Исследование технологии усиления простенков исторических зданий



Санкт-Петербург, как ни один другой город России, насыщен большим количеством исторических зданий с кирпичными стенами. В их число входят здания, принадлежащие общевойсковой инфраструктуре Санкт-Петербургского гарнизона. Эти объекты являются федеральной собственностью, при ремонте и реконструкции которых ведется строгий расчет стоимости и предъявляются повышенные требования к применению методов выполнения ремонтно-восстановительных работ.

В связи с этим актуальным является изучение технологий усиления кирпичных стен исторических зданий с применением комбинированных технологических решений, повышающих эффективность и надежность мероприятий по ремонту и реконструкции.

Для кирпичных стен инъекцию предлагается совмещать с усилением стальной обоймой. При отсутствии данных о старении композиционных материалов в процессе эксплуатации предлагается сочетать технологии усиления композитами с традиционными технологиями.

Ключевые слова: Исторические здания, реконструкция, кирпичные стены, износ, армирование, стальная обойма, железобетонная обойма, наклейка, композит, углеволокно, инъекция.

К историческим зданиям, принадлежащим общевойсковой инфраструктуре Санкт-Петербургского гарнизона, относятся здание военной комендатуры, дом офицеров, здания военных музеев, научно-исследовательских институтов и вузов (рис. 1) Минобороны, здания госпиталей, военных комиссариатов (рис. 2) и штабов.

Рис. 1. Клиника военно-морской терапии Военно-медицинской академии

Загородный проспект в Санкт-Петербурге. Историческое здание женского корпуса бывшей Обуховской больницы.

Историческое здание Военно-медицинского музея с фасадом на Загородный проспект вначале было построено как здание лазарета.

«В 1833 г. — арх. Мочульский В. О., инж. Ёжиков — перестройка здания для госпиталя, фасад украсила колоннада и церковная колокольня.

В 1866 г. — капитальный ремонт, надстроен 3-й этаж, сняты колонны и колокольня

1947–1951 — арх. Журавлёв Борис Николаевич, арх. Чайко Игорь Михайлович, перестройка здания для Военно-медицинского музея, фасад снова украшен колоннами, а также бюстами выдающихся медиков.

Фасаду придали торжественный и парадный вид. Между полуколоннами портика появились скульптурные портреты корифеев отечественной медицины — Н. И. Пирогова, С. П. Боткина, И. П. Павлова, З. П. Соловьева и Н. Н. Бурденко». (URL: https://www.citywalls.ru/house1698.html)

Рис. 2. Военно-медицинский музей, Бывший Александровский госпиталь лейб-гвардии Семеновского полка. Историческое здание построено в 1799–1800 годах (архитекторы Демерцов Ф. И., Волков Ф. И.). Стиль: классицизм

Ниже приводится выдержка из охранного обязательства собственника или иного законного владельца объекта культурного наследия «Главное здание госпиталя». (URL:https://kgiop.gov.spb.ru/media/acts/2016/09/23/40–292_ %D0 %A1 %D0 %9F %D0 %B1_ %D0 %9B %D0 %B0 %D0 %B7 %D0 %B0 %D1 %80 %D0 %B5 %D1 %82 %D0 %BD %D1 %8B %D0 %B9_ %D0 %BF %D0 %B5 %D1 %80 %D0 %B5 %D1 %83 %D0 %BB %D0 %BE %D0 %BA_ %D0 %B4._2_ %D0 %BB %D0 %B8 %D1 %82_ %D0 %98.pdf)

На рис. 3. можно увидеть несущие конструкции из кирпича: своды и колонны квадратного и круглого сечения.

Рис. 3. Несущие конструкции из кирпича: своды и колонны квадратного и круглого сечения

Исторические центры российских городов, особенно Санкт-Петербурга, представляющие архитектурную ценность в виде отдельных оштукатуренных кирпичных с зданий с изящным архитектурным декором и сформированных ими архитектурных ансамблей были сохранены от внедрения массовой застройки типовыми зданиями [1].

Кладочные технологии кирпичного домостроения остаются и до сегодняшнего дня наиболее приемлемыми в центре Санкт-Петербурга. Наибольшую актуальность с точки зрения строительства имеет проблема совершенствования технологии усиления каменных конструкций при реставрации и ремонте исторических кирпичных зданий [2].

