Спасская церковь: вторая реставрация к юбилею Иркутска

В 2006-2010 гг. институтом «Иркутский Промстройпроект» разработан проект реставрации памятника истории и культуры федерального значения «Спасская церковь» в Иркутске. В настоящее время, к празднованию 350-летия города, на памятнике ведутся ремонтно-реставрационные работы. Это уже вторая реставрация, первая была выпол­нена в 1970-1980 гг. по проекту и под руководством архи­тектора Г.Г. Оранской. Нынешним проектом, кроме прочего, даны предложения по сейсмоусилению здания способом подведения под него сейсмоизолирующих опор. Для оценки сейсмостойкости здания специалистами ин­ститута были применены современные методы расчетов с использованием 3D-моделирования и программной си­стемы COMPASS.

Церковь во имя Нерукотворного Образа Спаса расположена в острожной части Иркутска, вблизи реки Ангары. Это древнейшая каменная постройка Восточной Сибири - единственное здание, остав­шееся от Иркутского острога. Храм возведен в 1706­1713 гг. «с участием граждан города» вместо первой деревянной церкви на новом месте и встроен в ост­рожную стену. Здание стало первым каменным и первым кафедральным храмом Иркутска.

Первона­чально это была неболь­шая, в два этажа, церковь с трапезной, к которой примыкала паперть. На втором этаже располагался главный придел, освященный во имя Спаса Нерукотворного Об­раза. Второй придел, освященный во имя Ни­колая Чудотворца, размещался в нижнем этаже, изначально использовавшемся в каче­стве кладовой «мягкой рухляди» и хранилища казны.

Композиционно здание было завершено в 1758-1762 гг., когда к трапезной на месте па­перти пристроили каменную шестиярусную ко­локольню, с тех пор оно имеет выразительную четырёхчастную композицию «кораблем». Де­коративное оформление фасадов выполнено в древнерусских формах. На восточном и се­верном фасадах сохранились росписи с цер­ковными сюжетами, что для Сибири редкое яв­ление. Типо­логически памятник относится к широко распростра­ненным на Русском Севере в XVII веке посад­ским храмам, стилистически - к немногочисленным ярким представителям местного архитектурного направления - си­бирского барокко.

В 2006 г. храм был передан Иркутской Епархии Русской православной церкви, что по­служило толчком для его очередной реставра­ции. В 2006-2010 гг. институтом «Иркутский Промстройпроект» выполнен проект рестав­рации и приспособления памятника под дей­ствующую церковь. Проектом предусмотрена замена вышедших из строя деревянных кон­струкций крыш, кровельных покрытий, с вос­становлением первоначальной криволинейной («барочной») формы завершия объема храма, усиление несущих конструкций, реставрация лицевой поверхности кирпичной кладки, изве­стковой фасадной обмазки, восстановление шпиля колокольни, маковки над алтарем, бла­гоустройство территории. Предложено также восстановить крыльцо, примыкавшее ранее с северной стороны ктрапезной, что поз­волит, в том числе, решить важный во­прос прямого эвакуационного выхода со второго этажа здания согласно про­тивопожарным требованиям.

Усиление фундаментов здания-па­мятника произведено в 2006-2010 гг. предприятием «Иркут-Инвест». Предва­ряя эти работы, Лабораторией археоло­гии Иркутского госуниверситета по периметру здания выполнены археоло­гические исследования, спасательные работы. В настоящее время, к 350-лет­нему юбилею города, фирмой «Строй-сервис» ведутся фасадные ремонтно-реставрационные работы.

Иркутск находится в активной сейс­мической зоне Байкальского региона, поэтому проектом реставрации пред­усмотрены меры по сейсмоусилению здания, ранее не выполнявшиеся - под­ведение под стены сейсмоизолирующих опор, что позволит сохранить первоначальный облик памятника и снизить воздействие толчков при зем­летрясении. Этот метод хорошо себя зарекомендовал в странах, переживших в последние десятилетия сильные зем­летрясения, в частности, в нынешнем году в Японии.

При реставрации памятников архи­тектуры, находящихся в сейсмически активных регионах, необходимо решать ряд сложных задач, к которым в том числе относится оценка дефицита сейс­мостойкости объекта и разработка ком­пенсирующих мероприятий для его устранения. Эта задача не является три­виальной, поскольку компенсирующие мероприятия не должны вносить изме­нения в исторически ценный облик ре­ставрируемого объекта. Древние памятники культовой архитектуры, как правило, имеют сложную геометрическую форму, отча­сти связанную с тем, что при их строительстве в старые времена не существовало точных измерительных ин­струментов. В этой связи, оценка сейсмостойкости зда­ний такого типа является комплексной задачей, решение которой требует на современном этапе ис­пользования новых технологий обследования и приме­нения численных методов расчета, предусматривающих компьютерное моделирование объекта с учетом его фактической геометрии и фактического технического состояния.

