Вопрос 1. Краткий исторический обзор развития строительных конструкций.

История развития строительных конструкций тесно связана с  развитием производительных сил общества. Раньше других начали применяться конструкции из естественного камня. Первые сооружения из необработанного камня относятся к  каменному веку. Позже, в связи с совершенствованием средств производства, для конструкций применялись тесаный камень, кирпич-сырец и обожженный кирпич.

В рабовладельческий и феодальный периоды развития общества  каменные конструкции достигли значительного совершенства. До наших дней сохранилось много выдающихся памятников  каменного зодчества в различных частях света, в частности замечательные сооружения на Кавказе, в Крыму, в Средней Азии. Первые каменные палаты и храмы Киевской Руси были сооружены в X в. Более поздними являются каменные здания, возведенные в Пскове, Новгороде,  Суздале, Владимире и в ряде других городов. В 1333 г. в Московском Кремле был построен Аргангельский собор, а в 1367 г. были возведены кремлевские стены. Через 100 с лишним лет они были переделаны и стоят поныне.

Дерево, так же как и камень, использовалось для постройки зданий, укреплений, мостов и других сооружений. Первые деревянные мосты были построены за много сотен лет до нашей эры. Для строительства домов и крепостных стен использовались рубленые деревянные  конструкции (срубы).

Выдающиеся образцы русского народного зодчества были созданы в XII—XVIII вв. в Москве, Киеве, Новгороде и многих других городах. В старину зодчие не имели никакого способа расчета сооружений, поэтому они возводили их на основе практического опыта по  существующим образцам.

Ознакомление с сооружениями, сохранившимися до наших дней, позволяет установить те правила проектирования, которыми  пользовались зодчие для новых построек. Но это могло быть полезным только при возведении сооружений, аналогичных уже построенным. Когда же строилось здание, для которого не существовало образцов, зодчий  должен был идти на риск разрушения или же создавать их с неоправданным запасом прочности.

Каменные конструкции применяли в промышленном и  гражданском строительстве преимущественно в качестве стеновых ограждений и несущих столбов.

В XIX в. появились армокаменные конструкции. В 1813 г. в Англии была построена железокирпичная фабрично-заводская труба.  Армированная кладка применялась в 1825 г. при постройке тоннеля под Темзой. В 1853 г. в Вашингтоне соорудили большой железокирпичный  резервуар для воды. Достаточно широкое применение нашли  армокаменные конструкции в нашей стране в строительстве зданий с рамокирпичными каркасами (1933 г.), при возведении покрытий и перекрытий промышленных зданий и т.д.

Наряду с каменными и армокаменными применяются комплексные конструкции (каменные конструкции, усиленные железобетоном). Велика роль в развитии теории и практики каменных конструкций В.П. Некрасова, Л.И. Оиищика, С.А. Семенцова, СВ. Полякова и др. Деревянные конструкции получили в дальнейшем широкое  развитие в связи с разработанными русским ученым Д.И. Журавским  теорией расчета составных балок на шпонках, теорией расчета изгибаемых брусьев на скалывание и рядом других его исследований. Д.И. Журавский создал теорию расчета неразрезных многопролетных ферм,  предложил способ расчета ферм Гау и научно обоснованные нормы  допускаемых напряжений для деревянных конструкций. По его проектам  построено несколько железнодорожных мостов с неразрезными  деревянными фермами пролетом свыше 60 м.

Дальнейшее развитие деревянных конструкций связано с именем академика В.Г. Шухова (1853—1939). Им созданы изумительно  экономичные конструкции сетчатых сводов, которые применялись не только у нас, но и за рубежом.

В 20—30-х гг. в нашей стране были широко распространены  гвоздевые дощатые конструкции: гвоздевые балки, рамы с перекрестной  стенкой, сегментные гвоздевые фермы и пр. Гвоздевые дощатые конструкции обладают большой деформативностью при длительном действии нагрузок. А.И. Отрешко, Г.В. Свенцицкий, B.C. Скворцов, B.C. Деревягин н др. предложили более надежные конструкции —.брусчатые балки на дубовых пластинчатых нагелях, фермы с поясами из таких балок, фермы из бревен и брусьев.

В 30—40-х гг. применялись уже металлодеревянные конструкции ферм и арок, в которых растягивающие усилия воспринимаются  металлическими элементами; разнообразные клееные конструкции; кружально-сетчатые своды, собираемые из отдельных цельных клееных или клеефанерных косяков; тонкостенные и ребристые своды-оболочки, купола и пр.

Большую роль в развитии этих разнообразных, экономически  выгодных и индустриальных конструкций имели работы отечественных ученых: Г.Г. Карлсена, Ю.М. Иванова, А.И. Отрешко, В.В. Большакова и др.

В настоящее время начинают применяться клееные армированные деревянные конструкции с предварительно напряженной арматурой. В последнее десятилетие получили распространение пластмассовые, пневматические и пленочно-каркасные конструкции. Для их  изготовления используются стеклопластики, органическое стекло,  синтетические клеи, пленки, воздухонепроницаемые ткани и пр. Применение этих конструкций дает возможность возводить оболочки, складки, купола, вантовые конструкции больших пролетов.

Металлические конструкции. Металл впервые был применен в ХП в. в качестве затяжек и скреп в каменных сводах, арках и т.п. Кричное железо разогревали и отковывали в виде полос, а затем сваривали кузнечным способом.

В XVII—XVIII вв. появились первые чугунные конструкции. Так, в 1696 г. было осуществлено перекрытие пролетом 18 м над трапезной Троице-Сергиева монастыря в Загорске, в 1725 г. выполнено чугунное перекрытие крыльца Невьянской башни на Урале, в 1776 г. в Англии построен чугунный мост пролетом 30 м, в 1784 г. чугунный мост  возведен в Царском селе. Уникальной чугунной конструкцией 1840-х гг.  является купол Исаакиевского собора, собранный из отдельных косяков в виде сплошной оболочки.

В это же время стали применяться чугунно-железные фермы, в  которых верхний пояс и сжатые элементы делались из чугуна, а нижний пояс и растянутые раскосы — из железа.