Стальные конструкции - столетие каркасного строительства из стали

Стальные конструкции - столетие каркасного строительства из стали

Стальные конструкции и архитектура

Столетие каркасного строительства из стали.

Развитие и достижения

Начальные этапы развития стальных каркасных конструкцийв многоэтажном строительстве(1790-1872 гг.)

Основная часть этой книги была под­готовлена в 1972 г. — через 100 лет после сооружения фабричного здания фирмы «Солнье» в Нуазье-на-Марне, которое можно считать первым стальным каркас­ным строением. По сравнению с общим развитием металлургии и применением металла в строительстве 1872 г. является довольно поздним периодом. Вспомним коротко важнейшие даты. В 1720 г. Абрахаму Дерби в Колбрукдейле удает­ся выплавить чугун в доменной печи на коксе вместо древесного угля и этим создать предпосылки для массового про­изводства доменного чугуна. В 1784г. стало возможным путем усовершенство­вания пудлинговых печей переделать доменный чугун в ковкое железо, которое начинает вытеснять чугун. С изобретением в 1855 г. Генри Бессемером конверторов и введением в 1864 г. фирмой «Сименс» мартеновских печей начинается эра массового применения стали.

Одновременно с большим скачком в производстве стали наблюдался прогресс - в ее обработке; уже в середине XVIII в. в Англии начинается прокат листового железа, в 1830 г. — железнодорожных рельсов, в 1854 г. во Франции — двутавров из ковкого железа. Двутавровая балка — основной профиль современного стро­ительства из стали и в то же время первый строго нормированный строительный элемент — является развитием формы железнодорожного рельса, который можно считать символом индустриального века.

Мост через р. Северн в Колбрукдейле (1779 г.) — первое значительное сооружение из чугуна как конструктивного материала, примененного для больших пролетов, начиная примерно с 30 м. Чугунные арочные мосты вскоре вытесня­ются различными типами мостов из ковкого железа, имеющего большую прочность на изгиб: висячими, балочными и мостами с решетчатыми фермами. Сре­ди ранних американских и английских цепных мостов выделяется мост пролетом 173 м Томаса Тельфорда через р. Бангор. После того как вместо цепей стали при­меняться несущие тросы, рекордные пролеты висячих мостов около 1850 г. превысили предельные 300 м и к 1870 г. при строительстве Бруклинского моста в Нью-Йорке достигли 500 м.

Смелым инженерным решением был сооруженный в Англии Стефенсоном в 1855 г. первый большепролетный балоч­ный мост через улицу Менай, при стро­ительстве которого применены швеллер­ные балки со сплошной стенкой. Мосты с решетчатыми фермами отвечали глав­ным образом требованиям железнодо­рожного транспорта и преобладали в мостостроении с середины до конца столетия. В качестве примеров мостов с применением решетчатых ферм проле­том 100 м и более можно назвать соору­женные в 1859 г. Кёльнский соборный мост и трубчатый мост Дж. К. Брунеля через р. Салташ в Плимуте. Около сере­дины прошлого столетия уже сформи­ровались все основные конструктивные и несущие системы, которые определяют строительство металлических мостов до сегодняшних дней.

Кульминационным моментом в стро­ительстве металлических покрытий залов было сооружение в 1851г. лондонского «Хрустального дворца». Почти одновре­менно начинается строительство станции «Кинг-кросс» в Лондоне, Восточного вок­зала в Париже и ряда больших железно­дорожных сооружений — стальных свод­чатых покрытий перронов; в 1866г. в Лон­доне (станция «Панкрас») был установлен европейский рекорд — возведен 78-метровый пролет покрытия перрона.

Однако в этот период, отмеченный возведением перечисленных мостов и покрытий, стальные конструкции все же не нашли широкого применения. Здесь можно отметить четыре основных поло­жения, вызванных теми же архитектурны­ми затруднениями, которые препятствова­ли и до сих пор еще препятствуют все­общему признанию и широкой практике применения стальных конструкций.

