Применение многослойного клеёного из шпона материала для усиления конструкций театрально-зрительных залов

Автор статьи твёрдо придерживается мнения, что наиболее перспективное на­правление применения многослойного клеёного из однонаправленного шпона материала — это создание конструкций различных размеров и форм из серийно изготовляемых на специализированных предприятиях элементов стандартного сортамента [1]. Вместе с тем отмеченное не исключает применения этого материала в индивидуальных проектах, в том числе при усилении деревянных конструкций. Так, многослойный клеёный материал был применён для усиления деревянных конс­трукций зрительного зала Большого театра в Москве [2]. Необходимость усиления воз­никла при обследовании конструкций зда­ния в период реконструкции театра.

Работа состояла из двух частей: вначале были обследованы несущие конструкции ярусов зрительного зала, затем — перекры­тия над залом с подвесным акустическим потолком (декой).

Несущий каркас ярусов зрительного зала представляет собой шестиэтажную конструктивную систему. В поперечном направлении конструкция представлена шестиэтажной рамой из стоек и опира­ющихся на них однопролётных балок с консолями (рис. 1). Стойки опираются на нижние продольные прогоны ригелей, расположенных параллельно кирпичным стенам зрительного зала. Продольный про­гон уложен поверх двухпролётных балок, крайними опорами которых являются две стены: с одной стороны — кирпичная стена зрительного зала, с другой — стена, идущая по линии борта лож бенуара. На продоль­ные ригели опираются поперечные одноп-ролётные консольные балки. Второй опо­рой поперечных балок является заделка в кирпичную стену зрительного зала. Балки имеют консоли вылетом 1,80-2,15 м. Кон­цы консольных балок связаны с бортовым обвязочным брусом.

При проведении испытаний образцов древесины, отобранных из эксплуатиро­вавшихся конструкций, и анализе резуль­татов этих испытаний было установлено: при длительной эксплуатации величины пределов прочности древесины при сжатии и изгибе изменялись незначительно, а ве­личина предела прочности при скалывании снизилась на 30%. Модуль упругости древе­сины при изгибе снизился на 4-24%.

Уровень несущей способности реальных конструкций определяли с учётом имею­щихся в них дефектов и нарушений пер­воначальной рабочей схемы, выявленных при обследовании этих конструкций. Вы­полненный в ходе работы расчёт послужил основанием для усиления конструкций, в том числе стоек в нижних ярусах балочно-стоечной системы.

Каждую конструкцию обследовали визу­ально и инструментально, особенно тща­тельно изучая дефекты в потенциально опасных местах, характеризующихся боль­шей вероятностью развития повреждений.

Наиболее значительные повреждения выявлены в консольных балках ярусов, которые испытывают большие нагрузки при заполнении зала зрителями: почти в каждой пятой балке имелись горизонталь­ные трещины, в том числе в зонах больших касательных напряжений. Плохим было состояние опорных узлов соединений ба­лок со стенами. В период длительной экс­плуатации балок у некоторых из них были сделаны новые опорные узлы, уровень со­стояния которых был крайне неудовлетво­рителен. У части балок, заделанных в сте­ны, имелись значительные биопоражения.

Анализ потенциальной опасности выяв-ленныхдефектов древесины:биопоражений в местах контакта древесины с металлом, недостаточно качественно выполненных протезов и др. — показал, что необходимо разработать эффективный способ усиления балок (и балок с протезами, и балок с за­делкой в кирпичные стены). В связи с этим был предложен универсальный метод уси­ления балок, в которых были дефекты (го­ризонтальные трещины, подрезки в местах протезов и др.) и недостаточно надёжные протезы, а также крепления элементов ба-лочно-стоечной системы к стенам. Суть метода состоит в прикреплении накладок к боковым поверхностям балок и их соеди­нении с кирпичными стенами. В качестве накладок использовали многослойный клеёный материал со слоями из лущёного однонаправленного шпона, аналогичный материалу Ultralam (рис. 2). Таким образом были усилены все стойки, имевшие трещи­ны и другие дефекты. Накладки крепили к балкам и стойкам шурупами и болтами. Ха­рактерный узел усиления дефектных конс­трукций показан на рис. 3.

По завершении работ были даны реко­мендации по замене и усилению несущих конструкций, а также по защитной обра­ботке древесины конструкций.

По результатам исследований, проведён­ных ЦНИИСКом имени В.А. Кучеренко, проектной организацией «Реставратор-М» был разработан проект ремонтно-реставрационных работ по восстановлению де­ревянных конструкций зрительного зала Большого театра, который уже осущест­влён.

Известно, что из материала типа Ultralam создают как самостоятельные несущие конструкции, так и части сложных конс­труктивных схем. Реже этот материал при­меняют в качестве обшивок панелей или других частей зданий и сооружений. По­этому представляют интерес результаты выполненных в Санкт-Петербургской го­сударственной лесотехнической академии соответствующих исследований упомяну­того материала [3]. Они состоят в следу­ющем: этот материал обладает не только большей прочностью, но и достаточно хо­рошими акустическими свойствами, что делает его перспективным для производс­тва музыкальных инструментов, а также для сферы строительства и реконструкции концертных залов, театров и т.п. соору­жений. Сейчас это особенно актуально в связи с дефицитом и большой стоимостью резонансной ели.

Исследования величин акустических показателей такого древесного композита показали, что порода древесины, тип клея и его количество, число и толщина слоёв шпона, из которых изготовлен композит, тесно связаны между собой. Наиболее важный результат этих исследований та­ков: композит, изготовленный из слоёв древесины сравнительно небольшой плот­ности (например, ели или сосны), имеет лучшие уровни акустических показателей при меньшем влиянии других показателей. Усреднённые величины акустических по­казателей клеёной слоистой древесины и образцов еловой древесины составили со­ответственно: плотности — 470 и 420 кг/м3, Ка — 10,70 и 12,00 м4/кгс. На разработан­ный слоистый композит для дек музыкаль­ных инструментов получен патент РФ [4].

По акустическим показателям клеёный слоистый материал не уступает натураль­ной резонансной древесине. При этом раз­брос величин показателей клеёного мате­риала существенно меньше.

Многослойный клеёный материал из од­нонаправленного шпона уже используют при строительстве концертных залов. Так, в 2000 г. В Финляндии в г. Лахти был пос­троен концертный зал Сибелиуса, акусти­ческие элементы стен которого выполнены из клеёного многослойного материала из однонаправленного шпона. Несущие конс­трукции зала представляют собой клеёные деревянные конструкции. Общий объём помещения — 90 000 м3. На рис. 4 показан общий вид зала.