Реферат: Стальные конструкции - столетие каркасного строительства из стали

Две стойки над опорами моста несколь­ко выступают за линию колонн, в осталь­ном же весь фасад ровный при незначи­тельной толщине кирпичного заполнения. Формат окон точно определен диагоналя­ми ромбической сетки связей.

Строительство фабрики Менье пред­восхитило различные структурные элемен­ты современного каркасного строитель­ства: свободно висящие углы, диагональ­ная сетка раскосов, которые играют столь значительную роль в установленных снару­жи ветровых связях небоскребов и вкаркасах мостовых строений. С другой стороны, конструкция каркаса создана по аналогии со средневековыми построй­ками с деревянным фахверком, что служит блестящим подтверждением учения Виоле ле Дюка, о котором еще пойдет речь. Строительная система Солнье все же не нашла непосредственного и серь­езного подражания. Развитие металличес­ких каркасов требовало новых конструк­тивных решений; такое развитие началось в Чикаго около 1880 г.

Чикагская архитектурная школа (1880—1910 гг.)

Скромный поселок первых переселен­цев у впадения р. Чикаго в оз. Мичиган получил в 1830 г. статус города. В 1871 г. численность населения в нем достигла 30 тыс. человек. Город состоял почти из одних деревянных домов, выполненных в конструктивном стиле «baloonframe», который и теперь применяется в США. Пожаром 1871 г. город был почти пол­ностью уничтожен; восстановление продвигалось вначале неравномерно. Около 1880 г. начинается беспримерный подъем строительной деятельности.

Освоение Среднего Запада, развитие железнодорожной сети и водных путей, реализация полезных ископаемых сделали Чикаго крупнейшим промышленным цент­ром, величайшим хлебным рынком мира, основным пунктом торговли лесом и пи­щевой промышленности, центром машино­строения и инструментальной промышлен­ности. Строительная индустрия едва могла успеть за неравномерно возрастающей потребностью в служебных помещениях; складах и магазинах: стремительно росли цены на основные товары, резко уплотня­лась внутриквартальная застройка, высо­кие дома перерастали в небоскребы. Лишь благодаря стальному каркасному строи­тельству стало возможным экономно использовать земельные участки и пло­щадь застройки, а также повысить темпы строительства. Уже около 1895 г. новый метод строительства стал обычным во всех крупных американских городах, но в Чикаго к тому времени высотных домов с металлическими каркасами было боль­ше, чем во всех других американских городах, вместе взятых.

Были и другие предпосылки, которые вынуждали обращаться к каркасному строительству. Прежде всего топогра­фическая ситуация, которая вместе с трудностями развития транспорта дли­тельное время препятствовала расшире­нию административного центра Чикаго. Большое значение придавалось свободной «открытой» планировке города с возмож­ностью ее изменения в дальнейшем; раз­личные ранее построенные каркасные зда­ния превращались из складов в учреждения и наоборот. Уже тогда предусматривали возможность надстройки зданий и часто осуществляли ее.

Но высотные административные здания оказались бы непрактичными, если бы их не оснастили необходимой техникой. Важ­нейшим условием было устройство пасса­жирских лифтов. Первый подъемник скон­струировал Е. Г. Отис, продемонстрировав­ший его на выставке 1853 г. в «Хрустальном дворце»; первый лифт он применил в 1857 г. в одном из магазинов на Бродвее. Начиная с этого момента, Нью-Йорк приоб­рел первенство в строительстве высотных домов и завоевал славу сооружением в середине 70-х годов XIX в. первых девяти — десятиэтажных административных зданий. В этот период, когда электричество стало вытеснять пар, развиваются и другие виды оборудования зданий — телефон, пневма­тическая почта, центральное отопление и вентиляция. За техническими достижениями нельзя было забывать о моральных прин­ципах, положенных в основу первых совре­менных каркасных зданий Чикаго. Это неистребимый дух пионеров, вдохновляющий архитекторов и придающий их строе­ниям своеобразную силу, свежесть м самостоятельность архитектурных решений.

