Основные архитектурно-конструктивные элементы реставрируемых зданий

Для каменных полов используют, как правило, гранит, базальт, диабаз, мрамор, а также менее декоративные и не столь прочные камни — известняки и песчаники. К этому же типу относятся и полы террацо-бетонные или мозаичные, т. е. изготовленные из мраморной или гранитной крошки с цементным раствором, а также полы из керамических плиток (метлахские) (рис. 1.14).

Крыши. Завершением архитектурного объекта является крыша, защищающая его от дождя и снега (рис. 1.15). Кровля из водоотталкивающего материала препятствует прониканию разрушительной влаги в здание.

Правда, з настоящее время эти природные материалы заменяют искусственными. Сначала появились маленькие керамические плиты и фасонные камни — черепица, потом материалы, покрывающие большие поверхности.

К ним относятся угловой элемент плинтуса жесть, просмоленный картон или пленки. В каждом случае необходимо предотвратить проникание дождевой воды в стыки. От качества кровельного покрытия зависит срок службы здания.

Рис. 1.14. Элементы устройства керамических полов

В Европе, где выпадает большое количество осадков, в прошлом преобладали крыши с крутыми скатами. Деревянная стропильная ферма несла кровельное покрытие и имела уклон. Там, где снег, представляющий чрезмерную статическую нагрузку, должен скатываться, устраивали очень крутую крышу. Если снег использовали как дополнительную теплоизоляцию, уклон крыши делали менее крутым, однако в этом случае необходимо было усиление несущей конструкции. 
И только в областях, где осадков почти не бывает, например в Египте, почти не использовали крыши с крутыми скатами. Там преобладала оформленная, как терраса, плоская крыша.

В зависимости от кровельного материала, функциональных задач и ландшафтных условий возникло многообразие форм крыш. Самой простой в сооружении и потому самой распространенной, без сомнения, является двухскатная крыша. Кроме того, дома с такими крышами можно без проблем выстроить в ряд фронтон к фронтону, и между ними не возникнут так называемые снежные мешки.

Особенно хорошо зарекомендовала себя на протяжении веков для отдельно стоящих домов вальмовая (четырехскатная) крыша во всех вариантах.

В качестве наиболее оригинальных форм крутых крыш на общественно важных постройках используют купола и башенные шлемы.

Чем сложнее и богаче формами крыша, чем больше ребер и желобков возникает при соединении отдельных архитектурных объектов, тем больше опасность проникания воды в помещение. Подобные проблемы возникают при устройстве изоляции надстроек на крышах, пронизывающих кровлю. Дымовые трубы, слуховые окна, дома с фронтонами поперек конька, коньки и башенки обогащают архитектурную картину, однако в этом случае крышу нужно часто ремонтировать. Вообще, крышу следует обновлять немного чаще, чем другие части архитектурного сооружения.

Крыши средневековых зданий в основном были крутыми и их редко пробивали окнами. Впоследствии крыши начали украшать мансардами с фронтонами поперек конька и со слуховыми окнами.

В зданиях прошлых веков основание крыши подчеркивали карнизами, фризами, венцами зубцов, а также миниатюрными галереями. Коньки также украшали решетками или особыми кирпичами. В период Ренессанса внешний вид крыш обогащали балюстрадами с вазами и скульптурами, а начиная с XVII в. применяли ломанные поверхности — мансардные крыши.

Вследствие появления нового типа уплотнителей и водонепроницаемых материалов повсеместно, независимо от климатической зоны, стала распространяться плоская крыша — характерный признак современной архитектуры. В XX в. в результате использования большепролетных конструкций стропильных ферм и сетчатых конструкций над большими залами появились совершенно новые и весьма эффективные формы крыш.

Основные элементы зданий

По своему функциональному назначению основные элементы зданий подразделяются на несущие, ограждающие и совмещающие обе эти функции. Несущие элементы принимают на себя нагрузки от конструкции самого здания, атмосферных воздействий, людей. Ограждающие разделяют здание на отдельные помещения и выполняют защитные функции (тепло-и звукоизоляция, защита от атмосферных воздействий). Элементы, которые соединяют несущие и ограждающие функции, должны совмещать в себе и качества.

Здание имеет подземную часть, расположенную ниже уровня тротуара (земли) или отмостку и наземную. Отмостка представляет собой узкую полосу вокруг здания, покрытую каменными материалами, бетоном или асфальтобетоном. Она имеет небольшой поперечный уклон для отвода воды от здания.

Конструкция здания состоит из следующих элементов (рис. 1).

Рис. 1. Конструктивная схема двухэтажного дома. 
1 — фундамент; 2 — пол подвала; 3 — гидроизоляция; 4 — стены подвала; 5 — отмостка; 6 — наружные стены; 7 — внутренние стены; 8 — междуэтажные перекрытия; 9 — перегородки; 10 — стропила; 11 – чердачное перекрытие.

