Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Долговечность деревянных конструкций и сооружений без применения химических средств защиты (на примере объектов деревянного зодчества Архангельской области)

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Долговечность деревянных конструкций и сооружений без применения химических средств защиты (на примере объектов деревянного зодчества Архангельской области)"

АРХАНГЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

г ОД

I г ' », ' На правах рукописи

ШАПОВАЛОВА Лю5овь Геннадьевна

ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРШ-НИЙ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ( НА ПРИМЕРЕ ОБЪЕКТОВ ДЕРЕВЯННОГО ЗОДЧЕСТВА АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ ).

II.00.II - Охрана окружающей среды и рациональное . использование природных ресурсов.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 1994

•Диссертационная работа выполнена в лаборатории .защиты древесш Центрального научно-исследовательского института механической обработки древесины (ВДИИМОД)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

кандидат технических наук.с.н.с.

Варфоломеев Ю.А.. доктор технических наук,проф.

Коваленко Н.П. кандидат технических наук.о.н.с.

Мелехова H.A. йэьштет охраны окружающей среда п природных ресурсов Архангельской области»

Защита' диссертации состоится £ У/ в часов на заседании специализированного совета Д064.60.0: в Архангельском государственном техническом университете (наб Северной Двины, 17,главный корпус,ауд.228),*-'

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями,за-воротшыи гербовой печатью,направлять по адресу: 163007 Архая гельск,наб.Северной Двины,17,АГТУ.Учсний Совет.'

С диссертацией 'коано ознакомиться в библиотеке МТУ»

Автореферат разослан

■О

ноября 1994г.

Ученый секретарь специализированного совета д.с.-х.н. ,проф,

■ А,и.Барабин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ.

Актуальность те;д|. Применимо древесины в строительстве глзот' болкпуэ перспективу,однако увеличение длительности эксплуатация деревянных iccircTpyictpiíí к сооружений' в настоящее время обеспечивается я оспссисм методом! химической пап^тыЛеемотря »а сраиительио :-:ор:я;::е экологические характеристик» некоторых со-сре::огапгс хишгоеспсс препаратов, они псе ге не могут быть полностью безопасны для человека и окрузащей среда. Недостаточна изучены тагсге отдалсшяге последствия хитмескоЛ обработки дерззяпшх кснструщЛ, о частости,по исключено гаделенпе токсичных вечзств по ггросгестши некоторого времени после обработки,Особенно нежелательна химическая обработка конструкций в ящп?юм строительства. Поэтому гиявдение и обосноЕанпе применения эколог:гчеекп безопасных эффективных нотодов обеспечения долговечности конструкций и строений на примере объектов деревянного зодчества является актуальным направлением исследований,так как хоролая сохранность де-репянних памятников архитектур^ во многих сяучаях отмечена дааэ по прошествии 300 лог,в то время как современные деревянные здания и конструкции заводского изготовления приходят в негодность из-за биопораяения в некоторых случаях через 8-12 лет эксплуатации.

Проблема длительной сохранности древесины в соорутсгаях очень важна также и прл реставрации старых зданий и сооружений, так как в ряде случаев отмечено интенсивное разрушение отрестао» рнрованных строений.

Увеличение долговечности существующих и вновь проектируема* конструкций и сооружений из древесины позволит сократить расход

лесоматериалов и тем самым способствует сохранению медяенноБэзо-бновляемых ценных лесных ресурсов.

Цель диссертационной работы - оценить эффективность и обосновать применение эколргически безопасных способов обеспечения долговечности конструкций и сооружений из древесины без вршгадо-ния химических средств защиты на примере объектов деревянного зодчества Архангельской области.

О соответствии с целью были поставлены следующие задачи :

- проанализировать опыт древних зодчих и уценить эффективность применения ими экологически безопасных мтодов обеспечйгпш долговечности деревянных сооружений;

- определить иехакнчсскйо.прсчнос-гные к упругие свойства образцов не обработанной химическими препаратам-.: древесины,отобранных из объектов деревянного зодчества,выявить закономерности изменения втих свойств при длительной эксплуатации,оценить их влияние на долговечность строений;

- определить особенности развития эррогни поверхностной зоны древесины строительных, конструкций,не обрабоганых химическими пропаратали.при длительной эксплуатации к>; в оетеетвенных: климатических условиях н оценить влияние условий ; ис- -уатации на интенсивность эррозии.

Научная новизна работы закгшчается в следующем 5

- выявлены,проанализирована "и оценки кй^сетгвазше показатели экологически безопасных способов обесдолговечности деревянных конструкций-и сооружений,использог-аг^псся .древними зодчими,без применения химических препаратов;

- определены основные показатели физико-механических свойств древесины,не обработанной химичесюши биоакт1;зк;.%/и препаратами,

¡1 установлены закономерности изменения этих показателей при дли тельной эксплуатации в строительных объектах;

- разработана математическая модель и программа оценки де-форма'тивного состояния высоких срубных сооружений при издекешт влагностных условий эксплуатации и совместном использовании в одаоц отреставрированной строении старой и новой древесины;

- изучены особенности развития эррозии поверхностной ос;гг древесины при длительной эксплуатации конструкций,но сбрабста:.<~ *гцх химическими биоактивными препаратами,в атмосферных условюгг.

