3 (III) 2009 MONOGRAFIA SPOTKANIE Z ZABYTKIEM AUTORZY WYKAZ ALFABETYCZNY. BOCHEN Jerzy Artyku 1. DULAK Leszek Artyku 1. HULIMKA Jacek Artyku 1

Transkrypt

1 MONOGRAFIA SPOTKANIE Z ZABYTKIEM 3 (III) 2009 AUTORZY WYKAZ ALFABETYCZNY BOCHEN Jerzy Artyku 1 DULAK Leszek Artyku 1 HULIMKA Jacek Artyku 1 KRZ KA A Agnieszka Artyku 1 LABISKO Marcin Artyku 1 MA A CZUK Jacek Artyku 1 MARCHACZ Micha Artyku 1 NOWO WIAT Artur Artyku 1 OLECHOWSKA Marcelina Artyku 1 OULIKOVA Petra Artyku 1 ZI BA Jan Artyku 1 ABA Antonina Artyku 1 UCHOWSKI Rafa Artyku 1

2

3 Redaktor Naczelny: prof. dr hab. inż. Stanisław MAJEWSKI Redaktor Techniczny: mgr inż. Dominik WOJEWÓDKA Sekretarz Monografii: dr inż. Antonina ŻABA Adres Redakcji: Redakcja monografii SPOTKANIE Z ZABYTKIEM Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej GLIWICE, ul. Akademicka 5 Tel Monografia udostępniona jest na stronie Recenzenci monografii SPOTKANIE Z ZABYTKIEM 3(III) 2009: BUDOWNICTWO - fizyka budowli dr hab. inż. Henryk NOWAK - prof. nzw. w PWr - konstrukcje dr hab. inż. Edward MAŁEK prof. nzw. w PO - materiały budowlane dr Róża KRZYWOBŁOCKA-LAURÓW, doc. w ITB Warszawa (em.) GEODEZJA dr hab. inż. Wiesław PAWŁOWSKI, prof. nzw. w PŁ HISTORIA SZTUKI dr hab. Andrzej KOZIEŁ, Instytut Historii Sztuki UWr ZAPIS KONSTRUKCJI dr hab. Edwin KOŹNIEWSKI, PB prof. przew. kwal. II Bogumiła Jadwiga ROUBA, Uniwersytet MK w Toruniu Projekt okładki Antonina ŻABA Wykorzystano: zdjęcia Jana ZIĘBY opublikowane na Oprawa i druk: UKiP J&D Gębka Gliwice, ul. Pszczyńska 44

4 SPIS TREŚCI BUDOWNICTWO - fizyka budowli Artur NOWOŚWIAT Leszek DULAK Marcin LABISKO Michał MARCHACZ Marcelina OLECHOWSKA Rafał ŻUCHOWSKI - konstrukcje JEDNOWSKAŹNIKOWA OCENA AKUSTYCZNA KOŚCIOŁA W BRZEGU SINGLE-INDICATOR ACOUSTIC EVALUATION OF CHURCH IN BRZEG 9 Jacek HULIMKA ZABYTKOWA WIĘŹBA DACHOWA KOŚCIOŁA PW. PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTEGO W BRZEGU 25 MONUMENTAL ROOF TRUSS OF THE CHURCH OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS IN BRZEG - materiały budowlane Jerzy BOCHEN Agnieszka KRZĄKAŁA BADANIA I ANALIZA WŁAŚCIWO- ŚCI FIZYKO-CHEMICZNYCH TYN- KÓW ELEWACYJNYCH KOŚCIOŁA PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTE- GO W BRZEGU 33 STUDY AND ANALYSIS ON PHYSI- CAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF ELEVATION PLASTERS IN THE CHURCH OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS IN BRZEG GEODEZJA JACEK MAŁAŃCZUK CHARAKTERYSTYKA METOD PO- MIAROWYCH W ASPEKCIE IN- WENTARYZACJI STRUKTURY GE- OMETRYCZNEJ SKLEPIEŃ KO- ŚCIOŁA PW. PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTEGO W BRZEGU 45 3

5 CHARACTERISTICS OF THE MEA- SUREMENT METHODS IN TERMS OF INVENTORY OF THE GEOMETRI- CAL STRUCTURE OF THE VAULTS OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS CHURCH IN BRZEG HISTORIA SZTUKI Petra OULÍKOVÁ PRZYCZYNEK DO ŻYCIA I TWÓR- CZOŚCI JANA KUBENA W CZE- CHACH 63 NOTE TO JOHN KUBEN'S LIVE AND ARTISTIC WORKS IN BOHEMIA ZAPIS KONSTRUKCJI Antonina ŻABA PUNTO STABILE W KOŚCIELE PW. PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTE- GO W BRZEGU 81 PUNTO STABILE IN CHURCH OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS IN BRZEG Jan ZIĘBA PANORAMY SFERYCZNE JAKO NARZĘDZIE DO PREZENTACJI I POPULARYZACJI ZABYTKÓW AR- CHITEKTURY NA PRZYKŁADZIE KOŚCIOŁA PW. PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTEGO W BRZEGU 89 SPHERICAL PANORAMAS AS A TOOL FOR PRESENTATION AND POPULARIZATION OF ARCHITEC- TURE MONUMENTS ON THE EXAMPLE OF CHURCH OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS IN BRZEG 4

6 MONOGRAFIA SPOTKANIE Z ZABYTKIEM 3 (III) 2009 Monografię SPOTKANIE Z ZABYTKIEM zaplanowano jako kwartalnik, w którym publikowane będą prace poświęcone interdyscyplinarnym badaniom prowadzonym w wybranych zabytkowych obiektach architektonicznych. Celem badań jest pomoc w utrzymaniu tych obiektów. Monografia będzie prezentować wyniki prac prowadzonych w jednym obiekcie. Wydawca ma nadzieję, że rozwiązywanie problemów w wybranym zabytku przez zespoły interdyscyplinarne pomoże w szeroko rozumianym utrzymaniu obiektów zabytkowych. Równocześnie liczymy na to, że monografia będzie interdyscyplinarnym forum dyskusyjnym poświęconym ochronie zabytków architektonicznych, poradnikiem dla użytkowników takich obiektów i studentów, którzy w przyszłości będą pracować w obiektach zabytkowych i objętych ochroną konserwatorską. Późnobarokowy kościół pw. Podwyższenia Krzyża Świętego w Brzegu, chociaż nawiązuje do rozpowszechnionego w Europie typu kościoła jezuickiego, to jest obiektem unikatowym ze względu na bogactwo zachowanych elementów wystroju i wyposażenia. Chociaż jest obiektem nawiązującym do typowych rozwiązań barokowych to zrealizowany został w całości przez twórców lokalnych Bogaty program jego wnętrza odpowiada randze miejsca, w którym kościół się znalazł, czyli ważnego ośrodka edukacyjnego, jakim był Brzeg w połowie XVIII w. na Śląsku. Rzut kościoła brzeskiego jest prostokątem z wystającymi pilastarami, które stanowią główny akcent elewacji kościoła. Wnętrze obiektu podzielono wg projektu na : - kruchtę z emporą muzyczną, zlokalizowaną między dwoma wieżami, - nawę z płytkimi kaplicami i emporami, oraz prezbiterium z kaplicami bocznymi i emporami. Obiekt jest sklepiony. W nawie sklepienie kolebkowe z lunetami. Charakterystyczną cechą kościoła brzeskiego jest jego wertykalizm. Elementy strukturalne obiektu uzupełniają iluzjonistyczne przestrzenie. W nawie jest to iluzjonistyczna, otwarta na niebo kondygnacja. Zaś za prezbiterium znajdujemy: - transept, - prezbiterium kapłańskie, które rozciąga się za transeptem, - kopułę zwieńczającą miejsce przecięcia się transeptu z prezbiterium kapłańskim, oraz kaplicę (usytuowaną centralnie w wyżej opisanych przestrzeniach iluzjonistycznych).

