Актуальные вопросы технической экспертизы памятников культурного наследия

UDK. 69.05

Close Join-Stock Company «ERON»

E.I. Novopashina, Ph. D. in Technical Sciences;

Chief Executive Officer ;

K.V. Golubev,  Ph. D. in Technical Sciences;

Perm, Russia;

Tel. 8 902 80197 25

e-mail: direron@bk.ru

 

E.I. Novopashina, K.V. Golubev

TOPICAL ISSUES OF THE MONUMENTS OF THE CULTURAL HERITAGE TECHNICAL EXPERTISE

The article discusses some features of the holding of an technical expertise of the monuments of the cultural heritage and unique historical buildings. The experience of the «P.I.Tchaikovsky Perm Opera and Ballet Theatre» technical inspection is given as an example.

Key words: technical expertise, the monuments of the cultural heritage, reconstruction, diagnostics, «building-foundation-base», software “ANSYS release“.

Е.И. Новопашина, К.В. Голубев

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ ПАМЯТНИКОВ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ

В статье рассмотрены особенности проведения технической экспертизы памятников культурного наследия и уникальных исторических здания. В качестве примера приведен опыт обследования Пермского академического театра оперы и балета им. П.И.Чайковского.

Ключевые слова: техническая экспертиза, памятники культурного наследия, реконструкция, диагностика, «здание-фундамент-основание»,  программный комплекс ANSYS release .

E.I. Novopashina, K.V. Golubev

TOPICAL ISSUES OF THE MONUMENTS OF THE CULTURAL HERITAGE TECHNICAL EXPERTISE

The article discusses some features of the holding of an technical expertise of the monuments of the cultural heritage and unique historical buildings. The experience of the «P.I.Tchaikovsky Perm Opera and Ballet Theatre» technical inspection is given as an example.

Key words: technical expertise, the monuments of the cultural heritage, reconstruction, diagnostics, «building-foundation-base», software “ANSYS release“.

В настоящее время проблема обследования и последующей реконструкции исторических зданий является актуальной. При проведении обследования большое значение имеет выбор методов обследования строительных конструкций который должен осуществляться специалистами на основе предварительных данных о материалах и состоянии конструкций. При обосновании методов обследования исторических зданий существует ряд проблем, связанных с методикой и технологией диагностики состояния строительных конструкций и определения фактических характеристик материалов. Точная диагностика и  количественная оценка характеристик материалов необходимы при выборе путей усиления и поддержания сохранности исторических зданий. Одним из перспективных методов диагностики состояния конструкций является метод телеметрии с использованием мобильных камер.

В качестве примера рассмотрим комплексное обследование Пермского академического театра оперы и балета им. П.И.Чайковского выполненное ЗАО «ЭРОН» в 2011-2012 годах. В рамках обследования на основании договора, технического и реставрационного заданий Заказчика, выполнен поверочный расчет Пермского академического театра оперы и балета им. П.И.Чайковского с определением реального напряженно-деформированного состояния несущих строительных конструкций и здания в целом.

Здание театра построено в 1878 году. В 1950 году здание было реконструировано: старое здание попросту обнесли новыми стенами и заменили перекрытия, тем самым увеличив площадь сцены в главном зале (фото 1, 2). В настоящее время конструкция театра не отвечает современным требованиям. Поэтому было принято решение о реконструкции театра.

Проект реконструкции театра предусматривает строительство нового многофункционального зрительного зала на 1100 мест и реконструкцию существующего зрительного зала на 800 мест. Новое здание с полукруглым залом будет пристроено к нынешнему театру с тыльной стороны. К этой пристройке примкнут еще два крыла. В одном из них разместятся помещения для репетиций, а в другом — фойе. Таким образом, площади театра вырастут до 28 тысяч квадратных метров против восьми тысяч нынешних.

Фото 1. Реконструкция здания театра оперы и балета им. П.И.Чайковского выполненная в 1950 году. Строительство стен дворовой части

Фото 2. Реконструкция здания театра оперы и балета им. П.И.Чайковского выполненная в 1950 году. Демонтаж перекрытий центральной части здания

Ввиду сложности обследуемых конструкций и невозможности прекращения функционирования театра на период проведения работ, было принято решение выполнить предварительную оценку технического состояния строительных конструкций с помощью мобильных камер Bosch. Фактические характеристики материалов строительных конструкций были определены с использованием мобильной лаборатории ПНИПУ. Для достижения этой цели была разработана программа работ с картой зондирования строительных конструкций.