1.Строительство в сравнении с другими отраслями техники с давних пор весьма консервативно. Консерватизм строителей в какой-то мере связан с представлениями  человека о своем жилище  и обобщественных   зданиях как о  постоянных надежных помещениях, не только защищающих от непогоды, но и строящихся на века. Увековечивая себя в архитектурных сооружениях, человек проявляет определенный уровень культуры и развития.

2.«Архитектура» в историческом смысле, связанная с представлениями о греческих храмах или средневековых соборах, на протяжении столетий остающихся произведениями искусства большой   выразительности и совершенства, стала несовременной с наступлением эпохи техники.

Строители и архитекторы XIX столетия создали художественную традицию, осно­ванную на эклектике, т. е. на использова­нии элементов архитектуры прежних эпох. Таким образом, строительное искусство прошлого века можно рассматривать как один из этапов исторического маскарада, подделки под старину.

Преклонение перед историческими архитектурными формами длительное время препятствовало развитию новых архитектурных форм, ставшему неизбеж­ным по мере того, как с применением ста­ли в качестве несущего строительного материала старые догмы строительной науки и старые типы конструкций подверг­лись коренному пересмотру.

3.       Исторически сложившаяся предубежденность архитекторов углубляла в возрастающей степени их разногласия с инженерами. Разделение старой строительной профессии, выделение инженера в самостоятельную профессиональную единицу, появление современной статики сооружений — все это произошло одновременно с первыми шагами индустриальной революции и стало важнейшим признаком новой эпохи в строительном деле. Архитекторы не успевали за быстро совершенствовавшимися методами расчета: неудивительно, что они продолжали углубленно изучать исторические строительные формы. Это стало предпосылкой создания монументальной архитектуры, а промышленное строительство было оставлено инженерам. Первые сооружения из стальных конструкций — мосты и больше­пролетные залы — стали объектами дея­тельности только инженеров-строителей. Возможно, инженеры тоже находились под влиянием старых представлений о конструктивных формах, так как упорно применяли сводчатые конструкции, но тем не менее понимали объективную не­обходимость создания новых конструк­тивных форм, соответствующих металлу.

4. В возведении многоэтажных зданий, ставшем самостоятельной областью дея­тельности архитекторов, долгое время отсутствовали тенденции, которые побуж­дали ко все более смелым решениям при строительстве мостов и большепролетных покрытий. Ни число этажей, ни размеры пролетов перекрытий и нагрузки на них не выходили за пределы обычных реше­ний, свойственных дворцовому или жи­лищному строительству. Если в ответствен­ных зданиях деревянные или сводчатые перекрытия и заменялись перекрытиями по стальным балкам, то это не вносило в структуру многоэтажного строительства существенных изменений. Внешний облик здания с традиционным членением фаса­дов оставался неизменным. Поэтому в больших городах — Париже, Милане, Риме, несмотря на количественное пре­обладание зданий, сооруженных в XIX в., они прекрасно гармонируют со старыми постройками.

Даже в тех случаях, когда архитекторы предусматривали возведение металличес­кого покрытия, как, например, в библиоте­ке Св. Женевьевы в Париже (X. Лабруст), тщательно проработанная двухпролетная арочная конструкция из чугуна не про­сматривается снаружи. Ограждающая стена в смелой завершенности и ориги­нальной композиции выразительна и полностью скрывает конструкцию здания. По-видимому, архитектор чувствовал себя здесь более уверенно. В вокзальных постройках конца XIX в. во Франкфурте-на-Майне наглядно проявляется противо­речие между ажурными стальными ароч­ными покрытиями перрона и расположен­ным перед ним монументальным зданием зала ожиданий, также скрывающим легкие конструкции перрона.