Автор защищает ; •

- научные предпосылки обеспечения долговечности доревяшгпх зданий н сооружений экологически чистыми методами,без применения химических биоактивных препаратов;

- данные по физико-механическим свойства!.« (плотность,прочность, упругость,водопоглощение) и особенности эррозии поверхностного слоя длительно эксплуатируемой древесины,не обработанной химическими.препаратами;

, - теоретическое объяснение и методику расчета деформированного состояния высоких срубных сооружений :три изменении эксплуатационных воздействий1 и в случае использования в одном отреставрированном строении свежей и старой древесины;

Практическое значение работы :

,- выявлены и' проанализированы экологически чистые способы обеспечения долговечности деревтшых строений,не наносящие ущерба человеку и о кружащей среде.Приненение этих способов позволит минимизировать использование Х5ЕЮ1часких средств эея^ту дрзвес-л-ны,обеспечив при этом тр'ебуемуп долговечность строений;

- разработаны'рекомендации по длительной сохранноста дере-

винных строений и по отбору круглого лсса для реставрационных работ,каторыз позволят обеспечить трзбуемий уровень долговечности строений при ремонте и реставрации эксплуатируемых музейных объектов,а такие в практике современного заводского деревянного домостроения;

- полученные экспериментально показатели физико-механических свойств длительно эксплуатируемой древесина позволят более точно оценить несущую способность отдельных конструкций к око-плуатируеыух сооружений в целом при выполнении проектных и ро-монтно-рестоврационных работ;

- разработанная методика позволит рассчитать деформированное состояние срубных сооружений при изменении эксплуатационных воздействий в'случае использовашш в одном строении старой и свежей древесины,существенно различающихся по показателям физико-механических свойств, . '

. ~ экспериментальные данные по содержанию хк-мческих компонентов в поверхностном слое дровосжгл.пс обработшщой каглчзегл-ыи препаратами,пр:£ длительной ошцуатец::»: в диюсфорнах уеяори-ях и ияучепиие особенности развития оррознк могут Стгь использованы при разработке укрепляющих составов и заз;:ти.о-докора~;:г;пг: средств,предназначенных для реставрации к современного домостроения. * .

Апробация таботц. Основные результаты работы доясссш па Всесоюзных иаучно-технггаеских шфграюршх молодо: учашх и специаяпстовСЦНИЖОД,Архангельск,1985 я 1939г.),Всасоазной ксц-форенции.проведенной 'Академией наук СССР(Архангельск, 1983г.),научной конференции "Народное аодчестЁо"(Потроаоводск,1930г.),международных научно-практических конференциях "Пути сохранения и

метода реставрации памятников деревянного зодчества'Ч Архангельск, 1990г.) и "Цузей под открытым небом в современных условиях"( Архангельск,1993г.).

Публикации. Результата исследований и основина положения диссертации изложены в 10 публикациях.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 1751 страницах машинописного текста,включая 19 рисунков, 25 таблиц и состоит из введения,5 гяав,основных выводов и списка литературы из 95 наименований.

С0ДЕР1АНИЕ РАБОТЫ. .

Во введении рассматривается актуальность проблемы, дается обоснование выбора объектов исследования и намечаются основные направления исследования.

В первой глава рассматривается опыт сохранения.реставрации н эксплуатации объектов деревянного зодчества и приводится методика исследований.

В настоящее время сохранность древесины обеспечивается,глав-* нш образом,за счет химической обработки древесины биоактившаш препаратами.В то не время вопросам достижения сохранности древесины на основе использования ее природных свойств уделяется недостаточно внимания,хотя по сравнению о химическими рассматриваемые способы увеличения долговечности деревянных строений явля-топ экологически чистыми.Исходя иэ этого,были проведены исследования по выявление и обосновании применения безопасных способов длительной сохранности зданий.

Объектом исследования явились культовые строения,так как они имеют однотипные функциональные,объемно-планировочные и конструктивные решения,наиболее систематизированы по хранения исторических документов и имеят наиболее длительный срок эксплуатации по сравнению с жилыми и хозяйственными.

Исследования проводились в двух направлениях :

I.Методом натуршх обследований с привлечением достоверных данных других исследователей и исторических документов был проведен эксперимент,который заключался в оценке сохранности зданий. Было обследовано 262 деревянных культовых неотростоврированных строения,сохранивших функциональное назначение.Из них 8,78^ строений имеют хорошее техническое состояние,37,40^ - удовлетворительное, 38,93$ - плохое и 14,89« - аварийное.Пр;; этом с последние 70-80 лет поддерживающий ремонт строений но производился.Тем не менее большое количество зданий в хорошем и удовлетворительном техническом состоянии свидетельствуют о применении древними зодчими определенных способов»обеспечивших хорошую сохранность зданий в течение длительного срока.Поэтому следующим этапом работы явилось выявление,анализ и обоснование необходимости применения способов обеспечения долговечности деревянных сооружений,которые использовали старые мастера.Результаты этого направления исследования могут быть рекомендованы к применения в практике реставрации и современного домостроения.

