Учебное пособие 800644

для железобетонных сооружений». В США такие условия были выработаны в

1910 г., а в Англии – в 1915 г.

Неслучайно поэтому в 1938 г. в нашей стране были, впервые сформулированы и экспериментально обоснованы положения метода расчета железобетонных конструкций по стадии разрушения, принятые затем во всем мире. Автором этих положений стал ученик и соратник Н.А. Белелюбского профессор А.Ф. Лолейт. Математик по образованию он создал теорию расчетов строительных конструкций, смелые и оригинальные сооружения из железобетона.

Э.Л. Фрейссине (1879–1962 гг.). В области изучения железобетона проявил себя незаурядный инженер XX века Эжен Леон Фрейссине, который не привык ограничиваться традиционными методами, а всюду, где это было возможно, внедрял новые усовершенствованные методы.

Дело в том, что как бы ни армировали бетон, в нем возникают растягивающие напряжения, и это обстоятельство накладывает определенные ограничения на железобетонные конструкции. Как погасить растягивающие напряжения? Русский ученый А.В. Гадолин дал в свое время ответ на такой вопрос. В 1861 году он выдвинул идею предварительного обжатия элементов, работающих на растяжение, и применил ее при изготовлении стальных стволов пушек. Э.Л. Фрейсине использовал этот метод при изготовлении железобетона и добился поразительных результатов. Он вытягивал стальные струны арматуры еще до укладки бетона. В готовом элементе эти струны возвращаются к своей первоначальной длине и, естественно, вызывают в бетоне значительные напряжения от сжатия. Это и есть предварительное напряжение. И здесь возможны два случая. Когда участок предварительно напряженного элемента работает на сжатие, то напряжения суммируются. Это обстоятельство не представляет опасности, так как известна большая несущая способность бетона на сжатие. Зато при появлении растягивающих напряжений, то есть напряжений с обратным знаком, растяжение значительно уменьшается по сравнению с тем, которое бывает, если предварительного обжатия не производится.

Изобретение Эжена Фрейссине открыло дорогу тонкостенным большепролетным и необыкновенно смелым сводчатым конструкциям и в значительной мере оттеснило основной недостаток железобетона – его значительный конструктивный вес. Инженерная деятельность Фрейссине закономерно привела к признанию его отцом современного железобетонного строительства.

А.Г. Эйфель (1832–1923 гг.). Однако с появлением железобетона, сильного конкурента стальных конструкций, инженерная мысль приверженцев стали не угасла. Приведем выдержку из письма, датированного февралем 1887 г.: «Пора уже отдать себе отчет в том, к сему мы стремимся, и представить чудовищно смешную башню, возвышающуюся над Парижем в виде гигантской, черной заводской трубы, которая своим массивом будет угнетать такие сооружения, как собор Нотр-Дам, Лувр, Триумфальная арка … Этот безобразный столб из клепаного железа бросит отвратительную тень на город, проникнутый духом стольких столетий».

61

Можно догадаться, что в этом письме речь идет об Эйфелевой башне, стройный силуэт которой стал одной из характерных черт панорамы столицы Франции. Создателю этой башни Александру Гюставу Эйфелю, вероятно, было нелегко, ибо цитируемое письмо было подписано такими столпами французской культуры, как Дюма, Мопассан, Гуно. Но Эйфель победил, сумев доказать реальность своего проекта.

Из представленных на конкурс полутора сотен работ лишь его проект был принят. Башня ажурной конструкции высотой 300 м была построена под руководством самого Эйфеля за 2 года и 2 месяца. Четыре мощных фундамента, на которые опирается Эйфелева башня, образуют квадрат со сторонами

123,4 м (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Эйфелева башня: общий вид и фрагмент

Вес башни не велик и составляет 7300 т. Упоминание в письме о «гигантской массе» сильно преувеличено, потому что если бы всю башню переплавить и распределить на площади ее квадратного основания, то получился бы слой стали толщиной 6 см. Зато на ее окраску расходуется 35 т краски. Для сравнения укажем, что общий вес Останкинской железобетонной телевизионной башни в Москве составляет свыше 55 000 т.

