CC BY
201
УДК 624.014.2
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЗДАНИЙ СТАРОЙ ПОСТРОЙКИ
© 2018 Е. В. Меркулова1, В. А. Кузнецов2
1 старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности и сервиса транспортных средств mer.ev@yandex.ru
2магистрант кафедры промышленного и гражданского строительства
е-mail: pgs@kursksu.ru
Курский государственный университет
В статье приведены конструкции фундаментов, несущих и ограждающих конструкций гражданских и промышленных зданий, построенных во второй половине XIX в. и в начале ХХ в. На основании выполненных обследований установлены наиболее часто применяемые конструктивные решения зданий старой постройки, а также выявлены характерные повреждения конструкций подобных зданий. Полученные сведения о конструктивных решениях зданий старой постройки позволяют сократить затраты при проведении обследований и разработке проектов реконструкции объектов.
Ключевые слова: строительные конструкции, фундамент, стена, каркас, междуэтажное перекрытие, повреждения конструкций.
В Курском государственном университете накоплен опыт обследования и разработки проектов реконструкции зданий старой постройки [Меркулова, Полякова 2015]. Исторический облик Курска формировался в Х1Х-ХХ вв. В центральной части города сохранились отдельные здания храмов, гражданские и промышленные здания. Результаты обследований некоторых зданий позволили установить характерные конструктивные решения фундаментов, стен, перекрытий, покрытий зданий, построенных во второй половине XIX - в начале ХХ в. В статье приведены результаты обследования зданий Курского государственного университета, производственного здания по улице Александра Невского, дом 6, Комитета архитектуры и градостроительства города Курска по улице Ленина, дом 69.
Программа обследования зданий предусматривала:
- выполнение обмерных чертежей зданий;
- определение конструктивной схемы зданий, несущих и ограждающих конструкций, изучение сопряжений строительных конструкций;
- вскрытие фундаментов, междуэтажных перекрытий, покрытий с определением их конструктивных решений;
- определение прочностных характеристик материалов строительных конструкций, выполнение лабораторных испытаний, выполнение испытаний материалов неразрушающими методами;
- выполнение поверочных расчетов строительных конструкций с определением их технического состояния и степени конструктивной безопасности.
Современное здание Курского государственного университета по улице Радищева, дом 33, возведено в результате реконструкции здания бывшей Курской Мариинской гимназии. Здание гимназии построено в 1901-1903 гг. по проекту архитектора А.А. Баумиллер. В 1937 г. выполнена реконструкция двухэтажного здания с надстройкой третьего и четвертого образца по проекту архитектора К.Г. Петровского. В годы Великой Отечественной войны здание было разрушено; восстановлено в 1952 г.
по проекту архитектора А.И. Лезина. Оно имеет сложное конструктивное решение, характерное для периодов возведения здания и его реконструкции. Здание Мариинской гимназии двухэтажное, с цокольным этажом (рис. 1а). Здание сложное в плане, с продольной системой несущих стен, расстояние между стенами от 4,0 до 6,5 м. Исследование фундаментов выполнено в шурфах при проведении капитального ремонта в правом крыле здания. Фундамент выполнен из кирпичной кладки из полнотелого керамического кирпича, отметка низа фундамента относительно уровня земли 2,8-3,2 м. Конструктивное решение фундаментов из кирпичной кладки характерно для гражданских и промышленных зданий постройки XIX в. Подобное решение фундамента предполагает устройство горизонтальной изоляции из 3-5 рядов кладки выше отметки земли на растворе с повышенным содержанием цемента. Вертикальная гидроизоляция выполнялась обмазкой поверхности стены горячим битумом. Гидроизоляция со временем теряет свои эксплуатационные свойства, что приводит к увлажнению каменной кладки и грибковым поражениям стен. Такие повреждения характерны практически для всех зданий старой постройки. Наружные стены кирпичные толщиной 1,77-0,85 м на первом этаже, 1,0-0,80 м на остальных этажах; внутренние стены на всех этажах толщиной 0,90 м, перемычки над оконными и дверными проемами арочные кирпичные.