Исследования деревянного зодчества проводились многими авторами (А.В.Ополовников,В.П.Орфинский,Л.М^лсенко,М.И.Мильчик,В.Б. Бутурлинцев и другие),но все они рассматривали отдельные,узкие, в основном архитектурные вопросы.В настоящей работе выполнен комплексный анализ опыта старых мастеров,систематизация и оценка эффективности отдельных способов.

2. Вторым направлением исследований явились лабораторные испытания образцов не обработанной химическими препаратами древесины, отобранных из объектов деревянного зодчества длительность«) эксплуатации от 85 до 350 .лет,При атом определяли показатели физико-механических свойств старой древесины и особенности зррозии её поверхностного слоя при эксплуатации в атмосфершх условиях. Исследования проводили по отдельны.! стандартным методикам.Результаты лабораторных исследований позволят прогнозировать свойства и сроки службы конструкционной древесины в заданных условиях эксплуатации.

Наиболее подробные исследования в этом направлении были проведены Н.Л.Леонтьевым,Б.М.Ивановым,В.М.Хрулевым и другими авторами, однако длительность эксплуатации испытанной древесины здесь несоизмеримо мала по сравнении с выполненными в ходе диссертационной работы.Вопроси химических изменений древесины при многолетней эксплуатации изучены недостаточно.

Во второй главе рассмотрены способы обеспечения долговечности деревянных конструкций и сооружений экологически безопасными методами и оценена эффективность различных методов в цифровых показателях.

Разносторонние исследования объектов деревянного зодчества позволили выявить,что при возведении ценных деревянных строений древними зодчими учитывались объективно действущие факторы : климат,ландшафт,свойства определенных пород древесины»фиксированная ориентация строения по сторонам света и другие.Способы обеспечения долговечности деревянных строений основывались на рациональном учете климатических и других указанных факторов и соблюдении соответствия свойств определенных пород дерева конкретным • условиям эксплуатации конструкций под нагрузкой.Долговечность

объектов обеспечивалась иатериаловедчеекиш!.архитектурно-планировочными и конструкционными способами.

При заготовке лесоматериалов древние зодчие Оценивали качество древесины растущего дерева косвенными методами,точно соблюдали сроки и технологию заготовки бревен в лесу и обработки лесоматериала на стройплощадке.

При анализе проектных решений и размещения на местности ("привязки") 388 деревянных культовых зданий на территории Архангельской области выявлено,что древние зодчие использовали определенные объемно-пространственные решения,основанные на рациональном учете климатических факторов.

Лаконичная,обтекаемая форма строений обеспечивала их хорошую аэрацию и позволяла избежать образования снеговых мешков.Продуманная система водоотвода исключала сильное увлажнение конструкций в условиях сложных метеорологических воздействий,а естественная вентиляция помещений способствовала быстрой просупке конструкций.По результатом натурных обследований удалось выявить участки зданий,где наиболее сложно обеспечить качественный водоотвод и. аэрацию конструкций,вследствие чего эти участки наиболее подвержены биопораженияы.Саками опасными с этой точки зрения являются:

- места переломов уклонов кровли,особенно с кетой сторона здания.интенсивное биопоражение которых ведет к деформация, а в дальнейшем и обрушении натровых и других завершений.Зафиксирована деформация шатров у 17 объектов', и3 них на юго-восток и юго-запад у 17,6% строений,иа юг - у 64,85»,деформаций завершений на другие стороны света не зафиксировано;

- окладные и низшие венца северной стены и северо-западного угла строения,деструкция древесины которых приводит к деформации основного объема здания.Такие деформации выявлена у 15 объектов,

количество случаев,%

100 -

80 60 ■ 40 •■

20 •■ О ■■

с св в юв о га з сз смтГ*

Рис.1. Особенности аэрации (I) и инсоляции (2) объектов деревянного зодчества при наличии растущих рядом деревьев.

из них 73,3? имеют перекос на Север,северо-запад,запад.

Постановка строений на высоком рельефе и на очень открытых местах также обеспечивала наилучщутз их аэрации.На еысоком рельефе расположено 47,75» обследованных объектов,51,- на равнине и ягсаь менее 0,855 - в низменности;частично затрудненная деревьями аэрация зафиксирована лишь менее чем у 1/3 объектов.