Основателем Чикагской архитектурно школы и ее главой является Уильям Джен­ни. В 1868 г. он открывает в Чикаго архитек­турную мастерскую; успех пришел к нем] после постройки в 1879 г. «Лайтер-билдинг I». Это сооружение по своей архитек­туре напоминает древнеримские здания. Конструктивно это пятиэтажное здание, поз­же надстроенное двумя этажами, может быть отнесено к смешанному строитель­ству: деревянные балки на кованых желез­ных прогонах, опертых на внутренние чу­гунные колонны, и расположенные по пери­метру кирпичные колонны. Новыми здесь являются смелая стройность наружных ко­лонн, большая ширина оконных проема и кованые металлические балки, использо­ванные как перемычки и одновременно каа крайние прогоны и рандбалки. Кирпичная кладка усилена внутренним металлическим каркасом, что отчетливо выражено в кон­струкциях главных балок и в капителях колонн. Еще более прогрессивен план «Лайтер-билдинг I»; здесь проявляютсячеткость конструктивной сетки и свобода планировки, а расход строительных материа­лов сокращен настолько, что не превышает расхода материалов на современное кар­касное строительство из железобетона. Это становится еще более ясным при сравнении с планом «Монаднок-билдинг» (1891 г.), последнего высотного здания с несущими монолитными стенами в США.

В следующем крупном сооружении Дженни — здании страховой компании (1883—1885 гг.) — в каркас наружных стен были включены стальные стойки. В фасаде этого здания нет единства и структурной ясности, присущих зданию «Лайтер-билдинг I»; сильно подчеркнутый цокольный этаж, завершающий полуциркульные арки в верхних этажах и увенчивающая основ­ной карниз баллюстрада — все эти эклекти­ческие мотивы противоречат характеру каркасного строительства.

Основные постройки Дженни — «Фэйр-билдинг» (1891 г.) и «Лайтер-билдинг II» (1 889 г.) — более современны. Исторические отголоски сведены до минимума: в фасаде видны лишь легкие профили баз колонн и их капителей, которые служат для того, чтобы зрительно превратить колонны в пилястры; можно было бы отчетливо пред­ставить себе эти колонны и без украшения. Глядя на них, кажется, что сам Дженни с большим удовольствием исключил бы этот декор. Оба эти здания имеют полный сталь­ной каркас; кирпичная кладка выполняет только роль облицовки стальных колонн.

Последовательное превращение ограж­дающей стены в несущий металлический каркас было впервые осуществлено Хола-бердом и Рошем в «Такома-билдинг» высо­той 14 этажей. Здание, построенное в 1884 г., сейчас, к сожалению, снесено. В нем было применено сплошное остекление в эркерах, идущих сверху до низу,— мотив, перешед­ший за рубеж столетия. В своей важнейшей постройке — торговом здании «Маркет-билдинг» (1894 г.) — Холаберд и Рош очень близко подошли к четкому горизонтально­му и вертикальному членению, примененно­му в «Фэйр-билдинг» и «Лайтер-билдинг II», и даже превзошли их в сокращении деко­ративных элементов.

Работы чикагских мастеров не следует оценивать с точки зрения современных представлений о каркасном строительстве. Строители не ставили перед собой цели развивать новую архитектуру — их задачей было возводить высотные дома наиболее совершенным методом. Насколько широко при этом они могли использовать архитек­турные стили своего времени, зависело в значительной мере от требований заказ­чика. Они не нашли бы даже времени, чтобы теоретически обосновать архитектонику своих зданий.

Наиболее ярко выражен дух чикагской школы в «Релайнс-билдинг» и «Монаднок-билдинг». «Релайнс-билдинг» заслуживаетвысокой оценки. Здание отличается строй­ностью членений фасада и максимальным остеклением. Каркас здания четко выявлен. Эркерные окна здесь вдвое шире, но зна­чительно более плоские, чем в ранее пост­роенных зданиях. Они не воспринимаются как декоративное дополнение, а органи­чески объединяются со структурой складча­того фасада. При этом сами несущие кон­струкции на фасаде закрыты — каждый вы­ступ фасада охватывает три стойки наруж­ной стены металлического каркаса, благода­ря чему средняя стойка скрыта 'за плос­костью окон, а обе крайние наполовину закрыты оконными коробками. Несущие элементы заметны только в углах и в ниж­них этажах. «Релайнс-билдинг» имел перво­начально только пять этажей и был надстро­ен в дальнейшем десятью этажами.

Настоящий прогресс сказался в архитек­туре «открытых форм», проповедовавшей массовое применение одинаковых типовых деталей,— принцип, который для боль­шепролетного строительства уже воплотился Пакстоном в проекте «Хрустального двор­ца» — скорее в результате случая, чем творческого поиска.

«Монаднок-билдинг» — оригинальней­шее из всех сооружений Чикаго, оно не имеет металлического каркаса; это настоя­щее массивное здание — высочайшая по­стройка своего времени с несущими кир­пичными стенами. Консервативные заказ­чики отклонили первые эскизы металличес­кого каркаса с терракотовой облицовкой фирмы «Бернхейм, Рут» и настояли на строительстве чисто кирпичного здания. Рут постепенно заинтересовался кирпичной коробкой и с увлечением приступил к ра­боте. Интенсивное закругление, с которого начинается наружная стена над далеко выступающим цокольным этажом и которая соответствует мягкому, взлетающему вверх выступу, и в дополнение ко всему— закруг­ление углов — все это придает каркасу здания динамику и усиливает впечатление огромной несущей способности, которое внушают и глубоко врезанные оконные проемы.

С помощью эркерных окон, размещен­ных по каждой третьей оси, Рут вводил в фасад стальной каркас, уменьшая тем самым строительную массу и устанавливая связь с окружающими зданиями так, что на первый взгляд даже не чувствовалось корен­ной разницы в их структуре.

Возведенные к тому времени сооруже­ния дают слабое представление о развитии стальных конструкций. Специальные публи­кации исчерпывались появившейся в 1901 г . в Нью-Йорке работой Дж. К Фрейтага «Ар­хитектурная инженерия» («ArchitecturalEngineering»), которая ставила перед собой примерно такую же задачу, как и настоящая книга. То, что инженеры играли в американ­ском высотном строительстве важную роль, следует уже из заглавия, которое означалоприменение инженерных методов в плани­ровке зданий и проектировании строитель­ных конструкций.

Фрейтаг установил ■ чикагских конструк­циях два типа, две ступени развития. Преж­де всего основанная Дженни, созревшая в «Такома-билдинг» конструкция несущего каркаса, воспринимающего все нагрузки от перекрытий, крыши и стен и передающего их на фундаменты колонн и неполный кар­кас с передачей горизонтальных усилий на кирпичную кладку стен. Неполный каркас вскоре был вытеснен новым конструктивным типом, названным «клеткой» (Cage»). Здесь несущий каркас обладает горизонтальной жесткостью; ветровые связи относятся к общим элементам стального каркаса. Бла­годаря независимости несущего каркаса от стен, являющихся только ограждающими конструкциями, стали возможным создание сплошного остекления, замена внутренних стен перегородками и уменьшение толщины стен. Появилась возможность значительно ускорить ход строительства — теперь мож­но было производить заполнение или обли­цовку наружных стен одновременно в нескольких этажах.

Значительное внимание в работе Фрей-тага уделено огнезащите. Для инженеров и архитекторов Чикаго проверка на огне­стойкость была первоочередной задачей; ужас пожарной катастрофы 1871 г. долго не забывался. Фрейтаг приводит статисти­ческие материалы о погибших при пожарах,он описывает опыт, который был накоплен при пожарах высотных домов с металли­ческим каркасом в 90-х годах и кратко характеризует мероприятия по покрытию огнезащитной оболочкой стальных несу­щих элементов.

Ветровые связи трех еще и сегодня применяемых типов были введены в прак­тику уже в 90-х годах:

1)ветровые связи в виде перекрещивающихся диагональных круглых стержней;

2)порталы и ветровые рамы — там, где для размещения крестовых ветровых связей не было глухих стеновых плоскостей;

3)решетчатые балки или балки фахверка с возможно большей высотой, жестко связанные с несущими колоннами в виде рам.

Устройство фундаментов в каркасном строительстве представляло третью пробле­му, для решения которой требовалось из­менение знакомых уже основных форм. Чикаго принадлежала ведущая роль в раз­витии сплошных оснований по типу «плаваю­щего фундамента», что было обусловлено строением почвы: мощный слой пластичной глины, на котором по всей площади фунда­мента происходила равномерная осадка. Обычные типы фундаментов под массивные несущие стены с крутыми уступами, очень глубокими из-за необходимости расширения основания, нельзя было перенести на от­дельно стоящие фундаменты каркасных высотных зданий. Огромные массивные пи­рамиды под тяжелые колонны отнимали бы много места в подвальных этажах либо, если бы они располагались глубже, требовали дополнительных расходов и значительно усложняли работу. Поэтому на бетонные плиты основания вместо уступов из кирпич­ной кладки стали укладывать железнодо­рожные рельсы в несколько слоев, которые потом послойно обетонировались; таким способом можно было значительно умень­шить высоту фундаментов. Рельсы были впоследствии заменены двутавровыми бал­ками. При возрастающем числе этажей не­сколько колонн стали устанавливать на общий ростверк, а их основание выполнять в виде сплошной фундаментной плиты.

Свайные основания с момента возник­новения каркасного строительства получили сравнительно небольшое развитие; они имели преимущества при опирании на скаль­ные грунты в условиях Нью-Йорка и Бостона. При деревянных сваях возникала проблема снижения уровня грунтовой воды, разру­шавшей деревянные сваи.

Здание «Парк Роу билдинг» в Нью-Йорке, которое около 1900 г. было высочайшим зданием в мире (36 этажей), поставлено на деревянные сваи. Кессонное основание при­менялось в особо тяжелых почвенных усло­виях. Этот тип оснований, опробованный в строительстве железнодорожных мостов, получил дальнейшее развитие в Нью-Йорке при строительстве высотных зданий со стальным каркасом.

Буффало. «Гэранти – билдинг» ,1895г. Прокатные балки из ковкого железа были в 1885 г. заменены прокатными балками из литой стали, изготовленными в США «Карнеги Стил компании. С этого времени перестали применять и чугунные колонны, на смену которым пришли стандартные про­фили или квадратные коробчатые сечения из прокатной стали. Болты как средство соединения стали вытесняться заклепками. Таким образом, на рубеже двух столетий были разработаны все основные конструк­тивные элементы, необходимые для следую­щего этапа развития каркасного строитель­ства.

Для архитекторов представляют особый интерес проблемы обработки фасадов, которые принесло с собой строительство с применением стальных каркасов. Прежде всего изменилась конструкция окон, кото­рые стали непривычно большой ширины. Вначале три или четыре вертикальных раз­движных окна соединялись в одном проеме. В дальнейшем из этого решения развилось типичное «чикагское остекление»: в середи­не нерасчлененное, глухое остекление, а сбоку две более узкие боковые створки. Так же остекление стало использоваться и для устройства временных перегородок.

Особенно важны в обработке фасадов детали перемычек между окнами двух соседних этажей. С переходом к конструк­циям системы «кейдж» оконные перемычки.рандбалки и подоконники были объединены а одно целое. Такие оконные секции кажут­ся нам курьезными из-за смешения сталь­ных конструкций и классических деталей фасада, но конструктивные проблемы и вопросы строительной физики здесь тща­тельно продуманы, в том числе колебания температуры стальных колонн, разгрузка оконных конструкций, выравнивание осадки облицовки фасада и устройство каменной кладки.