Реконструкция зданий, сооружений и застройки

     Деформационные  швы в каркасных зданиях чаще всего образуют установкой сдвоенных  колонн и парных балок. Такие швы являются наиболее дорогими и рекомендуются для зданий повышенной этажности при тяжелых или динамических нагрузках. В панельных зданиях швы выполняют постановкой парных поперечных стен. При опирании балок перекрытия на стены целесообразно деформационный шов устраивать с помощью скользящей опоры.

     В монолитных железобетонных конструкциях деформационные швы устраивают путем  свободного опирания конца балки одной части зданий на консоль балки другой части здания.

     в консольных деформационных швах соприкасающиеся  части необходимо выполнять строго горизонтальными, так как в противном случае вследствие заклинивания шва можно повредить как консоль, так и лежащую на ней часть балки. Особенно опасен обратный уклон опорной поверхности консоли. Примерные конструкции деформационных швов в стенах и перекрытиях.

     Осадочные швы (при примыкании новых зданий к старым, в местах сопряжения высоких  частей здания с низкими, при возведении зданий на неоднородных и просадочных грунтах) устраивают посредством парных колонн, опирающихся на независимые фундаменты, или устанавливают в промежутке между двумя частями здания (с самостоятельными фундаментами) свободно опертые плиты-вкладыши или балочные конструкции. Последнее решение чаще всего применяют при сборных конструкциях. 

     Динамические  характеристики.

     Проектирование  многоэтажных зданий невозможно без  учета динамических воздействий. С  одной стороны, это технологические  динамические нагрузки, вызываемые машинами, кранами, вибрацией, ударами и производственными  взрывами, а с другой — природные  динамические нагрузки, вызываемые действием  ветра, землетрясения. Целью динамического  расчета несущих конструкций  многоэтажных зданий является обеспечение  несущей способности конструкций  при совместном действии статических  и динамических нагрузок и ограничение  уровня колебаний конструкций пределами, которые исключают возможность  вредного их влияния на людей и  технологический процесс.

     Свободные колебания системы зависят от ее конструктивных характеристик и  начальных условий (смещений, скоростей, ускорений), которые соответствовали  моменту снятия с системы внешнего воздействия. Поскольку начальные  условия могут быть различными, то и свободные колебания одной  и той же системы могут быть разными с изменяющейся во времени  конфигурацией эпюры динамических прогибов. Можно задаться такими начальными условиями колебаний, чтобы получить свободные колебания системы  с неизменяющейся во времени формой, определяемой соотношениями ее динамических прогибов в разных точках. Такие  колебания называют «собственными» (или главными). Название «собственные» связано с тем, что формы этих колебаний и соответствующие им частоты определяются собственными характеристиками системы многоэтажного здания (значением и распределением масс, жесткостей, видом опор). Каждая система с n степенями свободы имеет n собственных частот и соответствующих им форм колебаний. Числом степеней свободы механической системы называют число независимых координат (линейных и угловых), определяющих положение всех масс системы в пространстве в любой момент времени ее движения, В конкретных условиях свободные колебания системы обычно быстро затухают, что связано с затратами энергии на преодоление различных внешних и внутренних сопротивлений. Для каждой из собственных форм колебаний характерна своя скорость затухания. К концу процесса свободных колебаний сложные движения из нескольких собственных форм колебаний постепенно вырождаются в одну форму, отличающуюся наименьшей скоростью затухания.

     Если  колеблющаяся система находится  под действием возмущающих сил, то такие колебания системы называются вынужденными. Вынужденные колебания зависят от параметров колеблющейся системы и характеристик возмущающего воздействия.

     Когда для упрощения задач отказываются от учета затухания колебаний, системы  рассматривают как идеализированные и называют «консервативными» в отличие от реальных «диссипативных» систем. Для уменьшения уровня колебаний конструкций применяют специальную виброизоляцию, изменяют расположение машин, балансировку, уравновешивание и изменение числа оборота машин и т. д. Динамический расчет конструкций многоэтажных зданий проводят в такой последовательности: 1) определяют динамические нагрузки и классифицируют их по частотности и динамичности; 2) определяют амплитуды динамических перемещений и проверяют выполнение физиологических и технологических требований

     по  ограничению уровня колебаний; 3) определяют амплитуды внутренних усилий в конструкциях (изгибающих моментов и поперечных сил) и производят расчет на прочность  и выносливость.

     При расчете многоэтажных зданий на динамические воздействия очень важно правильно  выбрать расчетную схему, чтобы  она наиболее просто позволила отразить в математической записи горизонтальные смещения здания при минимальном  числе условий. Рассматривая конструкцию  многоэтажного   здания, можно заметить, что обычно в уровне каждого перекрытия создается жесткий диск и при плоских боковых деформациях здания перемещения всех масс, расположенных в уровне одного и того же перекрытия, будут одинаковыми. Поэтому их можно заменить перемещением одной массы, представляющей сумму всех масс этого уровня.