Первые шаги на пути к стальному кар­касу в многоэтажном промышленном строительстве были сделаны еще очень давно. Так, в английском ткацком произ­водстве с целью выиграть рабочую пло­щадь и получить более прочные пере­крытия для станков деревянные столбы были заменены чугунными колоннами и деревянные балки — чугунными балками. Самым известным зданием из первых промышленных многоэтажных сооружений было здание, построенное в 4 801 г. для фирмы «Филипп и Ли» в Салфорде (Ман­честер). Проект принадлежал Боултону и Уатту, изобретателю паровой машины. Подобные текстильные фабрики с внут­ренним чугунным каркасом появились уже в 80-х годах XVIII в., однако здание в Салфорде превзошло их как размерами, так и более зрелым конструктивным ре­шением и стало образцом для дальнейше­го развития. Здание имело длину 42 м, ширину 14 м и было необычной для того времени высоты — в семь этажей. Чугун­ные балки, расположенные поперек здания с шагом ~2,7 м, были оперты на двойной ряд чугунных колонн. Балки перекрытий, впервые принятые двутаврового профиля, были перекрыты пологими кирпичными сводами.

Существенное изменение претерпела эта конструкция лишь в 1845 г., когда Вильям Фейрберн применил на строи­тельстве сахаро-рафинадного завода вместо чугунных балок кованые балки двутаврового профиля. В том же году А. Цорес включил прокатную двутавровую балку в конструкцию перекрытия для жилых зданий. Начиная с этого момента, стальные балки из мягкой стали распро­странились не только в промышленном строительстве.

Перекрытия со стальными балками имели преимущества в сравнении с дере­вянными балками как по огнестойкости, так и в силу значительно более высокой несущей способности. По сравнению со сводами они обладали явными преимуще­ствами не только благодаря малой трудо­емкости, но прежде всего благодаря резкому уменьшению высоты этажа и сечения стоек ввиду устранения распора от сводчатых перекрытий. Сам факт, что стальные балки заменили своды как несущую конструкцию и как важнейшее средство создания формы в монументаль­ной архитектуре, позволяет говорить о новой архитектурной эпохе. Однако в перекрытии по стальным балкам еще долго сохранялись кирпичные или бетон­ные своды как вспомогательная конструк­ция, как своеобразная дань традициям архитектуры, с помощью которой в XIX в. пытались облагородить технические нов­шества.

Еще более ярко проявился разлад меж­ду романтикой и прогрессом в строитель­ном элементе, который мог бы служить символом архитектуры буржуазного сто­летия, в чугунной колонне — этом стройном несущем элементе со старин­ными декоративными формами капителей, баз или каннелюр. Оригинальные образцы подобных чугунных колонн были установ­лены на первых английских железнодо­рожных вокзалах и в павильоне «Ройяль» в Париже. Они были изготовлены в 1821 г. Джоном Нэшем и представляли собой трубы с капителями в форме пальмовых листьев из гнутого листового железа. Позднее чугунная колонна стала массовым конструктивным элементом, который по каталогу можно было заказать любой вы­соты и в любом стиле — дорическом, то­сканском, коринфском, готическом или мавританском.

Созданный Боултоном и Уаттом «спо­соб балочного строительства» господст­вовал в промышленном строительстве на протяжении всего XIX в., но его нельзя полностью отнести к каркасному строи­тельству, так как несущие стены восприни­мали большую долю нагрузки от перекры­тия и ветровые нагрузки. Это становится очевидным при рассмотрении строитель­ных правил США и европейских стран того периода. Они предусматривали в про­мышленных зданиях усиление наружных стен одного или двух нижних этажей, т. е. увеличение толщины этих стен на пол­кирпича по сравнению с толщиной несу­щих стен многоэтажных жилых и служеб­ных зданий. Это требование, которое, например, в немецких строительных пра­вилах сохранялось до второй мировой войны, оказалось весьма рациональным: ныне действующие нормы по допускае­мым напряжениям на кирпичную кладку подтверждают необходимость увеличения толщины стен для сооружений такого типа.

