CC BY
46
ИЗ ОПЫТА ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ СОБОРА РОЖДЕСТВА БОГОРОДИЦЫ В ГОРОДЕ СОЛИГАЛИЧ
CONCLUSIONS FROM EXPERIENCE OF INSPECTION OF CONSTRUTION OF CATHEDRAL OF THE NATIVITY VIRGIN IN TOWN SOLIGDLICH
И.Н. Бондаренко, Ю.Н.Малашкин, B.E. Журавлев, В.И. Бондаренко, Д.И. Южакова, (мгсу), Р.В. Кравченко (срк практика)
I.N. Bondarenko, U.N. Malakshin, V.E. Zhuravlev, V.I. Bondarenko,
D.I. Uzhakova, R.V.Kravchenko
Результаты полученные при обследовании состояния конструкций собора построенного в крестово купольной трехпролетное арочно - стоечной системе, выполненой из кирпичной кладки на известковом растворе.
Results were received by inspection of condition of constructions of cathedral, which was build with using of cross vault domical three flight arched rack-mount system, which was made of brickwork on lime slurry.
Развернувшая в последние годы весьма объемная реставрация церковно -культовых сооружений потребовала проведения значительных усилий и принципиально новых подходов при процессе реставрационно восстановительных работ. В этой связи представляет интерес результаты полученные нами при обследовании состояния конструкций собора в Костромской области.
Конструктивно основное строение собора следует отнести к крестово купольной трехпролетное арочно - стоечной системе, выполненой из кирпичной кладки на известковом растворе. На четыре центральных столба опираются главные и боковые подпружные арки, главные арки несущие центральный световой барабан, а боковые являются основанием для коробовых сводов и угловых световых барабанов. Боковые подпружные арки и коробовые своды опираются на наружные стена. Внутренний объем собора четверика делится на два яруса, собственно церковь и подклет с промежуточным перекрытием из системы цилиндрических кирпичных сводов, опирающихся на четыре центральных столба и наружные стены здания. Нижний этаж (подклет) имеет высоту порядка 3м, а второй - 12м. Наличие промежуточного перекрытия позволяет заметно уменьшить свободную высоту центральных столбов и тем самым несколько улучшить их устойчивость.
В соответствии с данным вскрытий грунта, под наружными стенами четверика и под четырьмя кирпичными пилонами ( столбами ) их фундамент устроен из
4/2010 М1 ВЕСТНИК
уложенных насухо валунов прочных горных пород. Пустоты между валунами заполнены суглинком с примесью кирпичного и известнякового цебня. Общая высота каменного фундамента в среднем составляет 2м, ширина 2,9-3,2 м. Подошва фундамента опирается на куст деревянных свай, в значительной степени, утративших свою несущую способность. В среднем глубина заложения фундамента составляет 2,5 м. Грунт под подошвой фундамента - песок мелкий, влажный, местами глинистый с включениями гравия с расчетным сопротивлением 1,9-2,0 кгс/см2. Каменный фундамент под пилонами несколько лет тому назад был усилен при помощи бетонных обойм, препятствующих его деформированию в горизонтальном направлении. Однако осадки фундамента и пилонов от этого усиления не уменьшились, так как указанные обоймы строители механически не связали с фундаментом и они ( обоймы ) работали самостоятельно. Поверочные расчеты проведенные нами показали, что давление на грунт под подошвой фундамента пилона составляет 3,3 кгс/см2, а под подошвой фундамента кирпичной стены 3,74 кгс/см2. Эти величины давления существенно превышают допустимые 2,0 кгс/см2. Поэтому в ходе обследования выявлены весьма заметные осадки и деформации в основании центральных кирпичных столбов ( пилонов ), что подтверждается разрывом четырех металлических трещин в арках, сводах и кирпичных стенах. Разрыв металлических свяфзей очевидно свидетельствует о значительной подвтжке опорных поверхностей столбов относительно друг друга в горизонтальном и вертикальном направлении. Наибольшая разность в высотах и смещении отмечена для юго-восточного пилона. В среднем, юго-восточный угол столба опустился на 44,1 мм. Зная это смещение можно оценить величину смещения верщины этого пилона. (рис.1): tga = 44,1/2500
Из подобия треугольников следует, что смещение вершины пилона может составить порядка:
L/12500= tga= 44,1/2500; !=220.5 мм =22 см
Наличие наклона этого пилона наблядается визуально и кроме того сопровождается его отрывом от опор соответствующих подпружных арок.
Несколько меньше осадки зафиксированы на северо-восточном пилоне. В среднем они распределены равномерно и составили 19,8 мм. Равномерные осадки пилона практически не изменили вертикальности пилона, однако привели к разрыву двух связей в подклете и интенсивному трещинообразованию в подпружных арках верхнего покрытия и стенках светового барабана. Кроме того, следует отметить, что указанные подвижки столбов сопровождались достаточно заметным трещинообразо-ванием в кирпичной кладке столбов подклета с частичным ее поверхностным обрушением.
Таким образом, становится очевидным, что осадки стен и колонн по мере выхода из строя деревянных свай в основании были неизбежны. Для исключения последующих осадок необходимо провести работы по укреплению основания собора, путем нагнетания цементного раствора под подошву фундамента всех стен и пилонов.
