Omówienie istotnych problemów i uwarunkowań występujących przy rozbudowie, przebudowie i nadbudowie istniejących budynków szpitalnych. Zagadnienia projektowe i wykonawcze.
Tematy dotyczące konstrukcji nowo projektowanych budynków szpitalnych zwykle nie wykraczają poza zakres prac charakterystycznych dla budynków użyteczności publicznej. Skala trudności projektowania i wykonywania konstrukcji takich budynków zbliżona jest do zakresu wymaganego np. dla budynków akademickich. W przypadku budynków nowo projektowanych właściwe zaprojektowanie konstrukcji budynku wymaga bieżącej, ścisłej współpracy projektanta konstruktora z prowadzącym projekt architektem i instalatorami. Zwykle występują tu różne utrudnienia wynikające z coraz śmielszych pomysłów architektonicznych, ale są one sprawnie pokonywane – w zależności od doświadczenia i umiejętności projektantów. Myślę, że znacznie bardziej interesujące dla czytelników będzie omówienie istotnych problemów i uwarunkowań występujących przy rozbudowie, przebudowie i nadbudowie istniejących budynków szpitalnych. Chciałem zawrzeć kilka uwag łączących zagadnienia projektowe i wykonawcze, tekst napisany jest bowiem z punktu widzenia osoby będącej zarówno projektantem, jak i inspektorem nadzoru inwestorskiego, co pozwala na całościowe podsumowanie takich problemów.
Fot. 1. Ogólny widok budynku szpitala z wysokim poddaszem nieużytkowym
Podstawowe występujące w tych przypadkach tematy to: wykorzystywanie istniejących poddaszy budynków, nadbudowa istniejących budynków i generalne remonty obiektów połączone z usuwaniem istniejących elementów konstrukcyjnych. Takie przypadki to obecnie większość inwestycji szpitalnych – szpitale starają się do maksimum wykorzystać istniejącą infrastrukturę i dostosować posiadane budynki do zmieniających się wymagań technologicznych i przepisów różnego rodzaju – przeciwpożarowych, sanitarnych, BHP. W ostatnich latach uczestniczyłem w adaptacji kilku poddaszy na pomieszczenia oddziałów szpitalnych. Poddasza te były typowymi, nieużytkowymi poddaszami z drewnianymi, stromymi dachami. Dotąd poddasza te nie były wykorzystywane i stały bezużyteczne lub znajdowały się tam pomieszczenia techniczne: elementy instalacji centralnego ogrzewania, wentylacji. Zwykle obiekty takie znajdują się pod nadzorem konserwatora zabytków, co ogranicza możliwości przebudowy i wprowadza sporo ograniczeń w procesie przebudowy i adaptacji pomieszczeń. Często są to poddasza o imponującej kubaturze i wysokości w kalenicy dochodzącej do 8 m, z odpowiednio dużą konstrukcją drewnianą. Dla ilustracji kilka zdjęć poddasza w poznańskim szpitalu przy ulicy Polnej, który niedługo będzie przebudowany i zaadaptowany na oddział łóżkowy.
Jednym z podstawowych problemów, które wywołują zdziwienie i irytację służb inwestycyjnych szpitali, jest fakt, że istniejąca drewniana więźba dachowa, od wielu lat spełniająca dobrze swoją funkcję, nagle w procesie projektowania okazuje się więźbą zbyt słabą, wymagającą wzmocnień. Wpływa na to kilka czynników: zmiana norm dotyczących obciążenia dachów, normowe ograniczenie ugięć elementów drewnianych więźby dachowej, dociążanie dachu warstwami izolacyjnymi niezbędnymi dla ognioodpornego i dobrze ocieplonego stropodachu. Po katastrofie hali wystawowej w Katowicach wprowadzono zmiany w normach określających obciążenie elementów budynku śniegiem. Zmiany te mogą powodować, że teoretyczne obliczenia wykazują konieczność wzmocnienia więźby dachu, mimo że stan techniczny tej konstrukcji jest dobry. Ponadto zwykle więźba taka jest dociążana dość sporą masą płyt gipsowych ognioodpornych, które są niezbędne do zapewnienia stosownej klasy ognioodporności konstrukcji dachu. W zależności od sposobu wykonstruowania istniejącej więźby drewnianej dachu może to spowodować konieczność wzmocnienia konstrukcji dachu.