Основные технологические процессы, выполняемые при ремонте и усилении кирпичных стен, связаны с ремонтом цокольной части стены, установкой перемычек над устраиваемыми проемами в стене, обрамлением в обойму простенков и столбов, перекладкой участков стены, цементированием кирпичной кладки [3].

Усиление столбов и простенков обоймами зарекомендовало себя как проверенный и наиболее надежный способ повышения несущей способности ремонтируемых конструкций. Они состоят из вертикально устанавливаемых уголков и соединяющих их поперечных планок из полосовой стали [4].

Обоймы колонн и простенков показаны на рис. 4. Стальные обоймы выполняют из прокатного стального уголка с полкой 120 мм, размещаемого в углах, и стальных планок из прокатной полосы. Перед установкой обоймы выполняется нагрев поперечных стальных планок до температуры 150 ^о С, а затем производится электросварка планок с уголком [5].

Рис. 4. Усиление каменных конструкций устройством обоймы: а — стальной, при соотношении сторон сечения меньше 1:2; б — то же, при соотношении сторон сечения больше 1:2; в — железобетонной и растворной; г — бандажами из углеволокна; 1 — хомуты (планки) из круглой или полосовой стали; 2 — уголки; 3 — промежуточные вертикальные планки из полосовой стали; 4 — стяжные болты; 5 — слой цементно-песчаного раствора; 6 — вертикальная арматура обоймы; 7 — сварные хомуты обоймы; 8 — растворная или железобетонная обойма; 9 — усиливаемый каменный элемент; 10 — слой цементно-песчаного раствора [6]

После установки стальные обоймы оштукатуривают по металлической сетке [6].

Процесс инъектирования ремонтируемой каменной кладки с целью ее упрочнения включает в себя установку пакеров, подсоединение к ним трубопроводов и нагнетание в кладку подаваемого по ним под давлением цементного или полимерцементного раствора. Нагнетание раствора в кладку через предварительно установленные пакеры показано на рис. 5.

Рис. 5. Нагнетание раствора в кладку через предварительно установленные пакеры

Для производства работ применяют цементные, цементно-песчаные, цементно-полимерные и полимерные растворы. Вид применяемых инъекционных растворов и их состав зависят от величины раскрытия трещин. В кирпичную кладку инъекционные растворы нагнетают под давлением 0,6 МПа. Плотность заполнения массива кладки контролируют по радиусу распространения раствора, по вытеканию раствора из контрольных отверстий. Растворы, проникая в щели и трещины массива кладки, после затвердевания обеспечивают необходимую монолитность. Помимо применения стальной обоймы и иньектирования применяются монолитные железобетонные обоймы.

С появлением на строительном рынке композитных материалов начали набирать популярность обоймы из полимерных материалов с углеродистыми волокнами.

Результаты проведенной экспертной оценки технологий усиления каменных конструкций при реставрации и ремонте исторических кирпичных зданий приводятся в табл. 1.

Таблица 1

Результаты экспертной оценки технологий усиления каменных конструкций при реставрации и ремонте исторических кирпичных зданий

п/п	Критерии оценки технологии	Значение критерия оценки по десятибалльной шкале технологии усиления колонн
		Стальная обойма	Монолитная железобетонная обойма	Углеродистое внешнее армирование (обойма)	Иньектирование
1	Удельные затраты трудовых ресурсов	7	4	5	6
2	Удельные затраты материалов	9	8	3	6
3	Удельные среднегодовые затраты на текущий ремонт конструкций после их усиления	7	7	3	7
4	Прогнозируемая долговечность материалов конструкций усиления	7	8	4	6
5	Удельная стоимость технологического оборудования в единицу времени	5	6	7	5
6	Итого технология усиления колонн (максимальное значение 100 баллов)	35	33	22	30

Несмотря на традиционность применения усиливающих стальных обойм их эффективность при реставрации и ремонте кирпичных зданий исторического центра Санкт-Петербурга по-прежнему наиболее высокая и, что немаловажно, надежная. Опираясь на результаты экспертных оценок технологий усиления каменных конструкций, предлагается совмещать инъектирование кладки и устройство стальной обоймы при усилении кирпичных колонн и простенков.

Вывод: Результаты исследований технологических процессов предназначены для применения при реконструкции и капитальном ремонте исторических кирпичных зданий в части сочетания иньектирования с традиционной стальной обоймой.