7 Kościół jest podpiwniczony. Obecnie dostępna jest jedynie część podpiwniczenia pod prezbiterium. Budynek nie jest orientowany. Zlokalizowany został w Wróblim Wzgórzu, w sąsiedztwie Zamku Piastów Śląskich. Obiekt realizowano w niespokojnych trudnych dla Śląska czasach. Po śmierci ostatniego z Piastów w roku 1675 Brzeg przeszedł w ręce Habsburgów. W roku 1681 pojawiała się w Brzegu pierwsi jezuici, ale skuteczne działania na rzecz budowy nowej jezuickiej świątyni podjęto dopiero ok. roku Wtedy to zakupiono teren pod budowę, a naczelny architekt i doradca do spraw sztuki w zakonie jezuickim Christophorus Tausch, na miejscu, tę lokalizację zatwierdził. W roku 1733 zamówiono projekt u Josepha Frischa, który w roku 1734 został zatwierdzony przez generała zakonu. W 1735 uroczyście wmurowano kamień węgielny, a w 1738 obiekt był już zadaszony. W latach realizowano wystrój i wyposażenie wnętrza, chociaż obiekt użytkowano już od roku Kościół konsekrowano w roku Przypomnijmy, że jest to czas wojen śląskich ( ) prowadzonych między Habsburgami i Hohenzollernami o sukcesję Śląska. Zrealizowany obiekt odbiegał od obiektu zaprojektowanego. Różnice te dotyczyły wnętrza i wyglądu zewnętrznego. Zrezygnowano z bogatej dekoracji łuku oddzielającego kaplicę św. Józefa od nawy. Elewacje obiektu były nieotynkowane i nie posiadały detalu rzeźbiarskiego. Okna wież były zamurowane. Wieże o wysokości niższej niż to przewidywał projekt przykryto dachami namiotowymi, chociaż projekt przewidywał hełmy. Budowę wież dokończono dopiero w roku 1856 (wg nowego projektu). Obiekt również otynkowano. W tym czasie przedzielono stropem wysoką kruchtę, tworząc dodatkowe pomieszczenie nazywane lożą. Pod stropem ustawiono ściankę oddzielającą kruchtę od nawy. O charakterze wnętrza decydują przede wszystkim freski Johanna Kubena. Na szczególne zainteresowanie zasługują iluzjonistyczne przestrzenie architektoniczne nazywane kwadraturami. W tych przestrzeniach rozgrywają się sceny, których znaczenie nie zawsze jest dla nas jednoznaczne i wymaga badań zespołów interdyscyplinarnych, do których chcieliśmy zaprosić zainteresowanych tematem. W niniejszym zeszycie przedstawiamy część prac przygotowujących do takiej dyskusji. Prace te objęły m. in. przygotowane przez dyplomantów Wydziału Budownictwa inwentaryzacje i modele wirtualne obiektu (M. Labisko, W. Mazur i K. Horzela) oraz panoramę sferyczną wnętrza (J. Zięba). Wszystkie informacje o obiekcie, w tym skany literatury, zgromadzono w elektronicznej wersji Białej Karty (e_bk_brzeg_k_pkś M. Łazor). W zeszycie zaprezentowano też najnowsze badania czeskie dotyczące działalności Johanna Kubena w Czechach (P. Oulikova). Ten urodzony w roku 1697 w Bystrzycy Kłodzkiej jezuita, ukończył filozofie i teologii na Uniwersytecie w Ołomuńcu. Pracował na terenie czeskiej prowincji zakonu. Pełnił wiele funkcji, których wypełnianie powierzył mu 6

8 zakon. Był związany równie z naszym rejonem. Pracował na misji w Tarnowskich Górach. Zachowały się informacje o tym, że miał przygotować prace dla starego kościoła św. Marcina w Starych Tarnowicach i Piekarach Śląskich. Kuben jest postacią mało znaną. Chcielibyśmy go spopularyzować, gdyż wydaje się nam być postacią szczególnie ważną dla kultury Śląska. Mamy nadzieję, że przygotowane materiały pomogą badaczom i konserwatorom zabytków. Liczymy na to, że uda się mam przygotować drugi zeszyt o kościele Podwyższenia Krzyża Św. w Brzegu. W zeszycie tym chcielibyśmy umieścić informacje o wystroju i wyposażeniu kościoła, ale przede wszystkim o freskach Kubena. Odrębną sprawą jest konieczność przebadania i opracowania materiałów, które zostały przygotowane przez konserwatora zabytków Jerzego Czajora ( ). Materiały te zostały zgromadzone w czasie prac konserwatorskich prowadzonych w kościele w latach Jeszcze raz zapraszamy do współpracy. Redaktorzy zeszytu Antonina ŻABA, dr inż. 7

9 8

10 MONOGRAFIA SPOTKANIE Z ZABYTKIEM 3 (III) 2009 Artur NOWOŚWIAT 1, Leszek DULAK 1, Marcin LABISKO 2, Michał MARCHACZ 3, Marcelina OLECHOWSKA 3, Rafał ŻUCHOWSKI 1 Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Politechnika Śląska, Gliwice JEDNOWSKAŹNIKOWA OCENA AKUSTYCZNA KOŚCIOŁA W BRZEGU Streszczenie. Do oceny akustycznej wnętrz sakralnych stosuje się bardzo często metody wykorzystywane przy wnętrzach audytoryjnych, koncertowych czy operowych. Metodami takimi są metody impulsowe, RASTI, STI, Ando czy Beranka. W artykule zastosowano metodę wskaźnikową oceny akustycznej wnętrza kościoła w Brzegu. Ocena właściwości akustycznych wnętrz sakralnych jest w tym opracowaniu dokonana za pomocą jednej liczby globalnego wskaźnika jakości akustycznej obiektów sakralnych. Zastosowano wskaźnik w oparciu o prace profesora Engela z Akademii Górniczo Hutniczej w Krakowie. Słowa kluczowe: akustyka wnętrz sakralnych, wskaźniki oceny, czas pogłosu SINGLE-INDICATOR ACOUSTIC EVALUATION OF CHURCH IN BRZEG Summary. To evaluation of church interiors very often are applied methods used in auditorium interiors, concert halls and opera-houses. These methods are impulse methods, RASTI, ANDO or Beranek method. In this paper indicator s method was applied to acoustic evaluation of church interior in Brzeg city. Evaluation of acoustical properties of church interiors in this paper was made by single value global indicator of acoustical quality of church interiors. This indicator based on prof. Engel s works, from AGH University of Science and Technology. Key words: reverberation time, acoustics of church interiors, evaluation indicators. 1. Wprowadzenie W potocznym rozumieniu, pojęcie jakości akustycznej pomieszczenia łączy się z szeroko rozumianą estetyką wytwarzanego w nim dźwięku. Sprawia to, że jakość akustyczną należy 1 Dr inż., Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice, ul. Akademicka 5, tel.: , Artur.Nowoświat@polsl.pl, Leszek.Dulak@polsl.pl, Rafał.Zuchowski@polsl.pl 2 Mgr inż., Dyplomant Katedry Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Politechniki Śląskiej 3 Mgr inż., Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice, ul. Akademicka 5, tel.: , Michal.Marchacz@polsl.pl, Marcelina.Olechowska@polsl.pl