При невозможности полной аэрации из-за растущих деревьев проветривание строений преимущественно осуществляли западными или юго-западными ветрами (80-90? возможных случаев)»которые на территории Архангельской области имеют наибольяув повторяемое« и силу в течение года.Этим объясняется верстана графика I на рясу«-кз I на западе.Наименее проветриваемой (34% случоеи)является ее* верная стена строений,что объясняется созданием еярглы из хвойшх деревьев с целью уиетгьпеяия влияния ходощасх северных виграт. п. излианего накопления снега на здании.Сниягние етггеяеиияеетя йнсз-

2 Л" Ч

V » ^ *

V

\ 4,

ляции на пеной стороне зданий обеспечивали созданием тени от крон хвойных деревьев,что зафиксировано примерно у половины объ-эктов,у которых аэрация свободная,а инсоляция частично затрудне-на.Этим объясняется впадина на юге на графике 2 рисунка I.

' Учет древними зодчими влияния природных факторов подтверждается данными натурного обследования 122 часовен на территории Архангельской области.Все эти объект неотапливаемые, однотипны в конструктивном отношении и кмезт одинаковые условия эксплуатации. Выявлено,что на открытой местности без деревьев расположено строений кз общего их количество,при этом неудовлетворительное состоять имезт 45,0% строений,расположенных на возвышенности, 60,3>о - на равнино п. 100% - в низменности.При частично затрудшн-ной из-за деревьев аэрации неудовлетворительное состояние имеэт 1.4,3% объектов,поставленных на возвышенности и 73,7% -на равнине.

Для определения принципов шлпоновки ансамблей деревянного зодчества было проанализировано взаимное размещение строений в 24 ансамблях, в 7 из кот орда г,о различным протеинам сгорали I или 2 объекта,а 3 ансамбля сгорели полностью.Выявлено,что при взаимном расположении деревянных строений древние зодчие учитывали противопожарные требования,которые заключались в следующем :

- расстояние между центрами соседних объектов должно провещать высоту наиболее высокого объекта в паре;

- расстояние между зданиями •"в свету* по кратчайшему • расстоянию должно быть не менее 2/3 высоты наиболее высокого объекта в паре. '

Несоблюдение этих-условий повышает вероятность, распространения огня на соседаие строения в случае пожара.- .

В процессе строительства древние зодчие использовали определенные технологию возведения здания и конструктивные решения,ос-

нованныэ на точном соблюдении соответствия прочностных,упругих, теплотехнических,влатностных,технологических и других свойстр древеснни конкретным условиям эксплуатации отдельных конструкций под нагрузкой.Долговечность зданий при этом обеспечивали :

- минимальны;.! использованием разнородных материалов;

- применением круглых лесоматериалов,которые клеят повышенную прочность по сравнению,например,с брусом,где происходит перерезание волокон и ослабление сечений;

- использованием в срубе косослойных бревен,что объясняется большей прочностью и биостойкостью их по сравнению с прямослойными.Зто подтверждается натурными обследоватшями - интенсивное био-лоратен/га в косослойных бревнах встречается в 1,7 раза регэ,максимальная ширина раскрытия усушечных трещин в 2,6 раза меньше,а их относительная глубина в 1,2 раза меньше,чем в прямослойных;

- укладкой бревен в срубе южной стороной внутрь строения с учетом различия теплотехнических качеств,прочности и подверяенно-сти растрескиванию северной и кешой сторон бревна,что обусловлено изменчивостью сирины годичных колец в зависимости. от ориентации сторон света.Это подтверждается данными натурного обследования 35 объектов.Установлено,что соотношение числа бревен,уложенных кетой стороной внутрь помещения,« числу бревен,уложенных .южной стороной нарушу,для отапливаемых строений составляет 1,96, для неотапливаемых строений с временным пребыванием в них людей -1,75 и для хозяйственных построек - 1,22; -

- защитой сруба от неблагоприятных внешних воздействий правильным устройством тесовой обшивки;

- многослойной укладкой кровельного материала и другими способами.;.

Значительное количество сохранившихся в хорошем и удозлет-

верительном техническом состоянии очень древних культовых объектов обусловлено именно применением старыми мастерами рассмотрения способов обеспечения долговечности зданий и тем самым подт-рерздают правильность результатов исследований.

Третья глава содержит исследования механических,прочностных и упругих характеристик образцов древесины сосны,не имеющей биопоражений ,не обработанной химическими препаратами и эксплуатировавшейся в объектах деревянного зодчества в течение 85 - 350 лет.

Все объекты,из которых отбирались пробы.расположены в северной части Архангельской области,а,следовательно»имелись близкие условия произрастания деревьев и одинаковые шшатическка условия эксплуатации зданий. ■ •

Механические характеристики исследуемой древесины Йлиэки по значениям.Установлено,что средняя плотность образцов древесины, отобранных из несущих конструкций зданий,составила в партиях о* 490 до 570 кг/м? а по всей выборке образцов (Я * 264) - 506 кг/м? что практически совпадает со стандартным значением, равным.'

О • -

505 кг/мт Плотность образцов древесины ненесущих конструкций значительно меньше - 415 - 450 кг/м? Содержание поздней древесины в образцах составляет 22 .- 33$ в отличие от стандартного показателя, равного 25$. При этом различия значений плотности составили 3-10*, а содержания поздней древесины 22 - ЗОЙ против 1% н определенных стандартами. .

