Исследования прочности кладки стен в здании Кадашевских бань Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 692.2

Д.Ю. ЖЕЛДАКОВ1, канд. техн. наук; А.А. ФРОЛОВ2, инженер технического надзора ([email protected]); С.Ю. ИВАНОВ3, главный инженер проекта ([email protected])

1 Научно-исследовательский институт строительной физики НИИСФ РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)

2 ООО «Проекттехстрой» (115230, Москва, Каширское ш., д. 7, корп. 1)

3 ООО «НПФ «Техноэко» (119296, Москва, пр. Вернадского, 5, корп. 1)

Исследования прочности кладки стен в здании Кадашевских бань

Проведено обследование кирпичных наружных несущих стен здания Кадашевских бань. Основное здание построено в 1905 году. Изучение архивных документов позволило установить функциональное назначение различных помещений, их внутреннюю и наружную отделку, что позволило более точно определить температурно-влажностный режим обследованных ограждающих конструкций. Получены данные распределения прочности кирпичей и раствора кладки по сечению наружных стен. На основании полученных результатов доказано, что прочность кирпичной кладки по сечению ограждающей конструкции здания может существенно изменяться. При этом минимальная прочность кладки по сечению не обязательно будет находиться на наружной поверхности ограждающей конструкции. На основании теории влагопереноса и данных метеорологических наблюдений дается научное обоснование полученных результатов.

Ключевые слова: кирпичная кладка, прочность, исследование, ограждающая конструкция.

D.Yu. ZHELDAKOV1, Candidate of Sciences (Engineering), A.A FROLOV2, Engineer ([email protected]), S.Yu. IVANOV3, Chief Engineer ([email protected])

1 Scientific-Research Institute of Building Physics of the Russian Academy architecture and construction sciences (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow,127238, Russian

2 OOO «Proekttehstroy» (7 build.1, Kashirskoe shosse, Moscow,115230 , Russian)

3 OOO NPF «Tehnoeco» (5 build.1, Vernadskogo avn., Moscow,119296 , Russian)

Study of Masonry Durability in the Kadashevski Baths Building

The examination of the brick exterior bearing walls of the Kadashevsky baths building , built in 1905. The study of archival documents has allowed to establish the functionality of the different rooms, their inner and outer finish, which allowed more accurately determine the temperature and humidity conditions surveyed walling. The data distribution of bricks and masonry strength solution of the cross section of the outer walls are given. Based on these results are proved that the strength of the masonry over the section of the building envelope can greatly vary. The minimum strength of masonry in the cross section will not necessarily be on the outer surface of the building envelope. Based on the theory of moisture and meteorological data provides a scientific basis of the results are obtained. Keywords: : masonry, strength, study, cladding.

Для проведения исследований прочности кирпичной кладки здание Кадашевских бань представляет большой интерес, в первую очередь связанный с проектированием и строительством данного исторического памятника архитектуры. Задачей исследования является определение прочности по сечению наружных стен здания. На основании изучения архивных источников [1—3] были установлены не только периоды строительства и функциональное назначение помещений, но также получены ссылки на внутреннюю и внешнюю отделку несущих наружных стен. Эти данные, безусловно, важны для анализа полученных результатов исследования.

Кадашевские бани расположены в историческом центре Москвы, в Замоскворечье, в южной части древней Кадашевской слободы. Основное здание было построено в 1905 г. по заказу личного почетного гражданина Ф.П. Кузнецова по проекту архитектора А.В. Эрихсона. При проектировании и строительстве основного здания бань в его состав вошел первоначальный объем двухэтажных амбаров, построенных в 1859 г. Имеются данные, что в 1892 г. в здании амбаров был сильный пожар, при котором помимо крыши и перекрытий серьезно пострадали наружные стены второго этажа, которые затем были отремонтированы и укреплены.

Несущие стены и фундаменты основного здания толщиной 950 мм выполнены из полнотелого красного кирпича 260x135x65 мм (по внутренней стене 260x120x65 мм, клеймо «БФ»). Главный северный кирпичный фасад здания и частично западный, выходящий на Кадашевский переулок, облицованы сохранившейся до наших дней плиткой размером 123x70x14 мм на цементном растворе под расшивку шва шириной 12 мм. Южный и частично западный фасады плиткой не облицовывались. Восточный фасад здания оштукатурен и окрашен масляной краской.