Подъяпольский С. С. и др. Реставрация памятников архитектуры. - М., Строй издат, 1988. 
2. Пруцин О. И., Рымашевский Б., Борусевич В., Архитектурно-историческая среда. М., Стройиздат, 1990. 
3. Международная хартия по консервации и реставрации памятников архитектуры // Методика и практика сохранения памятников архитектуры. - М., 1974, с. 123-127. 
4. Михайловский Е. В. Реставрация памятников архитектуры: Развитие теоретических концепций.. - М., 1971.

Защита наружных стен

Для защиты наружных стен от увлажнения и для повышения долговечности устраивают карнизы, парапеты и цоколи (рис. III .7). Карнизы и парапеты устраивают для защиты наружных стен от смачивания водой, стекающей ~ крыш (рис. II 1.7,б, в). Карниз в кирпичной стене выполняется постепенным напуском рядов кладки, но не более Уз длины камня в каждом ряду относительно нижнего ряда. Общий вынос карниза не должен превышать половины толщины стены. Для устройства карнизов с большим выносом используют сборные железобетонные элементы. Парапеты устраивают возвышением кладки наружных стен над уровнем кровли с внутренним водостоком. На верхний обрез стены укладывают сборные железобетонные парапетные плитки. Предохранению стены от смачивания дождевой водой способствует также устройство подоконных водосливов из оцинкованной кровельной стали, керамических плиток или фасонных элементов из синтетических материалов. Выступающие из плоскости стены пояски, тяги и другие архитектурные элементы покрывают оцинкованной кровельной сталью, листовым пластиком и другими материалами со сле зниками, отводящими воду от стены (рис. III .7, а, г).

Цокольную часть стены (рис. II 1.8) выполняют для защиты нижней ее зоны от дождевой и талой воды, а также от возможных механических повреждений при эксплуатации здания. Цоколь устраивают из прочных, водостойких долговечных материалов. Высота цоколя принимается не менее 500 мм.

Каменные столбы (рис. 111.9, а, б, г, д) применяют в качестве промежуточных опор малоэтажных жилых и общественных зданий. Столбы возводят из сплошного полнотелого кирпича или камня. Сечение кирпичных столбов принимают не менее 380X380 мм с обязательной перевязкой швов каждого ряда. Для увеличения несущей способности столбов применяют материалы повышенной прочности и вводят армирование кладки горизонтальными стальными сетками из стержней диаметром 4—5 мм с ячейками 100—150 мм, располагаемыми в горизонтальных швах через 2— 4 ряда кладки.

Таком образом, несущая способность повышается ""в 1,5 раза (рис. 111.9, а). Если требуется более существенное усиление столбов, то их заключают в каркасные обоймы (рис. III . 9, в, г, д) с последующим замоноличиванием для защиты стали от коррозии и огня. Каменные столбы часто заменяют сборными железобетонными или монолитными колоннами. Фундаменты под каменные столбы делают столбчатые бутобетонные.

1.5. Диагностика каменных (кирпичных) конструкций 
Перед обследованием каменных конструкций необходимо выявить их структуру, выделив несущие элементы. При обследовании несущих элементов важно учитывать их реальные размеры, расчетную схему, величины деформаций и разрушений, условия опирания на каменную кладку балок, плит и т.п., состояние арматуры (в армокаменных конструкциях), закладных деталей. Важно установить размеры и характер дефектов, разрушений: сколов и трещин. Необходимо выяснить, нарастают трещины во времени или нет. Для этого на трещины ставятся маяки. 
Трещины в несущих каменных конструкциях соответствуют стадиям трещинообразования (или стадиям работы кладки при сжатии). 
При усилиях в кладке F меньше усилия, при котором в кладке появляются трещины Fcrc, трещин нет, и конструкция, безусловно, имеет достаточную для восприятия существующей нагрузки несущую способность. 
При нагрузках F і Fcrc начинают образовываться трещины. Хорошо известно, что кладка плохо сопротивляется растяжению. Поэтому на растянутых поверхностях (участках) трещины появляются значительно раньше возможного разрушения конструкции. 
Кроме указанных, выделяют и другие факторы, являющиеся причиной возможного образования трещин: 
а) низкое качество кладки, т.е. плохие растворные швы, несоблюдeниe перевязки швов, забутовка с нарушением технологии ее выполнения и т.п.; 
б) недостаточная прочность кирпича и раствора (трещиноватость и криволинейность кирпича; высокая подвижность раствора и т.п.); 
в) совместное применение в кладке разнородных по прочности и деформируемости каменных материалов (например, глиняного кирпича с силикатным кирпичом или шлакоблоками); 
г) использование каменных материалов не по назначению (например, силикатного кирпича в условиях повышенной влажности); 
д) низкое качество работ, выполняемых в зимнее время (использование не очищенного от наледи кирпича; применение смерзшегося раствора); 
е) отсутствие температурно-усадочных швов или недопустимо большое расстояние между ними; 
ж) агрессивные воздействия внешней среды (кислотное, щелочное и солевое воздействия; попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание); 
з) неравномерная осадка фундамента здания. 
 
