В статье приведены данные обследования объекта культурного наследия, установлена категория технического состояния и степень сейсмостойкости, разработан и численно подтвержден эффективный вариант сейсмоусиления.
Ключевые слова: памятники, сейсмоусиление, техническое состояние.
В антропологическом смысле термин «культура» может быть определен как «сложное целое, которое включает знания, убеждения, искусство, мораль, закон, обычаи и любые другие особенности и привычки, приобретенные человеком как членом общества». «Культурный материал» впоследствии может рассматриваться как проявление любого из этих составляющих элементов «сложного целого».
Сохранение культурного материала (объектов культурного наследия) является важной социальной, технической и экономической задачей, поскольку оно является частью нашей идентичности и передает из поколения в поколение знания о нашей истории.
В настоящее время многие исторические и культурные памятники находятся в неудовлетворительном состоянии, обладают недостаточной несущей способностью, характеризуются наличием большого количества повреждений и подвержены пагубным природным и антропогенным факторам. По различным данным до 70 % памятников в нашей стране, находящихся под государственной охраной, требуют принятия срочных мер для предотвращения их разрушения и уничтожения.
Особенно важна защита исторических сооружений в районах с высокой сейсмической активностью, поскольку большая часть исторических зданий — это кирпичные или каменные конструкции, обладающие недостаточным сопротивлением боковой нагрузке.
Несмотря на то, что во многих сейсмически опасных районах мира накоплен внушительный опыт обеспечения сейсмостойкости зданий существующей застройки, при проектировании многих объектов культурного наследия не учитывался тот уровень сейсмоопасности, который предусмотрен современными нормами.
Также отмечаются существенные отклонения конструктивных особенностей и параметров исторических зданий от требуемых для обеспечения сейсмической устойчивости, обозначенных в действующих нормах проектирования [1]:
– отсутствие антисейсмических поясов в уровне перекрытий;
– отсутствие арматурных сеток в кладке в местах сопряжений стен и по контуру;
– недостаточная длина опирания и ненадежное закрепление несущих конструкций перекрытия в стенах, как следствие конструкции здания не включаются в совместную работу при сейсмических воздействиях;
– несимметричная/непростая форма в плане;
– шаги несущих конструктивных элементов, превышающие допустимые;
– недостаточно обрамление проемов или превышение рекомендуемых размеров.
Анализ результатов обследования
Двенадцатиместная водолечебница, построенная в 1906 г. рядом со зданием грязелечебницы и купальнями К. С. Гинали, представляет собой 1-этажное здание с мансардой и подвальным помещением, наружные стены которого состоят из бутовой кладки из инкерманского известняка и кладки из известняка-ракушечника толщиной 730–920мм, перекрытия — своды Монье по стальным балкам, покрытие — деревянная стропильная система.
В сентябре 1927 г. в ходе сильного землетрясения многие аналогичные здания подверглись значительным повреждениям.
Рис. 1. Исторический вид на «Водолечебницу К. С. Гинали»
Рис. 2. Состояние «Водолечебнице К. С. Гинали» в настоящее время
В техническом обследовании здания водолечебницы (табл.1) можно на примере обнаруженных дефектов и повреждений проследить последствия пагубного влияния атмосферных и антропогенных факторов и эксплуатации без мониторинга и своевременного ремонта и реставрации. По результатам обследования зданию была присвоена аварийная категория состояния.
