Конструктивные особенности строительства зданий и сооружений

Для покрытия прямоугольных в плане зданий начинают использоваться решетчатые стальные рамы и арки.

Одно из первых крупных выставочных сооружений с жесткими решетчатыми рамами - галерея машин на Парижской выставке 1878 г. Пролет рам составил здесь 35 м, а высота 28 м.

Выставочный зал Сельскохозяйственного музея в Петербурге (1879 г.) был перекрыт арочными фермами с затяжками пролетом 30, 48 м, поставленными с шагом 2,74 м и соединенными между собой пятью продольными решетчатыми балками. Пространственная жесткость покрытия обеспечивалась сплошным настилом из досок, которые крепились болтами к полкам уголков верхнего пояса арок. Однако жесткость эта оказалась недостаточной. Отсутствие необходимых связей привело к обрушению в 1918 г. части покрытия в результате продольного изгиба из плоскости арки под воздействием большой снеговой нагрузки (в два раза превысившей нормативную).

Системы радиальных плоских арок в последней четверти XIX и в начале XX в. применялись в Европе и Америке для покрытия круглых в плане зданий. Образованные таким образом ребристые купола перекрывали очень большие пространства, освобождая их от опор. Например, ротонда Дворца Всемирной выставки в Вене (1873 г.) имела диаметр 104,78 м и высоту 82 м.

К концу XIX в. промышленные, выставочные, транспортные и другие сооружения перекрываются большепролетными трехшарнирными арками. Главный зал Дворца машин на Всемирной Парижской выставке 1889 г. (инж. М. Контамен, архит. Ф. Дютер) был перекрыт 20 трехшарнирными арками с расстоянием между центрами опорных шарниров 110,6 м и высотой от пола до оси среднего шарнира 45 м. Решетчатые спаренные арки были расставлены с большим шагом - свыше 20 м. Пролет между арками перекрывался решетчатыми прогонами. Средняя часть здания отдела мануфактуры на Всемирной выставке в Чикаго 1893 г. была перекрыта трехшарнирными решетчатыми арками пролетом 112,6 м и шагом 15,24 м. Арки образовали огромный зал длиной 386,7м и высотой 62,3 м.

Шарниры, размещенные в пятах арок, вызвали к жизни совершенно новую форму опоры. Появилась невиданная ранее и разрушающая складывавшиеся веками эстетические представления опора, сужающаяся к основанию.

Крупные выставочные павильоны были не просто достижением строительной техники. Они определили коренной поворот в архитектурном освоении металла и общем понимании архитектурной формы. Огромные остекленные поверхности, единство внутреннего и внешнего пространства, впечатляющая выразительность открытых металлических конструкций знаменовали собой рождение новой архитектуры, для становления и признания которой понадобилось еще почти полвека.

В 1896 г. выдающийся русский инженер и ученый, впоследствии почетный академик АН СССР В. Г. Шухов получил привилегию на сетчатую конструкцию башни в виде однополостного гиперболоида вращения. Такая башня, жесткий пространственный каркас которой образован склепанными между собой прямыми стержнями, связанными по высоте башни- кольцами, была построена в том же году на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде. Башни Шухова быстро распространились в строительстве как водонапорные (Николаев, 1907 г.), морские маяки (Херсон, 1911 г.), опоры линий электропередач, наблюдательные вышки на американских (1904 г.) и позднее (1909 г.) русских военных кораблях.

На Нижегородской выставке В.Г. Шуховым впервые в строительной практике были сооружены сетчатый цилиндрический свод из гнутых полос и сетчатое большепролетное покрытие-прообраз и первенец современных висячих конструкций. Круглое здание диаметром 68 м и два смежных с ним прямоугольных здания строительного и инженерного отделов выставки были покрыты натянутой пространственной сеткой в форме шатра, по которой укладывалась кровля из листового железа. Здесь же В.Г. Шухов впервые осуществляет и стальное мембранное покрытие сферической формы диаметром 25 м. Несколько позднее, в 1898 г., В.Г. Шухов запроектировал и выполнил в натуре покрытие прокатного цеха Выксунского чугуноплавильного завода в виде сетчатого свода двоякой кривизны пролетом 40 м, опиравшегося на трехшарнирные арки. Для покрытия галерей торговых рядов в Москве (ныне здание ГУМа) В.Г. Шухов предложил оригинальную систему арочной фермы с лучевыми затяжками.

Постройки и принципиальные идеи В.Г. Шухова намного опередили свое время и в течение десятилетий, вплоть до наших дней, остаются источником новых интересных решений не только в металлических, но и железобетонных, и даже в деревянных конструкциях.