Междуэтажное перекрытие над цокольным этажом многоволновое бетонное по металлическим двутавровым балкам, шаг балок 1,05 м. Над первым этажом перекрытие деревянное, отмечена повышенная зыбкость перекрытий. В здании 1903 г. постройки крыша двускатная по деревянным стропилам. При реконструкции здания в 1937 г. были надстроены 3 и 4 этажи (рис. 1 б). Техническая сложность заключалась в том, что над актовым залом размерами 12,26х23,84 метра необходимо было выполнить междуэтажное перекрытие с размещением на 3 этаже учебных аудиторий. Несущими конструкциями междуэтажного перекрытия являются металлические фермы пролетом 12,90 м, высота фермы 1,05 м, шаг ферм 4,80 м. Верхний и нижний пояса фермы -из сдвоенных прокатных уголков сечением 100х100х10 мм, раскосы и стойки -из прокатных уголков сечением 75х75х8 мм. По нижним поясам ферм по всей длине здания установлены прогоны из двутавровых балок №18 с шагом 1,7-2,2 м. По нижним поясам ферм и прогонам выполнена монолитная железобетонная плита толщиной 250 мм, которая является потолком актового зала (рис. 1в). На верхние пояса ферм опираются деревянные балки сечением 200х200 мм с шагом 1,0 м. По балкам выполнен деревянный пол помещений 3 этажа. Крыша здания двускатная по деревянным фермам. Фермы из бревен диаметром до 250 мм, шаг ферм 1,0-1,2 метра (рис. 1г). К нижним поясам ферм на металлических стержнях подвешено чердачное перекрытие.
Авторами в 2017 г. проведено обследование этого здания. Программа и методика обследования регламентирована СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений», ГОСТом Р53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». В результате обследования здания установлено техническое состояние строительных конструкций. Наружные и внутренние кирпичные стены, железобетонные междуэтажные перекрытия, чердачное перекрытие, конструкции скатной кровли находятся в работоспособном техническом состоянии. Междуэтажные деревянные перекрытия имеют повышенную зыбкость, техническое состояние деревянных перекрытий ограниченно работоспособное.
В 1907-1914 гг. в Курске по улице Александра Невского, дом 6, (бывшая улица Генеральная) был построен комплекс промышленных зданий, принадлежавших купцу Дерюгину, в которых разместили мельницу и крупорушку.
Рис. 1. Конструктивное решение здания Курского государственного университета
До 1960-х гг. в комплексе зданий размещались мукомольные предприятия. В настоящее время здания не эксплуатируются, в них проводится реконструкция (рис. 2). Здание мельницы построено в пойме реки Тускарь. Особый интерес представлют фундаменты здания. Под стены здания ленточные фундаменты выполнены из кирпичной кладки глубиной заложения до 3,15 м от уровня земли, ширина фундаментов под стены до 1,5 м, под колонны выполнены отдельные фундаменты из каменной кладки размерами 1,8х1,8 м. Фундаменты опираются на деревянные балки (обвязку) и деревянные сваи. Здание мельницы четырехэтажное размерами в плане 16,0х38,0 м, высота этажа 3,6 м (рис. 2а). Стены здания выполнены из полнотелого керамического кирпича, толщина стен первого этажа 1,07 м, второго этажа - 0,95 м, третьего и четвертого этажей - 0,87 м, перемычки над оконными и дверными проемами арочные кирпичные. Особый интерес представляет внутренний каркас здания. Колонны здания металлические сборные заводского изготовления - на высоту этажа кольцевого сечения диаметром 200 мм, колонны имеют оголовок для монтажа балок перекрытий (рис. 2в). Продольный шаг колонн 3,7 м, в поперечном направлении каркас трехпролетный, средний пролет 3,5 м, крайние пролеты по 5,15 м. В продольном направлении здания по колоннам смонтированы прокатные двутавровые балки высотой 0,36 м. По продольным металлическим балкам выполнены многоволновые сводчатые каменные перекрытия, несущим элементом которых являются прокатные двутавровые балки высотой 200 мм, пролетом 3,0-3,5 м, с шагом 0,9 м. Крыша здания скатная по системам металлических ферм. Верхний пояс стропильной фермы из сдвоенных прокатных уголков 90х90х10 мм, нижний пояс из сдвоенных прокатных уголков 60х60х8 мм, раскосы из сдвоенных
прокатных уголков 45х45х6 мм. К нижним поясам ферм подвешено чердачное перекрытие из деревянного настила.
б
а
в
Рис. 2. Промышленное здание по улице Александра Невского в городе Курске
Подобный анализ конструктивного решения выполнен также по результатам обследований других зданий старой постройки: здание комитета архитектуры и градостроителства Администрации города Курска (г. Курск, ул. Ленина, дом 69), здания храма Александра Невского (село Шуклинка Курского района).
При разработке проекта обследования зданий старой постройки необходимо учитывать их группу капитальности (табл. 1).
Таблица 1
Группы капитальности зданий старой постройки__
Группа капитальности Характеристика конструкций здания Срок службы, лет
I Фундаменты бетонные или каменные. Каркас бетонный или металлический. Стены кирпичные. Перекрытия железобетонные или каменные сводчатые по металлическим балкам 175
II Фундаменты каменные. Несущие стены кирпичные, столбы кирпичные или железобетонные. Перекрытия железобетонные или каменные сводчатые по металлическим балкам 150
III Фундаменты каменные. Несущие стены и столбы кирпичные. Перекрытия железобетонные или каменные сводчатые по металлическим балкам 120
IV Фундаменты каменные и бутовые. Несущие стены и столбы кирпичные. Перекрытия деревянные 100
Необходимо отметить, что для зданий старой постройки отдельные части здания имеют различные значения капитальности. Это имеет место, когда здание в процессе эксплуатации претерпевало реконструкцию. Например, в здании КГУ по ул. Радищева, дом 33, группа капиталности первых двух этажей, возведенных в 1903 г., - первая, а третьего и четвертого этажей, возведенных при реконструкции в 1952 г., - четвертая.