1.5.1. Стадии трещинообразования каменных кладок при сжатии 
Первая стадия — появление первых волосяных трещин в отдельных камнях. Экспериментально установлено, что усилие Fcrc, при котором появляются трещины, зависит от вида используемого в кладке раствора, а именно: 
— в случае кладки на цементном растворе Fcrc= (0,8- 0,6)Fu; 
— в случае кладки на сложном растворе Fcrc= (0,7-0,5)Fu; 
— в случае кладки на известковом растворе Fcrc = (0,6-0,4)Fu, 
где Fu — разрушающее усилие. 
Вторая стадия — прорастание и объединение отдельных трещин. 
Третья стадия — образование больших поверхностей разрушения и исчерпание прочности кладки. 
Последовательность развития трещин в кладке представлена на рис. 1.10. 
Анализируя картину трещин в каменной кладке, следует помнить, что появление отдельных трещин в перевязочных камнях свидетельствует о ее перенапряжении. Развитие трещин во второй стадии указывает на значительное перенапряжение кладки и необходимость ее срочной разгрузки или усиления. При образовании больших поверхностей разрушения целесообразна замена кладки на новую или ее усиление конструкцией, полностью воспринимающей эксплуатационную нагрузку. 
 
1.5.2. Трещины в кирпичных внецентренно сжатых колоннах 
Характер трещинообразования в кирпичных колоннах зависит от величины эксцентриситета приложения силы. 
При больших эксцентриситетах в растянутой зоне колонн по неперевязанному шву образуются горизонтальные трещины. С увеличением эксплуатационной нагрузки трещины раскрываются и удлиняются, в результате чего может произойти потеря устойчивости колонны или разрушение ее сжатой зоны. 
При малых эксцентриситетах горизонтальных трещин может не быть, однако, если имеет место перегрузка колонны, появляются вертикальные продольные трещины. Картина трещинообразования во внецентренно сжатой кирпичной кладке показана на рис. 1.11. 
 
1.5.3. Трещины в кирпичных стенах 
Трещины в кирпичных стенах — весьма распространенное явление, причинами которого могут быть как внешние, так и внутренние силовые воздействия, обусловленные особенностями физико-механических свойств кладки и влиянием окружающей среды. В значительной степени образованию трещин способствует неравномерная осадка фундаментов. На рис. 1.12 показана картина трещинообразования наружной кирпичной стены. 
Хаотично расположенные трещины часто возникают в сооружениях, оказавшихся в непосредственной близости от места забивания свай или в старых зданиях, износ кирпичной кладки которых достигает 40% и более. При разработке рекомендаций по дальнейшей эксплуатации здания необходимо определить характеристики кладки. 
 
Отбор образцов для испытаний производят из малонагруженных элементов конструкций при условии идентичности применяемых на этих участках материалов. Образцы кирпичей или камней должны быть целыми, без трещин. Из камней неправильной формы выпиливают кубики с paзмepoм ребра от 40 до 200 мм или высверливают цилиндры (керны) диаметром от 40 до 150 мм. Для испытаний растворов изготовляют кубы с ребром от 20 до 40 мм, составленные из двух пластин раствора, склеенных гипсовым раствором. Образцы испытывают на сжатие с использованием стандартного лабораторного оборудования. Участки кирпичной (каменной) кладки, с которых отбирали образцы для испытаний, должны быть полностью восстановлены для обеспечения исходной прочности конструкции. 
 
 
• Рис. 1.10. Стадии трещинообразования каменной кладки при сжатии: а — нет трещин; б — первая стадия; в — вторая стадия; г — третья стадия. 
 
 
• Рис. 1.11. Трещины во внецентренно сжатой кирпичной колонне: а — трещины в кирпичной кладке при перегрузке; б — волосяные трещины на отштукатуренной поверхности колонны. 
 
 
• Рис. 1.12. Картина трещинообразования наружной стены кирпичного здания: 1 — трещины от неравномерной осадки фундаментов (просадки грунта при замачивании; выпучивания при замерзании; осадки от вибродинамического уплотнения); 2 — трещины вследствие недостаточной площади опирания перемычки на стену с низкой прочностью каменной кладки; 3 — трещины от перегрузки простенка и низкой прочности каменной кладки; 4 — трещины по причине большой длины температурного блока или отсутствия температурно-усадочного шва; 5 — трещина как следствие температурной деформации расширения стального (железобетонного) прогона, опирающегося на простенок. 
 
Сергей ЛЕОНОВИЧ, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой "Технология строительного производства" БНТУ