официальный сайт

Научно-технического совета  и секции «Деревянные конструкции»

Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) и

Российского научно-технического общества строителей (РосНТО Строителей)

 

Главная Конструкции Производство Контроль качества Защита конструкций Исследования Экспл. надежность Документы Экономика и право Работа НТС и секции Люди и их дела Контакты

 

 

Раздел 6. Эксплуатационная надежность.

 

Восстановление деревянных конструкций зрительного зала Большого театра

 

Ковальчук Л.М. - д.т.н., проф.

Успенская Н.А. - инженер

Пьянов А.Н. - инженер

ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко

 

Благодаря уникальной акустике зрительного зала, Большой театр в г. Москве по оценке ЮНЕСКО отнесен к наиболее выдающимся творениям мирового зодчества. Уникальную акустику зала обеспечивают деревянные конструкции, эксплуатируемые уже около 160 лет.

Важнейшей задачей проводимой сейчас реконструкции театра является восстановление деревянных конструкций и обеспечение их надежной эксплуатации на последующие столетия.

Эту задачу решают сотрудники ЦНИИСК им. Кучеренко. ( В работе принимали участие сотрудники ООО «Реставратор-М» Степанова Е.В., Павлов С.П., Докторович В.П., Густова А.Н., Штеман А.Б., которым авторы статьи весьма признательны.)

По результатам их исследований разработан и реализуется проект восстановления деревянных конструкций зрительного зала Большого театра.

Деревянные конструкции зрительного зала Большого театра были установлены по проекту А. Кавоса в 1856 г. С тех пор конструктивная схема принципиально не менялась, хотя по разным причинам отдельные конструкции и их узловые соединения подвергались переустройству, причём – не в лучшую сторону. Работоспособность конструкций периодически оценивалось в условиях действующего театра при местных вскрытиях. Достоверность оценки была весьма относительной.

В связи с проводимой в настоящее время реконструкцией театра возникла необходимость оценки работоспособности деревянных конструкций, выявление «слабых» мест и их устранение при выполнении ремонтно-реставрационных работ.

Следует отметить, что появилась уникальная возможность достоверной оценки деревянных конструкций, т.к. впервые за весь период эксплуатации было произведено их полное вскрытие, и они стали доступными для обследования и ремонта.

Работа состояла из двух частей: вначале были обследованы несущие конструкции ярусов зрительного зала, затем – перекрытия над залом с подвесным акустическим потолком (декой).

Несущий каркас ярусов зрительного зала представляет собой шестиэтажную (бенуар, бельэтаж и 4 яруса) конструктивную систему, которая в плане имеет вид подковы (рис.1).

В поперечном направлении конструкция представлена шестиэтажной рамой из стоек и опирающихся на них однопролётных балок с консолями (рис.2).

В бенуаре стойки опираются на нижний продольный прогон (ригель), расположенный параллельно кирпичной стене зрительного зала. Продольный прогон уложен по верху двухпролётных балок, крайними опорами которых являются с одной стороны кирпичная стена зрительного зала, с другой стороны – стена, идущая по линии борта лож бенуара.

На продольные ригели опираются поперечные однопролётные консольные балки. Второй опорой поперечных балок является заделка в кирпичную стену зрительного зала. Балки имеют консоли вылетом 1,80 – 2,15 м.

Концы консольных балок связаны с бортовым обвязочным брусом.

Общая несущая способность и деформативность конструкций балочно-стоечной системы определяются как характеристиками каждого элемента системы, так и соединениями их между собой и со стенами здания.

В результате испытаний образцов древесины, отобранных из эксплуатировавшихся конструкций, было установлено, что при длительной эксплуатации прочность древесины при сжатии и изгибе существенно не изменилась, а при скалывании снизилась до 30%. Модуль упругости древесины при изгибе снизился на 4-24%.

Несущая способность реальных конструкций определялась с учетом имеющихся в них дефектов и нарушений первоначальной рабочей схемы, что выявлялось в процессе обследования. Выполненный в ходе работы расчёт явился основанием для усиления конструкций, в частности, консольных балок и стоек в нижних ярусах балочно-стоечной системы.

