Remont konstrukcji więźby dachowej kościoła św. Bartłomieja w Gliwicach
Przedmiotem
artykułu jest więźba zabytkowego, tzw. starego kościoła św.
Bartłomieja
w Gliwicach. Drewniane konstrukcje dachów i
stropów wykazywały miejscowe zniszczenia biologiczne spowodowane
długoletnią eksploatacją i złym stanem gontowego pokrycia
dachowego.
Fot.
1. Ogólny widok starego kościoła św. Bartłomieja w Gliwicach
przed remontem więźby
Wprowadzenie
Artykuł
opisuje więźbę tzw. starego kościoła św. Bartłomieja w
Gliwicach; obok starego kościoła znajduje się nowy kościół i
parafia pod tym samym wezwaniem. Kościół jest obiektem
jednonawowym z dobudowanymi wieżą i przybudówką mieszczącą
zakrystię. Ogólny widok kościoła przedstawiono na Fot.
1.
Historia
budowy
Wzmianki
o parafii i starym kościele św. Bartłomieja sięgają XIII w.
Według najstarszych źródeł kościół i parafia powstały około
1232 r. Kościół miał pierwotnie konstrukcję drewnianą na
kamiennych fundamentach. Według legendy miał on zostać zbudowany
przez Zakon Rycerski Templariuszy w celu ochrony traktu kupieckiego,
co jednak nie zostało potwierdzone przez wiarygodne źródła
historyczne.
W 1447 r. dokonano przebudowy i powiększenia
kościoła. Wówczas ukształtowała się obecna jego bryła – do
prezbiterium dodana została prostokątna nawa i wieża. Ponieważ
kościół jest orientowany, czyli zwrócony prezbiterium na wschód,
można przypuszczać, że to wówczas dodano ściany północną i
południową.
Na przestrzeni wieków budowla była
kilkakrotnie przebudowywana i remontowana
Na początku XX
w. uznano, że elementy dachu kościoła grożą zawaleniem. Remont
przeprowadzono prawdopodobnie około roku 1910. Wówczas to
prawdopodobnie dokonano wzmocnienia drewnianego stropu nad nawą
główną, przez dostawienie nowych belek poprzecznych i trzech belek
podłużnych, istniejących o dziś.
Konstrukcja
kościoła
Kościół
ma długość ok. 28,3 m, szerokość ok. 15,1 m i wysokość 14,5 m.
Rzuty i przekroje przez budynek kościoła pokazano na rys. 3.
Fundamenty kościoła wykonano z dużych kamieni granitowych,
ułożonych w dwóch równoległych rzędach, przedzielonych zaprawą
z drobnych kamieni i wapna.
Głębokość posadowienia w
odkrywkach wynosiła od –1,35 m do –0,95 m (±0,0 m – poziom
posadzki kościoła).
Rys.
2. Rzut kościoła
Ściany
kościoła wykonane są z obciosanych kamieni wapiennych, a miejscami
z cegły na zaprawie wapiennej. Grubość ścian wynosi od 1,1 do
1,56 m. Sklepienia nad prezbiterium, dolnym pomieszczeniem zakrystii
oraz nad dolną częścią wieży wykonano z cegły na zaprawie
wapiennej.
Rys.
3. Rzut więźby dachowej kościoła św. Bartłomieja: 1 – belki
wiązarowe, 2 – krokwie nawy, 3 – miecze stopowe, 4 –
przypustnice, 5 – namurnica, 6 – stolce ramy podłużnej, 7
– płatew,
8 – zastrzały, 9 – belki stropowe, 10 –
belki podłużne, 11 – belki wspornikowe, 12 – belka obwodowa, 13
– krokwie nad zakrystią, 14 – płatwie nad zakrystią, 15 –
stolce ramy nad zakrystią, 16 – belki stropu nad zakrystią
Strop
nad pomieszczeniem usytuowanym nad zakrystią oraz górne stropy
wieży są drewniane belkowe. Również usytuowana w wieży
konstrukcja pod dzwony jest drewniana, zmontowana z bali.
Strop
nad nawą wykonano jako drewniany belkowy ze ślepym pułapem i
podsufitką. Belki stropu mają wymiary ok. 30 × 40 cm.
