CC BY
17
УДК 674.048
О. К. Леонович, канд. техн. наук; И. Г. Федосенко, ассистент
ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК И СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСИНЫ В КОНСТРУКЦИЯХ ДОМА XVIII-XIX ВЕКОВ ЛОШИЦКОГО УСАДЕБНО-ПАРКОВОГО КОМПЛЕКСА
The wood with rotting process , biodamaged and in some fragment deconstructed in external and internal constructions of a wooden house of the XVIII century is estimated and characterized. A degree of degradation is a characteristic for a condition of a wood in which such components as humidity depths of fungoid defeats take place. Depending on changes of the above-stated parameters 4 groups of a degree of degradation: 0 are allocated; 1; 2; 3. The depth of the damage, humidity and density of loig of walls, a log of a floor, of beams of blocking of the top floors, vertical racks of rafters and other house products and constructions is offered to investigate with a fulp of a drill. The technique of a forecasting parameters of construction durability and building dements is elaborated this theory allows to make technical calculations and to evaluate technical state of a building responsibility for normal exploita-
Введение. В процессе выполнения работ по обследованию и оценке технического состояния, несущей способности и пригодности к нормальной эксплуатации элементов и конструкций памятника архитектуры г. Минска ХУШ-Х1Х веков «Усадебный дом в Лошице» в связи с намеченной реконструкцией возникла необходимость установить степень биоразрушения и прочностные характеристики отдельных конструкций здания неразрушающими методами.
Внешний вид здания показан на рис. 1.
Рис. 1. Фасад здания
Отсутствие мероприятий по защите деревянных конструкций и имевшее место периодическое увлажнение привело к серьезным биоповреждениям строений и, как результат, потере прочностных свойств древесины.
Для оценки прочности древесины использовать некоторые стандартные методики было нерационально, т. к. изготовление полноразмерных образцов требует больших масштабов отбора. В целях сохранения работоспособных элементов построек в первозданном виде необходимо было отбирать пробы в малодоступных местах и небольшими объемами.
В настоящее время состояние деревянных конструкций и зданий древнего зодчества, эксплуатируемых длительное время, оценивается визуально или же с учетом оценки вида поражающего гриба (окрашивающего или дерево-разрушающего). Такая оценка не позволяет определить механические свойства древесины и
перейти к расчетам прочностных показателей отдельных элементов и конструкций (особенно тех, которые выполняют несущие функции). Стропила, к примеру, должны выдерживать вес самой конструкции, снеговые, гололедные, а также ветровые нагрузки, поэтому в этом случае определяющим показателем прочности является прочность материала при статическом изгибе.
Основная часть. Нами поставлены задачи:
- оценить степень деградации древесины в зависимости от степени поражения ее грибами;
- определить прогнозные прочностные характеристики несущих конструкций усадебного дома Лошицкого усадебно-паркового комплекса в труднодоступных местах, где невозможно произвести отбор образцов заданных стандартом размеров и количества.
Ограничения объемов и размеров проб способствовало определению предела прочности при статическом изгибе масштабным методом, разработанным И. Г. Федосенко. Метод основан на использовании образцов меньших размеров по сравнению со стандартными. Для исследования использовали образцы 7x7x100 мм для испытаний на статический изгиб (стандартный метод (ГОСТ 16483.3-84), для сравнения, регламентирует размеры образцов 20x20x300 мм). Испытания проводили на приспособлении ПСИУМ-4 [3]. В качестве контрольных проводили испытания на статический изгиб по стандартной методике (ГОСТ 16483.3-84). Для определения прочности при сжатии вдоль волокон использовали стандартный метод по ГОСТ 16483.10-73.
В отличие от стандартного метода определения предела прочности при статическом изгибе, масштабный метод позволяет определить прочность как внутренних, так и наружных слоев разрушенной древесины, что наиболее актуально для древесины, имеющей повреждения биологического и механического характера, которые, как известно, проявляются в части,
непосредственно близкой к объектам воздействия (верхние слои деревянных элементов).
По результатам исследований, предел прочности при статическом изгибе по стандартной методике составил при влажности 12% в среднем: 73,39 МПа для стропил и 90,03 МПа для балок. При испытании на сжатие вдоль волокон предел прочности на сжатие составил при влажности 12% в среднем: 40,78 МПа для стропил и 47,11 МПа для балок. При испытании на статический изгиб по масштабному методу предел прочности для образцов размерами 7^7^100 мм составил при 12% в среднем 75,48 МПа для стропил, 80,89 МПа - для балок.
