12.1. Реконструкция зданий исторической застройки

Традиционные конструкции зданий и индустриальные конструкции в процессе реконструкции подвергаются переустройству. Его необходимость может быть вызвана перепланировкой здания, усилением грунтового основания, несущих конструкций (при надстройке), устранением поврежденных конструкций, возникших в процессе эксплуатации вследствие различных причин – изменения уровня грунтовых вод, прохождения под зданием горных выработок (например, при походке трассы метрополитена), повышение уровня дневной поверхности, гниения деревянных конструкций, выявление неудовлетворительных эксплуатационных качеств (по тепло-, звуко- и гидроизоляции) и пр.

Усиление оснований и несущих конструкций зданий

Основания, как правило, под воздействием длительного нагружения зданием уплотняется и их несущая способность возрастает. Это обстоятельство позволяет в большинстве случаев производить надстройку существующих зданий без усиления оснований и фундаментов. Но в ряде случаев при нарушении гидрогеологического режима грунтов ил других воздействиях может снизиться несущая способность основания и увеличиться неравномерность его деформаций под зданием, вовлекающая в процесс деформаций надземную часть сооружения.

В этих случаях в процессе реконструкции основание усиливают различными способами, чтобы повысить механическую прочность основания, а при необходимости водонепроницаемость и водоустойчивость. В основном закрепление оснований достигается его инъецированием растворами различного состава. Выбор раствора определяется типом грунтового основания и его коэффициентом фильтрации (Кф, м/сут).

Для усиления оснований, сложенных крупнообломочными породами и крупными песками, применяют наиболее изученный и надежный способ — цементацию — нагнетание цементной суспензии. Для оснований из средних и мелких песков — двухрастворную силикатизацию — последовательное нагнетание растворов силиката натрия и хлористого кальция. Для усиления песчаных оснований прибегают также к их смолизации — нагнетанию битумного раствора или карбамидной смолы с отвердителем. Для закрепления лессовых грунтов используют однорастворную силикатизацию — нагнетание раствора силиката натрия —или глинизацию — нагнетание глинистой суспензии. К относительно новым и мало изученным методам относятся применяемые для закрепления лессовых грунтов, глин и суглинков электросиликатизация — последовательное нагнетание растворов силиката натрия и хлористого кальция при действии постоянного тока — и термический способ — сжигание топлива в заранее пробуренных скважинах.

Фундаменты. Большинство фундаментов зданий исторической застройки проектировалось ленточными из бутовой кладки или кирпича. Реже на слабых и водонасыщенных основаниях применяли свайные фундаменты из деревянных свай. Для прочности и долговечности последних решающую роль играет сохранена первоначального гидрогеологического режима. Разрушение свай вследствие гниения их оголовков возникает при понижении уровня грунтовых вод ниже оголовков свай, тогда начинается быстрое разрушение последних, требующее усиления конструкции фундамента или его замены.

В соответствии с причинами, вызывающими снижение несущей способности фундаментов, выбирают методы их усиления (рис. 1).

При поверхностном морозном разрушении кладки (и швов) или ее выщелачивании прибегают к торкретированию поверхности кладки или цементированию с нагнетанием цементного раствора как в швы, так и непосредственно в растрескавшийся бутовый камень. Для повышения несущей способности фундамента и усиления полуразрушенной кладки прибегают к устройству бетонных обойм по его вертикальным граням. Для этого в швы кладки забивают в шахматном порядке стальные костыли (не на полную длину) диаметром 18...20 мм, к которым крепят арматурную сетку, и затем бетонируют обойму (монолитные железобетонные стенки по обе стороны фундаментной ленты), не только обеспечивая сохранность поверхности первоначальной кладки, но и повышая несущую способность за счет развития сечения и площадки опирания фундаментов (рис. 1, б). Той же цели достигают, заменяя полуразрушенные внешние участки кладки защемленными в ней сборными железобетонными продольными подушками или балками. Однако это решение применяют реже (рис. 1, а).