Несмотря на то что группа капитальности здания предполагает соответствующий срок эксплуатации, при решении вопросов реконструкции необходимо определять действительное техническое состояние. В настоящее время разработаны методики оценки технического состояния конструкций и обеспечения безопасной эксплуатации зданий [Меркулов 2009; 2012; 2015]. Характеристика конструкций зданий старой постройки, позволяющая установить группу капитальности здания, приведена в таблице 2.
Таблица 2
Характеристика конструкций зданий старой постройки_
Вид конструкции Конструктивные решения Характеристика конструктивного решения
Фундамент Бутовая кладка Бутовая кладка из камней неправильной формы размерами в поперечнике 0,2-0,5 м
Кирпичная кладка Кладка из керамического кирпича с устройством горизонтальной гидроизоляции из 3-5 рядов кладки выше отметки земли на растворе с повышенным содержанием цемента; вертикальная гидроизоляция выполнялась обмазкой поверхности стены горячим битумом
Деревянные сваи с деревянной обвязкой При строительстве на слабых и водонасыщенных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод деревянные сваи и обвязка из бревен диаметром 0,25 м
Несущие стены Кирпичная кладка Кладка из керамического кирпича на известковом растворе. Толщина стен независимо от этажности зданий до 1,8 м. Перемычки над оконными и дверными проемами арочные, клинчатые, рядовые
Каркас Монолитный железобетонный Монолитный железобетонный с ребристыми междуэтажными перекрытиям. Прочность бетона до 15 МПа. Рабочая арматура - кованные металлические стержни круглого и квадратного сечения
Металлический сборный Колонны здания металлические сборные заводского изготовления на высоту этажа кольцевого сечения диаметром 200 мм, имеют оголовок для монтажа балок перекрытий
Перекрытия междуэтажные Сводчатые кирпичные по металлическим балкам По металлическим балкам высотой до 240 мм, по балкам многоволновые сводчатые кирпичные перекрытия, пролет балок 3,0-3,5 м, шаг балок 0,9-1,2 м
Деревянные По деревянным балкам сечением до 200х400 мм, с шагом до 1,0 м. По балкам потолочный щиты, деревянный пол по лагам
Результаты обследований зданий старой постройки позволяют выявить характерные повреждения несущих строительных конструкций, влияющих на надежность конструкций и определяющих физический износ конструкции 60% и выше.
Для фундаментов из каменной кладки характерны выпучивание и заметное искривление цоколя стены на 0,02 ее длины, сквозные трещины в цоколе. Деревянные сваи разрушаются ниже оголока сваи при понижении уровня грунтовых вод.
В кирпичных стенах имеют место массовые прогрессирующие трещины, ослабление и частичное разрушение кладки, выпадение камней из клинчатых и арочных перемычек, выпучивание стены с прогибом более 0,5% длины деформируемого участка.
В перекрытиях из кирпичных сводов по стальным балкам характерным является ослабление кладки сводов с выпадением кирпичей, прогиб металлических балок на 1% пролета, уменьшение сечения балки вследствие коррозии более 10%.
В деревянных оштукатуренных междуэтажных перекрытиях на поверхности потолка продольные и диагональные трещины, прогиб перекрытия более 2% пролета, значительная зыбкость перекрытия.
Выводы
На основании результатов натурных обследований зданий старой постройки установлены характерные повреждения основных несущих конструкций, которые существенно снижают несущую способность и определяют физический износ конструкции. Полученные результаты могут служить для формирования теоретических основ разработки системы мониторинга зданий старой постройки со сроком эксплуатации 100 лет и более.
Библиографический список
Меркулова Е.В., Полякова Н.В. Комплексное решение реконструкций зданий храмов Курска // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы междунар. академ. чтений / Курск. гос. ун-т. Курск, 2015. С. 19-28.
СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» ГОССТРОЙ России.
ГОСТ Р53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
Меркулов С.И. К вопросу обеспечения живучести железобетонных конструкций и конструктивных систем // Строительство и реконструкция. 2015. №2. С. 63-67.
Меркулов С.И. Основы теории реконструкции железобетона. Курск: Курск. гос. тех. ун-т. 2009. 248 с.
Меркулов С.И. К вопросу о реконструкции и реновации конструктивных систем // Строительство и реконструкция. 2012. №6. С. 42-44.