Fot. 2, 3, 4, 5. Widok poddasza o imponujących wymiarach – wysokość w kalenicy do 8 m
Moje doświadczenia wskazują, że takie istniejące drewniane konstrukcje dachowe warto wzmacniać, a nie wymieniać na całkowicie nowe.
Powodem takiego podejścia do problemu jest fakt zdecydowanie łatwiejszego zabezpieczenia dachu i budynku przed zalaniem opadami atmosferycznymi w trakcie remontu niż całkowita wymiana więźby dachowej. Wydaje się, że w tym przypadku konieczność zabezpieczenia niżej położonych kondygnacji jest priorytetem i nawet w sytuacji, gdy łatwiejsza jest całkowita wymiana takiej więźby dachowej, należy dążyć do zachowania istniejącej więźby dachowej i jej wzmocnienia i zabezpieczenia. Ponadto częstym przypadkiem są wymagania konserwatorów zabytków dotyczące zachowania istniejącej więźby dachowej.
Chciałem zwrócić uwagę na konieczność wprowadzania do zakresów opracowań projektowych dodatkowych ekspertyz – ekspertyz mykologicznych. Wydaje się, że w przypadku wykorzystywania poddaszy z drewnianą, starą więźbą dachową ekspertyza mykologa powinna być obowiązkowa i wymagana jako obowiązkowa w zakresie zamówienia projektowego. W istniejących starych więźbach dachowych często występują szkodniki – owady drewna i różnego rodzaju grzyby.
Problemy nawarstwiają się szczególnie wtedy, gdy dach był wielokrotnie zalewany – np. przez uszkodzone opierzenia czy nieszczelną dachówkę. Uszkodzenia od owadów drewna i grzybów występują wtedy często w trudno dostępnych miejscach: miejscach zasłoniętych, miejscach podpór belek drewnianych, w dolnych partiach ścian – wszędzie tam gdzie koncentruje się wilgoć pochodząca z przecieków.
Fot. 6, 7. Kominy wentylacyjne na poddaszu
Dysponujemy obecnie sporą paletą środków do impregnacji i odgrzybiania konstrukcji drewnianych. Wykonywanie odgrzybienia elementów więźby drewnianej udaje się jednak tylko wtedy, gdy zachowane będą reżimy technologiczne, opisane w ekspertyzie technologicznej i zaleceniach producenta środków ochrony drewna. Praktyka wskazuje na występujące często próby skracania zalecanych okresów utrzymywania na drewnie środków ochronnych, co powoduje, że skuteczność działania takich środków jest mniejsza niż powinna. Na przykład stosowane owijanie folią drewna nasączonego środkami grzybobójczymi – co ma na celu zapewnienie ich prawidłowego działania i usunięcia wszystkich grzybów i owadów – zalecane jest na dwa tygodnie. Niestety, rzadko spotyka się taką sytuację, gdyż pośpiech i permanentne opóźnienia harmonogramów prac remontowych powodują nagminne skracanie czasu poświęcanego na impregnację i odgrzybianie. Zwracam na to uwagę, gdyż takie pozorne przyspieszanie harmonogramu może spowodować skutki w postaci nawrotu zagrzybienia lub obecności owadów drewna. Jest to później trudno wykrywalne, gdyż elementy drewniane dachu zwykle obudowuje się płytami gipsowo-kartonowymi, a koszty usunięcia takiego błędu są bardzo wysokie.
Rys. 1. Lampa dla sal operacyjnych – masa dochodzi do 200 kg
Rys. 2. Kolumna dla aparatury – masy kolumn dochodzą do 450 kg
Istnieje jeszcze jedno niebezpieczeństwo w przypadku remontów poddaszy. Jest to problem usunięcia oparów technologicznych i wentylacyjnych, oddziaływających przez wiele lat na konstrukcję drewnianą dachu. Wynika to z faktu, że budowane kilkadziesiąt lat temu budynki z poddaszami nieużytkowymi o dużej kubaturze wyposażano w wiele kominów wentylacyjnych, wyprowadzanych w przestrzeń poddasza, a nie ponad połać dachu.