Удалось установить планировку и функциональное назначение помещений бань. Исторические планировки здания по проекту А.В. Эрихсона были укрупненные и свободные. В центральном объеме располагались основные залы женских и мужских отделений, включающие в себя раздевалки, помывочные и парные помещения. В здании бывшего амбара работали индивидуальные кабинеты. После 1917 г. планировка бань была несколько изменена. Отделку помещений на протяжении всего исторического периода проследить сложно, однако по сохранившимся фотографиям стены, полы и потолки интерьеров зашиты в несколько слоев различными отделочными материалами, характерными для второй половины XX в.

Кадашевские бани функционировали до начала 2000-х гг., только часть здания, где находились душевые, в 1970-х гг. была передана объединению «Разнобыт» под мастерские. Затем помещения бань занимали офисы и магазины. В 2006 г. в здании начались работы по приспособлению его под апартаменты (рис. 1).

fj научно-технический и производственный журнал

июнь 2016

Доклады VII Академических чтений «Техническое регулирование в строительстве. Актуальные вопросы строительной физики»_

350

300

250

200

150

100 50 0

- 4 О

_ о——- -------- 1 т>

- Ау О

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1111 1 1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Координата по сечению наружной стены, см Рис. 2. Прочность кирпича наружной стены толщиной 950 мм: 1 - парная 1; 2 - парная 2; 3 - раздевалка 1; 4 - раздевалка 2

Таким образом, здание Кадашевских бань можно назвать уникальным для обследования прочности несущих стен по следующим причинам:

— здание имеет разные годы постройки — 1859 г. для здания амбаров и 1905 г. для главного здания;

— здание имеет разную толщину наружных стен — 810 мм в здании бывшего амбара и 950 мм в главном здании;

— при эксплуатации помещения с различным функциональным назначением (раздевалка, мыльная, парная и т. д.) имели различный температурно-влажностный режим, характеризующийся высокой влажностью и повышенными температурами. Функциональное назначение помещений в здании нам известно;

— имеются точные сведения — внешней отделке наружных ограждающих стен здания.

При анализе результатов исследования необходимо учитывать следующие факты:

— пожар, а также капитальный ремонт наружных стен после пожара в здании амбара в 1892 г. Учитывая, что ремонт проводился 23 года спустя после пожара и другим владельцем, вполне возможно, что при ремонте использовались другие кирпичи;

— сведения о внутренней отделке наружных стен до середины ХХ века отсутствуют, более поздние носят не точный характер;

— в начале 2000-х гг. в здании располагалось большое количество мелких арендаторов, которые могли выполнять неучтенный ремонт помещений, в том числе и с внутренним и внешним ремонтом наружных стен. Например, имеются сведения, что часть стен западного фасада была зашита сайдингом.

Обследование проводилось ударным методом не-разрушающего контроля с помощью склерометра ОНИКС-2.5 (измеритель прочности ударно-импульсный ОНИКС-2 (модификация ОНИКС-2.5). Инструкция по применению ООО «СпецТехРесурс») [4, 5]. Авторами [6, 7] исследуется технологичность методов контроля прочности кладки ультразвуковыми приборами и плоскими домкратами. Однако, учитывая специфику исторического здания и его строительную готовность после капитального ремонта, был выбран ударный метод неразрушающего контроля прочности кирпича и раствора. Возможность определения прочности наружной стены по сечению была определена тем, что при реконструкции старые оконные рамы демонтировались, проемы несколько расширялись, а откосы частично шлифовались, что дало возможность проверить прочность кирпича и раствора кладки ударным методом, хотя и с некоторой допустимой ошибкой.

Некоторые из результатов обследования приведены на рис. 2—4. Точки, отмеченные на графиках, представленных на рис. 2, 3, показывают прочность кирпичей и являются средним арифметическим от пяти — десяти ударов, выполненных в одном сечении наружной стены, т. е. представляют результаты средней прочности не-

300

250

200

. 150

100

50

0

о

—о о--- 2 1

3

—

1 1 1 1 1 1 1 1 1111

5

10

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Координата по сечению наружной стены, см Рис. 3. Прочность кирпича наружной стены толщиной 810 мм. 1 - мыльная 1905 г.; 2 - парная 1859 г.; 3 - раздевалка 1859 г.