Wykończenie
stropu od góry stanowi polepa z gliny i trocin, co jest dość
rzadko spotykane w obiektach sakralnych usytuowanych na terenie
Śląska. Podczas remontu przeprowadzonego na początku XX w.
do
konstrukcji stropu dodano dodatkowe belki poprzeczne oraz 3 belki
podłużne, do których za pomocą śrub podwieszono stare uszkodzone
belki stropu.
Fot.
4. Więźba dachowa starego kościoła pw. św. Bartłomieja: a)
widok więźby nad nawą główną kościoła, b) więźba nad
prezbiterium
Więźba
dachowa starego kościoła św. Bartłomieja w Gliwicach, ma
oryginalną dwujętkową, jednostolcową ciesielską konstrukcję.
Pokrycie dachu stanowi gont drewniany mocowany do
drewnianych łat, usytuowanych w rozstawie co ok. 30 cm.
Odprowadzenie wód opadowych odbywa się bezpośrednio z dachu na
przylegający teren.
Szczegółowy
opis konstrukcji dachu
Przekrycie
głównej bryły obiektu stanowi dwuspadowy dach, wykonany jako
dwujętkowa, jednostolcowa konstrukcja drewniana, zakończona nad
prezbiterium układem krokwiowym wspartym na belce obwodowej i
belkach wspornikowych. Nad kruchtą dach wykonano jako jednospadowy,
z ramą stolcową w środku rozpiętości, stanowiący przedłużenie
połaci dachu głównej bryły obiektu. Konstrukcję dachu wieży
kościoła wykonano w postaci odwróconego ustroju
płatwiowo-krokwiowego. Poniżej w punktach opisano szczegółowo
elementy konstrukcji, podając typowe przekroje elementów więźby.
W opisie elementów konstrukcji korzystano terminologii z
zaproponowanej w pracach [1, 2].
Rys.
5. Uszkodzenia elementów więźby dachowej
Więźba
nad nawą składa się z: krokwi głównych (14 × 16 cm), mieczy
stopowych (19 × 19 cm), jętek (19 × 19 cm), przypustnic
(8 × 10 cm), namurnic (22 × 14, 28 × 28, 24 × 18 oraz
20 × 16 cm), belek wiązarowych (25 × 26, 29 × 35 cm), dodatkowych
belek stropowych (25 × 26 cm, 31 × 28 cm oraz 21÷29 × 35
cm), dwóch podłużnych belek (28 × 28 cm), środkowej ramy
stolcowej, w której skład wchodzą: belka podwalinowa (18 × 18cm),
stolce (20 × 18 cm) z mieczami (16 × 16 cm) i zastrzałami
(18
× 18 cm) oraz płatew (18 × 18 cm).
Zwieńczenie więźby
nad prezbiterium, składa się z: krokwi jak wyżej, wspornikowych
belek podpierających (22 × 22 cm) i obwodowej płatwi (14 ×
14 cm) podtrzymującej krokwie.
Więźba nad zakrystią,
składa się z: krokwi (10 × 10 cm), belki podwalinowej
(10 ×
10 cm), płatwi (7,5 × 7,5 cm), stolców (7 × 7 i 12 × 12
cm).
Więźba nad wieżą, składa się z: krokwi (10 ×
10 cm) i namurnic (12 × 12 cm).
Uszkodzenia
konstrukcji dachu i stopu nad nawą
Drewniane
konstrukcje dachów i stropów wykazywały miejscowe zniszczenia
biologiczne spowodowane długoletnią eksploatacją i złym stanem
gontowego pokrycia dachowego. Największe uszkodzenia występowały w
strefach podparć krokwi na belkach dźwigarowych i w miejscach oparć
belek dźwigarowych na murach zwłaszcza od strony północnej.