Следующий шаг на пути к стальному каркасу — передача нагрузок с наружной стены на металлический несущий остов — долго не был сделан, главным образом из-за того, что он изменил бы архитектуру зданий. Первые попытки сделать этот шаг исходили из древнейших строительных форм аркад и крытых галерей, которые с античных времен играли важнейшую роль как в формировании дома, так и в градостроительстве. Великолепны боль­шепролетные аркады в строгих кирпичных фасадах английских доков — Катерин-док в Лондоне (1828 г.) и Альберт-док в Ли­верпуле (1845 г.). Архаично сужающиеся кверху стволы чугунных колонн с дори­ческими капителями в этих зданиях имели в основании метровый диаметр.

Другой попыткой создания остова на­ружных стен, приближающейся к основам современного каркасного строительства, является использование железных перемы­чек и стоек, которые впервые применены в Париже для огромных витрин на фасадах зданий в виде пологого арочного фахверка или несущей решетки с мелкими парал­лельными элементами, включенными в каменную стену.

Между 1850 и 1880 гг. в США было построено много складов, универсальных магазинов и различных контор, в которых фасады были полностью выполнены из стальных конструкций. Начал это строи­тельство Джемс Богардус, многосторон­ний исследователь и конструктор. Одна из главных его работ — здание издательст­ва «Харпер и братья» (1854 г.). Фасад пятиэтажного здания состоит из архитек­турно обработанных чугунных элементов; внутренний каркас впервые в США вы­полнен из прокатных стальных балок. Архитектура фасадов основана на при­мерах венецианского ренессанса и ха­рактерных для того времени тяжелых, богатых формах, которым следовал эк­лектизм во второй половине XIX в.

Значительно более современный вид имеют чугунные фасады на Ривер-Фронт в Сент-Луисе. Применение архаических элементов сократилось до предела, они сохранились только в качестве украшения и рельефа. Строгий карнизный профиль, изящные простые колонны, скромные капители и базы подчеркивают элементар­ный контраст мощных горизонталей и легких вертикалей, призматических и цилиндрических профилированных несу­щих элементов.

В то же время в Европе появляется несколько замечательных фасадов из металла, например на здании «Гарднере Айрон билдинг» в Глазго (1856 г). В Ливер­пуле на здании «Ориэль Чзмберс» особен­но привлекательно чередование изящных простенков из песчаника и стальных окон­ных переплетов (1864 г). Такое решение оконных витражей позднее сыграет важ­ную роль в Чикагской архитектурной школе.

Большие пожары 70-х годов в Бостоне и Чикаго рассеяли иллюзию об огнестой­кости стальных конструкций, доказав, что этот негорючий строительный материал не может долго противостоять огню. Это было учтено в Европе раньше, чем в США, и проявилось в усиленных поисках огне­защиты и в попытках установить новые требования к металлическим конструк­циям.

Первым многоэтажным зданием с усо­вершенствованным стальным каркасом была шоколадная фабрика Менье в Нуазье-на-Марне близ Парижа, построенная в 1871—1872 гг. Жюлем Солнье. Как и в английских текстильных фабриках, про­изводственные требования промышленно­го здания заставили инженеров использовать все конструктивные возможности и несущую способность стали как строитель­ного материала.

Здание, выстроенное непосредственно над Марной, покоится на четырех мощных контрфорсах плотины, которая сдержи­вает напор речной воды. Каркас наружной стены стоит на широкой нижней обвязке из швеллеров, которая распределяет общий вес здания и ветровые нагрузки на восемь точек опоры. Поперечные стены отсутствуют, торцовые стены также не могут воспринять горизонтальных усилий, поэтому для повышения жесткости здания каркас, усилен ромбическими связями. Для обеспечения поперечной жесткости балки перекрытий связаны жесткими кон­солями фахверка с главными стойками фасада.