Это позволило провести анализ экспериментально выявленных показателей физических свойств древесины кесущих конструкций, сравнить их средние значения с требованиями современных стандартов и вывести закономерности изменения этих свойств при длительной эксплуатации. . „ . На прочность при сжатии вдоль волокон было испытано 9 партий

образцов длительностью эксплуатации от 85 до 350 лет,при статическом изгибе поперек волокон - 7 партий от 85 до 223 лет.По экспериментальным данным установлены следующие зависимости между прочности) и плотность» исследуемой древесины : б"«. - 0,17^5 12-29,21;

• виэг. - °>30^ 12 - 57.83.

Прочностные характеристики исследуемой древесины представлены в табл.1 '.

' .Таблица 1

Показатели прочности длительно эксплуатируемой, древесины сосны, не обработанной химическими препаратами.

напряженное состояние

Показатели | сжатие вдоль волокон статический изгиб

' • - ' : сопротивление,МПа',приведенное к.р' ^бОбкг/м1*

- - " } временное расчетное временное я9 расчетное ^лз/г

Среднее значение по всем партиям \ образцов Стандартное значение • 54,7 48,0 20,2 16,0 88,2 89,1' 20,7 15,0

Из таблицы видно,что среднее значение кратковременного со-противления старой древесины при сжатии вдоль волокон превышает стандартные данные на 13,а при статическом изгибе-практически совпадает со стандартным значением.Повышенные показатели плотное ти и прочности старой древесины свидетельствуют о тщательном индивидуальном отборе лесоматериала для строительства ценных зданий. . ■. На модуль упругости при сжатии вдоль волокон было испытано 6 партий образцов длительноетьв эксплуатации от 85 до 350 лет,

при статической изгибе - 7 партий от 85 до 223 лет эксплуатации.

По экспериментальным показателям наблюдается некоторое снижение и прочностных,и упругих свойств древесины в рассматриваемый период эксплуатации,которое можно описать функциями :

^ сж. и б5»553 - 0.Ю2Т + О.ОгШО-^Г2, МПа;

= 106,766.- 0,185Т + 0,042x10-^, Ша; Е р. = 13,530 - 0,035Т + Си__ = 30,952 - 0Д42Т + 0,357хЮ~3Т2, ГПа; -где Т - длительность эксплуатации,лет.

Тем не менее расчетные значения прочности несущих конструктивных элементов из старой древесины составляют при сжатии вдоль волокон 20,2 Ша и при статическом изгибе 20,7 МПа (табл.1).Эти значения достаточны для обеспечения несущей способности конструкций и соответствуют требованиям современных строительных нормативов. Это такке свидетельствует о возможности эксплуатации старых деревянных конструкций и зданий без применения химических средств защиты длительное время. '

Установлено,что значения коэффициентов вариации показателей прочности и деформативности старой древесины при обеих видах испытаний существенно нш;е стандартных данных,функция их изменения с течением времени такге является убывающей.Это свидетельствует о стабилизации состояния старой древесины,включая её внутренние, напряжения, под нагрузкой.

В четвертой главе рассмотрены особенности разбухания древесины при длительной эксплуатации.По результатам лабораторных исследований установлено,что средние значения коэффициентов разбухания составляют : в радиальном направлении - 0,150$ на 1% •изменения влажности,в тангенциальном - 0,308$,а объемный коэффициент разбухания составляет 0,503$,что больше соответствующих

сгандаргянх значений на 4,0%, 14,0% я 14,5%.

С учетом экспериментально выявленных показателей разбухания старой древесины был проведен расчетный эксперимент по определена деформаций высоких рубленых строений при изменении влажност-пнх условий эксплуатация, в том числе при использования а одно;: отреставрированном строении свежей и старой древесины.Расчет проводился па ЭЕМ по методу конечная элементов на пригаре сруба но-локолънз гнсотоЗ 11,5 м.Кроме геометрической схеин конструкция п нагрузок r¡ программу изведены показатели упругости л разбухания дрэвесллы,которые зависели от задаваемой влажности воздуха.

Установлено,что деформации сруга.вяполнетгого полностью па повой или старой "древесины, различны,что видно из табл.2.Рассмотрен -вариант симметричного" увл&пенгл древесины граней сруба (\'/на„ = 12%, Укон = 30^).(схема 1)ЛТрл этом произошло равномерное вертикальное разбухание сруба пэ старой древесины па I20t$'.5j, а из свезей древесина - па 112,9 мм. В варианте симметричного увлажнения древесины сруба,одна грань которого выполнена полностью аз старой древесины,а противоположная - полностью пз свегей (схе-•iia 2)',вертикальные деформации граней сруба составили соответственно ,120,9 мм п.112,9 км,но при атом произошел сдвиг верхнего венца "по горизонтали на 10 мм в сторону грани из сведен древесины.