11 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni rozpatrywać w kontekście dopasowania akustyki pomieszczenia do jego funkcji. Innej akustyki wymaga studio nagrań, świątynia, sala konferencyjna, kinowa, koncertowa itp. Mimo wielu badań, opracowań i artykułów dotyczących kształtowania akustyki wnętrz sakralnych, nie doczekano się jak dotychczas metody, która w sposób jednoznaczny pozwalała określić akustykę wnętrza sakralnego. W artykule przedstawiono ocenę akustyki wnętrza kościoła za pomocą metody wskaźnikowej, opracowanej przez prof. Engela [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Globalny wskaźnik jakości akustycznej obiektów sakralnych, zgodnie z tą metodą, jest funkcją kilku wskaźników cząstkowych, tj. wskaźnik pogłosowy, wskaźnik zrozumiałości mowy, wskaźnik równomierności nagłośnienia, wskaźnik zakłóceń zewnętrznych i wskaźnik walorów brzmieniowych. Zatem celem niniejszej pracy jest ocena jakości wnętrza sakralnego na bazie pomiarów czasu pogłosu i za pomocą jednowskaźnikowego parametru. Wykorzystano w tym celu bardzo ciekawe zależności funkcyjne wskaźnika zrozumiałości mowy, klarowności, czasu centralnego itd., które wykorzystano na podstawie prac [Nowoświat 2007, Lam 1995]. 2. Charakterystyka badanego pomieszczenia Pomieszczenie, dla którego dokonano oceny akustycznej jest wnętrzem kościoła w Brzegu o kubaturze około m 3. Pozostałe podstawowe parametry obiektu: powierzchnia ograniczająca wnętrze kościoła 2812, 48 m 2, sklepienia typ żagiel (paraboloidy obrotowe), powierzchnia posadzki 532,84 m 2, powierzchnia ławek 71,60 m 2. W badanym pomieszczeniu wyznaczono za pomocą pomiarów czas pogłosu. Wyniki przedstawiono na poniższym rysunku: 10

12 Ocena akustyczna 3 (III) 2009 Rys. 1. Charakterystyka czasu pogłosu w funkcji częstotliwości, A. Nowoświat, L. Dulak i inni. Fig. 1. Reference of reverberations time as a function of frequency, A. Nowoświat, L. Dulak i inni. 3. Wskaźnik oceny akustycznej wnętrza kościoła Globalny wskaźnik oceny jakości akustycznej badanego wnętrza W JAS jest średnią ważoną kilku wskaźników cząstkowych i określić go możemy zależnością [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. W JAS = n i= 1 n Wη i= 1 i η i i (1) gdzie: Wi wskaźnik cząstkowy, ηi waga wskaźnika cząstkowego. Wskaźnik jakości akustycznej pomieszczeń sakralnych W JAS przyjmuje wartości od 0 do 1. W celu określenia jednoznacznej oceny jakości akustycznej badanego wnętrza sakralnego, uzależniono obliczoną wartość globalnego wskaźnika oceny akustycznej wnętrz sakralnych W JAS od orientacyjnej oceny, która klasyfikuje dane wnętrze do grupy pomieszczeń sakralnych o warunkach akustycznych w skali: bardzo dobrych, dobrych, dostatecznych i 11

13 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni złych. Orientacyjna skala została opracowana przez autora metody na podstawia badań przeprowadzonych w kilku obiektach sakralnych (rys. 2). Rys. 2. Skala oceny jakości akustycznej wg. wskaźnika W JAS [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Fig. 2. Scale of acoustical quality evaluation, according to W JAS [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Do oceny pomieszczeń sakralnych zaproponowano [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005] pięć wskaźników cząstkowych Wskaźnik pogłosowy W metodzie wskaźnikowej bardzo istotną rolę odgrywa wskaźnik pogłosowy W p, który jest funkcją kilku wskaźników pogłosowych pomocniczych W p1 W p3. Wskaźnik W p przyjmuje wartości od 0 1. Najlepsze warunki badanego wnętrza sakralnego pod względem czasu pogłosu występują, gdy W p = 1, a najgorsze, gdy W p = 0. Główny wskaźnik pogłosowy jest określony zależnością [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: W = W β + W β + W β (2) p p1 1 p2 2 p3 3 gdzie: W p - wskaźnik pogłosowy, W p1 - wskaźnik pogłosowo-objętościowy, W p2 - wskaźnik pogłosowy dla muzyki organowej, W p3 - wskaźnik pogłosowy dla mowy, β 1 β 2 - wagi wskaźników pomocniczych W p1 W p3. 12

14 Ocena akustyczna 3 (III) Wskaźnik pogłosowo objętościowy Wskaźnik pogłosowo objętościowy jest funkcją czasu pogłosu preferowanego dla danego wnętrza i zmierzonego czasu pogłosu skorygowanego obecnością wiernych. Wskaźnik ten wyraża się wzorem [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: gdzie: W TZS Tp = (3) 5 p1 1 T p - czas pogłosu preferowany dla danego obiektu sakralnego i objętości [s], T ZS - czas zmierzony, skorygowany obecnością słuchacza [s]. Czas pogłosu preferowany T p dla kościołów katolickich wyznaczany jest ze wzoru [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: Tp ( V) = 0, 24ln 0, 24 (4) Zatem dla badanego wnętrza preferowany czas pogłosu wynosi: T p = 1,97 s. Czas pogłosu zmierzony skorygowany obecnością wiernych T ZS jest wyznaczony z następującej zależności [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: T ZS = 0,161V S S S α + Sα + S α ( ) 1 2 p (5) gdzie: α p - średni pogłosowy współczynnik pochłaniania, V - objętość wnętrza sakralnego [m³], S - pole powierzchni ograniczających [m²], S 1 - pole powierzchni zajmowanej przez wiernych siedzących [m²], S 2 - pole powierzchni zajmowanej przez wiernych stojących [m²], α 1 - współczynnik pochłaniania dla osoby siedzącej, α 2 - współczynnik pochłaniania dla osoby stojącej. Średni pogłosowy współczynnik pochłaniania wyznacza się z ogólnie znanego wzoru: 0,16V α p = T S Z (6) 13

15 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni gdzie: Tz - zmierzony, uśredniony czas pogłosu [s]. Częstotliwość [Hz] średni α 1 0,12 0,19 0,38 0,41 0,49 0,5 0,35 α 2 0,72 0,89 0,95 0,99 1,0 1,0 0,92 Tablica 1. Wartości pogłosowych współczynników pochłaniania α 1 i α 2, [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Table 1. Values of reverberation coefficients of sound absorption α 1 i α 2, [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Zatem: α p = 0,13, T ZS = 2,20 s. 2,20 1,97 Zatem na mocy (3) mamy: W p 1 = 1 = 0, Wskaźnik pogłosowy pomocniczy dla muzyki organowej Wskaźnik pogłosowy dla muzyki organowej jest funkcją czasu pogłosu preferowanego dla danego wnętrza i czasu pogłosu zmierzonego dla częstotliwości 500 Hz skorygowanego obecnością wiernych. Wskaźnik ten wyraża się wzorem [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: W TZS500 Tp0 = (7) 5 p2 1 gdzie: T p0 - preferowany czas pogłosu dla muzyki organowej dla pasma oktawowego o częstotliwości środkowej 500 Hz [s], T ZS500 - zmierzony skorygowany czas pogłosu dla pasma oktawowego o częstotliwości środkowej 500 Hz [s]. Preferowany czas pogłosu dla muzyki organowej T p0 zależy od objętości i można go wyznaczyć za pomocą wzoru [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: T 0,15 p0 0,73 V 2,91s = = (8) Zatem na mocy wzoru (7) mamy W p2 = 0,

