Магистерская работа по Архитектура и строительство на тему Особенности реконструкции 16-ти этажного жилого здания в городе -курорте Анапа в микрорайоне 3Б, в условиях повышенной сейсмичности

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Основными предпосылками реконструкции градостроительных образований жилого назначения (отдельных объектов, комплексов, микрорайонов, районов) являются многочисленные и разнообразные факторы внутреннего и внешнего архитектурного пространства, которые формируют неудовлетворительные показатели функционального состояния конструктивных элементов зданий, инженерных систем и оборудования.
Объем и количество мероприятий, которые необходимо реализовать для повышения (до требуемого уровня) функционального качества жилой среды, находится в прямой зависимости от категории технического состояния (физического износа) и требований безопасной эксплуатации рассматриваемого объекта исследований.
Вместе с тем, обеспечение необходимых или перспективных показателей функционального качества градостроительных образований жилого назначения, например, комфорта жизнедеятельности и уровня экологической нагрузки на окружающую среду, является актуальной задачей для любой категории технического состояния строительного объекта.
Неопределенность значений фактических показателей технического состояния сопровождается значительным разнообразием конструктивных схем, структурных элементов и строительных материалов, которые использованы при формировании объектов жилой среды. Данное обстоятельство характеризует реконструкцию (в рамках которой допускается, в том числе и радикальное изменение первоначальных композиционных и конструктивных решений), как универсальный и эффективный способ повышения функционального качества жилых образований.
Реконструкция строительных объектов жилого назначения рассматривается, как прикладная область применения инновационных технологий, ориентированных на повышение функциональных свойств и характеристик строительных материалов, технологических приемов изготовления, возведения и эксплуатации строительных конструкций, инженерных систем и технологического оборудования.
Жилая функция остается одной из наиболее востребованных для значительного большинства видов современных (постиндустриальных) систем расселения. Вероятнее всего, задача обеспечения условий комфорта и безопасности жизнедеятельности посредством реконструкции, не потеряет своей актуальности для различных видов, форм и масштабов градостроительных образований жилого назначения.
Цель исследований: повышение показателей функционального качества (безопасности и комфорта) жилой среды многоэтажного здания.
Задачи исследований:
провести анализ функциональных, конструктивных и архитектурных особенностей градостроительных образований жилого назначения;
выявить состав негативных факторов среды, условия их проявления и возможный характер последствий;
рассмотреть характер природно-климатических условий, первоначальных конструктивных решений и особенности эксплуатации объекта жилого назначения, расположенного в городе-курорте Анапа, микрорайоне 3Б;
провести анализ технического состояния конструктивной системы рассматриваемого объекта жилого назначения;
разработать алгоритм применения существующих методов реконструкции к изменению конструктивного решений (на примере строительного объекта жилого назначения, расположенного в конкретных географических, природно-климатических и эксплуатационных условиях);
дать оценку эффективности методов диагностики технического состояния конструктивных элементов и систем и приемов повышения функционального качества жилой среды;
разработать рекомендации по практическому применению комплекса мероприятий, направленных на повышение функционального качества (показателей комфорта и безопасности) жилой среды рассматриваемого объекта строительства.
Объект исследований: конструктивная система 16-ти этажного жилого здания, расположенного в городе-курорте Анапа.
Предмет исследований: способы повышения показателей безопасности и комфорта жилой среды многоэтажного жилого дома.
Научная новизна:
классификация объектов жилого назначения по уровню их технического состояния и безопасности эксплуатации;
алгоритм выявления причин снижения функционального качества от проектных значений и обоснования способов и приемов реконструкции жилого здания с полным сохранением первоначальной (жилой) функции;
системный подход к анализу причин реконструкции жилого здания, расположенного в конкретных природно-климатических, градостроительных и эксплуатационных условиях;
математическая модель, предназначенная для оценки параметров напряженно-деформированного состояния конструктивной системы многоэтажного жилого дома после реконструкции;
алгоритм формирования состава мероприятий и организационно-технологической последовательности проведения реконструкции жилого многоэтажного здания.
Методологическая основа диссертационного исследования.
В работе использован системный анализ, основанный на интеграции научных знаний, логического анализа и интерпретации информационных данных и практических результатов исследований, методы экспертных оценок, математические методы теории принятия решений в условиях многокритериального выбора, методология междисциплинарных исследований
Теоретическая и практическая значимость.
Основные выводы и результаты работы могут быть адаптированы к разработке проектных решений по реконструкции объектов жилого назначения, расположенных в аналогичных градостроительных и природно-климатических условиях.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, основных выводов (заключения), списка литературы из 56 наименований.
Объём работы: 93 страницы основного текста, 24 рисунка, 15 таблиц.
























ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Особенности конструктивных решений многоэтажных жилых зданий.
В нормативных документах [41,42] приведены определения терминов «конструктивная система», «строительная система», «конструктивное решение» для объектов строительства различного функционального назначения.
В соответствии с положениями данных нормативных документов «конструктивная система» здания ― это совокупность взаимосвязанных несущих конструктивных элементов, которые необходимы для обеспечения его (здания) прочности, устойчивости и необходимого уровня эффективности и безопасности эксплуатации.
«Строительная система» здания ― это характеристика строительного объекта, определяемая видами строительных материалов и конструкций, которые наиболее широко используются при формировании соответствующей конструктивной системой, а также технологией возведения основных несущих и ограждающих конструкций.
Конструктивная и строительная система вместе формируют конструктивное решение, которое в конечном итоге и определяет фактический архитектурный образ и/или функциональное назначение объекта строительства в составе окружающей среды [14,17].
Принятое в процессе проектирования конструктивное решение характеризуется показателями технической (строительной) целесообразности, функциональности, экономичности, прочности и надежности [2,6,8].
Основной особенностью, отличающей жилое образование (здание или комплекс) от строительных объектов иного функционального назначения, является наличие в его составе определенного количества структурных единиц – квартир. Основные признаки и виды жилых зданий отталкиваются именно от количества квартир и способов их пространственной организации во внутреннем объеме здания.
Строительные объекты жилого назначения (жилые комплексы) классифицируются по следующим признакам [14,43,44,49]:
по времени и характеру проживания:
постоянные;
временные;
сезонные;
количеству и способу организации квартир:
одноквартирные;
двухквартирные;
многоквартирные (включая и блокированные);
односекционные;
многосекционные;
коридорные;
галерейные;
многоуровневые (включая двух и трехуровневые квартиры);
по этажности:
малоэтажные (одноэтажные, мансардные, двухэтажные, трехэтажные);
среднеэтажные (четырехэтажные и пятиэтажные);
многоэтажные (от шести до шестнадцати этажей включительно);
высотные (более шестнадцати этажей).
по конструктивному решению:
каркасные;
панельные;
каркасно-панельные;
объемно-блочные;
бескаркасные крупноблочные (стеновые, из блоков многорядной и двухрядной разрезки);
бескаркасные, из штучных материалов для ручной кладки (стеновые, из кирпича и малых блоков из местных строительных материалов);
сборные, индустриального изготовления;
монолитные, из элементов, изготавливаемых в условиях строительной площадки;
сборно-монолитные.
по материалам для ограждающих конструкций: из дерева, газобетона, железобетона (сборного и монолитного), металла, силикатных материалов, кирпича и других видов керамики, различных видов местных строительных материалов.
Для строительных объектов жилого назначения является допустимым комбинированное применение на одном объекте строительства различных конструктивных элементов и материалов, в зависимости от конкретных географических, природно-климатических и инженерно-геологических условий расположения [17,20,36,39,45].
Использование конструктивных решений жилых многоэтажных (высотных) зданий из монолитного железобетона в настоящее время имеет распространенный характер (Рисунок 1.1).


а) каркасная система
б) бескаркасная система
Рисунок 1.1 ‒ Конструктивные решения высотных зданий из монолитного железобетона
Преимущества устройства жилого здания из монолитного бетона (по сравнению с вариантом применения сборных железобетонных конструкций) становятся очевидными в тех случаях, когда рассматриваются местные условия строительства с низким уровнем доступности и обеспечения сборными железобетонными конструкциями или уникальные объекты строительства, в которых предусматривается сложный формат конструктивной и/или строительной системы [27,33,42].
Широкому распространению монолитного железобетона, как строительного материала, используемого для формирования конструктивных элементов (систем) типовых и уникальных объектов строительства, способствуют его преимущества [1,10,42]:
высокая прочность;
гигиеничность и экологическая безопасность;
долговечность;
сопротивляемость воздействиям разнообразных атмосферных факторов;
высокие показатели огнестойкости;
низкие эксплуатационные расходы;
возможность изготовления конструктивных элементов из местных строительных материалов.
Вместе с преимуществами железобетон характеризуется определенными недостатками [1,10,52]:
значительный собственный вес конструкции, который является следствием высокой плотности материалов: бетона и стальной арматуры;
слабая прочность бетона на растяжение ― для большинства несущих конструкций прочность бетона на растяжение не учитывается при расчетах параметров напряженно-деформированного состояния;
формирование и раскрытие трещин в растянутой зоне поперечного сечения железобетонной конструкции;
значительные трудовые затраты, которые приходятся на технико-экономический показатель вида: стоимость и затраты на один кубический метр строительной железобетонной конструкции «в деле»;
расположенность железобетонных к воздействиям агрессивных сред (в особенности грунтового основания), биологическим и механическим повреждениям;
чувствительность к температурным воздействиям, в особенности, низких температур.
