Вопросы для проверки:

1. Машинный век и век стали.

2. Большепролетные сооружения. Промышленное строительство. Транспортные проблемы. Выставочно-экспозиционные залы.

3. Сталь, как основной строительный материал.

4. Стекло. Бетон.

5. Индустриализация.

Лекция № 7 Век железобетона

В девятнадцатом столетии из новых строительных материалов применялась только сталь. Хотя принципы железобетона были известны уже во второй половине века, но основы его широкого применения в строительстве многоэтажных зданий были разработаны французом Франсуа Энебиком только в последнем десятилетии XIX века. Совершенствование железобетона и превращение его в полноценный конструктивный материал совпало со всеобщим стремлением к созданию простых и целесообразных архитектурных форм. Настойчивые поиски новых форм и исследования конструктивных возможностей нового строительного материала создали несравненно более благоприятные условия, чем те, в которых развивались в прошлые века каменные и стальные конструкции. Отдавая должное Парижскому павильону машиностроения (1889 г.), и многим другим значительным стальным сооружениям, порожденных эпохой промышленной революции в XIX веке, все же нельзя не отметить, что по сравнению с общим объемом строительства того времени эти постройки оставались в большей или меньшей степени единичными. К XX веку выросло новое поколение архитекторов. Создавших славу работая с новом конструктивным материалом – железо бетоном, такие как В. Гропиус, Мисс ван дер Роэ, Ле Корбюзье.

Железобетон состоит из стали или, точнее, из тонких круглых стальных стержней толщиной от 8 до 32 мм. И бетона. Бетон состоит из смеси песка, гравия, цемента и воды, то есть представляет собой искусственный камень. Железобетон объединяет в себе прочность бетона на сжатие, и прочность стали на растяжение. При этом бетон защищает тонкие стальные стержни от огня и коррозии. Бетон, изготовленный из цемента, применяется для изготовления плит, балок или сводов. Принцип работы железобетонных конструкций. В железобетонной балке под нагрузкой возникают растягивающие усилия. Стальная арматура должна быть расположена на той стороне балки, где действуют растягивающие усилия.

Заслуга внедрения железобетона в практику строительства принадлежит Франсуа Энебику (1842 – 1921 г.) . он первый построил здание, которое от фундамента до крыши представляло собой каркасную конструкцию из железобетона. Он создал типичную для железобетона форму ребристого перекрытия, в котором плита помимо своего основного назначения – служить плитой перекрытия – в значительной степени повышает несущую способность балок.

Принцип работы ребристой плиты заключается в том, что плита и балки составляют единое целое, часть плиты, увеличивающая площадь сжатой зоны повышает несущую способность балки.

Железобетоном – материалом, изготовляемым в жидком виде – можно заполнить любую форму; это открывает огромные возможности для архитектурного творчества. Но в способности железобетона принимать любую форму кроется опасность использования его для имитации форм, чуждых времени и самой конструкции. Это особенно ярко выразилось в работе замечательного киевского архитектора начала XX века Вацлава Городецкого, представителя эклектической архитектуры, в его постройках псевдоготического костела, киевской кинасы и его собственного дома – «Дома с химерами».

Энебик, будучи выдающимся конструктором, использует железобетон исключительно как материал конструктивный. Первым удалось создать типичные для железобетона архитектурные формы французскому архитектору Огюсту Пере (1874 – 1954). Рациональность конструкций его первых сооружений еще и теперь не потеряла своего значения. Ограничив количество несущих вертикальных элементов небольшим числом стоек, Пере получает возможность произвольным размещением перегородок решать планировку каждого этажа по-разному. Этим был сделан первый шаг к свободной, не зависимой от обусловленной расположением несущих стен, планировке. Позднее свободная планировка стала одним из основных принципов эстетических взглядов архитектора Ле Корбюзье и его последователей.

Тектоника современных строительных конструкций.

Опыт показывает, что единичных элементов (балок) или плоских конструкций (стропильных ферм) менее рациональна чем элементов, образующих жесткие пространственные системы. Характерно, что в природе чаще встречаются сложные конструктивные системы, у которых распределение прочного материала, воспринимающего нагрузку, происходит по линиям главных напряжений. Природные конструктивные формы, как правило, имеют пространственное строение (гриб, раковина, яйцо, лист и др.). человек тоже часто использует пространственные конструкции, элементы которых работают совместно и одновременно в разных плоскостях. Форма нашей посуды, лодки, колеса, и многих других предметов представляет пространственную несущую конструкцию.

В строительстве пространственные конструкции могут быть разбиты на следующие группы: пространственные решетчатые конструкции; складчатые конструкции; оболочки, конструкции из пространственно искривленных поверхностей; висячие покрытия; конструкции из тросов (вантов), ткани или тонких листов металла.

Конструкции больших пролетов.

К этой группе конструкций относятся рамы. Конструктивный смысл рамы заключается в возможности разгрузки и уменьшения ее горизонтального элемента-ригеля за счет узлов, соединяющих ригель со стойками. Рамы изготавливаются из металла, реже из дерева. Они позволяют перекрывать большие пролеты (от 6 до 20 и более метров) без промежуточных опор.