Zaobserwowano ponadto wyraźne ugięcie drewnianego stropu nad
zakrystią. Do największych uszkodzeń drewnianych elementów więźby
dachowej zaliczono: całkowite zniszczenie strefy połączenia krokwi
z belkami podporowymi, brak (lub niewystarczające) skotwienia
namurnic nad zakrystią, zniszczenia zastrzału oraz słupa nad jętką
w pierwszym układzie nośnym, lokalną korozję poszczególnych
elementów nośnych, brak kontaktu między głównymi układami
nośnymi, a środkową płatwią, podpierającą dolne jętki, która
miała służyć stężeniu wszystkich układów poprzecznych,
lokalne porażenia owadami, trwałe ugięcie konstrukcyjnej belki nad
zakrystią. W wnętrzu jednej z belek wiązarowych stwierdzono
siedlisko mrówek. Na rys. 5 przedstawiono lokalizację największych
uszkodzeń więźby, a przykłady uszkodzeń na fot. 6 i 7.
Fot
6. Obrazy biologicznych zniszczeń elementów więźby dachowej
Fot
7. Całkowita destrukcja drewna belki wiązarowej w strefie oparcia
na namurnicy (siedlisko mrówek)
Pokrycie
dachu z gontu drewnianego wykazywało znaczne techniczne zużycie. W
licznych miejscach występują nieszczelności i prześwity.
Model
obliczeniowy
W
celu określenia stopnia wytężenia konstrukcji dachu przeprowadzono
jej analizę obliczeniową. Analizę obliczeniową drewnianej więźby
przeprowadzić można na wiele sposobów. Do najprostszych z nich
zaliczyć należy przybliżone obliczenia nośności elementów
więźby na podstawie wyprowadzonych wzorów ogólnych dla danego
schematu statycznego konstrukcji. Natomiast najbardziej zaawansowane
analizy często wykorzystują metodę elementów skończonych z
nieliniowym modelem materiałowym ściśle odwzorowującym pracę
materiału konstrukcji.
Na podstawie inwentaryzacji
więźby, zbudowano przestrzenny numeryczny model drewnianej
konstrukcji. Elementy więźby modelowano jako elementy prętowe o
rzeczywistym polu poprzecznego przekroju. Do obliczeń wykorzystano
liniowo-sprężysty model materiałowy. Na podstawie badań
makroskopowych przyjęto parametry wytrzymałościowe elementów
drewnianych, odpowiadające normowej klasie C24. Widoki modelu
pokazano na rys. 8.
Rys.
8. Widok modelu: a) od strony południowo-zachodniej, b) od strony
północno-wschodniej
Rozważono
dwie sytuacje obliczeniowe konstrukcji. Pierwszą – odpowiadającą
stanowi projektowemu, zakładanemu przez budowniczych więźby i
uwzględniającą dobry stan wszystkich połączeń ciesielskich oraz
drugą – rzeczywistą, uwzględniającą aktualny stan konstrukcji,
z wyłączeniem z pracy skorodowanych połączeń.
W obu
analizowanych przypadkach uwzględniono obciążenia stałe, śnieg i
wiatr zgodnie z normami oraz ich kombinacje dla otrzymania obwiedni
sił wewnętrznych. Pominięto normowe obciążenie użytkowe jak dla
strychów z dostępem z klatki schodowej – przestrzeń strychu nie
jest bowiem użytkowana. W punktach połączeń przypustnic z
krokwiami oraz połączeń konstrukcji więźby nad zakrystią z
krokwiami głównych układów nośnych przyjęto jedynie przekazanie
reakcji od przypustnic i krokwi nad zakrystią na główne krokwie.
Rys.
9. Projektowany sposób naprawy zniszczeń korozyjnych konstrukcji
drewnianych:
1 - istniejąca belka podłużna, 2 - śruby
stalowe, 3 - stalowe pierścienie łącznikowe, 4 - belki istniejące,
5 - wstawka drewniana, 6 - stalowe śruby, 7 - podparcie montażowe
na czas remontu
W
sytuacji projektowej założono przegubowe połączenia pomiędzy
elementami łączonymi na nakładkę lub czop i gniazdo, dodatkowo
kołkowanych. W połączeniach na czop i gniazdo bez kołków i w
połączeniach na bezpośredni styk elementów (połączenia mieczy
stopowych z belkami wiązarowymi i połączenia płatwi wzdłużnej
ramy stolcowej z jętkami) przyjmowano więzy jednostronne – słupy
ramy stolcowej i miecze stopowe przenoszą wyłącznie ściskania.
