Архитектура ХХ век. Развитие строительной техники. Деревянный кружально-сетчатый свод. Ангар в Орли (Франция)
Стремительное развитие техники и промышленности за полустолетие, прошедшее после 1917 г., а также все возрастающий рост населения и продолжающаяся концентрация его в городах привели к изменению методов строительства в этот период. Необходимость резкого увеличения размеров промышленных и гражданских сооружений, перекрытия громадных свободных пространств вызвала появление новых конструктивных систем. Увеличение пролетов и нагрузок стимулировало дальнейшие исследования механических качеств известных строительных материалов и поиск новых материалов.
Особое значение имело стремление снизить вес сооружений. Непрерывный рост объема строительства привел к появлению новых методов возведения сооружений: индустриализации строительства, перенесения максимального количества труда в условия заводского производства. Однако все эти направления развития строительной техники не вносили революционных изменений в строительство и были продолжением тенденций, наметившихся уже в XIX столетии.
Принципиальной новизной отличались пространственные конструкции, давшие новые средства формообразования в архитектуре. Особая роль в этом процессе принадлежала железобетону — материалу, позднее других вошедшему в практику строительства. Именно раскрытию присущих железобетону возможностей были обязаны своим появлением тонкостенные оболочки с поверхностями разнообразного очертания, конструкции, прочность и устойчивость которых определяется их пространственной формой. Освоение тонкостенных оболочек из железобетона так же, как и пространственных конструкций из металла и дерева, происходило постепенно и началось в конце 20-х годов.
Непосредственно после окончания первой мировой войны основной задачей было восстановительное строительство. Особенно широко в это время применялись деревянные конструкции, развитие которых стимулировал дефицит металла, проявившийся еще в годы войны. Ведущее место в создании конструкций из дерева принадлежало тогда Германии. Позже наиболее активная деятельность в этой области развернулась в США.
Деревом перекрывали ангары, эллинги, промышленные и общественные здания. В основном применялись арки и рамы больших пролетов, на металлических шпонках различных типов (Тухшерера, Кюблера, Грейма и пр.). Пролеты отдельных конструкций доходили до 80 м. В 1927—1934 гг. в Германии была построена серия деревянных радиомачт высотой до 190 м. Башни строились из тяжелых составных брусьев, на шпонках и болтах.
В 20-х годах получают распространение своды Цольбау — кружально-сетчатые своды из деревянных досок-косяков. Стандартность элементов, заводское изготовление и сборность на болтах способствовали применению их в разных странах, в том числе в США, где кружально-сетчатыми сводами были перекрыты значительные пролеты, как, например, 56-м пролет крытой арены, построенной в г. Сен-Луи в 1933 г.
Деревянный кружально-сетчатый свод
Другой системой, типичной для этого времени, были дощатые сечения на гвоздях и болтах, которые применялись в поясах ферм, арок, рам с перекрестной стенкой, в перекрытиях, в мостах, а также в качестве кружал для железобетонных сооружений. Все эти достижения в области деревянных конструкций были продемонстрированы на Всемирной выставке 1937 г. в Париже.
В 30-х годах в СССР были применены пространственные дощато-гвоздевые конструкции типа оболочек для градирен, башен, покрытий. В 1935 г. был построен ребристый свод-оболочка пролетом 100 м.
Это был период расцвета деревянных конструкций с металлическими элементами соединения. На последующем этапе их вытеснили клееные конструкции.
Совершенствование стальных конструкций было связано с увеличением расчетных нагрузок, вызванным в промышленных зданиях укрупнением пролетов цехов, ростом грузоподъемности транспортных средств и пр. Повышение прочности строительных сталей для несущих элементов позволило уменьшить размеры их сечений, что облегчило стальные конструкции и дало возможность чаще производить монтаж укрупненных элементов кранами.