В конструкции перекрытия Собора взаимная работа главных и второстепенных подпружных арок скоординирована так, чтобы их распоры (распорные усилия) на столбах были направлены навстречу друг другу и в значительной степени уравновешивались. Вместе с тем, полной уравновешенности распоров в такой арочно-стоечной системе добиться не удается из-за различия в пролетах арок и разной степени их загрузки. Поэтому суммарный неуравновешенный распор системы, действующей в плоскости пят подпружных арок, помимо центральных столбов воспринимается наружными стенами. Наружные стены должны быть массивны, обладать достаточной горизонтальной жесткостью опорного контура и не иметь опасных вертикальных трещин с большой шириной раскрытия. Кроме того следует отметить, что с позиций статической работы арочных конструкций горизонтальные затяжки (воздушные связи) из кованого металла должны воспринимать хотя бы часть распора. Однако, в осуществленной крестово-купольной системах конструктивная их реализация позволяет этим связям включаться в работу только в случае заметных деформаций (подвижек) в пятах арок. Проведенные обследования показали, что практически все подпружные арки, сводчатые участки покрытия, а также частично стенки световых барабанов имеют трещины значительной протяженности с шириной раскрытия 10-50 мм.
Центральный Угловой световой
Наибольшее трещинообразование наблюдается вокруг зоны опирания арок и сводов на юго-восточной и северо-восточной зонах покрытия. При этом оба пилона
4/2010
ВЕСТНИК _МГСУ
трещинами практически отделены от покрытия, а верхняя часть юго-восточного пилона в результате деформаций реально сместилась в южном направлении.
Рис.3. Расчетная схема
Все центральные и периферийные арки Собора пересечены поперечными трещинами и поэтому для ориентировочной оценки величины распора и опорных реакций их можно рассматривать, как двух-, а в некоторых случаях, как трехшарнирные. Каждая арка нагружена весом от стены светового барабана, распределенной нагрузкой от коробового свода и некоторыми другими нагрузками (давление снега, конструкции кровли). Так как стены светового барабана имеют конусообразную форму, то нагрузку от него можно рассматривать как равномерно-распределенную. Чс.б=37,56/5,5=6,83 т/п.м (68,3 кН/п.м);
Общая расчетная равномерно-распределенная нагрузка в данном случае составляет я=(6,83+0,71+0,573)х1,1=8,113х1,1=8,92 т.с/п.м (89,2 кН/п.м) Очертание арок полагаем близким к круговому и поэтому ЯА= Кв=я1/2=8.92х5.5/2=24,53 т.с (245,3 кН) Ну= К0 х (я1а 2/2хд=1,18х(8,92х2,752/2х2,305)=16,36 т.с (163,6 кН) Для периферийных арок - принимаем аналогичную расчетную схему с пролетом 3,5 и подъемом 2,305м. Распределенная нагрузка на такую арку составляет Я=(19,054/3,5+1,114+0,901)х1,1= 8,2 тс/п.м ЯА= Кв=я1/2=8.2х3.5/2=14,35 т.с
Нп= 1,18х(8, 2х1,752/2х2,305)=6,09 т.с (60,9 кН) Из приведенного расчета видно, что в принятой ранее арочно-распорной системе покрытия возникает неуравновешенный распор, который должен восприниматься затяжками, если они работают. Так как реально затяжки подобного типа практически не работают, то основная часть неуравновешенного распора воспринимаются наружными стенами (от каждой арки примерно по 10 т.с). В этой связи наружные стены на уровне пят ярок должны быть усилены металлическим бандажем по всему периметру стены четверика.
Таким образом, по результатам визуального и инструментального проведенного обследовании (схемы расположения трещин, измерения трещин, фотофиксация и расчеты) можно констатировать, что система арочно-стоечного покрытия собора находится в аварийном состоянии. Для восстановления ее необходимой работоспособности необходимо провести комплекс ремонтно-восстановительных работ:
1. Укрепление грунтового основания Собора. Путем нагнетания цементно песчаного раствора под подошву фундамента пилонов и кирпичных наружных стен.
2. Установку металлических бандажей усиления и восстановление кирпичной кладки разрушенной в отдельных местах и штукатурного слоя столбов 1-го этажа (подклета).
3. Укрепление и дополнение связевого каркаса арочно-стоечной системы первого и второго этажей четверика. Для этого потребуется восстановить горизонтальные связи арок и провести ревизию и восстановление существующего металлического бандажа по периметру здания. Кроме того, необходимо усилить систему связевого каркаса внутренней кирпичной стены, где размещен иконостас.
4. Изменение схемы работы сводчатой части покрытия вдоль восточной и северной стен четверика с распорной на безраспорную. Для этого над сводами покрытия необходимо установить металлические балки и к ним с помощью соответствующих анкеров фирмы MUNGO подвесить элементы свода, разделенные трещинами. Кроме того, с помощью аналогичной подвесной системы из балок и анкеров укрепить элементы подпружных арок, имеющих тирещины.
5. Трещины в арках и сводах прочистить, расклинить и зачеканить, а в зонах с вывалами и сильным трещинообразованием усилить короткими анкерами и нанести методом торкретирования слой раствора.
Для предотвращения перемещения всего комплекса зданий Собора рекомендуется установить металлическую или железобетонную шпунтовую стенку на пути вероятного смещения в сторону речки. Старая подпорная стена уже не надежная и не работает, при этом новая шпунтовая стенка должна пересечь слой плотного суглинка на глубине 4-4,5 м
Все работы по ремонту и восстановлению храма будут производиться строительно-реставрационной компанией ПРАКТИКА совместно со специалистами МГСУ.
Ключевые слова: собор, крестово-купольная система, кирпичная кладка, бутовый фундамент Keywords: cathedral, cross vault domical system, brickwork, rubblework
E-mail автора: [email protected]
Рецензент: заместитель генерального директора ООО «Билдинг Констракшн» А.Я. Соколов