     Таким образом, в качестве расчетной схемы  здания напрашивается система, представляющая собой один консольный стержень, несущий  ряд сосредоточенных масс, расположенных  на разных уровнях по его высоте, жесткость которого эквивалентна общей  боковой жесткости всех элементов  здания.

     Частоты и формы собственных колебаний  являются важнейшими динамическими  характеристиками конструкций. Зная частоты и формы собственных колебаний, а также возмущающую нагрузку, можно не только полностью провести динамический расчет конструкций, но и предусмотреть возможные мероприятия по уменьшению динамических деформаций и усилий. Обычно для динамического расчета конструкций используют метод разложения по формам собственных колебаний; при этом точность расчета существенно зависит от числа учитываемых таких форм колебаний. В практических расчетах строительных конструкций, характеризующихся густыми спектрами частот колебаний, основным расчетным случаем является расчет на резонанс.

     Существуют  различные методы определения частот и форм собственных колебаний  многоэтажных зданий. Наиболее распространены  методы деформаций и сил. При этом следует считаться с реальной статической схемой здания, которая непосредственно зависит от его расчетной схемы (каркасная, бескаркасная, смешанная и т. д.).

     В зависимости от расчетной схемы  здания преобладают изгибные или  сдвиговые поступательные колебания, изгибносдвиговые   и   крутильнопоступательные. Существует множество приближенных способов вычисления частот и форм собственных колебаний, распространенных в практике динамических расчетов сооружения: формула Дункерлая используется для определения приближенного значения первой частоты собственных колебаний систем со многими степенями свободы; метод спектральных функций; энергетический метод; метод последовательных приближений; метод приведения масс и т. д.

     Рассмотрим  пример определения частот и форм собственных колебаний упругой  системы (каркасной) методом деформаций. В этом методе за расчетную принимают  упругую систему с  сосредоточенными массами Если такую систему отклонить от положения равновесия, то она будет совершать свободные колебания. В таком случае на систему в точках сосредоточения масс будут действовать инерционные силы, которые направлены в сторону, противоположную ускорениям соответствующих масс.

     Для многоэтажного каркасного здания число  частот и соответствующих им форм свободных горизонтальных колебаний  равно числу этажей (числу степеней свободы). При этом массы перекрытий и колонн считаются сосредоточенными в узлах.

10. Надстройка  зданий. Виды надстроек.

     Надстройка  без усиления представляет собой  продолжение здания в высоту с  сохранением его конструктивной схемы и внутренней структуры. 
Практика показывает, что для большинства капитальных многоэтажных зданий старой застройки, имеющих, как правило, повышенную толщину стен и расширенную конструкцию фундаментов с определенным, часто очень значительным запасом прочности, надстройки не представляют затруднений и не требуют усиления подземной части зданий. Вследствие уплотнения грунта основания уже через 10... 15 лет после возведения многоэтажных зданий нагрузки на основания можно увеличивать приблизительно на 30%. Как показали обследования состояния оснований кирпичных и полносборных домов послевоенного и более позднего поколения, их также вполне возможно практически повсеместно надстраивать на 2...3 этажа. 
Надстройка с изменением конструктивной схемы здания предполагает перераспределение схемы передачи нагрузок от массы надстраиваемых этажей и существующего здания на несущие элементы, нагружая их более равномерно. Такого вида надстройки осуществляют в тех случаях, когда при инженерных изысканиях и проектировании предстоящей надстройки выявляется невозможность надстройки простым продолжением строительства здания в высоту. 

      
Рис. Виды и конструктивные схемы  надстроек: а — обычная надстройка; 6 — то же, с изменением конструктивной схемы; в — то же, ненагружающая, на платформе основания; г — то же, с поэтажными балками (фермами, рамами); д — разрезы и конструктивные схемы планов; / — надстраиваемые этажи; 2 — пояс жесткости по стенам; 3 — схема перекрытия, имеющегося в здании; 4 — схема перекрытия в надстраиваемых этажах; 5 — колонна надстройки; 6 — главные балки платформы основания; 7 — второстепенные балки; 8 — балки-стенки надстраиваемых этажей.

     На  рис., б показана схема передачи нагрузки от надстраиваемых этажей на поперечные стены при восприятии нагрузки от существующего здания на продольные стены.

