Систематика и практика реконструкции с применением стальных конструкций

Мировая тенденция преобразования городов свидетельствует о постоянстве процессов перестройки и реновации существующей коммерческой застройки с целью адаптации в ракурсе концепции устойчивого развития и тенденций рынка. При этом должны быть выдержаны требования обеспечения комфорта современной городской среды и сохранения исторического облика города.

Таким образом, объективная необходимость осуществления реконструкции зданий возникает в основном в силу следующих причин:

• Неудовлетворительное техническое состояние конструкций или их элементов
• Изменение функционального назначения зданий или их частей
• Изменение условий эксплуатации
• Моральный износ зданий
• Модернизация оснащения и оборудования
• Потребность в изменении, расширении пространства зданий

Учитывая выше изложенное, а также процессы уменьшения количества свободных участков для застройки и сложную экономическую ситуацию в Украине, пока сегмент реконструкции занимает большую долю в строительстве. Следует отметить, что сегмент недвижимости, который характерен для центральной, исторической части крупных городов, менее чувствителен к экономическим факторам, чем другие из-за малого предложения.

Особенностью решения задачи реконструкции существующего здания или сооружения является его многокритериальности, зависимость от многих факторов и индивидуальности. Такая задача обычно характеризуется следующими особенностями, которые следует принимать во внимание:

• Сжатость условий использования габаритов конструкций и их элементов
• Необходимость учета технического состояния существующих конструкций, скрытых дефектов
• Технологическая сложность транспортировки элементов на площадке и их монтажа
• Конструктивная нелинейность при работе, влияние технологии и последовательности возведения
• Физическая и геометрическая нелинейность, которые возникают из-за разницы и неравномерность распределения жесткостей существующих и новых элементов
• Обеспечение совместной работы и перераспределения усилий, включение в работу элементов усиления

Такие особенности реконструкции выводят на первый план проблему физической осуществимости решений, когда потребности трансформации пространства требуют поиска нетривиальной конструктивной формы и ставят вопрос о ее существовании. Поэтому инженеру и архитектору важно знать полный набор инструментов, которые можно использовать при задачах реконструкции, имеющих различные цели и уровень сложности.

В данной статье предлагается систематика реконструкции через призму различных уровней иерархии изменения пространства здания как существующего строительного объема. Рассмотрены возможные инструменты применение прежде всего стальных конструкций, которые благодаря высокому уровню надежности получили наибольшее распространение в практике реконструкции. Примеры систематики приведены с учетом ведущего современного мирового, отечественного и авторского опыта.

Внутри пространства – изменения претерпевают стены, колонны, перекрытия и покрытия здания без выхода наружу строительного объема:

• Усиление стен/колонн (Рис.1)
• Усиление перекрытий (Рис.2)
• Устройство проемов, увеличение площадей (Рис.3)
• Замена стен на колонны (Рис.4)
• Замена перекрытий/покрытий (рис.4, 5)
• Замена/дублирование всего каркаса (рис.6)

Рис.1а. Поддержание стен временным металлокаркасом при реконструкции ЦУМа, Киев, 2014 г.

Рис.1б. Примеры усиления участков кирпичных стен и железобетонных колонн стальными обоймами и рубашками

Рис.2а. Усиление перекрытия спортивного зала металлическими рамами в Канту, Италия 1990 г.

Рис.2б. Усиление кирпичных сводчатых перекрытий и колонн здания 1795 на Контрактовой площади в Киеве, 2015 г.

Рис.3а. Устройство проемов в стенах первого этажа 8-этажного здания по ул. Сечевых Стрельцов в Киеве, 2013 г.

Рис.3б. Замена колонны на балку в магазине в Киеве, 2013 г.

Рис.4а. Замена фасадной стены на колонны в торгово-развлекательном центре Las Arenas 1900 года, Барселона, Испания, 2011 г.

Рис.4б. Замена стен на колонны и деревянных перекрытий на стальные пониженной высоты в здании по ул. Бассейна в Киеве, 2015 г.

Рис.5а. Замена шатра кровли в Церкви 16 века, Великобритания, 2005 г.