Для снижения и/или устранения отмеченных недостатков на практике применяется ряд технологических и конструктивных мероприятий: снижение собственного веса за счет применения легких бетонов, конструирование несущих элементов таким образом, чтобы исключить наличие бетона в растянутой зоне поперечного сечения; применение инвентарных типов опалубки, предусматривающих её многократное применение; термическая обработка уложенной (в опалубочную форму) бетонной смеси, с целью ускорения её схватывания и последующего твердения.

1.2. Проблема потери функционального качества объектов капитального строительства
Архитектурной (строительной) продукцией являются искусственные предметы материального мира в формате зданий и сооружений различного функционального назначения. Истоки архитектурных представлений о гармоничности и качестве искусственной (жилой) среды берут своё начало от религиозных и философских мировоззрений, но, одновременно с развитием информационных и технологических возможностей человечества архитектурная деятельность из формы абстрактных размышлений переходит в категорию практических способов решения прикладных (пространственно-средовых) задач.
Каждая архитектурная система предполагает наличие в ней определенных структурных элементов и групп, образующих такую совокупность устойчивых связей, которая обеспечивают его целостность и сохранение установленного свойства при внешних и внутренних воздействиях. Установленный порядок организации взаимодействия между структурными элементами определяет решение качества жилой среды: функциональной организации пространства; гармонии и эстетики формы архитектурного объекта.
Текущее понимание качества и эффективности функционирования архитектурного объекта (как самостоятельной градостроительной единицы, так и архитектурного ансамбля в составе городской среды) исходит из свойства его комплексности, объединяющей проблемы структурно-функционального, художественно-эстетического и социального характера.
Качество продукции строительной отрасли представляет собой сочетание объективно присущих продукции свойств и характеристик, уровень которых формируется при создании продукции с целью удовлетворения существующих потребностей и поддерживается в течение установленного жизненного цикла [5,7,54].
Качество жилых зданий характеризуется совокупностью отдельных потребительских и функциональных особенностей, включающих особенности состояния отдельных конструктивных элементов, конструктивных частей и архитектурной (конструктивной) системы в целом.
Формирование потребительского качества строительной продукции (включая строительные объекты жилого назначения) подразумевает решение следующих основных задач [22,54]:
соответствию установленных признаков и показателей архитектурных объектов жилищного строительства функциональному назначению;
обеспечению безопасности процессов возведения и эксплуатации зданий и сооружений любого назначения и технологической сложности;
обеспечению установленных показателей комфорта и безопасности процессов жизнедеятельности и функционально-технологических процессов;
обеспечению надежности и функциональной эффективности конструктивных элементов архитектурных (строительных) систем, инженерных сетей и технологического оборудования;
рационального использования материально-технических, природных, трудовых, энергетических ресурсов, необходимых для возведения и последующего функционирования законченных строительством объектов;
обоснования экономических категорий и ценообразования по отношению к строительной продукции различного функционально-технологического назначения;
формирования необходимых условий для взаимодействия участников инвестиционной деятельности в области разработки решений и формирования строительной продукции;
минимизации уровня экологического воздействия и устойчивости окружающей среды на подготовительном, основном и заключительном этапах строительного производства при возведении и последующего функционирования архитектурных объектов.
Показатель качества строительной продукции ― это количественная характеристика одного или нескольких свойств жилого образования, входящих в его качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям ее создания, эксплуатации или потребления.
Главной характеристикой эффективности и устойчивости функционирования всё чаще признаётся уровень безопасности и комфорта жилой среды, определяемый способом организации и поддержания функционального состояния структурных элементов, формирующих внутреннее пространство архитектурного объекта [9,31,48].
В самом общем виде безопасность подразумевает свойство строительного объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров функционального качества, характеризующих способность жилого образования выполнять установленные процессы жизнедеятельности.
Комплексное свойство «безопасность» предполагает широкий спектр разнообразных требований к функциональному качеству жилых образований в соответствии с их конструктивными особенностями:
требования конструкционной безопасности;
требования пожарной безопасности;
требования гигиенической безопасности;
требования экологической безопасности;
требования комфорта и психологической безопасти.
В Таблице 1.1 представлены качественные характеристики и описания категорий возможных состояний (уровней функционального качества и безопасности) строительной продукции.
Таблица 1.1 − Характеристика функционального качества (уровней комфорта и безопасности) строительной продукции.