Во второй половине XIX в. значительные успехи были достигнуты в строительстве висячих мостов. Образцами для них, вероятно, послужили североамериканские мосты, подвешенные на пеньковых и кожаных канатах. В 1824 г. М. Сегюин при строительстве моста через Рону (Франция) впервые применил металлические канаты. Эта идея была развита в США Дж. Реблингом. После строительства нескольких висячих мостов им был создан крупнейший Бруклинский

Характерно, что автор альбома зданий и сооружений Нижегородской выставки В.Г. Барановский не включил в изданную им же позднее, энциклопедию мировой архитектуры постройки В. Г. Шухова на этой выставке. Видимо, роль их в развитии архитектуры не была в то время в должной мере оценена архитекторами.

Мост в Нью-Йорке пролетом 486,5 м с двухъярусной проезжей частью шириной 26,2 м. В 1909 г. в Нью-Йорке было закончено строительство Манхаттанского висячего моста. Мост этот имел несколько меньший пролет, чем Бруклинский (448 м), но его пилоны были выполнены из стали, что открывало новую страницу в строительстве висячих мостов.

Первая мировая война замедлила строительство в большинстве стран мира. Определенный спад в развитии металлоконструкций наблюдается в начале XX в. также в связи с освоением нового искусственного материала - железобетона. Однако уже в 1920-е годы начинается новый период развития металлоконструкций, характеризующийся становлением современных архитектурных форм.

Созданию новых большепролетных конструкций способствовало строительство эллингов для дирижаблей. Наиболее крупный из них построен в 1928-1930 гг. в Акроне (США). Эллинг, перекрытый трехшарнирными решетчатыми арками пролетом 99,4 м, приобрел известность благодаря новому типу ворот, решенных в виде конструкции двоякой кривизны. В конце 20-х - начале 30-х годов в зданиях автобусного гаража в Будапеште и павильона Лейпцигской выставки были применены двухшарнирные решетчатые рамы пролетом соответственно 70,4 и 97,8 м. Среди более поздних большепролетных сооружений - стадион в Сан-Франциско (1937-1938 гг.) размером в плане 91,5X122м, перекрытый решетчатой консольноарочной конструкцией, опирающейся на железобетонные трибуны.

В европейских странах и США активизируется - строительство многоэтажных жилых и конторских зданий со стальным каркасом. В Нью-Йорке и Чикаго появляются районы небоскребов. Металлический каркас обеспечивал не только необходимую прочность высотных зданий, но и максимальную типизацию элементов конструкций, индустриализацию и скоростные темпы строительства. Так, монтаж стального каркаса известного Эмпайр Стейт Билдинг высотой 102 этажа (407 м) занял всего 6 месяцев, а все строительство здания было завершено за 19 месяцев.

Октябрь 1917 года ознаменовался появлением на карте мира нового государства - Советской России. Символом дерзновенности архитектурных замыслов революционной России стала башня В. Татлина - проект памятника И! Интернационала. Мощная металлическая спираль, вздымаясь на 400-метровую высоту, должна была нести в себе четыре огромных зала, вращающихся с различной скоростью вокруг своей оси. В проекте можно видеть и зародыш так называемых мегаструктур сегодняшних проектов городов будущего, и стремление к образной и физической динамике архитектурной формы, и эстетику «чистой» конструкции.

Огромное влияние на развитие современной архитектуры оказал и проект Института библиотековедения имени В.И. Ленина, разработанный в 1927 г. архит. И. Леонидовым. В композицию из шарообразного объема аудитории на 4000 человек и вертикального параллелепипеда книгохранилища И. Леонидов включил открытые металлические конструкции, отличавшиеся новизной и оригинальностью. Опорой аудитории служит коническая пространственная решетка, шарнирно передающая все вертикальные нагрузки на одну точку. Горизонтальные нагрузки воспринимаются стабилизирующими систему вантовыми растяжками (по принципу мачтовых сооружений). По середине высоты книгохранилища его несущий каркас усиливается пространственными металлическими фермами, которые соединены растяжками с вершиной и основанием здания, образуя шпренгельную систему. Такое решение вертикального высотного каркаса было использовано, в частности, В. Дорингом в 1964 г. в проекте дома-этажерки с двухъярусными объемными блоками.

Создание в СССР мощной металлургической промышленности способствовало развитию строительных металлоконструкций. Основным их потребителем было промышленное строительство. Советскими инженерами и архитекторами уже к 1930-м годам были достигнуты значительные успехи в проектировании и монтаже металлоконструкций машиностроительных предприятий, мартеновских и прокатных цехов, доменных печей и резервуаров. В течение очень короткого времени в СССР практически сложилась новая строительная конструкторская школа, отличная от германской и американской. Характерной особенностью этой школы стала комплексность разработки теории расчета, формообразования, изготовления и монтажа конструкций.

Среди наиболее интересных гражданских сооружений 20-х - 30-х годов башня радиостанции им. Коминтерна в Москве, построенная по проекту и под руководством В.Г. Шухова (1920 г.). Башня в форме пространственного решетчатого гиперболоида вращения имела высоту 160 м при диаметре основания 42 м и состояла из шести ярусов. Каждый ярус монтировался на земле, внутри башни, телескопически выдвигался в проектное положение и закреплялся болтами на верхнем кольце ранее установленного яруса.