Строительство Эйфелевой башни поучительно с многих точек зрения. Она была задумана из рекламных соображений как символ технических достижений уходящего XIX века. Открытие башни было приурочено к открытию Всемирной выставки 1889 г. К концу выставки сбор от входной платы на башню покрыл уже все расходы по ее постройке и составил 5 миллионов франков. Кроме того, возведение башни явилось хорошим примером продуманности и организованности всего строительного процесса.

62

До 1930 г. башня была самым высоким сооружением в мире. При проектировании башни были разработаны специальные краны для подъема элементов конструкций, общее число которых составило 12000 фасонных деталей. Постройка башни доказала также, что изготовление отдельных элементов на заводе может быть выполнено с такой точностью, которая позволит на месте произвести их сборку. Это обстоятельство оказало большое влияние на дальнейшее развитие сборных металлических конструкций.

В.Г. Шухов (1853–1939 гг.). В 80-х годах XIX века началась деятельность выдающегося русского инженера, позднее академика, Владимира Григорьевича Шухова. В 1896 г. В.Г. Шухов разработал конструкцию стальной башни, имеющую форму гиперболоида вращения, которая целиком состоит из прямых стержней. В том же году конструктор выставил свою башню, отличающуюся значительной прочностью, легкостью и простотой возведения, на Нижегородской технической выставке.

Однако в условиях царского самодержавия, как и в случае с цементом Е.Г. Челиева, конструкция В.Г. Шухова не получила распространения. Любопытно, что через 8 лет после Нижегородской выставки на двух американских военных кораблях появились сетчатые наблюдательные вышки, построенные в виде башен Шухова. Спустя еще 5 лет и на русских военных кораблях появились те же башни, но уже заимствованные из зарубежной практики.

Разработанный В.Г. Шуховым тип башни нашел весьма широкое применение в нашей стране. В 1922 году в Москве была построена радиовещательная станция имени Коминтерна, тогда самая мощна в мире (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Радиовещательная мачта системы В.Г. Шухова на Шаболовке в Москве, 1922 г.: а – общий вид; б – вид изнутри

63

Около 200 стальных конструкций В.Г. Шухова работают в качестве водонапорных башен (рис. 4.8), радиоантенн, морских маяков, столбов линий высокого напряжения во многих странах мира. Сегодня башни Шухова уступают место более совершенным конструкциям, главным образом из-за ветровой нагрузки и это вполне естественно, время идет, инженерная мысль не топчется на месте, но они применяются и сейчас в качестве лесов при сооружении железобетонных вышек.

Рис.4.8. Гиперболоидальная башня системы В.Г. Шухова на городском водопроводе в г. Николаеве, 1904 г.

Одним из важнейших достижений строительной техники конца XIX века является изобретение электросварки металлов. В связи с этим необходимо упомянуть об изобретателях этого метода:

•русский профессор В.В. Петров – открытие электрической дуги в 1802 г.;

•американский физик Э. Томсон – случайный перегрев концов медных проводов в 1867 г.;

•русский инженер Н.Н. Бенардос – изобретение сварки металлов электродугой угольного электрода в 1882 г.;

•русский горный инженер Н.Г. Славянов – независимо от Н.Н. Бенардоса изобрел метод сварки металлов электрической дугой с применением металлического электрода в 1888 г.

Однако последние изобретения получили признание не сразу. Потребовалось боле 30 лет, чтобы сварка завоевала свои позиции и преобразовала техно-

64

логию возведения отечественных строительных конструкций. Решающая роль в этом принадлежит академику Евгению Оскаровичу Патону. Выдающийся инженер прошлого столетия сумел доказать несовершенство заклепочных соединений и преимущество сварочных швов. Сварочные швы ускоряют процесс соединения конструктивных элементов, снижают расход металла, обходятся дешевле и значительно сокращаются трудовые затраты.