Dopóki dotyczyło to tylko ogólnej wentylacji pokoi łóżkowych, dopóty w połączeniu z wentylowaniem poddaszy i nieszczelnymi pokryciami z dachówki nie stanowiło to większego problemu. Problemy się pojawiły, gdy okazywało się, że do istniejących kanałów wentylacyjnych podłączano wyciągi z laboratoriów, a szczególnie z dygestoriów sytuowanych w laboratoriach. Ponadto w ramach remontów wykonywano dodatkowe sanitariaty, a wentylacje z sanitariatów również były wyprowadzane w przestrzeń poddaszy. W rezultacie różnego rodzaju wyziewy i substancje chemiczne oddziaływały na konstrukcję drewnianą. Ze względu na wieloletni okres takiego oddziaływania oraz ilość, zmieniających się przez lata, oddziaływających substancji chemicznych trudno jest precyzyjnie ustalić sposób usuwania tego rodzaju zanieczyszczeń. W rezultacie w trakcie badań mykologicznych występują w próbkach drewna: grzyby, roztocza, owady drewna oraz śladowe (lub nie tylko śladowe) ilości różnych substancji chemicznych. W wieloletnim okresie użytkowania budynku takie substancje zmieniały się wielokrotnie – w zależności od potrzeb i technologii. Część tych związków wyszła z użycia, niektóre odkładając się w drewnie konstrukcyjnym, wchodziły w reakcje z innymi, tworząc jeszcze inne związki w drewnie konstrukcyjnym. Problem jest trudny do zbadania, w grę wchodzi wiele związków chemicznych, a dodatkowo związki powstałe z ich wzajemnego oddziaływania oraz zanieczyszczenia zawarte w powietrzu wentylacyjnym z sanitariatów. Jak dotąd, w przypadkach, z którymi się zetknąłem, dzięki stosowaniu dużego zakresu preparatów grzybobójczych i impregnacyjnych udało się wyeliminować istniejące zanieczyszczenia z drewna konstrukcyjnego.
Należy jednak w takich przypadkach w trakcie inwestycji, po wykonaniu podstawowych prac impregnacyjnych i odgrzybieniowych drewna, wykonać ekspertyzę składu chemicznego powietrza w pomieszczeniu adaptowanego poddasza. Badanie takie musi potwierdzić możliwość wykorzystywania poddasza na cele zakładu opieki zdrowotnej lub też spowodować konieczność wykonania dodatkowych zabezpieczeń drewna. Przy tak dużej ilości odkładających się związków chemicznych i oddziaływaniu na te związki nowoczesnymi preparatami grzybobójczymi i owadobójczymi może dojść do niespodziewanych reakcji chemicznych i konieczności wykonania dodatkowych zabezpieczeń. Należy na to przewidzieć dodatkowy budżet, który niekoniecznie musi być wykorzystany – w większości przypadków problem jest rozwiązywany przez staranne wykonywanie prac odgrzybieniowych środkami o szerokim spektrum działania.
Praktyka wskazuje też na konieczność jak najszybszej wymiany desek podłogowych w remontowanych poddaszach na inne elementy – deski takie są zwykle miejscem, gdzie odkładają się związki chemiczne i zanieczyszczenia. Całkowicie należy też usuwać wszystkie elementy glinobitki – gliny wymieszanej z wiórami drewnianymi i piaskiem, wykorzystywanej kiedyś do ocieplania stropów drewnianych.
Pozwalam sobie tą drogą złożyć prośbę do czytelników – przedstawicieli działów technicznych szpitali – proszę o pilne wyprowadzenie takich kominów wentylacyjnych z poddaszy nieużytkowych ponad dach, aby nie zatruwać i nie uszkadzać elementów poddaszy, które – być może – niedługo mogą być adaptowane na cele oddziału szpitala.
W trakcie adaptacji pomieszczeń szpitalnych zdziwienie właścicieli i administratorów szpitali budzi też wzmacnianie stropów międzykondygnacyjnych pod i nad salami operacyjnymi. Wynika to z konieczności spełnienia wymagań co do wielkości obciążania stropów w salach operacyjnych – stropy te muszą przenosić ciężar własny stropów, ciężar ścianek działowych i obciążenie użytkowe, które dla sal operacyjnych określono normowo na poziomie 350 kg/m2. Większość istniejących stropów w pomieszczeniach wykorzystywanych dotąd na cele inne niż sale operacyjne ma nośność niższą niż określone dla sal operacyjnych – zazwyczaj stropy takie przenoszą obciążenie użytkowe na poziomie 200–250 kg/m2. Takie wzmocnienia wywołują często zdziwienie służb technicznych w szpitalach, stąd moja wzmianka o tym problemie.
