Техпроект временного храма

Анатолий Михайлович Верховский                  

   Техническое описание проекта. 

     Требовалось техническое воплощение задачи которую можно сформулировать следующим образом: построить максимально легкое сооружение, которое  может обойтись без заглубленного фундамента.  Назначение строения:  Выполнять канонические функции церкви при уже построенной часовне, которая выполняет каноническое назначение алтаря. По размерам сооружение должно вдвое (по стороне) превышать указанную часовню. 

  

  Архитектурный рисунок  такого  сооружения был одобрен Его Преосвященством епископом Никоном и было получено благословение приступить  к проектно-конструкторским разработкам и строительству. Cуть первоначальной идеи передает фиг.1.1.  

Обсуждение проблемы.  

    Было предложено построить квадратное в плане строение  с  размером стороны 7,6 метра, это в 2 раза больше, чем сторона часовни тоже,квадратной в плане.  Крыша должна была опираться на 4 угловые колонны, без опоры в центре.  Конструкция крыши - крещатая, с увенчивающей маковкой и крестом. В начале никаких стен не предпологалось. 

    С точки зрения архитектурной эстетики мы были чрезвычайно  ограничены в средствах - нам нужно было построить церковь,  состоящую из одной только крыши и четырех колонн - по сути дела навес, но такой навес, чтобы он навесом не выглядел,  поэтому форме крыши придавалось большое значение,  несмотря на явную сложность в изготовлении  крещатой  конструкции. 

    Строго говоря,  у  нас  и не было возможности применить иную конструкцию крыши при условии, опоры ее на 4 колонны. Пролет 7,6м нерационально  перекрывать  балкой,  разумнее - фермой,  4 фермы и образуют 4 фронтона, а остальное получается уже само собою, из логического развития наиболее рационального построения конструкции. 

   Первоначально стены не планировались ни в какой форме, это уже позже возникла идея возвести легкие стены и утеплить их,  но даже в  этом случае сохранялся необычный для практики строительства подход - сначала строилась крыша, а затем стены. При таком подходе существенно меняется технология. На каждой колонне приходится сопрягать по три фермы -две фронтонные и одну диагональную.  При  этом  не  только  возрастает сложность узла сопряжения ферм,  но и повышаются требования к точности изготовления всех узлов, которые нет возможности подгонять "по месту". 

  Поэтому все  элементы  конструкций  необходимо  делать с неслыханной в практике плотницкого ремесла точностью. Собранные на земле конструкции монтировать на место с помощью крана. На самом деле конструкция оказалась еще более "капризной", чем ожидалось, особенно чувствительной оказалась точка схода коньковых брусьев и диагональных ферм,  т.е. центральная точка (точка Q, см фиг.1.2 и фиг. 1.3.3.). 

    Возникла рабочая необходимость и пришлось провести небольшое  специальное иследование  о последствиях перемещения вертикальной проекции точки Q по вертикали относительно опорных колонн(или иначе - центральной мачты, увенчанной маковкой и крестом). Оказалось что указанные перемещения  приведут  к  гораздо  большим  перемещениям в других точках конструкции, причем разным по величине и направлениям в разных ее точках,  как абсолютным,  так и относительным - по всем трем координатным осям.  Наиболшее значение имеют перемещения относительно осей горизонтальной проекции,  если наглядно представить это свойство по отношению к поведению перекрывающей оболочки (например, в данном случае, с поведением  кровли)  то  даже небольшие перемещения центральной точки (2 - 3см) вызовут значительные нелинейные искажениями оболочки связанные со сжатиями и растяжениями (разрывами) сплошности оболочки. 