Результаты зондирования и определения характеристик материалов строительных были использованы при выполнении поверочного расчета несущих строительных конструкций здания. Поверочный расчет «здание-фундамент-основание»  выполнен с использованием программного комплекса ANSYS release 11 основанного на методе конечных элементов (МКЭ) и имеющего международный сертификат качества ISO-9001.

При выполнении поверочного расчета для моделирования строительных конструкций и элементов использовались следующие типы конечных элементов:

  • для моделирования балок перекрытия и ферм покрытия – балочные, 3-х узловые элементы BEAM44;
  • для моделирования плит перекрытий, наружных и внутренних стен, фундамента и грунтового основания – пространственные 8-узловые конечные элементы SOLID45;
  • для передачи нагрузки с кровли на фермы покрытия использован трехмерный элемент поверхностных эффектов SURF154.

Вид нагрузок, их величина и привязка приняты в соответствии с результатами зондирования, обмерными чертежами (с учётом назначения помещений и фактического расположения стен и перегородок) и результатами комплексного обследования строительных конструкций здания театра.

Прочностные и деформационные характеристики грунтового основания, а также геометрические размеры фундаментов и характеристики их материала определялись с использованием результатов инженерно-геологических изысканий выполненных ОАО «ВерхнекамТИСИз» в 2011.

За модель грунтового массива принято упругое полупространство с ограничением по глубине на величину сжимаемой толщи. Величина сжимаемой толщи грунтового массива равная 24 метрам определена методом послойного суммирования для ленточного фундамента здания.

За модель здания принят массив конечных элементов с размерами и характеристиками соответствующими результатам, полученным при выполнении комплексного обследования.

Расчетная (конечно-элементная) модель грунтового основания и фундамента здания представлена на рис.1. Расчетная модель здания приведена на рис. 2.

 

Рис. 1. Конечно-элементная модель грунтового основания и фундаментов здания

Рис.2.Расчетная (конечно-элементная) модель здания

В результате поверочного расчета получено действительное напряженно-деформированное состояние отдельных элементов здания и всей системы «здание-фундамент-основание». Результаты расчета представляются графически и в табличной форме.

   Отдельные картины распределения перемещений приведены на рис. 3-5

 

Рис. 3. Вертикальные перемещение здания театра и грунтового массива (Sz, м)

 

Рис 4. Вертикальные перемещение здания и грунтового массива в продольном разрезе (Sz,м)

Рис 5. Вертикальные перемещение здания и грунтового массива в сложном продольном разрезе (Sz,м)

Деформации грунтового массива, в основании фундаментов здания, полученные в результате поверочного расчета, могут быть использованы только для качественной оценки. Это связано с тем, что значения деформаций грунтового массива получены с использованием метода конечных элементов и не базируются на основных положениях механики грунтов.

Полученные результаты обследования комплексного обследования и поверочного расчета здания Пермского академического театра оперы и балета им. П.И.Чайковского, расположенного по ул. Петропавловская, 25а в Ленинском районе г. Перми, как системы «здание-фундамент-основание» позволяют сделать следующие выводы:

техническое состояние здания театра в целом оценивается как работоспособное;

— величины напряжений и деформаций в несущих строительных конструкциях и грунтовом массиве под зданием соответствуют нормальным условиям эксплуатации здания, и обеспечивает механическую безопасность несущих строительных конструкций и здания в целом в соответствии с требованиями ФЗ-384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»;

— полученные результаты позволяют качественно и количественно оценить напряженно-деформированное состояние несущих строительных конструкций здания и системы «здание-фундамент-основание» в целом;

— полученная картина распределения напряжений и деформаций в грунтовом массиве и строительных конструкциях позволит выбрать оптимальные проектные решение и методы производства работ при осуществлении реконструкции Пермского академического театра оперы и балета им. П.И.Чайковского.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Федеральный закон РФ от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений.
  2. ГОСТ 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.
  3. ГОСТ Р 54257-2010. Надежность строительных конструкций и оснований.