При сравнении показателей прочности при статическом изгибе в соотношении с прочностью свежеспиленной древесины древесина несущих элементов конструкции усадебного дома утратила свою прочность на 17,7-43,7%.
Прочность бревен стен, лаг пола, балок перекрытия верхних этажей, вертикальных стоек промежуточных стен внутри помещения, стропил и других элементов конструкции дома предложено исследовать с помощью прираст-ного бура (бура Преслера), используемого в лесном хозяйстве для определения возраста насаждений при таксации и других оценочных работах при лесоотведении. Точки отбора на фасаде здания показаны на рис. 2.
Рис. 2. Места отбора проб буром
Состояние древесины в целом, в зависимости от ее влажности, плотности и глубины поражения грибком, рекомендовано характеризовать степенью деградации. В зависимости от изменений вышеуказанных параметров выде-
лены 4 группы степени деградации: 0; 1; 2; 3 (таблица). Каждой группе степени деградации соответствует определенный коэффициент потери прочности, обозначаемый в дальнейших расчетах как Кп, который изменяется в пределах от 1 до 0,4. Для отнесения материала к соответствующей группе степени деградации учитывали следующие факторы:
группа 0 - влажность, прочность не снижены, грибковые поражения отсутствуют (коэффициент потери прочности Кп = 1);
группа 1 - плотность снижена на 1-20%, глубина грибковых поражений более 5%, по глубине определяемой приростным буром (коэффициент потери прочности Кп = 0,8);
группа 2 - плотность снижена на 20-40%, грибковые поражения составляет более 10% по глубине (коэффициент потери прочности Кп = 0,6);
группа 3 - плотность снижена на 40-60%, грибковые поражения составляет более 20% (коэффициент потери прочности Кп = 0,4).
Плотность при заданной влажности, ри определяли по формуле
ри / Уи,
где ти - масса образца, г; Уи - объем образца, м3. Объем образца
Уи = S ■ Ь,
где S - площадь образца, м2; Ь - длина цилиндра, м.
Площадь образца
S = пО / 4,
где О - диаметр высверливаемого цилиндра, м;
Далее плотность приводили к нормализованной влажности 12%:
Р12 = Ри / к,
где к - поправочный коэффициент,
Далее плотность сравнивали и рассчитывали степень деградации древесины по формуле
100 (рбаз.нат. рбаз.дегр.) / р
■'баз.нат.:
где рбазНат. - базисная плотность свежеспиленной древесины, кг/м3; рбаз.дегр. - базисная плотность деградированной древесины кг/м3.
Прогнозный показатель предела прочности при сжатии вдоль волокон, с сж.п., МПа, определяли по формуле
сс
Кп (с12макс.ср. рдеград.) / р12макс.ср.,
где с12макс.ср. - максимальный предел прочности при сжатии вдоль волокон для неповрежденной древесины; Кп - коэффициент, учитывающий потерю прочности; рдеград. - плотность образцов деградированной древесины; Р12макс.ср. - плотность образцов неповрежденной древесины при 12% влажности.
Таблица
Выборочный анализ физико-механических свойств древесины конструкций усадебного дома Лошицкого усадебно-паркового комплекса
Плот- гРУп па Прогнозные показатели, МПа
Номер образца Место отбора пробы Влажность, % ность при влажности 12%, кг/м3 степени дегра да- ции, % предел прочности при сжатии вдоль волокон предел прочности при изгибе Степень поражения грибом или гниением (визуально)
Стена Северо-западного фасада
1 Бревно 11,3 455 1 30,3 57,3 Синева
2 Бревно стены 12,5 480 2 24,1 45,4 Столбовой гриб
3 Бревно стены 13,5 440 2 22,1 41,6 »
Древесина балок пола на первом этаже
1 Балки пола 12,5 456 2 22,9 43,1 Домовой гриб
2 Балки 12,1 470 2 23,7 44,4 Синева
3 Балки 12,5 465 1 30,9 43,9 »
Балки перекрытия над первым этажом
1 Балки 12,1 440 2 22,1 41,6 Домовой гриб
2 Балки 11,8 432 1 28,7 54,5 Синева
3 Балки 11,9 470 2 23,7 44,4 Домовой гриб
Балки чердачного перекрытия в одноэтажной части здания
1 Балки ч/п 12,1 480 3 16,0 30,2 Домовой гриб червоточина
2 Балки ч/п 11,5 440 2 22,1 41,6 Домовой гриб,
3 Балки ч/п 13,1 430 2 21,6 40,6 »
Стропильная система в одноэтажной части здания
1 Стропила 11,7 411 3 18,8 36,1 Домовой гриб
2 Стропила 11,5 420 2 28,9 55,4 Трещины
3 Стропила 11,3 425 2 29,3 56 Сверх. прогиб
Балки чердачного перекрытия в двухэтажной части здания
1 Балки ч/п 14 470 1 31,3 59,2 Синева
2 Балки ч/п 12,3 420 2 13,9 26,5 Домовой гриб
3 Балки ч/п 12,5 415 1 27,6 52,3 Синева
Стропильная система над двухэтажной частью здания
3 Стропила 11,8 452 0 51,7 99,0 -
4 Стропила 12,5 410 1 37,6 72,0 Синева, трещина
5 Стропила, 11,6 440 2 30,3 58,0 Домовой гриб
Прогнозный показатель предела прочности древесины при статическом изгибе сизг.п., МПа.