Рис. 1. Усиление и разгрузка ленточных фундаментов:

а—замена наружных камней в нижних рядах бутовой кладки фундаментов железобетонными блоками; б — устройство железобетонной обоймы с расширением фундамента; в — передача части нагрузки на выносные опоры; г—то же, на буронабивные сваи; д — разгрузка на односторонне расположенные сваи (при наличии подвала); д—то же, на двусторонние; 1 — втрамбованная щебеночная подготовка; 2 — опорный камень; 3 — забивные анкеры диаметром 16...20 мм; 4 — арматурная сетка; 5 — железобетонная обойма; 6 — разгрузочная балка; 7—опорная балка; 8 — монолитный ростверк; 9 — буронабивная свая; 10—забивная свая, работающая на сжатие; 11 —то же, на выдергивание

Устройство железобетонных обойм сопряжено с введением дополнительных элементов, обеспечивающих совместность статической работы обойм с основной кладкой в виде гибких поперечных арматурных стержней в нижней части фундамента и жестких железобетонных или стальных поперечных балок в верхней. Балки пересекают основной фундамент и опираются на бетон обойм или непосредственно, или и гибких стержней назначают конструктивно близким по размеру к ширине подошвы фундамента (рис. 1, в).

В ряде случаев при увеличении нагрузки на фундамент возникает необходимость передачи нагрузки на более прочные нижележащие слои основания. С этой целью применяют либо выносные сваи, либо заглубляют фундамент (рис. 1, д, ё).

Выносные опоры в бесподвальных зданиях устраивают по обе стороны фундаментной ленты, а при наличии подвалов — только с наружной стороны. Опоры, как правило, проектируют буронабивными, а их совместную работу с основным фундаментом обеспечивают поперечными разгрузочными стальными балками, пересекающими фундаментные ленты и передающими нагрузку на сваи через распределительные стальные балки. Вся стальная разгрузочная конструкция замоноличивается в ленточном свайном ростверке.

Заглубление фундаментов — наиболее трудоемкая и поэтому редко применяемая операция, выполняется подведением новой кладки под подошвы существующего фундамента; Для ее проведения фундамент через систему поперечных и продольных балок вывешивают на временных опорах через домкраты, затем короткими участками через 2...3 м проводят новую кладку и разбирают разрушенные части кладки, заменяя их.

Эффективность перечисленных мероприятий по усилению ленточных фундаментов (по данным В.К. Соколова) состоит в увеличении нагрузки на них от 25 до 100% от первоначальной.

В связи с тем что междуэтажные перекрытия таких зданий выполнены, как правило, по деревянным балкам, их роль в обеспечении пространственного взаимодействия несущего остова зданий существенно ниже, чем роль железобетонных дисков перекрытий в современных многоэтажных домах. Соответственно в домах исторической застройки шаг поперечных внутренних стен, выполняющих роль вертикальных диафрагм жесткости, назначен чаще (чем в современных) и предусмотрены меры, обеспечивающие совместную работу пересекающихся стен: перевязка кладки, прокладка пачечного железа в уровне перекрытий. Запас прочности несущих стен на каждом, этаже (сверху вниз) ранее увеличивали их утолщением в 1/2 кирпича в виде ступенчатого уступа с внутренней стороны в уровне перекрытий.

Однако в практике реконструкции и капитальных ремонтов в ряде случаев приходится проводить усиление конструкций кирпичных стен из-за наличия в них трещин или для повышения несущей способности.

Трещинообразование в кирпичных стенах чаще всего возникает вследствие недоучтенной при проектировании неравномерности деформаций основания или изменения условий его работы в процессе эксплуатации здания.

Наиболее характерные примеры трещинообразования в несущих стенах в связи с работой основания, приведенные на рис. 2 таковы:

наличие грунта повышенной деформативности под средней или крайней частью здания (рис. 2, а, б)

выдавливание грунта из-под здания при устройстве в непосредственной близости к зданию котлована (рис. 2, в);

не предусмотренный при проектировании осадочный шов в местах перемены высоты здания (рис. 2, г);

строительство в непосредственной близости к эксплуатируемому объекту здания большей этажности (рис. 2, д).

характерное трещинообразование в зонах пересечения стен — следствие разницы их вертикальных деформаций (рис. 2, е). Последние, в свою очередь, возникают при существенных различиях в напряжениях в пересекающихся конструкциях из-за разного нагружения либо разного количества горизонтальных швов (основной зоны формирования вертикальных деформаций стен) при кладке пересекающихся стен из камней различной крупности.

Таблица 2. Характерные сечения несущих стен доходных домов (по материалам обмеров МосжилНИИпроекта)

Рис. 2. Причины трещинообразования в несущих стенах:

а —наличие слабых грунтов под средней частью здания; б—то же, у торца; в—обширная выемка грунта вблизи здания; г—отсутствие осадочного шва; д—близкое расположение нового многоэтажного здания рядом с малоэтажным; д —разница осадки пересекающихся стен

В отдельных конструктивных элементах стены предусматривают усиление простенков при увеличении нагрузки на них (при надстройке или уменьшении сечения при растеске проемов), усиление столбов при увеличении нагрузки, усиление перемычек при возникновении в них трещин или увеличении ширины проемов.