Наше время отличается огромным ростом связей между различными часто разнородными отраслями техники. Наиболее сложные проблемы, как правило, решаются теперь совместно многими учеными и специалистами. При этом очень важно поддерживать дух коллективизма в научной и производственной деятельности. Заметных успехов достигают те коллективы, где правильно расставлены силы, все участники работы ясно сознают ее цель, осведомлены о деятельности своих коллег, постоянно обмениваются мнениями.

И.Г. Александров (1875–1936 гг.). Именно такую цель преследовал академик Иван Гаврилович Александров. Из всей его многосторонней инженерной деятельности можно остановиться на одном примере, который сам Александров считал величайшей жизненной задачей, – использование энергии реки Днепр. Проблема состояла из таких гигантских задач, как создание Днепровской плотины и гидроэлектростанции, строительство крупного промышленного центра вблизи гидростанции, транспортная связь этого центра со страной, а также орошение обширных степей за Днепром (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Днепровская гидроэлектростанция

Многогранным был комплекс узловых проблем при сооружении Днепрогэса. Нашлись, как это бывает всегда, противники комплексного строительства. И.Г. Александрову пришлось изучить множество специальных дисциплин, ко-

65

торые при обычном инженерном подходе никогда не понадобилось бы. Как признание победы такого комплексного подхода к строительству крупных сооружений было организовано специальное учреждение – научноисследовательский проектный институт «Днепрострой», который возглавил Иван Гаврилович Александров.

4.2. О системе строительного образования в России

Система строительного образования в России начала формироваться еще во времена правления Петра I.

Вначале ХVIII века в условиях феодально-крепостнического строя в России возникали зачатки промышленного капитализма, углублялся процесс разделения труда, расширялись рыночные связи, требовалось строить дороги, промышленные предприятия. Конторы по перевозке грузов организовывали школы для подготовки мастеров-строителей.

В1712 году Петр I основал в Москве первую инженерную школу. Здесь преподавали арифметику, геометрию, рисование, механику, архитектуру, географию, астрономию, черчение.

Потребность общества в инженерно-технических работниках возрастала. Крупные постройки в России были связаны с сооружением дорог. В 1733 году начались работы по строительству дороги Санкт-Петербург - Москва с заходом

вНовгород.

Вэтот период основными путями сообщений и перевозки грузов были водные. Ведавшие ими специальные конторы имели в те годы гидротехнические школы для подготовки руководителей строек.

В1809 году был создан Институт Корпуса инженеров путей сообщения, впоследствии ЛИИЖТ - Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта (сейчас Петербургский университет путей сообщения) – это было первое в России высшее учебное заведение.

Институт учреждался в целях подготовки специалистов по проектированию, строительству и эксплуатации шоссейных дорог, судоходных каналов, шлюзов и других гидротехнических и гражданских сооружений.

Вправилах приема в институт указывалось, что «Никто не будет принят в институт, если не имеет, по крайней мере, 15 лет от роду, если не будет здорового сложения, и, сверх того, не будет уметь говорить и писать по-русски и пофранцузски». Следует отметить, что преподавание многих наук велось в то время на французском языке.

Хотя этот институт был гражданским учебным заведением, студенты имели военное звание и форму для того, чтобы привлекать молодых дворян, неохотно принимавшихся за изучение «плебейского» инженерного дела.

66

Первой учебной строительной дисциплиной был «Курс построений» - земляные работы, гидротехнические сооружения. Создание этого курса было связано с именем крупного русского ученого М.С. Волкова. Он окончил институт в 1821 году и был оставлен в институте сначала репетитором у профессора, француза по происхождению, К. Потье, а с 1823года стал читать лекции по «Курсу построений». Он стал руководителем группы преподавателей, работавших в области строительного искусства (С.В. Корбедз, Н.Ф. Ястржембский, Н.Н. Липин и др.).

С1823 года в этом «Курсе построений» было шесть разделов: «Строительные материалы», «Каменные работы», «Нивелирование», «Дороги», «Мосты», «Судоходство», а затем с 1830 года еще один самостоятельный раздел «Сопротивление материалов».