Rys. 3. Sposób montażu kolumn w stropach
Od niedawna pojawia się także konieczność wykonywania wzmocnień konstrukcji stropów również ponad pomieszczeniami sal operacyjnych. Przyczyną tego jest masa i sposób wykonania nowoczesnych zestawów lamp bezcieniowych w salach operacyjnych oraz kolumn anestezjologicznych i kolumn dla innej aparatury. Tego rodzaju urządzenia mają masę około 400–450 kg, a ponadto posiadają ramiona o wysięgu do 2,5–3 m.
Elementy stropu są w tych wypadkach obciążane nie tylko siłami pionowymi, ale są też silnie skręcane: masa 450 kg, oddziaływająca na ramieniu np. 2,5 m, powoduje powstawanie dużych sił skręcających belki stropowe. W rezultacie stropy nad salami operacyjnymi muszą być wzmacniane dla przeniesienia tak dużych obciążeń. Praktyka pokazuje, że najlepszym sposobem wzmacniania takich stropów jest wykonywanie sztywnych, żelbetowych płyt stropowych, dobrze radzących sobie ze skręcaniem i zginaniem.
Problemem w czasie remontów jest wtedy fakt, że dla takiego wzmocnienia stropu należy wykonać również remont pomieszczeń zlokalizowanych ponad salą operacyjną, gdyż po wymianie fragmentu stropu pomieszczenie takie wymaga zwykle czegoś więcej niż tylko odmalowania i wykonania warstw posadzkowych. Innym powodem konieczności wzmocnień stropów są niezbędne w obecnych wymaganiach zespoły zasilaczy UPS. Masa takiego zespołu zasilaczy może wynosić nawet powyżej 1000 kg, a urządzenia zajmują wtedy powierzchnię tylko 2 m2. Zwykle najlepszym rozwiązaniem jest wykonanie fragmentu stropu pod zasilacze UPS jako żelbetowego monolitycznego. Montaż stalowych belek zwykle jest przedsięwzięciem droższym, wymagają one bowiem obudowy elementami ochrony przeciwpożarowej stropów.
Oddzielnym zagadnieniem jest nadbudowa istniejących budynków. Dotyczy to zwykle obiektów z płaskimi dachami, kilkukondygnacyjnych. Ilość problemów powstających przy tego rodzaju inwestycji jest zwykle większa, niż właścicielowi obiektu mogłoby się wydawać. Poza problemem z nośnością fundamentów, słupów i ścian w niektórych wypadkach zmieniamy kategorię wysokości budynku – z niskiego na średniowysoki lub ze średniowysokiego na wysoki.
Rezultatem są wtedy kosztowne zmiany wynikające z konieczności dostosowania obiektu do wymagań ochrony przeciwpożarowej dla innego rodzaju budynku, zmiana odporności ogniowej poszczególnych elementów budynku, podział na strefy pożarowe. W skrajnych sytuacjach może to powodować olbrzymie koszty inwestycji – warto więc zadać sobie pytanie na samym początku cyklu inwestycyjnego, czy nadbudowa w rezultacie nie będzie bardzo drogim przedsięwzięciem. Wydaje się, że wydanie kilkuset złotych na opracowanie z zakresu ochrony przeciwpożarowej budynku i ewentualnych następstw podwyższenia budynku o jedną kondygnację jest niezbędne dla uniknięcia rozczarowania i zdziwienia kosztami inwestycji określonymi w kosztorysie. Warto się wtedy zastanowić, czy nadbudowa istniejącego budynku jest rozwiązaniem optymalnym, czy też nie należałoby poszukać innego rozwiązania inwestycyjnego.
Fot. 8. Sposób montażu kolumn w stropach
W przypadku nadbudowy budynków niezbędne jest sprawdzenie stanu technicznego i szerokości istniejących fundamentów budynku. Niezbędne jest także wykonanie nowych badań hydrogeologicznych terenu. Sprawdzenie wielkości i stanu technicznego istniejących fundamentów wydaje się dla wszystkich czynnością oczywistą, nie dla wszystkich zrozumiała jest za to konieczność wykonania nowych badań geologicznych. Tymczasem często występują sytuacje, gdy na skutek inwestycji dokonywanych w okolicy następuje podwyższenie poziomu wód gruntowych pod budynkiem podlegającym nadbudowie. Najczęstszą przyczyną tego jest uszkodzenie lub zniszczenie istniejących tam wcześniej instalacji melioracyjnych. W trakcie budowy nowych obiektów w okolicy zdarzają się takie sytuacje, niestety kierownicy budów często nie reagują na takie problemy i nie naprawiają uszkodzonych drenaży melioracyjnych. W efekcie następuje często podniesienie poziomu wód gruntowych, a parametry gruntu ulegają zmianie – zwykle jest to pogorszenie nośności gruntu na skutek występowania wody gruntowej na wyższym niż kiedyś poziomie. Może to spowodować konieczność wykonywania wzmocnień fundamentów w trakcie remontu i nadbudowy, gdyż istniejący zapas nośności fundamentów został „skonsumowany” przez pogorszenie parametrów nośności gruntu w obrębie posadowienia budynku. Warto też uczulić inspektorów nadzoru inwestorskiego na opisany tu problem i w czasie prac przy nowo wznoszonych obiektach zwracać uwagę na uszkodzenia sieci melioracyjnych.