16 Ocena akustyczna 3 (III) Wskaźnik pogłosowy pomocniczy dla mowy Wskaźnik pogłosowy dla mowy jest funkcją czasu pogłosu dopuszczalnego dla mowy i czasu pogłosu zmierzonego i skorygowanego obecnością wiernych. Wskaźnik ten wyraża się wzorem [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: W TZS TpM = (9) 5 p3 1 gdzie: T pm - dopuszczalny czas pogłosu dla pomieszczeń przeznaczonych do odtwarzania sygnałów mowy [s], T ZS - jw. Dopuszczalne wartości czasu pogłosu dla odtwarzania mowy T pm można wyznaczyć za pomocą wzoru [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: TpM ( V) = 0,17 ln 0,43 = 1,14 s (10) Zatem ze wzoru (9) mamy: W p3 = 0, Główny wskaźnik pogłosowy W p Każdy ze wskaźników pomocniczych (W p1, W p2, W p3 ) posiada określoną wagę. Wagi parametrów zależą od kubatury obiektu sakralnego oraz od rodzaju obiektu ze względu na wyznanie. W pomieszczeniu sakralnym nie jest możliwe uzyskanie czasu pogłosu zapewniającego jednocześnie dobre warunki do odsłuchu muzyki oraz mowy. Są to sprzeczne wymagania akustyczne, gdyż dłuższy czas pogłosu sprzyja warunkom do odtwarzania muzyki, natomiast krótki jest odpowiedni dla dobrej zrozumiałości mowy. Podobnie w przypadku muzyki organowej lepsze jej brzmienie zapewnia dłuższy czas pogłosu. Wartości wag β1 β3 podano w tablicy 2. 15

17 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni k. katolickie synagogi k. protestanckie Objętość V S β 1 β 2 β 3 β 1 β 2 β 3 β 1 β 2 β 3 600<V S <1500 0,6 0,1 0,3 0,6 0 0,4 0,6 0,1 0,3 1500<V S < ,6 0,2 0,2 0,6 0 0,4 0,6 0,2 0, <V S < ,6 0,3 0,1 0,6 0 0,4 0,6 0,3 0,1 Tablica 2. Zestawienie wag parametrów pomocniczych dla danego typu obiektu sakralnego [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Table 2. Statement of weights of auxiliary parameters for particular types of sacred interiors, [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Na mocy wzoru (2) mamy ostatecznie: W = 0,954 0,6 + 0,862 0,2 + 0,788 0,2 = 0, Wskaźnik zakłóceń zewnętrznych p Jednym z wielu czynników wpływających na jakość akustyczną pomieszczenia jest odpowiednio niski poziom zakłóceń zewnętrznych. W pomieszczeniach przeznaczonych do odsłuchu muzyki, m.in. klasycznej, istnieje niebezpieczeństwo maskowania niektórych fragmentów utworu muzycznego granych pianissimo. W przypadku pomieszczeń sakralnych duży poziom zakłóceń zewnętrznych w mniejszym stopniu wpływa na maskowanie dźwięku muzyki organowej, natomiast bardziej na maskowanie narażone są takie dźwięki, jak śpiewy chóru lub mowa celebrującego. Hałas może być także przyczyną zniekształceń barwy dźwięku. Zakłócenia zewnętrzne dla obiektów sakralnych pochodzą głównie od hałasów typu komunikacyjnego, którego źródłami są środki komunikacji drogowej. Proponuje się za dopuszczalną wartość poziomu dźwięków zakłócających dla obiektów sakralnych przyjąć 30 db poziomu dźwięku A. Wartość ta odpowiada dopuszczalnej wartości poziomu dźwięków zakłócających dla sal koncertowych, operowych oraz audytoriów, czyli pomieszczeń mających podobny zakres produkcji dźwiękowej, co świątynie. Wskaźnik zakłóceń zewnętrznych przyjmuje wartości z przedziału 0 < W ZZ < 1. Gdy poziom dźwięku L A 30 db, oznacza to, że dopuszczalny poziom zakłóceń zewnętrznych dla badanego obiektu sakralnego nie został przekroczony i należy przyjąć Wzz = 1. Wskaźnik zakłóceń zewnętrznych obiektu sakralnego określony jest zależnością [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: 16

18 Ocena akustyczna 3 (III) 2009 W ZZ 3 = L 27 A (11) gdzie: L A - poziom dźwięku zakłóceń zewnętrznych w obiekcie sakralnym [db]. Zatem W ZZ = Wskaźnik walorów brzmieniowych Jednym z czynników określających jakość akustyczną wnętrz sakralnych związanych z zakresem produkcji akustycznej, mającej miejsce w tego typu pomieszczeniach jest wyrazistość i walory brzmieniowe dźwięków muzycznych. Odpowiadają one za wrażenia, jakie wywołuje słuchanie utworu muzycznego w określonym pomieszczeniu i szczególnym miejscu tego pomieszczenia. Wskaźnik walorów brzmieniowych muzyki obiektu sakralnego określony jest ze wzoru [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: Wb 1+ Wb2 + Wb3 + Wb4 Wb = (12) 4 gdzie: W b1 - wskaźnik brzmieniowy pomocniczy określający żywość akustyczną T mid w pomieszczeniu sakralnym, 0 < W b1 1, W b2 - wskaźnik brzmieniowy pomocniczy określający ciepłość brzmienia BR w pomieszczeniu sakralnym, 0 < W b2 1, W b3 - wskaźnik brzmieniowy pomocniczy określający wskaźnik wyrazistości C 80 w pomieszczeniu sakralnym, 0 < W b3 1, W b4 - wskaźnik brzmieniowy pomocniczy określający czasowy środek ciężkości T S w pomieszczeniu sakralnym, 0 < W b Wskaźniki brzmieniowe pomocnicze Wskaźnik brzmieniowy pomocniczy W b1, określający żywość akustyczną T mid w pomieszczeniu sakralnym. Wskaźnik ten wyznacza się z nomogramu przedstawionego na rysunku 3, żywość akustyczną T mid wyznaczono na podstawie metody Beranka. 17

19 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni Wb1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,5 1 1,5 2 2,5 Tmid[s] Rys. 3. Nomogram wyznaczania wskaźnika brzmieniowego W b1, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 3. Nomogram for determination of tonal indicator W b1, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Warunki brzmieniowe przy zmierzonym czasie pogłosu przyjęto na poziomie W b1 = 0. Wskaźnik brzmieniowy pomocniczy W b2, określający ciepłość brzmienia BR w pomieszczeniu sakralnym. Wskaźnik ten wyznacza się z nomogramu przedstawionego na rysunku 4, ciepłość brzmienia BR wyznaczono na podstawie metody Beranka, przy czym: T + T 2T = 0,96 (13) Wb2 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Rys. 4. Nomogram wyznaczania wskaźnika brzmieniowego W b2, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 4. Nomogram for determination of tonal indicator W b2, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. BR 18