(С12макс.ср. Рдеград.) / Р12макс.ср. :
С
= К
где С12макс.ср. - максимальный предел прочности при изгибе для неповрежденной древесины; Кп -коэффициент, учитывающий потерю прочности; Рдеград. - плотность образцов деградированной древесины; р12макс.ср. - плотность образцов неповрежденной древесины при 12% влажности.
В отдельных случаях прогнозные показатели потери прочности при сжатии вдоль во-
локон и изгибе уменьшились в два раза в сравнении с неповрежденной древесиной этих конструкций.
При анализе состояния отдельных элементов здания видим, что наружные стены повреждены червоточиной, столбовым грибом и синевой. Древесина внутренних элементов балок пола и перекрытий повреждена червоточиной (рис. 3) и белым домовым грибом (рис. 4, 5). Используя стандартные методы расчета, можно рассчитать максимальную несущую способность конструкции и пригодность ее к дальнейшей эксплуатации.
Рис. 3. Червоточина на фрагменте балки
Рис. 4. Поражение стойки стропильной системы белым домовым грибом
Рис. 5. Поражение балки перекрытия дереворазрушающими грибами
Заключение. 1. Состояние древесины в целом в зависимости от ее влажности, плотности и глубины грибковых поражений рекомендовано
характеризовать степенью деградации. В зависимости от изменений вышеуказанных параметров выделены 4 группы степени деградации: 0; 1; 2; 3.
2. Глубину повреждения, влажности и плотности бревен стен, лаг пола, балок перекрытия верхних этажей, вертикальных стоек стропил и других изделий и конструкций дома предложено исследовать с помощью приростного бура.
3. Разработанная методика определения прогнозных показателей прочности конструкций и элементов здания дает возможность определить физико-механические показатели свойств деградированной древесины, которая позволила произвести расчеты по оценке технического состояния, несущей способности и пригодности к нормальной эксплуатации элементов и конструкций здания памятника архитектуры г. Минска XVIII-XIX веков «Усадебный дом в Лошице».
4. Конструкции, пораженные белым домовым грибом, должны быть удалены и заменены.
5. Конструкции, пораженные столбовым грибом, при степени поражения грибом 2 и более должны быть удалены и заменены.
6. В конструкциях, пораженных столбовым грибом, при степени поражения синевой менее 2, пораженный слой необходимо удалить, а конструкцию обработать антисептиком.
7. Дальнейшая эксплуатация всех конструкций должна исключать увлажнение древесины.
8. При замене элементов конструкций вновь устанавливаемые детали должны иметь влажность древесины приблизительно 12%, но не более 15%.
9. Прочностные характеристики строительных конструкций должны оцениваться с учетом прогнозных показателей прочности деградированной древесины при сжатии и изгибе.
Литература
1. Уголев, Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения / Б. Н. Уголев. -М.: Лесная пром-сть, 1975. - 384 с.
2. Федоров, Н. И. Древесиноведение и лесоматериалы / Н. И. Федоров, Э. Э. Пауль. -Минск: БГТУ 2006. - 292 с.
3. Федосенко, И. Г. Некоторые особенности измерения показателей прочности археологической древесины / И. Г. Федосенко // Труды БГТУ. Сер. II, Лесная и деревообраб. пром-сть. - 2007. - Вып. XV. - C. 193-196.