Często istniejące stare melioracje występują w gruntach gliniastych w postaci pasemek piasku, tyle tylko pozostaje ze starych, zniszczonych rurek melioracyjnych wykonanych z gliny. Praktyka pokazuje jednak, że nawet takie pozostałości melioracji nieźle spełniają swoją funkcję, a ich uszkodzenie powoduje zmiany w stosunkach wodnych na najbliższym obszarze. Zdarza się też, że jeszcze w czasie trwania inwestycji nagle w okolicy wzrasta poziom wód gruntowych. Zmiany takie potrafią być naprawdę duże, zetknąłem się ze zmianą poziomu wód gruntowych o ok. 80 cm po wykonaniu nowego budynku na sąsiadującej działce. Zmiany ustąpiły po naprawieniu instalacji melioracyjnej w rejonie inwestycji. Stare instalacje melioracyjne są czasami nieoznaczone na aktualnych mapach i problem pojawia się dopiero w trakcie prac budowlanych. Zalecam jednak staranne przyjrzenie się wtedy temu problemowi, a nie działanie metodą jakoś to będzie.
Podczas prac nadbudowywania, gdy wykorzystujemy istniejące fundamenty, zdarzają się przypadki pozornego przeciążenia istniejących ław fundamentowych. W ciągu ostatnich czterech lat zdarzyło mi się aż trzykrotnie być wzywanym na budowy, gdy wszystkie symptomy wskazywały na uszkodzenie fundamentów przez przeciążenie fundamentów budynku podczas nadbudowy lub remontu. Na ścianach występowały charakterystyczne zarysowania wskazujące na przeciążenie i nadmierne osiadanie części ław fundamentowych. We wszystkich tych przypadkach stwierdziłem występowanie wody w poziomie posadowienia, i to w dużych ilościach. Wykonane badania wody wskazywały, że są to wody z sieci miejskiej, a nie wody gruntowe. Badanie takie jest bardzo proste, sprawdzenie pH jest do wykonania w podręcznych zestawach do badania wody w kotłowniach.
We wszystkich tych przypadkach powodem awarii były stare, nieużywane już rury wodociągowe, które nie zostały usunięte, lecz jedynie zabezpieczone korkiem i pozostawione w gruncie. Uszkodzenie i skorodowanie rur, o których istnieniu nikt nie wiedział, było przyczyną awarii. Znaczna ilość wody wypływająca z takich rur powoduje wypłukiwanie gruntu spod fragmentów fundamentów i ich nadmierne osiadanie. Stosunkowo proste jest wtedy usunięcie problemu: odcięcie rury, naprawa fundamentu. Trudne bywa znalezienie przyczyny problemu. Oczywiście pierwszym podejrzanym jest w takich okolicznościach projektant i do niego należy znalezienie przyczyny uszkodzeń. Wniosek z tego wypływający dla służb inwestycyjnych i działów technicznych: należy zachowywać stare mapy i nawet resztki uszkodzonych, starych dokumentacji, gdyż właśnie tam można znaleźć informacje o takich starych, zapomnianych elementach infrastruktury. Znacznie ułatwia to poszukiwania rozwiązania problemu.
Przedstawione powyżej zagadnienia są oczywiście tylko przykładami problemów występujących podczas projektowania i realizacji inwestycji polegających na nadbudowie obiektów służby zdrowia.
Zachęcam czytelników do podzielenia się swoimi uwagami na te i podobne tematy,gdyż opis nowych problemów i potwierdzonych w praktyce sposobów ich rozwiązywania może być dużą pomocą dla projektantów, kierowników budów i służb nadzoru budowlanego.
mgr inż. Mariusz Chmielewski
zdjęcia autora
Artykuł oparty na referacie prezentowanym na konferencji „Budownictwo szpitalne – aktualne trendy” (X/2010, Poznań)