Наиболее опасни несимметричные деформации сруба при его одностороннем увлажнения (схема 3).При этом в срубе из све-ей древесина деформации верхнего венца грани,испытывающей y.jia~jiemie, составили по вертикали 123,6 т и по горизонтали 126,0 ыгл. .В срубе из старой древесины деформации по вертикали составили 132,9 км,а по горизонтали - 135,2 мм.

;" Это.приводит.к возникновении значительных по величине дополнительных внутренних напряжений,к перенапряжению отдельных эле-

Таблиц» 2.

Деформации сруба при различных условиях эксплуатации.

£

схе мы

Схема деформации верхнего венца сруба .

Перемещения точек сруба,мм. ,

симметричное увлажнение -1.

^--—

/Б ' в: уГ

г г---Т1

м—

-2.2

<*

-2,5

-0.8 -0,9

- 11,5

- 10,2

119.3

128,1

112.9 120,9

118,9 121,0

Б 0.8 112.9

0.9 120,8

2.2 119.3

Г 2,5. 128,1

Б -8,5 112,8

Г -€,8 128,5

несимметричное увлажнение — Т1

Г | К X

-ч- -V-

-125.2 -2.0 -125.2 -0.4

-134,3 -2,3 Ь -134/3 -0,4

-126.0 ИЗ. 5 -122.9 123.7

-135,2 121,6 1" -131,8 132,8

Примечание : £ - в числителе - для сруба из свете:! древесины, в знаменателе - из старой древесшш.

ментов конструкций, что способствует образована радиальных трещин по длине бревна,обмятию врубок,ослаблении соединений, механический повреждениям п в конечном итоге существенно снижает срок эксплуа-тси?и.дех«вяшаа сооружений.

Истая глава иосвтаана особенностей оррозпп древесины при

1У

длительной эксплуатации в строительных объектах без применения химических средств защиты.

Поверхностная зона древесины наружных строительных конструк ций непосредственно подвергается воздействию климатических {«кто ров - осадков,солнечного излучения,изменению температуры и влажности воздуха.Это приводит к её интенсивной эррозки,которая со-провоадавтся растрескиванием,изменением цвета.повышенной восприимчивостью к биопоражениям и со временем развивается вглубь.Поэтому были проведены исследования изменения содержания химических коштойентов поверхностного,глубиной до 3 мм.двструктированного слоя древесина конструкций при эксплуатации в атмосферных усдови ях.Исследованы 10 партий образцов чистой,не подверженной биопора гениям древесины сосны, отобранных из памятников архитектуры дли тельностью эксплуатации от 85 до 350 лет.Установлено,что при атом происходят необратимые изменения содержания всех химических ком понентов древесины {рис.2).Из рисунка видно,что в первые года эксплуатации.(до 85 лет) происходит резкое уменьшение содержания экстрактивных веществ - от 5,5$ до 1,5%,в последующем происходит калозаметное снижение их содержания.Ошгчается таяяе заметное вымывание водорастворимых веществ - о 5,2% примерно до 2,0% спус тя 300 лзт эксплуатации.Наблюдается уменьшения содержания легко-гидролизуемше полисахаридов и некоторое снижение содерзания пел-лшгозы. Интенсивность изменения содержания компонентов хшичеотсо го состава древесины зависит от условий эксплуатации дот|стщкгоЯ. Тал,за 260 лет эксплуатации содержание легкогидролпоуемнх полисахаридов во внутрепнпх конструкциях уггопшилось на 10,0%, ап наружных почти вдвое.Содержание цзллплози ва этот период уменьшилось соотв'етствешю на 6,0% и 13,0? от средних значений для новой, древесит. Содержание лигнина,гад? наиболее устойчивого гон-

а

€

-- — ..... —■ --- — — — -- — ,—

а — • 4 *

г ~ - --

0 -- -- - Л-

_ чГ ■—■у —г —— " —Р

— .

1

1 '"Ч

е

-К- — г - * 4—

Г-+--

1 1«

■

•

•—,

• —

«I»

ч *

— ■. -•Л

1—-1

К 19 7! №0 К! 150 т ДО К IX 175 КО ¡И »0

Т.лця

¡'ас, 2, Изменение химического состава древесины при длительной эксплуатации

а - ркстрактивные вещества . 6 -„1о®растворю.ща вещества в - яегкогидролшдоаш цшшшшфяды г - лигшщ- • ' . д ^целлюлоза

-—и внутренние констругащи, увлажнение исключено;

внутренние конструкции, возможно кратковременное , увлажнение; .'.">.'

-х-х- наружные конструкции; .

; ' в среднем для всех видов конструкций

понента,практически не изменяется.

Все это приводит к повышен™ водоиоглощэпия и разбухания, уменьшению прочности и значительному снижению естественной био-отойкости поверхностного слоя древесины конструкций.

