом до 24 м без дополнительных опор с возможностью использования чердачного пространства, снижение материалоемкости несущих конструкций.

Указанные признаки устройства надстройки в едином сочетании обеспечивают увеличение полезной площади и объема здания пролетом до 24 м без устройства дополнительных опор, осуществление надстройки без вывода существующего здания из эксплуатации; повышение точности проектного положения сборных элементов, обеспечение пространственной жесткости укрупненного блока на период его монтажа, сокращение сроков, трудоемкости и стоимости надстройки здания.