Исследование процессов возникновения и развития основных видов повреждений конструкций касалось наиболее распространённых изгибаемых и сжато-изгибаемых элементов в составе общей балочно-стоечной системы. Поэтому обследованию подвергались все балки, лежни, стойки, ригели и другие подобные элементы. Особое внимание уделялось оценке технического состояния узловых соединений.

Каждая конструкция подвергалась визуально-инструментальному обследованию, причём особое внимание уделялось изучению дефектов в потенциально опасных местах с наибольшей вероятностью развития повреждений, например в местах опирания на несущие стены и фундаменты, близости инженерных сетей и т.п.

Подробно фиксировались биологические и механические повреждения, хотя отмечались и другие повреждения (прогибы, выход из плоскости и др.). При обнаружении повреждений определялись их размеры, местоположение на конструкции и на плане расположения конструкций.

Участки конструкций с повреждениями на поверхности фиксировались визуально, а при внутреннем повреждении – акустическим способом или путём взятия проб и кернов. Брались также сколы древесины в местах повреждений. Широко использовалось зондирование сверлением, при котором оценивалось качество древесины на глубине 7-10 см.

Из участков с биоповреждениями брались пробы для оценки вида и степени жизнедеятельности грибковых заболеваний. Для микологических испытаний привлекалась специализированная лаборатория Архангельского Госуниверситета.

Результаты обследования и оценки технического состояния конструкций установили, что наиболее уязвимыми, где возможно наличие и развитие биоповреждений, являются лежни, увлажнение которых возможно со стороны фундамента, на котором они расположены. Учитывалось, что наличие повреждений, даже в минимальном объёме, при неблагоприятных условиях эксплуатации, может явиться источником для развития биоразрушений древесины конструкций в дальнейшем.

Было установлено, что в отдельных местах лежней имелись очаги биопоражений. И хотя микологические испытания отобранных образцов не выявили активной жизнедеятельности дереворазрушающих грибов, потенциальная опасность для древесины конструкций не исключена. Поэтому были даны рекомендации по замене и восстановлению этих конструкций, которые были использованы при разработке проекта реставрации и в настоящее время реализовываются на объекте.

Наиболее существенные повреждения были выявлены в консольных балках ярусов, которые воспринимают больше нагрузки при заполнении зала зрителями. Почти в каждой 5-й балке имелись горизонтальные трещины, в том числе – в зонах больших касательных напряжений.

Особенно в плохом состоянии находились опорные узлы соединения балок со стенами. В период длительной эксплуатации у части балок были сделаны новые опорные узлы, состояние которых было крайне неудовлетворительным. У части балок, заделанных в стены, имелись существенные биопоражения.

Анализ потенциальной опасности при длительной эксплуатации конструкций выявленных при обследовании дефектов древесины, включая биопоражения в местах контакта древесины с металлом, недостаточно качественно выполненные протезы и другие негативные факторы вызывали необходимость разработки эффективного способа усиления балок, как с протезами, так и с заделкой в кирпичные стены.

В связи с этим был предложен универсальный метод, решающий задачу усиления всех балок при наличии в них разных дефектов (например, горизонтальных трещин, подрезок в местах протезов и т.д.) и недостаточно надёжных протезов, а также закрепления элементов балочно-стоечной системы к стенам. Суть метода – прикрепление к боковым поверхностям балок накладок и соединение их с кирпичными стенами (рис. 3).

В качестве накладок использовалась многослойная фанерная плита ЛВЛ.

По отработанной методике также было оценено техническое состояние деревянных стоек и ригелей балочно-стоечной системы зрительного зала.

В конструкциях стоек, ригелей основным дефектом являлись трещины. Во избежание возможного их развития предусматривалось усиление накладками из плит ЛВЛ с креплением их шурупами и болтами к стойкам.

Было выявлено также некоторое изменение первоначальной конструктивной схемы балочно-стоечной системы. В частности установлено, что металлические тяжи, обеспечивающие пространственную неизменяемость конструктивной схемы, имелись только на третьем и четвёртом ярусах. Поэтому были даны рекомендации по предупреждению дальнейшего деформирования конструкций и изменения существующей схемы.