Проанализирована также степень эррозии бревен нарукпих стен с обшивкой и без:неё.Установлено,что долговечность древесин» сруба под обшивкой возрастает как минимум па 100 лат,что он» раз подтверждает¡эффективность применения рассмотренных ото лот чески безопасных .способов увеличения долговечности строений.

основные вывода

1.На основании обследований 262 культовых деревянных стро-еяий,эксплуатируемых в климатических- условиях Архангельской об-ластп в течение 80 - 400 лет выявлено,что 46,2$ объектов имеют хорошее п удовлетворительное техническое состояние, а 53,В^ -неудовлетворительное.Хорошая сохранность объектов деревянного зодчества при длительном отсутствии ремонтов свидетельствует о применении стврыми мастерами определенных способов обеспечения сохранности строений..

2.На основании' анализа архивных данных и результатов натурных обследований 388 объектов выявлена я проанализированы материаловедческие,архитектурио-ялаийрояочиио в конструктивные способы обеспечения долговечности деревянных строений,не наносящие ущерба человеку и-окружающей среде,которые использовали древние зодчие.Эти способы основывались на рациональном учето влияния климатических и других факторов и точном соблюдении соответствия свойств древесины конкретным условиям эксплуатации конструкций под нагрузкой.Долговечность зданий при этом обеспечивали :

- соблюдением противопожарных разрывов между деревянными ^дшш/ш - расстояние между объектами "в свету" дсдашо быть не июне,« 2/3 высоты наиболее высокого объекте в паре:

- постановкой строений на высоком рельефе и на открытых uocrax для наилучшей их аэрации.Из обследованных 122 объектов, однотипных в конструктивном отношении,неудовлетворительное состоишь шло ют 45,0$ строений,расположенных на возвышенности, 60,5$ -на равнине и 10С$ - в низменности;

- устройством рациональных систем водоотвода,что исключало сильное увлажнение конструкций,и внутренней естественной аэрации строений,которая способствовала быстрой просушке конструкций;

минимальным использованием разнородных материалов,на границе которых велика вероятность развития дереворазрушанцшс макроорганизмов;

- использованием в срубе косослойных бревен,что объясняется большей плотностью и биостойкостью их по сравнению о прямослойными. Но данным натурных обследований установлено,что интенсивное биоиорааение в косослойных бревнах встречается в 1,7 раз.а режа, а максимальная ширина раскрытия усушенных трещий в 2,6 раза меньше,чем в прямослойных;

- укладкой бревен в срубе южной стороной внутрь помещения с учетом различия теплотехнических качеств,плотности и подверженности растрескиванию северной и юнной сторон бревна. По данным натурных обследований 35 объектов установлено, что соотношение числа бревен,уложенных шкой стороной внутрь' помещения, к числу бревен,уложенных южной стороной наружу,для отапливаемых строений составляет 1,96,длл неотапливаемых о временным пребыванием в. них людей - 1,75 и для хозяйогвенша построек - 1,22;

- защитой сруба от неблагоприятных внешних воздействий

рационолышм устройством тесовой обшивки;

' - многослойной укладкой кровельного покрытия и другими способами. ', .

3. 3 результата лабораторных исследований дровоспш поело

вЭ длительной эксплуатации установлено,что средняя плотнооть об-

l

разцоз дреазсшш',о2обрэшшх из носущах конструкций,составляет 420-570.кг/м3» а';из нспасущих - 415-450 кг/м3, Коэффициенты ва-рязцяя пря этом составил;! 3-10$,тогда кок стандартами регламен-гяруозсл 10/1. Зтс1 свцдекояьсгоувт о 5цзгольнс.м индивидуальном отборе зоята/н' лзеоматерналп для отроигольотззя цепких сооружений.

4. 11а осксгэ'шнх экспарн,:знта;шшх дашшх установлено, что при эксплуатации jj тачанке от 85 до 350 лот наблюдается некоторое cm~.em:o прочностных и упругих свойств дровосшш несущих строятольнпх копегрузи&й, каюров иакем бить описано функциями:

R сг.. я 65'553.- 0,102зсТ + 0,02I¿C0"2xl2», Ша;

R íi3V.~ IC3'7GG " 0,I85xí + 0,043Х1<Г2Х12 , Ша;

3 с.,; 13,530 - 0,035x1'+ 0,646хКГ~х12 , Ша;

3 "И31,У 30,352 - 0,142хГ + G,357xI0~3xI2 , Ша, вдо Г - дяягзлыюсть эксплуатация,лот.

. 5. Расчетные значзняя прочноохл конструктивных элементов в :родном ccot2e:u~i 20,2 Ша при слатии вдоль волокон а 20,7 Ша -прз статическом изгиба.Эти значения достаточны для обеспечения несущей способнее?:! конструкций я соответствует требованиям со-врзмзшшх строительных НОрГЛЗИПЗОВ. ' .