В 1828 году опубликованы «Правила по производству работ» – первый Российский документ нормативного характера по строительству, а в 1833 году эти правила были переработаны и в них обозначены три стадии проектирования: общий проект, нормативный проект и исполнительный. В СССР вначале тоже было три стадии: проектное задание, технический проект и рабочие чертежи. Впоследствии в 60-е годы в СССР утверждены только две стадии: технический проект и рабочие чертежи.

В этом первом в России институте преподавали известные русские ученые: академик М.В. Остроградский (механику, физику, аналитическую и небесную механику), академик В.Я. Буняковский (дифференциальное и интегральное исчисление, теорию вероятности), профессор Я.А. Севастьянов (начальную геометрию), академик Д.И. Менделеев (химию) и др.

В 1832 году в Петербурге образовано училище гражданских инженеров. Впоследствии эта дата стала днем рождения строительного института. В создании этого училища принимали активное участие М.С. Волков, Я.А. Севастьянов, Н.Ф. Ястржембский и другие. В это училище направлялись дети дворян или обер-офицеров в возрасте 13-16 лет. Училище было универсальным, в котором давались знания о возведении гражданских зданий, дорог, мостов, плотин, фабрик, заводов и т.д. Преподавание дисциплин велось на русском языке.

В 1842 году был издан полный «Курс строительного искусства» М.С. Волкова. В 1843 году М.С. Волков уехал за границу (в возрасте 40 лет) из-за какихто гонений на него со стороны Управления путями сообщений.

С1877 года Строительное училище по своим правам и структуре приравнивалось к Институту путей сообщения, Горному институту и др. В 1882 году оно преобразовывается в Институт гражданских инженеров (ИГИ). В начале XX века трудно было найти такой город в России, где бы ни работали выпускники этого института. Они могли с успехом работать архитекторами, произво-

67

дителями работ, инженерами-конструкторами и инженерами по санитарной технике. С 1905 года в Институте гражданских инженеров стали готовить специалистов более узкого профиля. Учебным планом предусматривалось первые два курса – «Общий отдел», следующие два – «Специальный отдел», а последний, дипломный курс имел три специальности: архитектурную, инженерносанитарную, инженерно-дорожную. Предельный срок пребывания в институте был установлен в 7 лет. Для дипломного проектирования отводился 1 год.

Вдальнейшем были образованы кафедры строительного факультета: технологии строительного производства, строительных материалов, сопротивления материалов, строительной механики, железобетонных и каменных конструкций, стальных конструкций, деревянных конструкций, оснований и фундаментов, архитектуры.

В1921 году в разгар восстановительного периода после окончания гражданской войны в Москве был основан Московский инженерно-строительный институт (МИСИ). Среди многих специалистов, стоявших у истоков организации Московского инженерно-строительного института, стояла большая группа видных ученых, строителей, архитекторов и художников. Среди них - академик В.Н. Образцов, братья-зодчие Л.А. и В.А. Веснины, крупные инженерыстроители И. И. Рерберг, профессор Веденисов и др.

В30-е годы в МИСИ работали крупные ученые в области строительства: профессор Н.С. Стрелецкий (металлические конструкции), И. М. Рабинович (строительная механика), Л. А. Серк, А. В. Самойлов, С. А. Торопов, профессор Б. Г. Скрамтаев, Н. А. Попов, С. С. Давыдов, П. Л. Пастернак, Л. И. Онищик, Г. Г. Карлсон, В. Г. Дмоховский, Н. Н. Богославский (строительные материалы, железобетонные и каменные конструкции, деревянные конструкции, основания

ифундаменты) и много других.

В1930 году были основаны инженерно-строительные институты в Новосибирске, в Горьком (Нижний Новгород), Воронеже, Казани, Киеве, Куйбышеве (Самара), Бресте, Харькове. В период с 1970 по 1980 гг. возникли инженер- но-строительные высшие учебные заведения (ВУЗы) в Баку, Иркутске, Целинограде, а также строительные факультеты в политехнических институтах (в Коми АССР, в Петрозаводске, Нальчике, Челябинске и др.).

Внастоящее время существуют полтора десятка строительных ВУЗов и много строительных факультетов в различных ВУЗах страны: в университетах, в политехнических и других ВУЗах.