Вторая часть работы касалась оценки технического состояния деревянных конструкций деки и связанных с ней элементов перекрытия над зрительным залом Большого театра с рекомендациями по их дальнейшей эксплуатации.

Особенностью этой части работы, как предыдущей, являлось не выборочное, а полное обследование всех деревянных конструкций с составлением рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной надёжности.

Несущими конструкциями перекрытия над зрительным залом являются металлические фермы, на нижние пояса которых уложены балки из двутавров или швеллеров. К ним через систему хомутов (уголки и тяжи) прикреплены нижние пояса ранее существовавших деревянных ферм, ныне представляющие собой многопролётные деревянные балки. По длине несущие деревянные балки соединены впритык с помощью двухсторонних накладок из кованных стальных полос на болтах. На опорах деревянные балки уложены на мауэрлатные брусья, расположенные на уступах кирпичной стены зала в обрез с внутренней плоскостью стены.

Между деревянными балками в поперечном направлении поставлены доски на ребро (лаги). Лаги опираются на черепные бруски, прикреплённые к боковым поверхностям деревянных балок коваными гвоздями. Сплошной настил из досок уложен на нижние полки швеллеров, деревянные балки и расположенные между ними лаги. При обследовании настил был демонтирован.

Снизу к балкам прикреплены деревянные прогоны, к которым крепятся щиты деки – акустического потолка. Крепление прогонов с деревянными балками производится скобами или металлическими закладными деталями.

Дека зрительного зала выполнена из прямоугольных деревянных щитов (рис. 4), которые состоят из обвязки по периметру щита, средника обвязки и четырёх филенок на пазах. Филенки – составные по ширине – из двух-трёх досок, соединённых двумя деревянными нагелями. Крепление щитов деки к прогонам выполнено на кованых гвоздях. К нижней поверхности щитов деки приклеен холст, по которому осуществлена роспись потолка зала.

На основании проведённого обследования деревянных конструкций деки и связанных с ней элементов перекрытия над зрительным залом были сделаны следующие выводы:

- деревянные конструкции на локально расположенных участках поражены дереворазрушающими грибами до 15% поперечного сечения;

- ослаблено крепление прогонов к несущим многопролётным балкам, а также щитов деки к прогонам. Максимальный зазор между щитами деки и прогонами составлял до 50 мм;

- на участках, расположенных по контуру деки, прогоны отошли от несущих кружал. В отдельных местах перекрытия крепление досок к кружалам отсутствует, а зазор между ними составляет 70 мм;

- в отдельных местах на несущие прогоны и щиты деки передаётся дополнительная нагрузка от строительного мусора и демонтированных деревянных элементов конструкций деки;

- ослаблено крепление металлическими хомутами, с помощью которых деревянные многопролётные балки прикреплены к металлическим прогонам. В деревянных щитах деки имеются продольные сквозные прерывистые усушечные трещины.

 

Особо следует отметить неудовлетворительное состояние крепления подвесного потолка (акустической деки) к деревянным прогонам, а прогонов к несущим многопролётным балкам и кружалам. Так как со временем выявленные зазоры могут развиваться, не исключался отрыв деки от конструкций перекрытия, поэтому в числе работ первой очереди рекомендовано усилить по всей площади крепление деки к несущим конструкциям.

По результатам проведенных исследований проектной организацией «Реставратор-М» был разработан проект ремонтно-реставрационных работ, который сейчас реализуется на практике.

 

ГАБТ (общий вид)

Схема деревянных конструкций зрительного зала

Усиление консольных балок

Конструкция перекрытия над зрительным залом

 

По материалам журнала

«Деревообрабатывающая промышленность»

№ 3 (2007)

 

 

Цитировать изложенный на сайте материал допускается только с разрешения авторов и при наличии ссылки на первоисточник.
Отправить сообщение для: lmk3@rambler.ru c вопросами и замечаниями об этом веб-узле.
Дата изменения: 13.01.2009.