     Надстройки  с изменением конструктивной схемы  позволяют наращивать здания на несколько этажей. Надстройка, опирающаяся на самостоятельные конструкции, или метод «встроенного каркаса», т. е. надстройка, не передающая нагрузки на существующее здание, может быть сооружена над любым зданием и теоретически на любую высоту, сообразно облику существующей застройки квартала, улицы, площади. Такого вида надстройки применяются для сохранения и улучшения ценной, как правило, исторической застройки при невозможности использования существующих стен и фундаментов для наращивания этажей.

     Конструктивное  решение надстроек ненагружающих существующее здание представляет собой устройство новых несущих конструкций, которые основываются на собственных фундаментах. Новые несущие конструкции можно устраивать как внутри существующего габарита, так и вне его. Конструкция дополнительного каркаса состоит из железобетонных или металлических колонн по высоте существующего здания, прогонов и обвязки.

11. Передвижка  и подъём зданий.

     В больших развивающихся городах  всегда существует несоответствие между  исторически сложившейся застройкой и новыми градостроительными замыслами, направленными на расширение или  выпрямление существующих магистралей. Рост интенсивности транспортных потоков  диктует необходимость совершенствования  транспортной инфраструктуры, что в  принципе невозможно без сноса или  передвижения зданий и сооружений. Первое известное из истории передвижение осуществлено в 1455 г. Аристотелем Фиораванти, переместившим на 10,5 м колокольню церкви Св. Марка в Болонье. В 1870 г. в США появилась строительная фирма, специализирующаяся на передвижении каменных зданий. В 1898 г. в России было выполнено передвижение 2-этажного здания на Каланчевской (ныне Комсомольской) площади в Москве. В 1929—1931 гг. Метрострой запроектировал, а затем осуществил работы по подводке фундаментов под ряд зданий, расположенных в зоне прохождения будущих туннелей метрополитена. Во всех рассмотренных случаях здания предварительно раскреплялись внутри, а их эксплуатация на период передвижения прекращалась. В 1936 г. в СССР была организована «Контора по передвижке зданий», осуществившая большое количество перемещений зданий в Москве и по всей стране. Интересно, что по мере совершенствования технологии работ специалисты отказались от вывода здания из эксплуатации на период передвижения. Например, ряд жилых зданий, подключенных к инженерным коммуникациям с помощью гибких вставок, передвигался вместе с жильцами со средней скоростью от 15 до 30 см/мин. В особо ответственных случаях сохранность перемещаемого здания или сооружения обеспечивает «коробка жесткости» — структура, повторяющая контуры здания и обеспечивающая его сохранность во время перемещения.

     Возможные виды перемещения зданий и сооружений:

     -  перемещение по горизонтали (траектория движения — преимущественно прямая линия с необходимыми разворотами по дугам окружности), по наклонной плоскости, по неспланированной территории на большие расстояния, по вертикали;

     -  по каткам, полозьям, на домкратных тележках, выпрямление крена.

     В основу технологии работ лег способ передвижения (передвижки) с заводкой в стены специальных рандбалок. В стене прорубались две горизонтальные борозды (штрабы), в которые заводились рандбалки из швеллера № 50. Рандбалки (соответственно, здание) через систему цилиндрических катков диаметром 144 мм опирались на рельсовый путь (обычно 4 рельса высотой 140 мм), уложенный по шпалам. Если здание было не очень велико по размерам и толщина стен не превышала 2,5 кирпича, то часто вместо рандбалок использовалась система поперечных балок.Иногда здание, имеющее сложную форму в плане, приходится разрезать на относительно простые объемы (близкие к параллелепипеду) и передвигать их по отдельности. Поскольку в передвигаемое здание, как правило, заводится система рандбалок, образующих пространственную стальную раму, то целесообразно не просто переместить здание, но затем и поднять его как минимум на 2 этажа (т.е. выполнить подстройку).

     В общем случае перечень описываемых  работ включает:

     -  подготовку территории;

     -  заводку во все несущие и самонесущие стены рандбалок и поперечных балок для перекрепления перегородок;

     -  устройство клеток с поочередным вывешиванием домкратами стен, разборку стен под рандбалками, устройство путей и посадку здания на катки;

     -  монтаж тяговых устройств;

     -  передвижение на новый фундамент;

     -  поочередное вывешивание стен с заполнением пространства между рамой и фундаментов кладкой с параллельным демонтажом катков, рельсов, шпал (но не рандбалок, оставляемых в толще стен).

     Для подъема зданий используют систему  домкратов, установленных под стенами  с шагом от 0,5 до 5 м. При большом  шаге домкратов усилие на стену передается через раму-обвязку (или рандбалки). При частой расстановке домкратов можно ограничиться только опорными балками, установленными непосредственно под шток домкрата. Метод подъема зданий незаменим при реконструкции застройки, когда необходимо поднять исторически ценное здание, которое в результате роста культурного слоя на территории города оказалось намного ниже относительно ныне существующих планировочных отметок.