Много есть строительных и архитектурно-строительных техникумов. Сейчас государственных ВУЗов около 1000, а вместе с коммерческими ВУЗами около 3000 только в России (а в СССР было всего около 800).

68

В СССР высшее образование было на высоком уровне. Например, выпускников Воронежского инженерно-строительного института (ВИСИ) принимали на работу в любых городах страны, и производственники очень хорошо отзывались о наших инженерах.

Работала система повышения квалификации. После окончания ВУЗа и двухлетней работы на производстве инженер имел право поступить в аспирантуру очной или заочной формы обучения. Срок обучения в очной аспирантуре составлял 3 года, заочной – 4 года. За это время соискатель должен был подготовить кандидатскую диссертацию. После защиты и утверждения диссертации в Высшей аттестационной комиссии (ВАК), соискателю присваивалась ученая степень кандидата наук.

Конечно, можно выполнить диссертацию и, не обучаясь в аспирантуре. В этом случае возникает масса трудностей с защитой (место защиты, оппоненты, публикация без руководителя затруднена, отношения с членами Совета и т. д.).

Защитивший кандидатскую диссертацию человек, мог работать на производстве (в проектной организации на стройке, на предприятии) или в научноисследовательском институте (НИИ). При склонности к преподавательской работе, он мог по конкурсу избираться на должность доцента, но это как бы исполнительные обязанности (и.о.) или на должность старшего преподавателя, ассистента.

Поработав не менее двух лет соискатель, исполняющий обязанности доцента и опубликовавший учебное пособие, подает заявление и документы на присвоение ученого звания доцента. При наличии соответствующей работы и публикаций ему присваивалось ученое звание доцента. Затем он должен был работать над собой, публиковать научные статьи и работать над докторской диссертацией. Защитив её, соискателю присваивалась ученая степень доктора наук.

Внаучно-исследовательских институтах и научных лабораториях кандидаты наук имеют звание научного сотрудника. Ученое звание профессор (преподаватель) по положению присваивается человеку, который имеет ученую степень докторских наук. Как исключение кандидату наук, имеющему научные работы, может быть присвоено звание профессора. На должность профессора без защиты приказом ректора может быть назначен опытный преподаватель, имеющий ученую степень кандидата наук и ученое звание доцента.

Внастоящее время в России принята система образования, как в США. В ВУЗе после четырех лет обучения выпускнику присваивается квалификация (степень) – БАКАЛАВР. Он может работать или продолжать учиться. Лица, имеющие склонность к научной работе и желающие продолжать учебу, после двухгодичного обучения и защиты дипломной работы получают звание

69

МАГИСТР – это первая ступень учебной степени. А дальше магистр может заниматься повышением своей квалификации путем защиты докторской диссертации и получения ученой степени доктора наук. Степени кандидатских наук в зарубежных странах нет.

В США и других странах техников выпускается больше чем инженеров с условием, чтобы на одного инженера приходилось 2-3 техника. Инженер выполняет более ответственную работу, а менее ответственную выполняют техники. Схема взаимодействия образования, науки и производства приведена на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Схема взаимодействия образования, науки и производства

Глава 5. Общие понятия об архитектурной композиции

сприменением классических архитектурных ордеров

5.1.Краткие сведения об истории развития ордерной системы

Имеется много зданий, построенных более 100–200 лет назад, которые привлекают нас своей красотой. Эти здания построены с применением ордеров или на основе ордерных пропорций.

Прототипом ордерной системы послужило сооружение, сделанное нашими предками на заре человечества из двух больших камней, поставленных вертикально, и третьим - горизонтально (рис. 5.1).

В дальнейшем люди стали обрабатывать эти камни, чтобы они были более стройными и вся эта конструкция лучше выглядела. Древние греки из такой конструкции создали стройную ордерную систему. Они создали определенные пропорции между высотой колонны и толщиной балки, расстояниями между колоннами и т.д. На рис. 5.2 приведены схемы стоечно-балочной системы с нарушением пропорции.

70