20 Ocena akustyczna 3 (III) 2009 Zatem W b2 = 0,36. Wskaźnik brzmieniowy pomocniczy W b3, określający wskaźnik wyrazistości C 80 w pomieszczeniu sakralnym wyznacza się z nomogramu pokazanego na rysunku 5. Wskaźnik wyrazistości C 80 został wprowadzony przez Reichardt`a a później Lama i wyznacza się go z definicji [Lam 1995]: C ms 80 ms () E t dt 1,1 0 T = 10log = 10log e 1 E t dt () [db] (14) gdzie: T- średni czas pogłosu. Zatem na mocy definicji (14) mamy C 80 = -5,33. Wb3 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, C80[dB] Rys. 5. Nomogram wyznaczania wskaźnika brzmieniowego W b3, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 5. Nomogram for determination of tonal indicator W b3, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Ostatecznie wskaźnik brzmieniowy W b3 = 0,5. Wskaźnik brzmieniowy pomocniczy W b4, określający czasowy środek ciężkości T S w pomieszczeniu sakralnym. Wskaźnik ten wyznacza się z nomogramu pokazanego na rysunku 6. Czasowy środek ciężkości T S został wprowadzony przez Cremera [Cremer i Müller 1982] i Lama i wyznacza się go ze wzoru [Lam 1995]: 19

21 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni T s = 0 0 tp p 2 2 () t dt () t dt (15) Zatem T s = 295 ms. Wb4 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, TS [ms] Rys. 6. Nomogram wyznaczania wskaźnika brzmieniowego W b4, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 6. Nomogram for determination of tonal indicator W b4, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Ostatecznie wskaźnik W b4 = 0. Na podstawie wskaźników brzmieniowych pomocniczych wyznaczamy główny wskaźnik brzmieniowy, otrzymując [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: W b 0+ 0,36+ 0,5+ 0 = = 0, Wskaźnik zrozumiałości mowy Wskaźnik zrozumiałości mowy jest funkcją wskaźników zrozumiałości mowy pomocniczych. Wskaźnik zrozumiałości mowy obiektu sakralnego określony jest ze wzoru [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: W zm Wz1+ Wz2 + Wz3 = (16) 3 gdzie: W zm - wskaźnik zrozumiałości mowy, W z1, W z2, W z3 - wskaźniki pomocnicze zrozumiałości mowy. 20

22 Ocena akustyczna 3 (III) Wskaźniki pomocnicze zrozumiałości mowy Wskaźnik W z1 jest związany ze wskaźnikiem ALCONS oraz wyznaczony za pomocą nomogramu przedstawionego na rysunku 7. Wz1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, % ALCONS Rys. 7. Nomogram wyznaczania wskaźnika zrozumiałości mowy W z1, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 7. Nomogram for determination of intelligibility of speech W z1, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. ALconst = 9T = 9 4,28= 38,52s Stąd mamy W z1 = 0,32. Wskaźnik pomocniczy zrozumiałości mowy W z2 jest związany ze wskaźnikiem RASTI lub STI oraz wyznaczony za pomocą nomogramu pokazanego na rysunku 8. Wz2 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 STI Rys. 8. Nomogram wyznaczania wskaźnika zrozumiałości mowy W z2, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 8. Nomogram for determination of intelligibility of speech W z2, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. 21

23 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni Natomiast wskaźnik STI możemy wyznaczyć ze wzoru przybliżonego [Nowoświat 2007]: STI = 0, 2078lnT + 0, 6488 = 0, 33 (17) Zatem W z2 = 0,34. Wskaźnik pomocniczy zrozumiałości mowy W z3 jest związany ze wskaźnikiem C 50 oraz wyznaczony za pomocą nomogramu przedstawionego na rys. 9 Wz3 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, C80 [db] Rys. 9. Nomogram wyznaczania wskaźnika zrozumiałości mowy W z3, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Fig. 9. Nomogram for determination of intelligibility of speech W z3, [Sadowski 1971, Kulowski 2006]. Wskaźnik C 50 wyznaczony jest ze wzoru [Lam 1995]: C 50 D50 = 10log 1 D 50 [ db] (18) gdzie: D 0,69 T 50 1 e = (19) Zatem na mocy (19) i (18) mamy: D 50 = 0,15 oraz C 50 = -7,57 [db]. Mamy więc: W z3 = 0,27. Ze wzoru (16) otrzymujemy W zm ( 0,32) + ( 0,34) + ( 0,27) = = 0,

24 Ocena akustyczna 3 (III) Globalny wskaźnik oceny akustycznej wnętrza sakralnego Globalny wskaźnik W JAS jest funkcją wskaźników cząstkowych i określony jest zależnością [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]: W JAS Wpη1+ Wzmη2 + WZZη3 + Wrnη4 + Wbη5 = η + η + η + η + η (20) gdzie: W p - wskaźnik pogłosowy, W zm - wskaźnik zrozumiałości mowy, W zz - wskaźnik zakłóceń zewnętrznych, W rn - wskaźnik równomierności nagłośnienia, W b - wskaźnik walorów brzmieniowych muzyki, η 1 η 5 - wagi wskaźników cząstkowych. Wartości wag nie wynikają ze ścisłych zależności. Autorzy opracowania [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005] przyjęli je na podstawie analizy czynników decydujących o jakości akustycznej obiektów sakralnych oraz na podstawie badań eksperymentalnych. Wartości wag przedstawiono w tablicy 3. η 1 η 2 η 3 η 4 η 5 1 0,5 0,3 0,3 0,2 Tablica 3. Wagi wskaźników cząstkowych, [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Table 3. Weights of partial coefficients, [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005]. Ostatecznie otrzymano: W JAS 0, ,310,5 + 10,3 + 10,3 + 0,460,2 = = 0, ,5+ 0,3+ 0,3+ 0,2 Przy czym z powodów niemożliwości wyznaczenia wskaźnika równomierności nagłośnienia przyjęto ten wskaźnik na poziomie 1. Założono, że nawet jeśli w obecnym stanie tak nie jest, to jest to usterka w dość łatwy sposób usuwalna. 23

25 A. NOWOŚWIAT, L.DULAK, A. i inni 4. Wnioski Metoda przedstawiona przez prof. Engela [Engel i Kosała 2004, Engel i Kosała 2005] jest opracowana dla warunków pogłosowych skorygowanych dla wnętrza wypełnionego wiernymi. Warunki pogłosowe badanego wnętrza, przy uwzględnieniu wypełnieniem wiernymi są bardzo dobre na poziomie wskaźnika 0,9. Znacznie gorzej by to wyglądało gdyby nie uwzględniać wiernych w kościele lub wypełnienie byłoby częściowe. Należałoby się jeszcze zastanowić czy wskaźnik wypełnienia nie powinien być w jakiś sposób uśredniony. Pozostałe wskaźniki takie jak wskaźnik walorów brzmieniowych czy wskaźnik zrozumiałości mowy są już na znacznie gorszym poziomie. Globalny wskaźnik jednoliczbowy wskazuje na bardzo dobre warunki akustyczne wnętrza. Należałoby wykonać szereg badań i zastanowić się czy wagi przyjęte przez prof. Engela w opracowanej metodzie są już optymalne. Jeżeli zastosowana metoda przyjęłaby się w zastosowaniach do oceny wnętrz sakralnych, to byłoby to duże uproszczenie dotychczasowych metod oceny i pozwoliłoby na określenie jakości wnętrza za pomocą jednej liczby. Bibliografia CREMER L., MÜLLER H. A Principles and Applications of Room Acoustics. Vol. 1, Applied Science, London ENGEL Z., KOSAŁA K Globalny wskaźnik oceny jakości akustycznej obiektów sakralnych. W: LI Otwarte Seminarium z Akustyki, Gdańsk Sobieszewo, ENGEL Z., KOSAŁA K Acoustic Properties of the Selected Churches in Poland, W: Mechanics, Vol. 24, No 3, 2005, ss KULOWSKI A Ćwiczenia projektowe z akustyki pomieszczeń z wykorzystaniem programu komputerowego Sabine. Gdańsk, 2006, praca niepublikowana. LAM Y. W Importance of Early Energy in Room Acoustics. Acoustics of Enclosed Spaces, NOWOŚWIAT A Model logarytmiczny wyznaczania wskaźnika zrozumiałości mowy. W: Fizyka Budowli w Teorii i Praktyce, tom 2, 2007, ss SADOWSKI J Akustyka w urbanistyce, architekturze i budownictwie. Arkady, Warszawa 1971 r. Recenzent: dr hab. inż. Henryk NOWAK, prof. nzw. w Politechnice Wrocławskiej 24

