Нищета Сергей Алексеевич – Доцент кафедры строительных конструкций
архитектурно-строительного факультета ГОУ ВПО «Магнитогорский
государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск,
кандидат технических наук
Марков Константин Вячеславович – Начальник отдела обследования
гражданских зданий управления технической
экспертизы ООО «ВЕЛД», г.Магнитогорск
Нащекин Максим Валерьевич – Директор управления технической
экспертизы ООО «ВЕЛД», г. Магнитогорск,
кандидат технических наук
Государственный Академический Мариинский театр оперы и балета на протяжении 225 лет своей истории неоднократно достраивался, надстраивался и перестраивался, менялся внешний облик и внутреннее убранство театра. Строительные несущие и ограждающие конструкции в течение длительного периода эксплуатации претерпели структурные изменения, накопились дефекты и повреждения.
По заказу Федерального государственного учреждения культуры Государственный академический Мариинский театр в 2008 году сотрудниками ООО «ВЕЛД» было проведено обследование деревянных и металлических ферм над зрительным залом и сценой с целью оценки степени их физического износа и выполнены проверочные расчеты.
Особенностью объемно-планировочного решения исторической части здания Мариинского театра является отсутствие на главном фасаде уступа, обусловленного разностью высот сценического пространства и зрительного зала, что не характерно для театральных зданий современной постройки. Выравнивание уровней скатов кровельного покрытия достигнуто за счет поэтажного расположения над зрительным залом люстрового помещения, а над люстровым помещением – живописного зала имени Головина. В плане эти залы и технический этаж имеют полуовальную форму. Ширина помещений по внутренним обмерам составляет 31,15 м, длина полуоси – 32,84 м. Усредненная высота зрительного зала равна 16,6 м, полезная высота люстровой – 3,55 м, живописного зала – 7,35 м.
Зрительный зал перекрыт девятью фермами, расположенными в пределах технического этажа.
Фермы люстрового помещения – металлодеревянные с параллельными поясами и крестовой системой решетки – фермы системы Гау-Журавского (рис. 1). Величина пролетов ферм изменяется в зависимости от размеров перекрываемого пространства над зрительным залом и оркестровой ямой от 20,50 до 31,60 м. Две фермы из девяти перекрывают пролет над оркестровой ямой. Высота ферм равна 3,55 м, средний шаг узлов ферм в промежутках между крайними панелями решетки составляет 1,95 м. Верхние пояса ферм выполнены из спаренных брусьев сечением 270×160 мм, нижние пояса – 250×170 мм (табл. 1). Восходящие раскосы выполнены из трех брусьев, а нисходящие – из двух брусьев сечением 220×70 мм. Зазоры между брусьями величиной 70 мм обеспечивают взаимное пересечение раскосов разной ориентации в центральных частях решетки. Тяжи выполнены из круглой стали: диаметр среднего стержня равен 30 мм, двух крайних – 40 мм.
Рис. 1. Схема расположения узлов стропильной фермы
При проведении обследования деревянных ферм выявлены следующие дефекты и повреждения:
- поверхностное увлажнение элементов ферм (рис.2);
- неплотное примыкание торцевых поверхностей в лобовых упорах;
- отклонение отдельных элементов решетки от вертикального положения.
Рис.2. Фермы люстрового помещения
Исследование температурно-влажностного режима люстрового помещения проведено при использовании двухканального термогигрометра «ТЕМП-3.2». Замеры относительной влажности и температуры производились в двенадцати различных точках каждого из помещений (рис.3). В люстровом помещении относительная влажность изменяется от 34 до 45%, причем постепенное увеличение относительной влажности наблюдается от закругленной части люстрового помещения к сценическому помещению. Причиной повышения влажности является отсутствие вентиляции в замкнутом пространстве. Перепад температур составил 0,5ºС (от 23 до 23,5ºС).
Рис. 3. Схема расположения точек замера в люстровом помещении
С целью определения физико-механических свойств древесины из узла фермы люстрового помещения был извлечен фрагмент для изготовления стандартных образцов. Испытание образцов проведено сотрудниками кафедры строительных материалов и изделий Магнитогорского государственного технического университета. Результаты испытаний представлены в табл.2.
В результате анализа полученных данных по определению прочностных характеристик деревянных образцов, установлено:
- среднее значение предела прочности при сжатии деревянного образца вдоль волокон составляет σс= 503,4 кгс/см2, расчетное сопротивление древесины сжатию вдоль волокон Rс = 160 кгс/см2;
- среднее значение предела прочности при сжатии деревянного образца поперек волокон составляет σс90= 87,3 кгс/см2, расчетное сопротивление древесины сжатию поперек волокон Rс90 = 18 кгс/см2;
- расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон Rр= 100 кгс/см2;
- деревянные образцы соответствуют первому сорту древесины, по плотности и структуре древесины – сосне.
Для определения прогибов люстрового помещения использовался нивелир 3Н-2КЛ. Геодезическая рейка устанавливалась на нижних поясах ферм в трех характерных положениях: на левой и правой опорах и в центре пролета. Результаты обработки замеров приведены в табл.3.
Максимальные прогибы деревянных ферм не превышают предельных значений.
Расчет деревянных ферм Мариинского театра производился по действующим нормам проектирования с введением в расчет полученных в результате обследования геометрических параметров конструкций, фактической прочности материалов по уточненным расчетным схемам с учетом имеющихся дефектов и повреждений. Расчет производился на программных комплексах «Lira 9.4» и «Stark_ES».
При определении нагрузки, приложенной к узлам верхнего пояса наиболее нагруженной деревянной фермы, учитывались собственная масса деревянных балок перекрытия и тройного дощатого настила, а также полезная нагрузка живописного зала им. Головина. К узлам нижнего пояса прикладывалась нагрузка от декоративного плафона зрительного зала и большой люстры. Собственная масса деревянной фермы учитывалась непосредственно при расчетах на ПЭВМ.
Максимальные продольные силы, полученные при статическом расчете деревянной фермы, действуют в верхнем и нижнем поясах в средней части пролета и в раскосах приопорных отсеков. Запас несущей способности в нижнем поясе фермы составляет 49%, в верхнем поясе – 66,5%. В опорных раскосах – 27,7%.
При анализе результатов расчета ферм, полученных с применением разных программных комплексов, погрешность составляет 4,5%.
В результате проведенных комплексных исследований ответственных конструкций можно сделать вывод о том, что фермы люстрового помещения находятся в работоспособном состоянии.
Для дальнейшей безаварийной эксплуатации деревянных ферм необходимо:
- обеспечить приточно-вытяжную вентиляцию люстрового помещения;
- провести натяжение затяжек.
Библиографический список
- Рабинович И.М. Курс строительной механики стержневых систем. Часть II. Статически неопределимые системы. Госиздат литературы по строительству и архитектуре. – М., 1954.
- СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. – М.: ФГУП ЦПП, 2003.