■ б. ТеорогачесгтЯ расчет,ешхолпошшИ на основе разработанной матегатячоскоЛ годояя деревянного сруба пря изменении влолшост-кнх услогнЗ эксплуатации показал,что в случае использования в одной отреставрированным строении сяояей и отарой древесины происходят нератшоморнча деформации сруба! Наиболее опасными валя-

ыся деформации ври1 несимметричном увлажнении конотрукций.Твк, при одностороннем увлажнении (WHa4#= 12%, WKQ£U= 30ÇS) сруба высотой 11,5 м., выполненного из старой древесины реформации верхнего ванца грани,испытывающей увлзднение,составят по вертикали 132,9 мм и по горизонтали 135,2 мм.

Это приводит к возникновению значительных по величине дополнительных внутренних напряжений и в конечном итоге существенно сшикаот продолжительность эксплуатации деревянных сооружений.

7..Изучены осободшости эррозии древесины конструкций при длительной- эксплуатации в атмосферных условиях.Обнаружено интенсивное вымывание экстрактивных (примерно на &Ж) и водорастворимых (примерно на 50$) веществ через 100 лет эксплуатации. Б дальнейшем происходит менее замагноа изменение содержания этих компонентов.'Наблюдается тоже уменьшите содержания легкогидро-лиэуемых полисахаридов,причем интенсивнооть их изменения .в значительной мере .зависит ог условий эксплуатации конструкций. *

8. Результаты экспериментальных исследований технического ооотояшш объектов деревянного зодчества, физико-механических, свойств и химического оостова длительно эксплуатируемой дровеси-m 'подтверждают правильность-тооротичоских предположений и позволяют рекомендовать использовать выявленные способы обеспечения долговечности деревянных строений в практике ремонтно-рес-таврационных работ ,на объектах деревянного зодчества и при возведении новых зданий и сооружений. • ;

По результатам исследований разработаны "Рекомендации -по нещурным обследованиям объектов деревянного зодчества" (утв. даШОДэм 28.12.1989г,} и'"Инструкция по заготовке лесоматериалов для реставрации объектов деревянного аодчеогва (угв.ВДИИ-

Шом 30.05. ШЭг a

Результаты'исследований попользованы в АО "Архгипродрев" и научно-производственном центре по охране памятников архитектуры при комитете по культуре и искусству администрации Архангельской области. ' '

Основные положения диссертации опубликованы в работах: '1.Потутгагаа;Л.Г.Напряженно-дефорлированное состояние опорныт

I

узлов деревянных'клееных бало:<//Тез. докл. Всесоюэн. науч.-техн. конф.,Архангельскмай 19Б6.-С.36-37.

Й.Потутккна Л.Г.Причины возгорания деревянных сооружений при длительной эксплуаташт/Дез.докл.Всесоюзн.науч.-техн.конф. молодых ученых и 'специалистов,Архангельск,ЦНШЮД,сентябрь 1989г.

-с.иг-пз. • ;•-._

- З.Варфоломеев Ю.А. .Потуткина Л. Г. Долговечность неотапливаемых памятников деревянного зодчества в условиях приозерья/Дез. до'кй.Бсосовзн.конф. »Архангельск, апрель 1988.-С. 213-215.

4,Варфоломеев Ю.А, »Потуткина Л.Г.Долговечность объектов деревянного зодчества на Севере/Дилищное строительство."-1989. -Л 8 -С.25-25. '

. 5.Серов Б.Н-.,Лабудин Б.В.,Шаповалова Л.Г.Проблемы сохранения п.инженерной? реставрации деревянных конструкций в памятникам архитектуры//Изв.вузов.Лесн.журн.-1993.-^ 4.-СЛ03-107.

6.Варфоломеев Ю.А. .Потуткпп Г.Ф..Шаповалова Л.Г.Изменение свойств древесины при длительной эксплуатации (на примере па-штпиков деревянного зодчества Архангельской области)//Дэревооб-раб.пром-сть.-1990.*-№ Ю.-С.28-30.

,7.Варфоломеев Ю.А;,Шаповалова Л.Г.'Учет особенностей строе-

• . *

ния дерева зодчими Севера/Дилищное строительство.-1992.-й 6.-С. 18-19.

0.Варфоломеев К). Л. (Шаповалова Л. Г, Влияние. экологических услови'Л эксплуатации на износ объектов деревянного зодчества// Ьш;щцоо строительство.-1991.I.-С.20-21.

9.Варфоломеев Ю. Л., Шаповалова Л.Г.Обеспеченно долговечности л^.мйшков деревянного зодчества при эксплуатации/А!еквуз.сб, Проблем» исследования реставрации л использования архитектурного наследия Российского, Севера.-Петрозшзодск:ШУ, 1991.-С. 150-155.

10.Варфоломеев Ю.Л..Шаповалова Л.Г.Прочность древесины при дшггелыюй эксплуатации в строительных объектах/Д^'орнали У Есе-1х>сс.ниуч.конф."Проблемц исследования памятников истории,культу-¡,ц и природа Европейской России".Тез.докл.-Н.Новгород,май 1994,-С.183-104.