26 MONOGRAFIA SPOTKANIE Z ZABYTKIEM 3 (III) 2009 Jacek HULIMKA 1 Katedra Inżynierii Budowlanej, Politechnika Śląska, Gliwice ZABYTKOWA WIĘŹBA DACHOWA KOŚCIOŁA PW. PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTEGO W BRZEGU Streszczenie. Barokowy kościół pw. Podwyższenia Krzyża Św. wzniesiony został przez Jezuitów w pierwszej połowie osiemnastego wieku. Pomimo prowadzonych w przeszłości prac remontowych można przypuszczać, że do dzisiaj zachowała się w nim częściowo oryginalna więźba dachowa, będąca świadectwem kunsztu i fachowości ówczesnych budowniczych. W artykule przedstawiono konstrukcję więźby wraz z opisem obecnego stanu technicznego. Ponadto zaprezentowano najważniejsze wyniki przeprowadzonej analizy obliczeniowej dachu, także w aspekcie lokalnych wad i braków elementów usztywniających. Dodatkowo przeanalizowano konstrukcje wsporcze dzwonów na wieżach. Słowa kluczowe: konstrukcje drewniane, stan techniczny, analiza obliczeniowa. MONUMENTAL ROOF TRUSS OF THE CHURCH OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS IN BRZEG Abstract. Baroque church of the Exaltation of the Holy Cross was erected by the Jesuits at the beginning of eighteenth century. Despite of past repair works, considerable part of original roof truss has survived till now and is certifying the skills and professionalism of that time builders. Paper presents the structure of roof truss and describes its technical condition. Moreover main results of structural analysis of roof were presented, also in aspect of local defect and lacks in bracing. Additionally supporting structure of bells in church towers was analyzed. Keywords: timber structures, technical condition, structural analysis. 1. Wprowadzenie Wybudowany w pierwszej połowie XVIII wieku kościół pw. Podwyższenia Krzyża Św. w Brzegu przeszedł w swej historii szereg modernizacji i remontów. Dla zagadnień opisanych w niniejszym artykule szczególne znaczenie miały: nadbudowa wież w 1856 roku, 1 Dr inż., Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice, ul. Akademicka 5, tel.: , jacek.hulimka@polsl.pl

27 Jacek HULIMKA likwidacja zniszczeń z okresu II Wojny Światowej (remont dachu w latach ), wymiana pokrycia dachu w 2009 roku. W 2009 roku konstrukcja dachu kościoła stała się przedmiotem dwóch magisterskich rozpraw dyplomowych [Horzela 2010, Mazur 2010], promotorem których był autor niniejszego artykułu. Przedstawione dalej dane konstrukcyjne i wyniki obliczeń w większości opracowane zostały w ramach wspomnianych wyżej prac. 2. Konstrukcja dachu kościoła 2.1. Krótki opis konstrukcji Więźbę dachową (rys. 1, 2) wykonano w układzie wieszarowym, z pojedynczymi wieszakami trójkondygnacyjnymi. Tworzy ją dziesięć wiązarów pełnych i dziewiętnaście wiązarów pustych. Rozpiętość każdego z wiązarów sięga niemal 22 metrów, przy wysokości 13,5 metra i kącie nachylenia połaci dachowej wynoszącym 53 o. Krokwie dachowe oparte są na murłatach, wzajemnie na sobie w poziomie kalenicy oraz w trzech poziomach pośrednich na płatwiach. W poziomie płatwi pośrednich wbudowane są jętki i belki rozporowe. Reakcje z wieszaków przenoszone są poprzez system ukośnych zastrzałów na murowane ściany i filary nawy głównej. W najniższej kondygnacji dachu zabudowano dodatkowe słupy wsparte na murowanych filarach wprowadzonych do przestrzeni poddasza. Na całej długości obydwu połaci dachowych wbudowano w trzech poziomach krzyżowe stężenia belkowe. Nie jest znany stopień zachowania pierwotnej więźby, jednak porównanie z archiwalnymi materiałami (rys. 2) pozwala przypuszczać, że w pewnej części jest ona oryginalna. Rys. 1. Schemat wiązara pełnego, K. Horzela. Fig. 1. Scheme of roof main truss, K. Horzela. 26

28 Zabytkowa więźba kościoła... 3 (III) 2009 Ponad kalenicę dachu wystawiono sygnaturkę, której konstrukcję tworzy osiem drewnianych słupów opartych, poprzez belki z zastrzałami, na sąsiadujących wiązarach pełnych. Dach nad nawą główną pokryty jest dachówką karpiówką na łatach drewnianych, a sygnaturka blachą miedzianą na deskowaniu. Rys. 2. Przestrzenny układ więźby dachowej, K. Horzela. Fig. 2. Spatial scheme of the rafter framing, K. Horzela Stan techniczny konstrukcji Generalnie stan techniczny więźby dachowej uznać należy jako dobry. Podczas wspomnianego już remontu połaci w 2009 roku wymieniono część skorodowanych biologicznie elementów, w tym krokwie i nadbitki krokwi w dolnych częściach konstrukcji. Niemniej, lokalnie pozostawiono fragmenty wykazujące symptomy korozji biologicznej (fot. 1), efektem czego jest redukcja pierwotnego przekroju i obniżenie cech wytrzymałościowych drewna. W kilku miejscach doszło do wyraźnego rozluźnienia zamków ciesielskich (fot. 2) w połączeniach stężeń połaciowych. Lokalnie usunięte zostały zastrzały (fot. 3). Podczas kolejnych remontów więźby używano elementów drewnianych pochodzących z rozbiórki świadczą o tym wcięcia po dawnych zamkach ciesielskich, a lokalnie także wycięte w drewnie daty, niezgodne z udokumentowanymi okresami prowadzenia prac. Obserwowane w konstrukcji uszkodzenia są typowe dla zabytkowych, dużych więźb drewnianych [Rzeszotarski, Orłowicz 2006], ich intensywność jest jednak niska. Przypisać to należy kolejnym remontom, podczas których wymieniano zniszczone lub osłabione elementy. 27

29 Jacek HULIMKA Fot. 1. Przykłady korozji biologicznej elementu konstrukcji, J. Hulimka. Photo 1. Examples of biological corrosion of the element of structure, J. Hulimka. Fot. 2. Przykład rozluźnionego zamka ciesielskiego, J. Hulimka. Photo 2. Example of loosing of the scarf joint, J. Hulimka. Fot. 3. Przykład braku zastrzału, J. Hulimka. Photo 3. Exemplary lack in bracing, J. Hulimka. 28

30 Zabytkowa więźba kościoła... 3 (III) Obliczenia więźby dachowej Podczas obliczania konstrukcji drewnianych podstawowym problemem jest właściwe zamodelowanie elementów i ich połączeń. W przypadku ogólnym zakłada się zwykle konstrukcję jako prętową z węzłami idealnymi [Engel, Miedziałowski, Jasieńko 2006; Engel i in. 2006] Tak też uczyniono w przedmiotowym przypadku, analizując ustrój prętowy o węzłach przegubowych. W przypadku połączonych na długości elementów w modelowaniu zastosowano w miejscach zamków ciesielskich krótkie wahacze o bardzo dużej sztywności, zapewniające właściwą współpracę elementów. Z uwagi na brak szczegółowych danych dotyczących geometrii węzłów, zrezygnowano z analizy rozkładu naprężeń w miejscach osłabienia elementów zamkami ciesielskimi [Jasieńko, Kardysz 2006, 2007; Jankowski, Engel, Jasieńko 2005; Jasieńko, Engel, Rapp 2006]. Obliczenia konstrukcji dachu wykonano w układzie przestrzennym w programie Robot. Przy zestawieniu obciążeń oraz przy sprawdzaniu nośności poszczególnych elementów wykorzystano obowiązujące normy PN z poprawkami Az. Z uwagi na brak szczegółowych danych dotyczących osłabień w węzłach, elementy drewniane sprawdzano przy założeniu nominalnych przekrojów, uzyskanych podczas inwentaryzacji konstrukcyjnej. W analizie wytrzymałościowej przyjęto drewno klasy C24. Dla uproszczenia obliczeń wstępnie przeanalizowano konstrukcję nośną sygnaturki, a następnie obciążono odpowiednie dźwigary odpowiednimi wartościami reakcji podporowych. Uzyskane wyniki wskazują na bardzo duże zapasy bezpieczeństwa poszczególnych elementów więźby. Maksymalne wytężenie jętek, belek rozporowych, słupów, płatwi i krokwi mieści się w granicach od 40 do 50 %, a wieszaków, mieczy i stężeń nie przekracza 20 %. Wyniki powyższe wskazują, że nawet po uwzględnieniu osłabień w węzłach (najistotniejszych w przypadku wieszaków) wszystkie elementy nośne z zapasem spełniają warunki SGN. Ugięcia wszystkich elementów zginanych nie przekraczają dopuszczalnych wartości, spełniając tym samym warunki SGU. Z uwagi na opisane wcześniej lokalne braki lub wady stężeń, przeanalizowano układ nośny dachu przy założeniu wyłączenia ze współpracy elementów stężających w jednym pionowym polu więźby. Układ nośny zareagował niewielkim wzrostem wytężenia przyległych elementów. Dość istotnie wzrosły ugięcia płatwi, wciąż jednak mieszcząc się w zakresie wartości dopuszczonych normą. 29

31 Jacek HULIMKA 4. Analiza konstrukcji wsporczej dzwonów W ramach przeprowadzonych prac dodatkowo zinwentaryzowano i przeliczono konstrukcje wsporcze dzwonów w obydwu wieżach kościoła. Zostały one wykonane jako drewniane, belkowe, z połączeniami ciesielskimi i dodatkowymi łącznikami stalowymi. W wieży zachodniej wbudowany jest jeden dzwon, a w wieży wschodniej dwa. Położenie elementów wsporczych w wieżach zobrazowano na rysunku 3, a na rysunku 4 pokazano zamodelowane konstrukcje. W obydwu wieżach dzwony zawieszono na jarzmach prostych, co skutkuje wystąpieniem znacznych sił podczas ich wahadłowego ruchu. Rys. 3. Położenie konstrukcji wsporczych dzwonów w wieżach kościoła, W. Mazur. Fig. 3. Localization of supporting structures of bells in church towers, W. Mazur. Rys. 4. Konstrukcje wsporcze dzwonów, W. Mazur. Fig. 4. Supporting structures of bells, W. Mazur. 30

32 Zabytkowa więźba kościoła... 3 (III) 2009 Podstawowym problemem obliczeniowym było oszacowanie obciążeń generowanych podczas ruchu dzwonów. W podstawowym ujęciu przyjąć można zastępcze siły statyczne niezależne od częstości ruchu dzwonów [Neufert 2000], co jest znacznym uproszczeniem praktycznie uniemożliwiającym przeprowadzenie, w razie potrzeby, analizy dynamicznej elementów nośnych. Znacznie dokładniejsze są metody bazujące na opisie ruchu dzwonu jako wahadła fizycznego o znacznym kącie wychylenia [Kawecki 1991; DIN ; Petit & Gebr. Edelbrock]. Pozwalają one, poza określeniem maksymalnych sił pionowych i poziomych, na wyznaczenie ich kombinacji zależnie od kąta wychylenia dzwonu. Obliczenie sił od dzwonów, a następnie analizę wytężenia drewnianych konstrukcji nośnych przeprowadzono w obydwu przypadkach pokazanych na rysunku 6, w układzie dwóch dzwonów uwzględniając kombinacje wynikające z możliwych scenariuszy ich wzajemnego ruchu. Z uwagi na szczupłość miejsca nie przedstawiono szczegółowych wyników uzyskanych sił od ruchu dzwonów oraz wytężeń konstrukcji wsporczych. Przykładowo, maksymalne obciążenia pionowe od pojedynczego dzwonu o ciężarze 31 kn osiągało wartości od 57,35 kn do 96,10 kn, a maksymalna siła pozioma od 23,25 kn do 48,05 kn, w zależności od przyjętej metody. Tak duże zróżnicowanie wartości wpływało oczywiście na stopień wytężenia elementów drewnianych konstrukcji wsporczych, jednak we wszystkich przypadkach spełniały one ze znacznym zapasem warunki stanów granicznych. 5. Podsumowanie W artykule omówiono przypadek więźby drewnianej nad liczącym ponad dwa i pół wieku kościołem. Wobec częściowo nieudokumentowanych zniszczeń i remontów trudno dokładnie powiedzieć, w jakim stopniu konstrukcja zachowała swój pierwotny kształt, jednak z poczynionych obserwacji wnioskować można, że jest ona w pewnej części oryginalna. W celu przeprowadzenia analizy obliczeniowej konstrukcję więźby szczegółowo zinwentaryzowano, a następnie zamodelowano jako układ przestrzenny. W wyniku obliczeń statyczno-wytrzymałościowych uzyskano obraz wytężenia i ugięć poszczególnych elementów, wskazujący na znaczne zapasy nośności i sztywności konstrukcji dachu. Wyniki takie świadczą o ogromnej wiedzy i kunszcie zawodowym budowniczych kościoła, którzy dysponując prostymi metodami obliczeniowymi potrafili wznieść konstrukcję zdolną do przetrwania setek lat i wciąż znakomicie spełniającą swe podstawowe funkcje. Podobnie, w pełni bezpieczne wyniki uzyskano w analizie konstrukcji wsporczych dzwonów zabudowanych w wieżach kościoła. 31