  

 

  Небольшое иследование подтвердило интуитивную догадку о  том,  что промежуточные фермы типа "b" несут дополнительную функцию.  (см.  фиг. 1.3.2. - выше точек "s" и фиг.1.2. между точками "s") - указанная ферма  разрезная  и,  в данном случае, мы рассматриваем только ее верхнюю часть. Она обеспечивает объемную жесткость всей конструкции,  примерно так же  как  диагональная  распорка  в прямоуголной рамке обеспечивает плоскостную жесткость,  распорка точно так же фиксирует противолежащие углы рамки,  перемещения которых вызовут нелинейные искажения оболочки натянутой на рамку.  Указанная ферма жестко связывает середину конькового бруса с серединой диагональной фермы (точка "s"),  а так же и эти точки между собою. Перемещения в этих точках максимальны. Небольшое исследование повлекло за собою изменение  в  последовательности монтажа и,  как следствие, задержку на целую неделю, так как потребовалось сконструировать и заказать металлический крепеж, установить его, и только затем уже монтировать фермы "b". 

     Кроме того это еще раз показало,  что крещатая конструкция таит в себе множество неожиданностей, для инженерного разрешения которых традиционных умений  плотника недостатоточно.  Поэтому нужно хорошо подумать прежде чем браться за нее,  особенно в таких  условиях,  как  при опоре  всего  на четыре колонны.  Если все-таки применения такой конструкции не избежать,  то прежде чем браться за нее и не заниматься при этом изобретениями велосипедов, необходимо хорошо ознакомиться с литературой.

Конструкция.  

  

 

  На фиг.  1.2.  показано  расположение ферм в плане.  На фиг.  1.3. конструктивная схема ферм.  Всего их десять;  трех  типоразмеров  (при  двускатной  крыше  понадобилось бы 5 -7 типа F,  а вальмовая или четырехскатная потребовала бы всего 2 тип D).  Первоначальный проект изменился - было решено возвести стены, а затем утеплить все строение, так чтобы получилась нормальная церковь.  В связи с этим конструкция изменилась. Было добавлено: 8 дополнительных колонн и фермы типа "b" получили продолжение  вплоть  до  контура верхней обвязки (это есть нижний пояс или иначе затяжка ферм типа "F") с опорой на упомянутые  колонны. Положение колонн  и конструкцию ферм типа "b" можно понять из рассмотрения фиг.  1.2. и фиг. 1.3.2. При этом предполагалось сначала смонтировать только верхнюю часть,  так как без нее нельзя сделать кровлю, а остальное доделать потом, при настилке и утеплении потолка.  

    Фермы рассчитывались исходя из нагрузки 250кг на кв.м + 40%  запаса, распределение нагрузки относительно равномерное,  хотя менее всего нагружены фермы типа F.  Фермы ассчитывались по обычной методике, однако необходимо учесть, что в точке "s" происходит равномерное распределение напряжений по трем направлениям. (Равномерное с учетом векторного разложения.) 

    Фермы типа D разрезные по линии симметрии.  В разрез помещена вертикальная мачта служащая опорой для маковки,  продолжение которой, соответственно протесанное, служит вертикальным древом креста. Указанные фермы,  сходясь вместе, образуют в плане крест, в центре которого помещается центральная мачта. Верхний и нижний пояса ферм соединяются металлическими хомутами,  верхний, работающий на сжатие, пояс, указанным хомутом практически только  фиксируется,  так  как  иной нагрузки на него нет;  нижний пояс (затяжка фермы) испытывает нагрузку на растяжение по расчётам около 2 тонн.  Поэтому нижние  хомуты  соответственно расчитывались, конструировались и изготовлялись.  

 

 

 Центральная мачта,  в свою очередь тоже  разрезная.  Самая  нижняя часть служила монтажной  опорой,  была  убрана  после монтажа хомутов. Средняя является элементом конструкции,  скрепляющим диагональные фермы, а  верхняя  служит  основанием  на  котором смонтирована маковка с крестом. Как уже указывалось маковка изготовлялась и покрывалась железом на земле и затем была поднята и установлена на место краном.   

Всё остальное должно было делаться обычным порядком.