Таблица 1
Ведомость дефектов исторического здания Водолечебницы
|
Фото |
Описание дефекта |
Возможные причины появления |
|
|
Горизонтальная трещина в стене пристройки шириной 10мм |
Деформации здания, отклонение стены от вертикали |
|
|
Выщелачивание раствора бутовой кладки до 80 % от площади кладки; деструкция штукатурного слоя до 85 % от площади отделки |
Длительная эксплуатация без капитального ремонта; отсутствие гидроизоляции |
|
|
Вертикальные трещины в карнизе и над оконными перемычками шириной раскрытия до 3мм; Деструкция карниза до 90 % от площади карниза; |
Длительная эксплуатация без капитального ремонта; Атмосферные воздействия; |
|
|
Утрата клинчатого элемента перемычки. Деструкция и расслоение внутренней забутовки каменной кладки стены |
Длительная эксплуатация без капитального ремонта; Деформации здания |
|
|
Вертикальные трещины в стене шириной раскрытия до 5 мм |
Деформации Здания; Разрушение стропильной системы и последующее намокание |
|
|
Заполнение дверного проема; Некачественное заполнение швов. |
Перепланировка здания |
|
|
Глубокая биокоррозия и разрушение деревянных балок до 90 % от площади перекрытия |
Длительная эксплуатация без капитального ремонта |
Анализ сейсмической стойкости
Одним из существенных факторов, которые вызвали повреждения здания, является сейсмическое воздействие. Распределение числа землетрясений и сейсмической энергии по годам за 2010–2020 гг было проанализировано в [2] и представлено в табл.2, в которой N — число землетрясений за год, ΣE — суммарная, выделившейся в очагах этих землетрясений сейсмическая энергия, а также К max — энергетический уровень самого сильного землетрясения года.
Таблица 2
Данные о количестве землетрясений за 2010–2020 г.
|
Год |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
2016 |
2017 |
2018 |
2019 |
Сред-нее |
2020 |
|
К m ах |
10 |
11 |
12 |
10 |
11 |
11 |
13 |
11 |
11 |
10 |
11 |
|
|
N |
91 |
92 |
53 |
64 |
119 |
58 |
59 |
89 |
100 |
85 |
81 |
88 |
|
E 10 9 Дж |
33 |
144 |
1288 |
53 |
191 |
149 |
13104 |
113 |
364 |
49 |
1551 |
248 |
Численное моделирование здания (которое производилось в программном комплексе SCAD++ с использованием фактических конструктивных систем и данных о характеристиках материалов) и аналитический расчет подтвердили сейсмическую уязвимость здания и необходимости усиления его конструктивных элементов.
Рис. 3. Модель здания в программном комплексе SCAD++
Усиление памятников архитектуры и истории предполагает минимальное вмешательство, низкую инвазивность и сохранение исторической целостности и предмета охраны памятника.
По согласованию историко-культурной экспертизы было принято решение о выполнении усиления путем устройства армированных штукатурных обойм простенков и антисейсмических поясов.
Принятые решения по усилению были оценены путем сравнения динамических параметров, полученных до и после усиления в программном комплексе. Полученные значения сведены в таблицу 3, из которой следует, что динамические параметры снижаются в 1,35 раза, что свидетельствует о повышении сейсмостойкости.
Таблица 3
Сравнение динамических параметров
|
Направление |
До усиления |
После усиления |
||
|
f 0 , Гц |
Т 0 , сек |
f 0 , Гц |
Т 0 , сек |
|
|
Продольное |
4,028 |
0,221 |
6,329 |
0,158 |
|
Поперечное |
4,517 |
0,228 |
6,54 |
0,153 |
Вывод
Техническое состояние основных несущих конструкций здания водолечебницы при эксплуатации в естественных природно-климатических и технических условиях по классификации ГОСТ 55567–2013 [3] и ГОСТ 31937–2011 [4] и при проектном землетрясении в 9 баллов характеризуется категорией «аварийная». По результатам расчета на контрольное землетрясение требуется усиление конструкций здания для приведения его к действующим нормативным документам при условии сохранения общего архитектурного облика здания. Эффективность работ по усилению подтверждена расчетом в программном комплексе.
Литература:
1. СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП II-7–81*»;
2. Свидлова В. А., Бондарь М. Н. Сейсмичность Крыма в 2020 году. Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского — 63 с., 2022;
3. ГОСТ 55567–2013 «Порядок организации и ведения инженерно-технических исследований на объектах культурного наследия. Памятники истории и культуры. Общие требования»;
4. ГОСТ 31937–2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