скольких кирпичей кладки. Прочность раствора рис. 4 в основном испытывалась в одной плоскости кладки, что позволило уменьшить ошибку от разнородности использованного при кладке раствора.

На рис. 2 представлены кривые распределения прочности кирпичей по сечению наружных стен главного здания, то есть эксплуатирующихся с 1905 г. и имеющих толщину 950 мм для помещений парных и раздевалок. На рис. 3 показаны кривые прочности кирпичей по сечению кладки для стен, построенных в 1859 и 1905 гг. В целом кривые носят одинаковый характер. На рис. 3 кривые обрываются на отметке 50—55 см, так как далее наружные стены при проведении обследования были зашиты керамической плиткой. Кривые распределения прочности раствора имеют несколько иной характер. В данном случае на графиках не даны точки прочности раствора на наружной и внутренних стенах, так как стены были отремонтированы и швы заполнены новым раствором. Если принимать во внимание фотографии наружных стен здания, то кривые распределения прочности раствора можно виртуально привести в «0» на расстоянии 2—5 см от наружной плоскости стены, так как по фотографиям видно полное выветривание раствора на данную глубину. Возможно проанализировать кривую 2 на рис. 4. Данная кривая носит пологий характер в области низких значений прочности. Это можно объяснить тем, что произошло падение прочности раствора по всему сечению наружной стены.

Необходимо отметить, что не все кривые распределения прочности, выполненные на основании результатов проведенного обследования, носят одинаковый характер, идентичный приведенным графикам. На некоторых графиках прочность по сечению стены практически не изменялась. Это объясняется в первую очередь невозможностью более тщательной подготовки поверхности при проведении обследований, укреплением стен в процессе текущего восстановления здания и другими неявными причинами, например более качественной изоляцией внутренней поверхности стен отделочными мате-

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 Координата по сечению наружной стены, см

Рис. 4. Прочность раствора наружной стены: 1 - парная 1859 г., 810 мм; 2 - раздевалка 1859 г., 810 мм; 3 - раздевалка 1905 г., 950 мм

научно-технический и производственный журнал

56 июнь 2016 № '

риалами. Основным выводом, который можно сделать на основании результатов проведенного обследования распределения прочности кладки по сечению наружных стен здания, является существование условия при которых прочность кирпичной кладки по сечению ограждающей конструкции здания может существенно изменяться. При этом минимальная прочность кладки по сечению не обязательно будет находиться на наружной поверхности ограждающей конструкции.

Изменение прочности ограждающей конструкции объясняется диффузией водяного пара через наружную ограждающую конструкцию, приводящей к ее увлажнению. Распределение влажности по сечению конструкции неравномерно, что было показано в [8, 9]. Действующим стандартом введено определение и регламентируется расчет плоскости максимального увлажнения в сечении ограждающей конструкции. Авторы [10] предлагают метод определения плоскости конденсации влаги в многослойной ограждающей конструкции с одномерным вла-гопереносом по механизму паропроницаемости и влаго-проводности при стационарных граничных условиях. Расчеты, выполненные по традиционным графическим методикам и по методикам с применением вычислительной техники, показывают, что зона максимального увлажнения в однослойных ограждающих конструкциях, как правило, располагается в первой трети сечения стены с наружной стороны, т. е. в той зоне, где температура ограждения достигает отрицательных значений.

С другой стороны, авторами проведен анализ колебания температуры наружного воздуха и сопоставлен с глубиной промерзания ограждающей конструкции. Глубина промерзания наружной ограждающей конструкции является функцией температуры наружного воздуха, общего сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, коэффициента теплопроводности и коэффициента теплоотдачи наружной ограждающей поверхности. На основании графиков колебания температуры наружного воздуха в январе 2015 и 1977 гг. в г. Москве был проведен анализ глубины промерзания

Список литературы

1. Архив Департамента культурного наследия города Москвы, кв. 402, № 1277/88; № 748/07, кв. 69.

2. ЦАНТД, Якиманская часть, № 234/170, 174, 184, ед. хр. 2, 5, 6, 12, 13.

3. ЦИАМ, ф.179, оп.62, д. 17844; ф. 46, оп. , д. 6145; ф. 171, оп.1, д. 1176.