Облегчению веса стальных конструкций, помимо улучшения качества стали, способствовало также развитие новых научных представлений о работе металла в конструкциях: в середине 20-х годов было доказано, что вследствие упругопластических свойств стали в статически неопределимых системах под нагрузкой происходит перераспределение и выравнивание напряжений. Раскрытие этого явления дало возможность производить расчеты не по слабейшему элементу, а по разрушающей нагрузке на конструкцию в целом, что позволило повысить расчетные напряжения и уменьшить сечения.
Существенным этапом в развитии стальных конструкций явилось внедрение сварки, которая, хотя и была известна еще в 90-х годах, однако стала применяться в строительстве лишь в конце 20-х годов XX столетия. Одним из первых крупных сварных сооружений был каркас здания 60-м высоты в Атлантик-Сити (США, 1929). Сварные конструкции по сравнению с клепаными давали экономию металла до 15%.
С внедрением сварки намечается новая тенденция в развитии стальных конструкций — преобладание сплошных конструкций над сквозными, решетчатыми. Наряду с решетчатыми фермами получили распространение жесткие сварные рамы из листовой или профильной стали.
В 1920—1930 гг. строилось множество железнодорожных стальных балочных и арочных мостов. После 1930 г. в связи с быстрым ростом автомобильного транспорта началось усиленное строительство шоссейных дорог и мостов. В эти же годы, преимущественно в США, стали строить шоссейные большепролетные висячие мосты. В 1931 г. был закончен Вашингтон Бридж в Нью-Йорке с главным пролетом 1067 м, а в 1937 г. — мост через залив Голден Гейт в Сан-Франциско с пролетом 1280 м и рамными стальными пилонами высотой 225 м и, наконец, в 1964 г. был построен в Нью-Йорке мост Верразано с пролетом 1295 м.
Возникшие еще в начале века здания каркасной конструкции, в которых функции несущих и ненесущих элементов (каркас и навесные стеновые панели) были четко разделены, стали появляться в различных странах. Постепенно отрабатывались конструктивные детали стен-экранов, формировалась тектоника этого типа зданий.
В этот период небоскребы со стальными каркасами в Нью-Йорке достигли циклопических размеров: в 1931 г. за 19 месяцев был построен «Эмпайр Стейт билдинг», имеющий 102 этажа и общую высоту 381 м, а в 1935 г. закончена группа небоскребов Рокфеллер-центра с главным корпусом в 72 этажа. Таким образом, типы стальных конструкций, возникшие еще в XIX в., достигли своего крайнего развития. Это были такие же каркасы, но с более мощными сечениями и из лучшей стали.
В эти годы лишь отдельные инженеры начинали думать о возможности создания пространственных конструкций из металла: Бернар Лафай и Р. Ле Риколе во Франции, Б.Фуллер в США. Им в то время, по всей вероятности, были неизвестны пространственные конструкции из металла, построенные В.Г.Шуховым в России еще в конце XIX в. Идеи Шухова намного опередили свое время, но в 30-е годы, когда начали развиваться пространственные конструкции уже из железобетона и дерева, поиски аналогичных металлических конструкций стали неизбежны.
К, 1920 г. такие конструкции из железобетона, как рамы и каркасы для промышленных и многоэтажных зданий, безбалочные перекрытия, арки и ребристые купола, были уже хорошо освоены и получили широкое распространение. Однако наиболее творческим инженерам, работавшим с этим сравнительно новым строительным материалом, становилось ясным, что повторение в железобетоне плоских стержневых систем, присущих традиционным материалам — древесине и стали, не является оптимальным и что для железобетона надо искать другие, более соответствующие его качествам пластические формы.
Первым объектом, в котором железобетон был использован по-новому, были ангары в Орли (Франция), построенные инж. Э.Фрейсине в 1916—1924 гг. Здесь впервые были применены тонкостенные волнистые своды пролетом 80,75 м. Толщина их стенок была от 8 до 20 см при высоте 62,5 м, что оказалось возможным благодаря волнистой поверхности, которая обеспечивала необходимую жесткость свода.
Ангар в Орли (Франция), 1916-1924 гг. Э. Фрейсине