Литература:

1. Рыбнов Е. И. Егоров А. Н., Хайдуцкий З., Гдимиян Н. Г. Организация и планирование работы производственных структур при крупномасштабном жилищном строительстве//Вестник гражданских инженеров. 2018.№ 3(68) с. 98–102
2. Головина С. Г., Сокол Ю. В. К вопросу исследования совместной работы строительных материалов в наружных ограждающих конструкциях в бывших доходных домах исторического центра Санкт-Петербурга//Вестник гражданских инженеров. 2018 № 3 (68). С.112–117
3. Юдина А. Ф., Евтюков С. А., Тилинин Ю. И. Развитие технологий жилищного строительства в Санкт-Петербурге// Вестник гражданских инженеров. — 2019 — № 1 (72). — с. 110–119 СПб.: СПБГАСУ, 2019.
4. Юдина А. Ф., Тилинин Ю. И. Выбор критериев сравнительной оценки технологий жилищного домостроения// «Architecture andEngineering» (ISSN: 2500–0055) — 2019 — № 1 — с. 47–52, СПб.: СПБГАСУ, 2019
5. Тилинин Ю. И. Организация и технология производства работ при реконструкции жилых кирпичных зданий исторического центра Санкт-Петербурга / Сборник научных трудов участников межвузовской научно-практической конференции: Современные направления развития технологии, организации и экономики строительства / под общ.ред. д.т.н. профессора. А. Н. Бирюкова. — СПб.: ВИ (ИТ), 2015. –С.264–270.
6. Восстановление и повышение несущей способности кирпичных стен. Проектирование и строительство. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ. СТО // Авторский коллектив: доктор технических наук, профессор А. Н. Мамин; доктор технических наук, профессор Э. Н. Кодыш (ОАО «ЦНИИПромзданий»); кандидат технических наук, профессор А. И. Бедов (ФГБОУ ВПО «МГСУ»). М.: НОСТРОЙ, 2013. — 119 с.
7. Тилинин Ю. И., Лазарев А. Н. Ценность старой жилой застройки и идеи комплексной реконструкции центра Санкт-Петербурга//Научные проблемы специальных военно-строительных и фортификационных комплексов, обустройства войск и управления производственной деятельностью строительных предприятий КС МО РФ (Сборник научных трудов НИГ-1) ВИТУ,2004. — 359с.
8. Юдина А. А. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений — 5-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2016. — 304 с.
9. Ведомственные строительные нормы и правила оценки физического износа жилых зданий ВСН 53–86(р) // Разработаны Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова Минжилкомхоза РСФСР (руководитель темы — канд. техн. наук Э. Ш. Шифрина, ответственный исполнитель — канд. техн. наук С. Н. Нотенко), ЦМИПКС Минвуза СССР (канд. техн. наук А. Г. Ройтман). М.: Госгражданстрой. 26 с.
10. Тилинин Ю. И., Животов Д..А., Гурова Ю. В. Технология оклейки бетонных колонн углеродистым материалом // Сборник научных трудов участников межвузовской научно-практической конференции: Современные направления развития технологии, организации и экономики строительства / под общ.ред. д.т.н. профессора. А. Н. Бирюкова. — СПб.: ВИ (ИТ), 2019. — С.263– 273 (авторское участие — 0,21 п.л)
11. Рекомендации по расчету усиления железобетонных конструкций системой внешнего армирования из полимерных композитов FibARM. М. НИИЖБ. 2012. 29 с.
12. Тилинин Ю. И. Организация и технология производства работ при реконструкции жилых кирпичных зданий исторического центра Санкт-Петербурга / Сборник научных трудов участников межвузовской научно-практической конференции: Современные направления развития технологии, организации и экономики строительства / под общ.ред. д.т.н. профессора. А. Н. Бирюкова. — СПб.: ВИ (ИТ), 2015. –С.264–270.
13. Юдина А. Ф. Бадьин Г. М., Верстов В. В. Технологические процессы в строительстве.– 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2014. — 304 с.
14. Тилинин Ю. И., Юдина А. Ф., Животов Д. А. Совершенствование технологии усиления бетонных колонн при реконструкции каркасных зданий — Вестник гражданских инженеров. — 2019 –№ 2 (73). — С. 104–111 СПб.: СПБГАСУ, 2019.
15. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования. — М.: Минстрой России, 2015. — 52 с.
16. Домостроительные технологии в системе сохранения и развития архитектурно-планировочной структуры исторических российских городов: монография / Ю. И. Тилинин, О. А. Пастух (гл. 1), Д. А. Животов, А. Н. Панин; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. — Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2022. — 239 с.