Перекрытия в большинстве капитальных зданий, возводившихся до второй мировой войны, выполнялись балочными и, как правило, по деревянным балкам. Эта конструкция не эквивалентна по долговечности и огнестойкости каменным (кирпичным) стенам и столбам несущего остова и чаще всего требует модернизации или даже полной замены при реконструкции зданий. В то же время замена перекрытий представляет собой наиболее трудоемкую операцию и часто приводит к невосполнимой утрате первоначальной отделки интерьеров (лепки и росписи потолков, наборных паркетов, отделки стен и перегородок и т. д.). Поэтому при капитальном ремонте по возможности следует сохранять основную массу перекрытий, прибегая к следующим мероприятиям (рис. 6).

Рис. 6. усиление балок перекрытий:

а – деревянных балок с помощью протезов; б – то же, с помощью пристенного погона; в – то же, с помощью протеза из прутковых прогонов; г – то же, с помощью накладных пластин; д – стальных балок с помощью пластин и прокатных профилей; 1 – деревянная балка; 2 – деревянный протез; 3 – пристенный прогон; 4 – кронштейн; 5 – стальной протез; 6 – стальная балка.

В процессе длительной эксплуатации здания повреждаются не все балки, а только балки перекрытий помещений с влажным внутренним режимом, в остальных же повреждения локализуются, как правило, только на отдельных участках (в зоне опирания на наружные стены, если опорная часть балки не была предварительно защищена от увлажнения и гниения). В последнем случае следует не заменять перекрытия, а протезировать поврежденные концевые участки здоровой древесиной или прутковыми шпренгельными металлическими протезами. Замены балок можно избежать даже при повышении нагрузки на перекрытие в процессе перепланировки здания и установки дополнительного тяжелого оборудования. Это достигается заменой старой изоляции, выполнявшейся ранее тяжелой (песком, битым кирпичом и т. п.), современными легкими звукоизоляционными материалами, а также усилением самих балок с помощью дощатых накладок. Те же мероприятия для увеличения несущей способности предусматривают при реконструкции перекрытий по металлическим балкам.

Даже при существенном износе перекрытий нецелесообразно ликвидировать их полностью: балки и накат можно использовать как неустраняемую опалубку нового монолитного железобетонного перекрытия. Безусловной замене на железобетонные подлежат только деревянные перекрытия санитарных помещений. При замене перекрытия наиболее мобильно использовать сборные мелкоразмерные железобетонные изделия в виде балочек таврового сечения, плоских плит и легкобетонного пустотного наката.

Железобетонные перекрытия получили широкое применение в массовом строительстве гражданских зданий только после второй мировой войны и, как правило, -не нуждаются в замене и усилении. При необходимости усиления (например, из-за увеличения нагрузки в здании при изменении его назначения после реконструкции) чаще всего используют домоноличивание перекрытия.

Крыши домов исторической застройки обычно имеют наружный организованный водоотвод и стальную кровлю по деревянным наслоиным, реже висячим стропилам. Характерными нарушениями деревянных несущих конструкций крыши являются увеличение прогиба стропил, расхождение сопряжений во взаимных врубках элементов вследствие усадки древесины при высыхании, загнивание участков стропил или мауэрлатов в местах длительных протечек крыши. В связи с низкой долговечностью и дефицитностью в настоящее время стальных кровель их заменяют при капитальных ремонтах и реконструкции чаще всего на кровли из волнистых асбестоцементных листов. Поскольку надежность водоизоляции асбестоцементных кровель обеспечивается при существенно больших уклонах, чем у стальных (от 1:3,5 до 1:2), замена кровли требует переустройства несущей конструкции стропил. Уклон последних увеличивают с установкой стропильных ног с новым уклоном, соединенных деревянными накладками с имеющимися. Это мероприятие способствует не только увеличению уклона, но и повышению несущей способности старых стропил, превратившихся при соединении с новыми в своеобразную ферму. Когда изменение уклона не требуется, несущую способность строения повышают, применяя шпренгельную систему.

Пораженные гниением участки стропил и мауэрлатов заменяют протезами, как для деревянных балок перекрытий.

Повышение изоляционных качеств и долговечности конструкций

Гидроизоляция фундаментов зданий не всегда бывает полноценно выполнена, а иногда нарушена, что приводит к отсыреванию несущих стен за счет капиллярного подсоса и миграции через конструкцию стены грунтовой влаги и постепенному их морозному разрушению. Тот же недостаток в старых зданиях при сохранившейся гидроизоляции может возникнуть при значительном увеличении толщины культурного слоя, при котором уровень дневной поверхности отмостки оказывается выше уровня слоя горизонтальной гидроизоляции. При реконструкции здания необходимо восстановить цельность и непрерывность гидроизоляционного слоя или (как в последнем случае) установить его заново на более высокой отметке.