Две стойки над опорами моста несколь­ко выступают за линию колонн, в осталь­ном же весь фасад ровный при незначи­тельной толщине кирпичного заполнения. Формат окон точно определен диагоналя­ми ромбической сетки связей.

Строительство фабрики Менье пред­восхитило различные структурные элемен­ты современного каркасного строитель­ства: свободно висящие углы, диагональ­ная сетка раскосов, которые играют столь значительную роль в установленных снару­жи ветровых связях небоскребов и в каркасах мостовых строений. С другой стороны, конструкция каркаса создана по аналогии со средневековыми построй­ками с деревянным фахверком, что служит блестящим подтверждением учения Виоле ле Дюка, о котором еще пойдет речь. Строительная система Солнье все же не нашла непосредственного и серь­езного подражания. Развитие металличес­ких каркасов требовало новых конструк­тивных решений; такое развитие началось в Чикаго около 1880 г.

Чикагская архитектурная школа (1880—1910 гг.)

Скромный поселок первых переселен­цев у впадения р. Чикаго в оз. Мичиган получил в 1830 г. статус города. В 1871 г. численность населения в нем достигла 30 тыс. человек. Город состоял почти из одних деревянных домов, выполненных в конструктивном стиле «baloon frame», который и теперь применяется в США. Пожаром 1871 г. город был почти пол­ностью уничтожен;  восстановление продвигалось вначале неравномерно. Около 1880 г. начинается беспримерный подъем строительной деятельности.

Освоение Среднего Запада, развитие железнодорожной сети и водных путей, реализация полезных ископаемых сделали Чикаго крупнейшим промышленным цент­ром, величайшим хлебным рынком мира, основным пунктом торговли лесом и пи­щевой промышленности, центром машино­строения и инструментальной промышлен­ности. Строительная индустрия едва могла успеть за неравномерно возрастающей потребностью в служебных помещениях; складах и магазинах: стремительно росли цены на основные товары, резко уплотня­лась внутриквартальная застройка, высо­кие дома перерастали в небоскребы. Лишь благодаря стальному каркасному строи­тельству стало возможным экономно использовать земельные участки и пло­щадь застройки, а также повысить темпы строительства. Уже около 1895 г. новый метод строительства стал обычным во всех крупных американских городах, но в Чикаго к тому времени высотных домов с металлическими каркасами было боль­ше, чем во всех других американских городах, вместе взятых.

Были и другие предпосылки, которые вынуждали обращаться к каркасному строительству. Прежде всего топогра­фическая ситуация, которая вместе с трудностями развития транспорта дли­тельное время препятствовала расшире­нию административного центра Чикаго. Большое значение придавалось свободной «открытой» планировке города с возмож­ностью ее изменения в дальнейшем; раз­личные ранее построенные каркасные зда­ния превращались из складов в учреждения и наоборот. Уже тогда предусматривали возможность надстройки зданий и часто осуществляли ее.

Но высотные административные здания оказались бы непрактичными, если бы их не оснастили необходимой техникой. Важ­нейшим условием было устройство пасса­жирских лифтов. Первый подъемник скон­струировал Е. Г. Отис, продемонстрировав­ший его на выставке 1853 г. в «Хрустальном дворце»; первый лифт он применил в 1857 г. в одном из магазинов на Бродвее. Начиная с этого момента, Нью-Йорк приоб­рел первенство в строительстве высотных домов и завоевал славу сооружением в середине 70-х годов XIX в. первых девяти — десятиэтажных административных зданий. В этот период, когда электричество стало вытеснять пар, развиваются и другие виды оборудования зданий — телефон, пневма­тическая почта, центральное отопление и вентиляция. За техническими достижениями нельзя было забывать о моральных прин­ципах, положенных в основу первых совре­менных каркасных зданий Чикаго. Это неистребимый дух пионеров, вдохновляющий архитекторов и придающий их строе­ниям своеобразную силу, свежесть м самостоятельность архитектурных решений.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6