О значительных достижениях советской конструкторской школы свидетельствовали сооружения Всесоюзной сельскохозяйственной выставки в Москве (1937 г.), в особенности павильон механизации, перекрытый 40 металлическими решетчатыми двухшарнирными параболическими арками (архитекторы И.Г. Таранов, B.C. Андреев и Н.А. Быкова).

Оригинальная инженерная задача была решена при сооружении скульптурной группы павильона СССР на Международной выставке в Париже 1937 г. (архит. Б.М. Иофан, скульптор В.И. Мухина, бригада инженеров под рук. В.С. Николаева). Фигуры рабочего и колхозницы общей высотой 24,5 м, поднятые на высоту 31 м, были выполнены из нержавеющей стали толщиной 2-3 мм по стальному решетчатому каркасу сложной пространственной формы. После окончания выставки скульптурная группа была демонтирована и установлена на площади перед Выставкой достижений народного хозяйства СССР в Москве.

Весомый вклад в развитие металлических каркасов многоэтажных зданий внесли советские архитекторы и инженеры, принимавшие участие в проектировании и строительстве в 50-е годы высотных домов в Москве.

В середине XX в. заклепочные соединения металлоконстркций в строительстве начинают вытесняться электросваркой. Явление электрической дуги, лежащее в основе электросварки, было открыто русским электротехником В.В. Петровым еще в 1802 г. К 1868 г. американский физик Э. Томсон разработал принцип сварки металлов методом сопротивления. В 1882 г. русский инженер В.Н. Бенардос изобрел метод сварки металлов с помощью угольных электродов, а в 1888 г. инж. Н.Г. Славянов применил для электросварки металлический электрод. Но все эти изобретения не получили практического применения. Подлинной родиной электросварки стало молодое Советское государство. Неоценимая заслуга в развитии и совершенствовании электросварки принадлежит акад. Е.О. Патону. Созданный им в 1940 г. метод автоматической сварки под слоем флюса, впервые в широких масштабах внедренный в Советском Союзе, распространился во всем мире и стал основным способом соединения металлов в металлических конструкциях.

Наряду со сталью прочно вошел в число строительных материалов алюминий. Алюминиевые сплавы, примененные еще в 1896 г. в карнизе страхового общества в Монреале (Канада) и в 1897 г. в покрытии куполов церкви Сан-Джиоачино в Риме, в 30-е годы используются как конструкционный материал в мостах, покрытиях и несущих конструкциях зданий.

После второй мировой войны промышленные сооружения, большепролетные гражданские здания, многоэтажные жилые и административные здания все чаще возводятся с применением металлоконструкций.

В середине XX в. развиваются новые системы - конструкции с использованием гибких растянутых элементов. Еще в 1927 г. американский инженер и архитектор Б. Фуллер проектирует «Даймекшнхауз» - шестиугольный в плане индивидуальный жилой дом, подвешенный на стальных тросах к центральной 20-м мачте. А в 60-е- 70-е годы в США, Бельгии, Канаде и многих других странах уже были построены десятки многоэтажных зданий с подвесными перекрытиями.

В 1937 г. впервые после Нижегородской выставки было осуществлено висячее покрытие в виде усеченного стального конуса, подвешенного основанием к опорному кольцу диаметром 30 м (павильон Франции на выставке в Загребе, инженеры 3. и В. Лафай). В 1952 г. по проекту архит. М. Новицкого и инж. Ф. Северуда в США в г. Роули была сооружена арена, покрытая растянутой тросовой сеткой. Спустя полвека после сооружения В. Г. Шуховым висячих покрытий на Нижегородской ярмарке конструкции с растянутыми поверхностями привлекли внимание архитекторов и инженеров и стали одним из основных направлений формообразования в современной архитектуре.

Многогранное и интенсивное развитие в годы после второй мировой войны получают стержневые пространственные конструкции. Особая заслуга в их развитии принадлежит советскому ученому В.З. Власову, разработавшему теорию расчета упругих тонкостенных стержней, французскому инженеру Ле Риколе, исследовавшему закономерности образования конструктивных форм, американским инженерам Б. Фуллеру и К. Ваксманну, создавшим оригинальные конструкции типа решетчатых оболочек и плит, советскому ученому, архитектору и инженеру М.С. Туполеву, работавшему над структурой сетчатых куполов.

В 1958 г., символически выражая огромную роль металла в современной архитектуре, поднялся над Всемирной выставкой в Брюсселе «Атомиум» - гигантская модель молекулы железа. Сталь и алюминий были основными строительными материалами выставки, а в решении павильонов были использованы практически все известные в настоящее время формы и системы конструкций. Выставка как бы подводила итоги достижениям человечества в области использования металла в архитектуре.

Поиск по сайту: