Краткая история развития металлических конструкций в нашей стране.
Понятие "металлические конструкции" включает в себя их конструктивную форму, технологию изготовления и способы монтажа. Уровень развития металлических конструкций определяется, с одной стороны, потребностями в них народного хозяйства, а с другой - возможностями технической базы: развитием металлургии, металлообработки, строительной науки и техники. Исходя из этих положений история развития металлических конструкций может быть разделена на пять периодов.
Первый период (с XII до начала XVII в.) характеризуется применением металла в уникальных по тому времени сооружениях (дворцах, церквах и т.п.) в виде затяжек и скреп для каменной кладки. Затяжки выковывали из кричного железа и скрепляли через проушины на штырях. Одной из первых конструкций такого типа являются затяжки Успенского собора во Владимире (1158). По зрелости конструктивного решения выделяется металлическая конструкция, поддерживающая каменый потолок и пол чердака над коридором между притворами Покровского собора - храма Василия Блаженного (рис. 1). Это первая известная нам конструкция, состоящая из стержней, работающих на растяжение, изгиб и сжатие.
Затяжки, поддерживающие пол и потолок в этой конструкции, укреплены для облегчения работы на изгиб подкосами. Поражает, что уже в те времена конструктор
знал, что для затяжек, работающих на изгиб, надо применять полосу, поставленную на ребро, а подкосы, работающие на сжатие, лучше делать квадратного сечения.
Второй период (с начала XVII до конца XVIII в.) связан с применением наклонных металлических стропил и пространственных купольных конструкций ("корзинок") глав церквей (рис. 2). Стержни конструкций выполнены из кованых брусков и соединены на замках и скрепах горновой сваркой. Конструкции такого типа сохранились до наших дней. Примерами служат перекрытия пролетом 18 м над трапезной Троице-Сергиевой лавры в Сер-гиевом посаде (1696-1698), перекрытие старого здания Большого Кремлевского дворца в Москве (1640), каркас купола колокольни Ивана Великого (1603), каркас купола Казанского собора в Петербурге пролетом 15 м (1805) и др.
Третий период (с начала XVIII до середины XIX в.) связан с освоением процесса литья чугунных стержней и деталей. Строятся чугунные мосты и конструкции перекрытий гражданских и промышленных зданий. Соединения
Рис. 1. Перекрытие коридора в Покровском соборе (Москва, 1560 г.)
Васильев И. Древнейшие железные конструкции Архитектура СССР. 1956. № 3.
Рис. 2. Металлические конструкции XVII в.
а - наклонные стропила; б - каркас купола; в - узел каркаса
чугунных элементов осуществляются на замках или болтах. Первой чугунной конструкцией в России считается перекрытие крыльца Невьянской башни на Урале (1725). В 1784 г. в Петербурге был построен первый чугунный
мост. Совершенства чугунные конструкции в России достигли в середине XIX столетия. Уникальной чугунной конструкцией 40-х годов XIX в. является купол Исаакиевского собора (рис. 3), собранный из отдельных косяков в виде сплошной оболочки. Конструкция купола состоит из верхней конической части, которая поддерживает каменный барабан, венчающий собор, и нижней, более пологой части. Наружная оболочка купола с помощью легкого железного каркаса опирается на чугунную конструкцию.
Чугунная арка пролетом 30 м применена в перекрытии Александрийского театра в Петербурге (1827-1832).
В 50-е годы XIX в. в Петербурге был построен Николаевский мост с восемью арочными пролетами от 33 до 47 м, являющийся самым крупным чугунным мостом мира. В этот же период наслонные стропила постепенно трансформируются в смешанные же-лезочугунные треугольные фермы (рис. 4). Сначала в фермах не было раскосов (рис. 4,а), они появились в конце рассматриваемого периода (рис. 4,6). Сжатые стержни ферм часто выполняли из чугуна, а растянутые - из железа. В узлах элементы соединялись через проушины на болтах. Отсутствие в этот период прокатного и профильного металла ограничивало конструктивную форму железных стержней прямоугольным или круглым сечением. Однако преимущества фасонного профиля уже были оценены, и стержни уголкового или швеллерного сечения изготовляли гнутьем или ковкой нагретых полос.
Рис. 3. Купол Исаакиевского собора в Петербурге
то"
Четвертый период (с 30-х годов XIX в. до 20-х годов XX в.) связан с быстрым техническим прогрессом во всех областях техники того времени и, в частности, в металлургии и металлообработке.
В начале XIX в. кричный процесс получения железа был заменен более совершенным - пудлингованием, а в конце 80-х годов - выплавкой железа из чугуна в мартеновских и конвертерных печах. Наряду с уральской базой была создана в России южная база металлургической промышленности. В 30-х годах XIX в. появились заклепочные соединения, чему способствовало изобретение дыропробивного пресса; в 40-х годах был освоен процесс получения профильного металла и прокатного листа. В течение ста последующих лет все стальные конструкции изготовлялись клепаными. Сталь почти полностью вытеснила из строительных конструкций чугун, будучи материалом более совершенным по своим свойствам (в особенности при работе на растяжение) и лучше поддающимся контролю и механической обработке.
Чугунные конструкции во второй половине XIX в. применялись лишь в колоннах многоэтажных зданий, перекрытиях вокзальных дебаркадеров и т.п., где могла быть полностью использована хорошая сопротивляемость чугуна сжатию.
В России до конца XIX в. промышленные и гражданские здания строились в основном с кирпичными стенами и небольшими пролетами, для перекрытия которых использовались треугольные металлические фермы (рис. 5). Конструктивная форма этих ферм постепенно совершенствовалась: решетка получила завершение с появлением раскосов; узловые соединения вместо болтовых на проушинах стали выполнять заклепочными с помощью фасонок.
В конце прошлого столетия применялись решетчатые каркасы рамно-арочной конструкции для перекрытия зданий значительных пролетов. Примерами являются покрытия Сенного рынка в Петербурге (1884) пролетом 25 м. Варшавского рынка пролетом 16 м (1891), покрытие Гатчинского вокзала (1890) и др.