Наименее трудоемким является повышение водонепроницаемости стон химическими способами, например инъекцированием кладки под давлением на заданной отметке кремнийорганическим составом (раствором ГКЖ через специально просверленные в стене отверстия шагом около 0,5 м). Основной недостаток этого метода—невозможность проконтролировать сплошность нового гидроизоляционного слоя. Обновление рулонной гидроизоляцией требует трудоемкой работы по последовательному (по участкам кладки на длину 1... 1,5 м) устройству горизонтальных штраб, наклейке гидроизоляции, тщательному заполнению разработанной кладки с зачеканкой швов раствором на расширяющемся цементе и передвижению на последующие 1... 1,5 м.

В экспериментальном порядке внедряется электромеханический способ устройства горизонтальной гидроизоляции расплавом кирпича. Расплав образуется при горизонтальном перемещении по сечению стены с помощью лебедки и электромотора стального стержня диаметром до 40 мм, нагретого до 1400... 1500°С.

Снижению интенсивности миграции грунтовой влаги вверх по стенам при нарушении горизонтальной гидроизоляции и одновременно снижению влажности воздуха и стен подвалов служат выполняемые при реконструкции водопонижающие и аэрационные устройства. Для водопонижения по контуру здания в траншеях в слой щебня укладывают керамические дренажные трубы, по которым грунтовая влага отводится к канализационным колодцам. Пространство и стены подвала аэрируют через вентиляционные каналы в стенах. Отверстия каналов выводят на фасад и закрывают вентиляционными решетками.

Немецкая фирма «Кёстнер-баухими» широко использует менее трудоемкий и достаточно надежный способ гидроизоляции стен. С этой целью с внутренней стороны подвала или подолья просверливают определенным шагом (15... 20 см) наклонные каналы (не доводя их на 5 см до внешней поверхности стены), в которые устанавливают открытые флаконы с гидроизоляционным раствором на основе силикатов (для изоляции стен из высокощелочных материалов) или синтетических смол (для низкощелочных материалов). Непрерывность гидроизоляции контролируется выходом гидроизоляционного раствора на поверхность фасада.

Теплоизоляция наружных стен в процессе реконструкции здания должна быть повышена в соответствии с требуемым сопротивлением теплопередаче, а если это конструктивно обеспечено, увеличена до экономически целесообразной.

Для кирпичных стен, сложенных с большим объемом пустошовки, в большинстве случаев достаточной мерой является наружная штукатурка обычным известково-цементным песчаным раствором, а при необходимости — теплым раствором, например на перлитовом песке. В Германии освоено утепление стен специальными теплоизоляционными штукатурками плотностью до 220 кг/м3 на основе цемента, пенополистирольной крошки и специальных добавок. Штукатурку наносят по пластмассовой штукатурной сетке. Это исключает характерный при использовании стальных штукатурных сеток вынос продуктов коррозии на поверхность фасада.

В целях радикального повышения сопротивления теплопередаче кирпичных наружных стен в Германии получил распространение прием утепления стен снаружи плитами эффективного утеплителя (пенополистирола, минеральной ваты), которые крепят к стене анкерами (металлическими или пласмассовыми) либо к деревянному кар- касу. Наружную отделку утепленных таким образом стен выполняют штукатуркой специальными растворами по пластмассовой сетке или облицовкой плоскими асбестоцементными листами различных размеров и окраски. Предлагаемое решение перекликается с традиционной для фахверковых домов Германии облицовкой шиферными плитками.

Звукоизоляция межквартирных внутренних стен при необходимости может быть увеличена облицовкой плитами сухой штукатурки.

Звукоизоляция перекрытий по воздушному и ударному шуму в зданиях исторической застройки, как правило, соответствует современным нормативным требованиям. Обусловлено это достаточной массивностью перекрытий при звукоизоляционных засыпках песком и применением акустически раздельных конструкций полов по лагам или плавающих (с лагами, опирающимися на засыпку) полов. Поэтому в проектах реконструкции мероприятия по повышению звукоизоляции междуэтажных перекрытий обычно не предусматривают. В случае же необходимости (по требованиям прочности или долговечности) замены перекрытия его звукоизоляцию обеспечивают теми же способами, что и в новом строительстве.

54