Борис Александров
к. т. н., главный конструктор ООО «ВИПСТРОЙ»
КОНСТРУКТИВНЫЕ ЗАГАДКИ МОНФЕРРАНА
Вплоть до сегодняшнего дня самой грандиозной из построек, возникших на карте Северной столицы за три с лишним столетия, остается Исаакиевский собор. Это наиболее значительное произведение Огюста Монферрана, которое принесло своему автору мировую славу. Здание, имеющее портики и симметричное в плане, при полной высоте в 101,5 м имеет общую длину с востока на запад 113 м и ширину 100 м. Его центральная часть перекрыта куполом на высоте порядка 60 м, тогда как параллелепипед нижнего объема с каждой из четырех сторон — по частям света — увенчан колокольнями. Столь внушительные физические размеры позволяют отнести этот петербургский храм к числу крупнейших купольных сооружений Европы. Среди предшественников и современников он существенно уступает разве что собору Святого Петра в Риме, почти равняется величине собора Святого Павла в Лондоне и заметно превосходит здание Пантеона в Париже. При подобных сравнениях не стоит забывать, что наш Исаакий, по-видимому, является наиболее массивным объектом, когда-либо возведенным на «слабых» грунтах.
Не вдаваясь в историю строительства памятника и не перечисляя его образные достоинства (при желании эти знания можно почерпнуть из обширной литературы или посетив экскурсию), автор настоящей статьи предлагает обратить внимание на некоторые инженерные аспекты, связанные с работой основных несущих каменных конструкций здания. Известно, что в его объем по воле императора Александра I была включена часть прежнего собора с алтарем (арх. А. Ринальди). Таким образом, два этих строительства разделяло приблизительно полвека, благодаря чему к 1818 г., когда за дело взялся О. Монферран, грунты под старым зданием были хорошо обжатыми и в целом осевшими.
 |
Инженерных методов исследования грунтового основания тогда не существовало — оценка его пригодности под строительство осуществлялась на основании осмотра вырытого котлована, а правильность выбора типа фундамента — по опыту эксплуатации соседних зданий. Зодчий пришел к выводу, что при строительстве на болотистой петербургской почве для такого массивного сооружения необходим сплошной фундамент типа платформы. Такая конструкция была призвана равномерно передавать на грунт различной величины нагрузки от надземных конструкций (в противном случае, полагал зодчий, было бы не избежать неравномерной осадки и разрушения здания). Именно поэтому под новой, западной, частью собора решили устроить такое же основание, как и под старой. При этом стояла непростая задача объединить как оба фундамента, так и разновременную кладку. С тех самых пор здание покоится на общей плите толщиной 7,56 м, с подвальными галереями и помещениями. Под ней, в свою очередь, находятся деревянные сваи длиной от 6 до 10 м и общим количеством около 24 тыс. штук.
Не меньший интерес представляют решения, предпринятые Монферраном по конструкциям надземной части здания. Металлическая купольная часть собора с наружным Ø 26 м, увенчанная фонарем, опирается на барабан из кирпичной кладки с 24 большими оконными проемами. Вокруг него на всю высоту (приблизительно 13 м) установлено столько же гранитных колонн, образующих с перекрытием над ними цилиндрический портик. Нагрузки от купольной части здания, барабана и колоннады передаются на пилоны через цилиндрический кирпичный стилобат (внешний Ø — 35.5 м, h — 10 м, толщина кольца около 6 м), армированный железными тяжами, кольцевыми стержнями и рядом скоб. Внутри данной конструкции одна под другой проходят две кольцевые галереи. Чердачное перекрытие собора выполнено в виде цилиндрических и сферических сводов. Распор от первых передается на стены здания, пристенные и подкупольные пилоны. Перекрытия портиков опираются на 48 мощных колонн (высотой 17 м и весом 114 тонн), высеченных из монолитов розового гранита.
За полтора с лишним века эксплуатации в конструкциях собора проявились многочисленные повреждения и деформации, вызванные, главным образом, неравномерной осадкой основания, некоторыми проектными несовершенствами, избыточными нагрузками на отдельные элементы. В этом не раз убеждали материалы обследований, проводившихся на протяжении минувшего столетия с участием целого ряда серьезных ленинградских организаций, включая ЛИСИ (быв. Институт Гражданских инженеров, ныне СПбГАСУ), Политехнический институт, Трест ГРИИ, ЛИИЖТ, НИИ Академии коммунального хозяйства, ЛенЗНИИЭП, Специальную научно-реставрационную производственную мастерскую Эрмитажа и др.
Так, неравномерные деформации фундамента, с общим уклоном в сторону западной («новой») части, достигли более 500 мм и, как следствие, сопровождались ответными реакциями конструкций здания в виде:
• сквозных трещин (раскрытием до 70 мм на всю высоту западной стены);
• крупных диагональных трещин в сводах чердачного перекрытия;
• отклонений конструкций от вертикали (до 150 мм углов стен под колокольнями и до 170 мм колонн портиков) и т. д.
 |
Конструктивное несовершенство опирания массивного кирпичного цилиндра стилобата (эксцентрично на четыре пилона с провисающими между ними частями) привело к повреждениям и деформациям как самого стилобата, так и сводов. В частности, на всю толщину перекрытия стилобата между нижней и верхней галереями образовалась кольцевая трещина раскрытием до 15 мм, а также сеть наклонных трещин в стенах, преимущественно с западной стороны. Выпученность образующих стилобата достигла 190 мм. Следствием чрезмерных нагрузок стали множественные, в основном вертикальные трещины кирпичной кладки подкупольных пилонов и скрытые дефекты внутри нее. Первым заявил о себе юго-западный пилон: «...раздался как бы выстрел в западной нише...» Художественно-Техническим Совещанием в 1911 г. было обращено внимание на то, что трещины в пилонах образовались «... от колоссальной нагрузки, достигающей до 10,5 пудов на 1 кв. дюйм, вместо нормы в 3 пуда...» Разумеется, причинно-следственная связь конструктивных повреждений и осадок собора гораздо сложнее. Наряду с приведенными выше факторами в специальной литературе анализируются и другие их причины. Имеются в виду: влияние вибрации от наземного транспорта и метро, сотрясений от взрывов в период войны и т. д. — вплоть до такого экзотического для Петербурга явления, как землетрясение.
Радикальные меры по предотвращению разрушения несущих каменных конструкций собора рассматривались и в советское время, причем на самом высоком уровне. Как варианты, например, предлагались реконструкция стилобата с заменой кирпичной кладки стальным или железобетонным каркасом, установка затяжек на своды, усиление пилонов с помощью металлических рам и предварительно напрягаемых стержней, проходящих через тело пилонов и прочие. Правда, ни один из этих грандиозных проектов, подразумевавших существенное вторжение в исторические конструкции и отделку памятника, так и не был осуществлен. Кроме того, самая последняя пауза в обследованиях собора затянулась очень надолго, и это, в конце концов, стало серьезно беспокоить петербуржцев, провоцируя разного рода домыслы и кривотолки. Отметим также, что в прошлом далеко не все исследователи беспристрастно подходили к оценке состояния здания, иногда сознательно преувеличивая влияние отдельных дефектов и повреждений...
Полностью статью читайте в номере 3[46]-2010
К СОДЕРЖАНИЮ