Рамы применяют при строительстве мостов, гражданских и промышленных зданий самого разнообразного назначения. Наиболее часто они используются в конструкциях трибун стадионов и первых этажей многоэтажных зданий. Применение рам для небольших зданий возможно, но не имеет большого практического смысла, поскольку в таких зданиях нет больших пространств, требующих безопорного перекрытия.

Пространственные конструкции, составляющие большую группу, по виду работы подразделяются на конструкции, работающие преимущественно на сжатие (арки, своды и купола), работающие преимущественно на растяжение (висячие и пневматические конструкции) и работающие на комбинированные нагрузки (решетчатые складчатые конструкции, ячеистые структуры и оболочки). В современном строительстве наиболее распространены вторая и третья группы.

Особенностью пространственных решетчатых конструкций является то, что они состоят из большого количества отдельных стержней, образующих жесткие системы, причем стержни испытывают только продольные усилия сжатия или растяжения. Отдельные стержни соединяются друг с другом под разными углами с помощью специальных соединительных элементов. В результате образовываются пространственные решетки – структуры как прямолинейной, так и криволинейной формы. Подобные конструкции обладают большой пространственной жесткостью и позволяют перекрывать огромные пролеты (100 – 200 м). важным свойством пространственных стержневых структур является их способность приспосабливаться к различным нагрузкам за счет перераспределения усилий на смежные зоны. Их преимуществом следует считать возможность осуществления сборно-разборных решений. Конструктивная специфика пространственных решеток наиболее полно воспринимается тогда, когда они открыты для зрителя или когда художественными средствами выявлена их структура.

Каркас и решетчатые структуры могут служить примерами линейных конструкций. Но существуют и плоскостные конструкции, где рабочим элементом является плита. Конструктивная коробка или обычный ящик могут иметь вид жесткого линейного контура, обшитого фанерой или состоять из досок-плит, соединенных между собой. Доски-плиты работают аналогично балкам. С той лишь разницей, что изгиб у них происходит не в одном направлении, а в двух. Жестким соединением вертикальных и горизонтальных плит получают пространственную коробчатую конструкцию. На этом принципе построены конструктивные системы бескаркасных панельных зданий, в которых стены и перегородки, выполняемые из железобетона, работают как стенки-балки.

Еще большая конструктивная жесткость достигается в сооружениях из объемно-пространственных блоков. Железобетонные объемные блоки представляют собой отдельные замкнутые или частично открытые прямоугольные ячейки, из которых монтируется здание.

Специфика самой конструктивной идеи монтажа здания из обособленных объемных элементов, что вызывает необходимость устройства двойных внутренних стен и перекрытий, обуславливает стремление к максимальному отражению этой структурной особенности на фасадах. Кроме того, композиция здания должна строиться с учетом возможности сдвижки блоков относительно друг друга. Соединением железобетонных плит можно образовывать не только параллелепипеды, но и складчатые формы.

Достоинства складчатой конструкции можно представить как совместную работу парных плоскостей – в направлении, параллельном складкам, они работают как пространственная балка., а в поперечном направлении – подобно плите, опирающейся на стыки складок. Вполне понятно, что чем круче уклон плоскостей складки, чем они вертикальнее, тем больше несущая способность конструкции. При малых уклонах складок техническая эффективность конструкции резко снижается.

Достоинства складчатых конструкций можно легко проследить простым опытом со сложенной в «гармошку» бумажным листом. Простой лист писчей бумаги практически не выдерживает нагрузки, но достаточно придать ему складчатую форму, как он выдерживает значительные тяжести. На «гармошке» можно проследить и причины потери конструкцией несущей способности. Она наступает тогда, когда под действием чрезмерного груза складки начинают распрямляться. Поэтому для усиления складчатой конструкции применяют затяжки или жесткие диафрагмы, которые препятствуют распрямлению складок.

Достоинством складчатых конструкций является возможность придания складкам самых различных форм. С помощью складок можно перекрывать прямоугольные, трапециевидные, секторообразные и другие формы помещений. Складки могут образовывать и сложные по профилю конструкции, позволяющие получать объемы, приближающиеся в сечении к прямоугольнику, трапеции, многограннику и т.д. В этом случае складки как бы врезаются друг в друга под разными углами. Организация жестких узлов в местах стыка складок превращает их в рамные конструкции.

Использование складчатых конструкций открывает перед современными зодчими широкие возможности создания новых архитектурных форм. Однако их применение должно быть технически обосновано. Складчатые конструкции рациональны при больших пролетах или сооружений из тонких листовых материалов, а их своеобразная выразительная форма должна использоваться для архитектурно-пространственной организации композиции, быть органической частью художественного сооружения.

Тектоника складчатых конструкций выявляется прежде всего при использовании их геометрических свойств в формообразовании пространства, а также при художественном подчеркивании основных элементов конструкции: диафрагм жесткости, опорных узлов и т.п.