4. Рекомендации по обследованию и оценке технического состояния крупнопанельных и каменных зданий. М.: ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. 1988. 36 с.

5. Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. М.: АО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ». 2004.

6. Зубанов С.В., Ткачев Е.В. Определение прочности силикатного кирпича и кладки неразрушающими методами контроля // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2013. № 3 (11). С. 90-96.

7. Зубков С.В., Улыбин А.В., Федотов С.Д. Исследование механических свойств кирпичной кладки методом плоских домкратов // Инженерно-строительный журнал. № 8. 2015. С. 20-29.

8. Фокин К.Ф. Строительная теплофизика ограждающих частей зданий. М.: АВОК-пресс, 2006. 256 с.

9. Гагарин В.Г. Теория состояния и переноса влаги в строительных материалах и теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий. Дисс. ... д-ра техн. наук. М. 2000. 396 с.

10. Гагарин В.Г., Зубарев К.П., Козлов В.В. Определение зоны наибольшего увлажнения в стенах с фасадными теплоизоляционными композиционными системами с наружными штукатурными слоями // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 1 (54). С. 125-132.

Глубина промерзания кладки, см Количество циклов замораживания-оттаивания, январь 1977 г. Количество циклов замораживания-оттаивания, январь 2015 г.

0-5 0 7

5-10 0 5

10-15 3 5

15-20 6 4

20-25 6 4

25-30 6 4

30-35 4 2

35-40 3 1

40-45 1 0

кирпичной наружной стены здания толщиной 640 мм. Количество циклов замораживания-оттаивания кладки на различной глубине приведено в таблице.

Из таблицы видно, что максимум циклов замораживания-оттаивания не всегда приходится на наружную поверхность ограждающей конструкции: если в январе 2015 г. количество циклов замораживания-оттаивания на поверхности кладки было действительно максимальным, то в январе 1977 г. ситуация была кардинально другой: на поверхности кладки и на глубине 50 мм за весь месяц не произошло ни одного цикла замораживания-оттаивания, тогда как на глубине от 150 до 250 мм таких циклов произошло шесть. Это показывает, что зона внутри ограждающей конструкции может находиться в более жестких температурных условиях, чем поверхность стены.

Наличие зоны максимального увлажнения кладки в области отрицательной температуры, а также режим замораживания-оттаивания с количеством циклов внутри ограждающей конструкции большим, чем на поверхности, дает объяснение неравномерному снижению прочности наружной ограждающей конструкции по сечению.

References

1. Archive of Department of cultural heritage of the city of Moscow, quarter 402, No. 1277/88; No. 748/07, quarter 69.

2. TsANTD, Yakimanskayachast', No. 234/170, 174, 184, ed. khr. 2, 5, 6, 12, 13.

3. TsIAM, f. 179, op. 62, d. 17844; f. 46, op. 7, d. 6145; f. 171, op. 1, d. 1176.

4. Recommendations about inspection and assessment of technical condition of large-panel and stone buildings]. Moscow: TsNIISKim. V.A. Kucherenko. 1988. 36 p.

5. Manual on inspection of structures of buildings. Moscow: AO «TsNIIPROMZDANn». 2004.

6. Zubanov S.V., Tkachev E.V. Determination of durability of a silicate brick and laying by non-destructive control methods. Vestnik SGASU. Gradostroitel'stvo i arkhitektura. 2013. No. 3 (11), pp. 90-96. (In Russian).

7. Zubkov S.V., Ulybin A.V., Fedotov S.D. Research of mechanical properties of a bricklaying by method of flat jacks. Inzhenerno-stroitel'nyizhurnal. 2015. No. 8, pp. 20-29. (In Russian).

8. Fokin K.F.Construction thermophysics of the protecting parts of buildings. Moscow: AVOK-press. 2006. 256 p.

9. Gagarin V.G. The theory of a state and moisture transfer in construction materials and heat-shielding properties of the protecting designs of buildings. Doct. Diss. (Engineering). Moscow. 2000. 396 p. (In Russian).

10. Gagarin V.G., Zubarev K.P., Kozlov V.V. Definition of a zone of the maximum moistening in walls with facade heat-insulating composite systems with external plaster layers. Vestnik Tomskogogo sudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2016. No. 1 (54), pp. 125-132. (In Russian).

fj научно-технический и производственный журнал

M ■ ® июнь 2016