Рис.5б. Замена покрытия и перекрытий в Художественном Арсенале, Киев, 2010 г.

За пределами пространства – строительный объем расширяется за счет выхода наружу, надстроек сверху, пристроек контура, пристроек сбоку и освоения пространства под зданием:

• Выход консолями (Рис.7)
• Достройка/заполнения пространства (Рис.7)
• Надстройка (Рис.8)
• Возведение над существующим объемом (Рис.9)
• Пристройка или сведения рядом (Рис.10)
• Освоение подземного пространства (Рис.11)

Рис.7а. Выход консолями при реконструкции фармацевтической фабрики «Дарница» в Киеве, 2002 г.

Рис.7б. Достройка входной группы здания San Joaquin County, Стоктон, США, 2008 г.

Рис.8а. Надстройка 5 этажей над зданием 1901 года Сиэтл, США, 2010 г.; Надстройка 6 этажей над зданием Национального союза архитекторов Румынии, Бухарест, 1990 г.

Рис.8б. Надстройка двухуровневой мансарды над 17-этажным зданием, Киев, 2016 г.

Рис.10а. Пристройка к зданию 1914 года Royal Ontario Museum, Канада, 2007 г.

Рис.10б. Преобразование водонапорной башни 1860 года в апартаменты, Лондон, Великобритания, 2011 г.

Рис.11а. Освоение подземного пространства с вывешиванием здания на металлических сваях и элементах поддомкрачивания, Киев, 2015 г.

Рис.11б. Паркинг в освоенном при помощи стальных шпунтов пространстве в г. Бристоль, Великобритания, 1991 г.

Преобразование пространства – строительный объем расширяется за счет выхода наружу, надстроек сверху, пристроек, пристроек сбоку и освоения пространства под зданием:

• Подъем здания (Рис.12)
• Перемещение здания (Рис.13)
• Объединение зданий (Рис.14)

Рис.12а. Пересадка и подъем здания на сваях и дальнейшее освоение подземного пространства, Киев, 2014 г.

Рис.12б. Подъем храма Provo 1870 года на 12 м, США, 2013 г.

Рис.13а. Перемещение исторического здания 1920 года в Шанхае, КНР, 2010 г.

Рис.13б. Перемещение здания 1889 года на 60 м в Цюрихе, Австрия, 2012 г.

Рис.14а. Соединение существующих зданий металлическими переходами Хай-Лайн в Нью-Йорке, США, 2009 г.

Рис.14б. Покрытие торгового центра Cabot Circus, Бристоль, Великобритания, 2008 г; Трансформирующаяся кровля пассажа торгового центра City Creek, Солт-Лейк-Сити, США, 2011 г.

Стальные конструкции позволяют решить все варианты преобразования пространства по предлагаемой системной типологии реконструкции. Таким образом, можно выделить следующие основные преимущества применения стальных решений при реконструкции:

• Относительная легкость, что дает небольшие сечения и собственный вес. Таким образом, можно избежать дополнительного усиления конструкций и обеспечить физическую реализуемость проектов, уменьшить расходы на транспортировку и монтаж.
• Возможность заводского изготовления большого числа деталей, обеспечивает технологичность, малоелементность и компактность решений
• Высокая прочность и надежность конструкций, прозрачность и прогнозируемость механической работы элементов и узлов, что особенно важно для сложных объектов и сжатых условий
• Гибкость в применении за счет возможности сварки и резки на площадке
• Скорость возведения, позволяет ускорить возврат и генерацию прибыли
• Долговечность и высокая пригодность к дальнейшим реновациям, которая уменьшает стоимость жизненного цикла и увеличивает адаптивность пространства
• Выраженность в интерьере, что позволяет экономить на отделке и элементах декора

Благодаря указанным преимуществам, а также возможности использования проката высокой прочности, сталь является основным материалом при реконструкции и усилении зданий, как в Украине, так и за рубежом. Украинский опыт реконструкции сложных объектов может стать уникальным национальным продуктом и для европейского рынка.

Билык А.С., Билык С.И., Нужный В.В.