Здание Спасской церкви состоит из разновысоких объемов - алтаря, храма, трапезной и колокольни. В плане это вытяну­тый прямоугольник шириной ±10 и длиной почти 40 метров. Толщины кирпичных стен и простенков достигают в некоторых местах полутора метров. Фасады украшены множеством архи­тектурных элементов и деталей, внутренние помещения имеют сложные формы и высокие сводчатые потолки, затрудняющие выполнение традиционных обмерных работ. Принимая во вни­мание, что «ручная» технология архитектурных обмеров и фа­садной детальной съемки на начало проектных работ оказалась невозможной из-за отсутствия строительных лесов, было ре­шено использовать в качестве обмеров современную техноло­гию высокоточной пространственной сканерной съемки (наземного лазерного сканирования). Работы выполнены в 2009 году «ПИИ Иркутскжелдорпроект».

Суть этой технологии заключается в определении про­странственных координат точек поверхности объекта посред­ством измерения расстояния до всех определяемых точек с помощью лазерного безотражательного дальномера (лазер­ного сканера). Результатом работы является множество точек поверхности объекта с вычисленными трехмерными координа­тами с точностью до 1 мм. Методом сканирования фасадов и помещений здания был получен суммарный образ, представ­ленный объединенным облаком из 90 миллионов точек. Мате­риалы обработанных данных были использованы для построения обмерных чертежей и архитектурной компьютер­ной 3D-модели памятника.

Для выполнения прочностного расчета здания с учетом сейсмического воздействия необходимо было построить его расчетную схему. В связи со сложной, «нестандартной» фор­мой здания, использование традиционных расчетных схем, состоящих из стержневых и пластин­чатых (оболочечных) элементов, оказалось неприемлемым. По­этому задача решалась в трехмер­ном варианте с использованием объемных конечных элементов. Это позволило не только смодели­ровать арочные своды перекры­тий, но и такие особенности сооружения, как ход на коло­кольню внутри толщи стены. Для расчета была использована про­граммная система COMPASS, поз­воляющая выполнять расчеты объемного напряженно-деформи­рованного состояния строитель­ных конструкций произвольной формы в соответствии с требова­нием отечественных норм про­ектирования, в частности СНиП II-7-81* «Строительство в сейсми­ческих районах».

Конечно-элементная схема здания генерировалась на основе геометрической модели церкви, построенной с использованием пакета 3D-моделирования Solid Works. При генерации использова­лись объемные конечные эле­менты с переменным числом узлов на ребрах. Плотность раз­бивки на конечные элементы вы­биралась исходя из требований к точности описания объемного на­пряженно- деформированного со­стояния. Особое внимание уделено разбивке на конечные элементы сложных купольных кон­струкций. В итоге получены ко­нечно-элементная модель и соответствующая ей простран­ственная геометрическая модель здания.

Расчет на сейсмическое воз­действие выполнялся спектраль­ным методом с учетом согласованной (недиагональной) матрицы масс в предположении линейно-упругой работы мате­риала несущих конструкций, как того требует СНиП II-7-81*. Оценка сейсмо­стойкости конструкций здания-памятника выполнялась исходя из анализа нормаль­ных, касательных и главных напряжений, со­ответствующих как отдельным загружениям и формам колебаний сооружения, так и со­четаниям нагрузок. Графический постпро­цессор программной системы COMPASS позволяет выполнять визуализацию форм колебаний в сочетании с эпюрами напряже­ний, а также строить эпюры от сочетания различных факторов по любому сечению 3D- модели.

В результате обследования здания Спасской церкви, на основании выполнен­ных расчетов, установлено, что фактическая сейсмостойкость здания соответствует 6,5 баллам, в то время как сейсмичность ре­ставрационной площадки составляет 8 бал­лов. Таким образом, здание церкви имеет дефицит сейсмостойкости равный 1,5 бал­лам и нуждается в разработке и реализации мероприятий по повышению его сейсмо­стойкости. С этой целью была разработана система сейсмоизоляции с применением резинометаллических опор и выполнены со­ответствующие расчеты по акселерограм­мам землетрясений.

Резинометаллические опоры предна­значены для снижения сейсмических воз­действий на здания за счет малой горизон­тальной жесткости этих опор и оптимально подобранного демпфирования. Они пред­ставляют собой цилиндрическую конструк­цию, состоящую из чередующихся слоев высококачественной резины и стальных пла­стин. Опоры с повышенным демпфирова­нием имеют свинцовый сердечник. Вертикальная несущая способность одной опоры, в зависимости от размеров, может составлять от 28 до 16000 КН. Расчетные го­ризонтальные перемещения опор состав­ляют, соответственно, от 60 до 160 мм, а максимальные - от 165 до 480 мм. К заклад­ным деталям фундамента опоры крепятся посредством фланцевых соединений на болтах.

Применение резинометаллических опор позволяет снизить сейсмическую нагрузку в 2-4 раза, то есть повысить сейсмостойкость здания на 1-2 балла. Разработанная инсти­тутом «Иркутский Промстройпроект» мето­дика повышения сейсмоустойчивости существующих зданий применена на ряде объектов, в том числе на памятниках истории и культуры, в частности, на здании управле­ния Госбанка в Иркутске (ул. Ленина, 16).

Безделев В.В., Сутырин Ю.А., Чертилов А.К., Трутаев С.Ю.

Журнал «Строим вместе» №  12 (118), август 2011