W sytuacji rzeczywistej uwzględniono dodatkowo,
stwierdzone w obiekcie, zupełne skorodowanie połączeń krokwi z
belkami wiązarowymi od strony północnej (usunięto połączenie
krokwi z belką wiązarową). Nie miało to jednak istotnego wpływu
na wytężenie konstrukcji więźby.
Obydwa schematy
(rzeczywisty i projektowy) zostały poddane analizie modalnej w celu
określenia częstości drgań własnych, które określają
podatność konstrukcji na obciążenie wiatrem. Z praktycznego
punktu widzenia analizowano jedynie pierwszą częstotliwość drgań
własnych. W efekcie stwierdzono, że uwzględnienie wykrytych
uszkodzeń nie wpływa na podatność konstrukcji na działanie
wiatru.
Fot.
10. Sposób naprawy zniszczeń korozyjnych konstrukcji drewnianych
W
wyniku obliczeń wytrzymałościowych wykazano, że w wypadku
analizowanego modelu większość elementów spełnia normowe warunki
nośności i sztywności. Obliczenia elementów więźby wykazały,
że:
nośność krokwi, mieczy stopowych, jętek i płatwi, słupów jest zachowana,
nośność belek wiązarowych nad nawą jest niewystarczająca, niedobór wymaganej nośności jest jednak nieznaczny i wynosi 12% dla sytuacji projektowej i 18% dla sytuacji rzeczywistej, co dla zabytkowej budowli można uznać za dopuszczalne,
krokwie nad zakrystią wykazują przekroczenia warunku nośności – do 70%,
obliczeniowa nośność belek stropu nad zakrystią jest niewystarczająca, niedobór wymaganej nośności wynosi prawie 100%;
Znaczne obliczeniowe przekroczenie nośności elementów więźby nad zakrystią ma swoje odzwierciedlenie w wyraźnych ugięciach krokwi, płatwi i stropu tej części konstrukcji. Elementy te zostały później wbudowane i niewłaściwie dobrane.
Fot.
11. Wymiana przepustnic
Remont
więźby
Remont
uszkodzeń więźby dachowej obejmował wymianę lub wzmocnienie
bardzo zniszczonych korozyjnie, pojedynczych elementów lub
fragmentów elementów drewnianej konstrukcji oraz całkowitą
wymianę pokrycia gontem. W miejscach, gdzie uszkodzenia korozyjne
elementów drewnianych występowały jedynie lokalnie, dokonano
naprawy przez wycięcie porażonych korozją fragmentów i wstawienie
plomb. Na fot. 10 przedstawiono wykonaną naprawę. Jako
elementy drastycznie nie spełniające stanu granicznego nośności
wymianie lub wzmocnieniu uległy również krokwie i belki dźwigarowe
stropu nad zakrystią – ten fragment konstrukcji był wykonany
współcześnie i nie stanowił wartości historycznej. Wykonano
także podparcie krokwi zabudowanych na elewacji wschodniej,
naprawiono dodatkowy skrajny słupek pod płatwią środkową od
strony zachodniej, wymieniono uszkodzone zastrzały i przepustnice
(fot. 11) oraz zapewniono pełny konstrukcyjny kontakt mieczy i
jętek z płatwią środkową ramy stolcowej. Wszystkie elementy
konstrukcji (stare i nowe) poddano impregnacji.
Fot.
12. Spatynowany gont około 3 tygodnie po położeniu
Remont
więźby dachowej ukończono w październiku 2009 r. Pokrycie dachu
to gont drewniany, który wojewódzki konserwator zabytków nakazał
pozostawić w naturalnej barwie (impregnacja tylko bezbarwnymi
preparatami).
Bibliografia
1.
Tajchman J.: Propozycja systematyki i uporządkowania terminologii
ciesielskich konstrukcji dachowych występujących na terenie Polski
od XIV do XX w., Monument, Nr 2/2005, s. 7÷35.
2. Mączyński
D., Tajchman J., Warchoł M: Materiały do terminologii konstrukcji
więźb dachowych podstawowe pojęcia. Monument, Nr 2/2005, s.
37÷43.
dr
inż. Łukasz Drobiec
Katedra Konstrukcji Budowlanych
Politechnika Śląska, Gliwice
Źródło: Dachy, nr 1 (133) 2011