33 Jacek HULIMKA Bibliografia DIN Glockentürme. Deutches Institut für Normung, ENGEL L., JASIEŃKO J., MIEDZIAŁOWSKI CZ. i CHYŻY T Model przestrzenny pracy statycznej zabytkowego kościoła o drewnianej konstrukcji szkieletowej. W: Materiały VII Konferencji Naukowej Drewno i materiały drewnopochodne w konstrukcjach budowlanych. Szczecin-Międzyzdroje, 2006, ISBN , ss ENGEL L., MIEDZIAŁOWSKI CZ. i JASIEŃKO J Analiza pracy statycznej podłużnej zewnętrznej ściany szkieletowej zabytkowego kościoła drewnianego z modelowaniem wpływu imperfekcji. W: Materiały VII Konferencji Naukowej Drewno i materiały drewnopochodne w konstrukcjach budowlanych. Szczecin- Międzyzdroje, 2006, ISBN , ss HORZELA K Analiza nośności drewnianej konstrukcji więźby dachowej zabytkowego kościoła pw. Podwyższenia Krzyża Świętego w Brzegu. Magisterska rozprawa dyplomowa. Politechnika Śląska, Katedra Inżynierii Budowlanej, Gliwice 2010, s. 70 JANKOWSKI L., ENGEL J. i JASIEŃKO J Praca statyczna wybranych połączeń występujących w drewnianych obiektach historycznych, Wiadomości Konserwatorskie, 2005, Nr 18, ss JASIEŃKO J., ENGEL L. i RAPP P Study of strains and stresses in historical carpentry joints. W: Proceedings of the 5 th International Conference on Structural Analysis of Historical Constructions. New Dehli, India, 2006, ss JASIEŃKO J., KARDYSZ M Analiza pracy statycznej połączeń stosowanych w drewnianych konstrukcjach zabytkowych. W: Problemy remontowe w budownictwie ogólnym i obiektach zabytkowych, Praca zbiorowa, Jasieńko J. i in. (red.). Wrocław, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2006, ISBN , ss JASIEŃKO J. i KARDYSZ M Deformation and Strength Criteria in Assessing Mechanical Behaviour of Joints in Historic Timber Structures. W: Proceedings of 16 th ICOMOS IWC International Symposium on Mechanical Behaviour and Failures of the Timber Structures 2007, Florence-Venice-Vicenza, Italy, 2007, s. 16. KAWECKI J Analiza dynamiczna reakcji dzwonnicy na ruch dzwonów. Inżynieria i Budownictwo, 1991, Nr 4-5, ss MAZUR W Analiza konstrukcji wsporczej dzwonów w wieżach kościoła pw. Podwyższenia Krzyża Świętego w Brzegu. Magisterska rozprawa dyplomowa. Politechnika Śląska, Katedra Inżynierii Budowlanej, Gliwice, 2010, s. 74. PETIT & GEBR. EDELBROCK. Allgemeine Angaben und Nachweise zur Berechnung von Glockenstühlen und Glockentürmen. Materiały niepublikowane. RZESZOTARSKI A., ORŁOWICZ R Uszkodzenia więźb drewnianych wybranych obiektów sakralnych. W: Materiały VIII Konferencji Naukowej Drewno i materiały drewnopochodne w konstrukcjach budowlanych. Szczecin, 2009, ISBN , ss Recenzent: dr hab. inż. Edward MAŁEK, prof. nzw. w Politechnice Opolskiej 32

34 MONOGRAFIA SPOTKANIE Z ZABYTKIEM 3 (III) 2009 Jerzy BOCHEN 1 Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli, Politechnika Śląska, Gliwice Agnieszka KRZĄKAŁA 2 Katedra Chemii, Technologii Nieorganicznej i Paliw, Politechnika Śląska, Gliwice BADANIA I ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO-CHEMICZNYCH TYNKÓW ELEWACYJNYCH KOŚCIOŁA PODWYŻSZENIA KRZYŻA ŚWIĘTEGO W BRZEGU Streszczenie: W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych tynków z elewacji kościoła w Brzegu. Przedstawiono stan zachowania tynków oraz na podstawie pobranych próbek wykonano badania cech fizyko-chemicznych, takich jak: nasiąkliwość, gęstość, porowatość całkowita, analiza granulometryczna kruszywa oraz analiza składu mineralnego metodą termicznej analizy różnicowej i dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Uzyskane wyniki pozwoliły określić rodzaj zastosowanego spoiwa oraz pierwotny skład mineralny badanych wypraw tynkowych co ma istotne znaczenie w pracach rewaloryzacyjnych obiektu. Na podstawie uzyskanych wyników określono zalecenia napraw. Słowa kluczowe: tynki zewnętrzne, cechy fizyczne i chemiczne. STUDY AND ANALYSIS ON PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF ELEVATION PLASTERS IN THE CHURCH OF THE EXALTATION OF THE HOLY CROSS IN BRZEG Abstract: In the paper the results of laboratory studies on elevation plasters of the church in Brzeg are presented. The main subject is state maintenance of external plasters and laboratory tests of theirs physical and chemical properties such as: water absorbability, density, total porosity, granulometric analysis and mineralogical composition by means of X-ray diffraction (XRD), differential thermal thermogravimetric analysis (DTA-TGA). Gained results make possible to define kind of binder and mineralogical composition of tested renderings what is substantial in restoration works. Additionally recommendations for repair works are determined. Keywords: external plasters, physical and chemical properties. 1 Dr inż., Wydział Budownictwa Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice, ul.akademicka 5, tel.: , jerzy.bochen@polsl.pl 2 Dr inż., Wydział Chemiczny Politechniki Śląskiej w Gliwicach, Gliwice, ul.b.krzywoustego 6, tel.: , agnieszka.krzakala@polsl.pl

35 Jerzy BOCHEN, Agnieszka KRZĄKAŁA 1. Wprowadzenie Wyprawy tynkowe są jednym z podstawowych elementów architektonicznych i wykończeniowych obiektów historycznych i zabytkowych, w tym sakralnych. Pełnią one funkcję ochronną, w odniesieniu do wypraw zewnętrznych, ale w szczególności wykorzystywane są ich walory dekoracyjne z uwagi na swobodne możliwości kształtowania. Podstawową formą wypraw ściennych i sufitowych są tynki gładkie. Ponadto dla celów ozdobnych stosowane są tynki nakrapiane, zmywane, kamieniarskie lub boniowane. Szczególne odmiany tynków stosowane są przy wykonywaniu wypraw i detali wewnętrznych, takie jak: stiuki, sztukaterie, tynki intarsjowane [Gaczek i Fisher 2003]. Wyprawy tynkowe umożliwiają wykonywanie płaskorzeźb, okładzin gzymsów, pilastrów, cokołów oraz innych ornamentów architektonicznych. Elementy te podlegają wpływowi czasu oraz czynników zewnętrznych, a wraz z nimi malowidła ścienne i sufitowe. Szczególnie niekorzystne są takie czynniki jak wilgoć zawarta w murach adsorbowana z gruntu, wilgotność i zanieczyszczenia powietrza oraz zmiany temperatury. Wyprawy i elementy fasad poddane są ponadto niszczącemu działaniu czynników atmosferycznych. Skutkuje to w powstawaniu różnego typu uszkodzeń takich jak wykwity solne, zacieki, zarysowania termiczno-skuruczowe, ubytki czy odspojenia. Z punktu widzenia utrzymania wypraw tynkowych w obiektach historycznych, istotnym zagadnieniem jest rozpoznanie przyczyn uszkodzeń oraz pierwotnych składników zastosowanych materiałów w celu rekonstrukcji tynków uszkodzonych, wymagających uzupełnienia lub wymiany. Pomocne w tym zakresie są badania cech fizykochemicznych w celu rozpoznania składu mineralnego i określenia odpowiednich receptur zapraw tynkarskich. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki takich badań dla tynków elewacyjnych. 2. Opis ogólny i stan zachowania tynków Kościół Podwyższenia Krzyża Św. został wzniesiony jako budowla murowana w pierwszej połowie XVIII wieku. Wyprawy tynkowe wewnętrzne ścian i sklepień zaczęto wykonywać tuż po zakończeniu dachu. Tynki zewnętrzne były wykonywane w następnej kolejności. Tynki wewnętrzne były poddawane naprawom przy okazji konserwacji malowideł w czasie generalnego remontu w latach , oraz w czasie ostatniej konserwacji w latach [Czajor 2003]. W okresie ostatnich prac konserwacyjnych naprawie poddano także uszkodzone wykwitami solnymi tynki elewacyjne nad cokołami. 34