Состояние (уровень)
Название состояния (уровня)
Обобщенная характеристика состояния (уровня)
Показатель физического износа, (ориенти-ровочно),
%
Состояние 1
(уровень 1)
исправное (безопасный)
конструктивная система (элемент) полностью соответствует проектным параметрам и режимам эксплуатации
0÷3
Состояние 2
(уровень 2)
ограниченно исправное
(ограниченно безопасный)
конструктивная система (элемент) частично не соответствует проектным параметрам, но соответствует режимам эксплуатации
4÷12
Состояние 3
(уровень 3)
работоспособное
(небезопасный)
конструктивная система (элемент) практически полностью не соответствует проектным параметрам, но соответствует хотя бы одному режиму эксплуатации
13÷38
Состояние 4
(уровень 4)
ограниченно работоспособное
(аварийный)
конструктивная система (элемент) практически полностью не соответствует проектным параметрам, а единственный режим эксплуатации допускается с ограничениями
39÷60
Состояние 5
(уровень 5)
неработоспособное
(катастрофический)
конструктивная система (элемент) полностью не соответствует проектным параметрам, требуется немедленный останов любого из режимов эксплуатации
61÷100
Выбор и/или обоснование показателей безопасности конструктивного решения и уровня состояния жилой среды производится на основании научного знания, с учётом технологических, экономических и социальных факторов.
1.3. Особенности возникновения дефектов и повреждений конструктивных элементов на различных этапах жизненного цикла строительной продукции
Жизненный цикл строительной продукции (включая объекты жилого назначения) представляется в виде иерархической, строго ориентированной структуры (Рисунок 1.2) [19,24].

Рисунок 1.2  Жизненный цикл строительного объекта жилого назначения
обязательные периоды; возможные периоды
Одной из особенностей жизненного цикла строительного объекта является то обстоятельство, что эффективность каждого последующего этапа (периода) определяется качеством организационно-технологических решений, реализованных на предыдущем периоде.
Так, например, показатели эффективности эксплуатации жилого здания (например, до первого планового ремонта) характеризуются качеством принятия и практической реализации решений на этапах «проектирование» и «возведение» жизненного цикла строительного объекта.
Качество строительной продукции жилого назначения (эффективность принятых и реализованных конструктивных решений) можно адекватно оценить только по окончании всех, но, прежде всего, обязательных периодов жизненного цикла.
Возможный этап (период) «Реконструкция» характеризует технические, экономические и социальные возможности по повышению (восстановлению) утраченного или недостаточного качества, как отдельных строительных объектов, так и территорий жилых образований городской среды (Рисунок 1.3).


а) исходное состояние
б) состояние завершения реконструкции
Рисунок 1.3 ‒ Проектные решения по реконструкции жилого дома (г. Санкт-Петербург, улица Торжковская,16 [32]) и их реализация без отселения жителей
Реконструкция строительных объектов жилого фонда рассматривается, как один из возможных способов достижения установленного, необходимого или перспективного качества (комфорта и безопасности проживания) жилой среды. Определение условий, необходимых и/или достаточных для проведения реконструкции жилых образований в некоторой, сложившейся градостроительной ситуации представляется сложной многофакторной задачей [13,38].
Невыполнение, несоблюдение или превышение установленных (допускаемых) условий эксплуатации и/или процессов жизнедеятельности на строительных объектах жилого назначения (способных привести к возникновению или проявлению скрытых и/или явных дефектов, характерных для этапа эксплуатации жизненного цикла) могут носить системный и/или случайный характер и выражаются в виде:
нарушения установленных правил и регламентов технической эксплуатации строительных конструкций и условий жизнедеятельности;
приложения силовых (механических), температурных нагрузок, воздействий агрессивных сред, не предусмотренных проектными условиями по эксплуатации строительных конструкций;
нарушения показателей влажностного режима помещений жилого и нежилого назначения;
формирования условий для избыточного насыщения влагой несущих и ограждающих конструктивных элементов;
формирования недопустимых показателей состава вредности и агрессивности среды (внутреннего пространства);
проведения мероприятий (при ремонтах и реконструкции), связанных с изменением исходной (после изготовления и возведения) конструкционной и пространственной целостности (например, вырезы и подвесы при прокладке новых или замене существующих элементов инженерных сетей и оборудования);
ошибок и неточностей, допущенных при выполнении комплекса мероприятий по усилению несущих конструкций;
изменения исходной (проектной) расчётной схемы функционирования несущих конструктивных элементов (строительных конструкций).
формирования признаков коррозионного и биологического повреждения несущих и ограждающих конструкций;
нарушения состава и качества нанесения и/или отсутствия защитных и отделочных слоев.
Снижение функциональной эффективности (в формате дефектов и повреждений) конструктивных элементов являются последствиями проявлений соответствующих аварийных факторов: ошибок, отклонений и неправильных действий при проектировании, изготовлении и эксплуатации конструктивных элементов и инженерных систем жилого дома (Рисунок 1.4).