История металлоконструкций

Металлы использовались в строительстве с незапамятных времён: для фиксации плит и облицовки, обработки поверхностей, создания декоративных элементов, производства красок — и со многими другими целями. Однако в качестве полноценных строительных конструкций металл (преимущественно железо, а затем и сталь) стал применяться лишь в Средние века. Историю металлоконструкций в строительстве осветит «Моспроекткомплекс».

Металлоконструкции: первые изобретения и шедевры архитектуры

Изначально строительным конструкциям из металла предстояло решить одну конкретную задачу: восприятие нагрузок, создаваемых распорами сводов храмов и дворцов. Металлические элементы, в отличие от каменных и деревянных, обладают необходимой пластичностью — и уже с XII века активно используются в строительстве в качестве скреп-затяжек. Примерами применения металлоконструкций в средневековом строительстве являются:

• Владимирский Успенский собор 1158 года.

• Московский Архангельский собор 1506 года.

• Храм Василия Блаженного 1561 года.

Помимо собственно затяжек, архитекторами итальянского происхождения, в частности, Аристотелем Фиораванти, постепенно вводились в жизнь новые виды металлических конструкций: балки квадратного и прямоугольного сечения, а также стропила.

Усложнение металлоконструкций: переход к Новому времени

Многократно убедившись в надёжности металлических конструкций, архитекторы стали использовать их для создания более сложных пространственных элементов: расположенных под углом к воспринимаемой нагрузке стропил и целых купольных каркасов-«корзин». Последние собирались из обработанных ковкой брусков, а для соединения на стыках использовался метод горновой сварки. Разумеется, на высокую скорость работы в таких условиях рассчитывать не приходилось — зато прочные и тяжёлые металлоконструкции помогли сохраниться до наших дней таким чудесам архитектуры, как:

• Колокольня Ивана Великого 1603 года.

• Большой Кремлёвский дворец 1640 года.

• Трапезная Загорского Троице-Сергиевского монастыря 1698 года.

«Корзиночная» технология не утратила популярности и в дальнейшем — так, именно с её помощью был построен расположенный в Петербурге Казанский собор с 15-метровым пролётом купола.

Металлоконструкции в эпоху промышленной революции

Начиная с XVIII века ассортимент строительных материалов обогатился литым чугуном; первые опыты в этом направлении были произведены в Великобритании, а уже в 1725 году в России появились первые чугунные металлоконструкции — в составе Невьянской башни, построенной по приказу уральского промышленника Акинфия Демидова.

В начале 1780-х годов в Соединённом Королевстве начинают строиться полностью чугунные мосты; в том же десятилетии они появляются и в России — даже раньше, чем в странах континентальной Европы.

Не остаются без внимания инженеров нового поколения и металлоконструкции-перекрытия:

• В 1786 году на основе чугунные перекрытия используются в строительстве парижского театра «Комеди Франсез». 

• В 1837 году с использованием полуферм, скреплённых металлическими затяжками, было восстановлено здание Зимнего дворца, почти уничтоженное сильнейшим пожаром. 

• В 1846 году для возведения санкт-петербургской Биржи Калашникова было использовано более 900 ферм стропильного типа, вылитых из чугуна.

В то же время появляются металлоконструкции сложного профиля: швеллерные и уголковые. Изготавливались они методом сгибания: прогретую до нужной температуры металлическую полосу помещали в станок-«жом», позволявший получать профиль достаточно точной геометрии.

В числе прочих достижений инженерной мысли в области металлоконструкций необходимо отметить:

• Прокатку, постепенно сменившую обработку металлических элементах в «жомах».

• Пудлинговую выплавку, значительно более дешёвую и быструю, чем ранее существовавшие методы.

• Бойковую пробивку отверстий в сплошном металле, разработанную и впервые опробованную тульскими мастеровыми.

• Заклёпочные соединения, о необходимости которых говорил ещё живший в XVIII веке архитектор Казаков).

Несмотря на заметное развитие металлоконструкций, в России и мире вплоть до середины XIX века наибольшую популярность сохраняло каменное, кирпичное и деревянное строительство. Ситуация изменилась с приходом нового времени — о чём мы и расскажем дальше.

Прогресс металлоконструкций до Первой Мировой войны

В 1880-х годах на смену пудлинговой технологии пришла выплавка чугуна в мартеновских печах. Несколькими десятилетиями раньше в металлопромышленность вошли станки для изготовления металлического профиля и листового материала, а также окончательно утвердились на своём месте заклёпки — почти на столетие вперёд они стали практически единственным способом соединения металлических конструкций друг с другом.

Одним из важнейших прорывов в изготовлении металлоконструкций явилось производство стали — неизмеримо более вариативного сплава, чем чугун. Сталь лучше поддавалась обработке, прекрасно выдерживала нагрузки на растяжение — и уступала чугуну разве что в сопротивляемости сжимающим усилиям.

Вместе со сталью в строительное дело входят ажурные рамно-арочные металлоконструкции, собираемые при помощи заклёпок и позволяющие создавать длинные пролёты:

• 25 метров — в покрытии Сенного рынка 1884 года.

• 19 метров — в покрытии Гатчинского вокзала 1890 года.

• 16 метров — в покрытии Варшавского рынка 1891 года.

Среди зарубежных архитектурных чудес, строительство которых было бы невозможно без применения металлических конструкций, можно назвать лондонский Хрустальный дворец, павильоны Парижских выставок с длинами пролётов, иногда превышающими 100 метров, — и, конечно, открытую в 1889 году Эйфелеву башню, целиком собранную из стальных элементов.

Металлоконструкции: новейшее время

С окончанием Первой Мировой войны эволюция металлических конструкций продолжается ускоренными темпами — как на Западе, так и в СССР. Новые технологии привели к появлению легированных сталей, благодаря повышенной прочности заменивших в некоторых отраслях промышленности малоуглеродистые аналоги. Переход от заклёпок к сварке позволил выполнять соединения самых сложных конфигураций — со значительно большей скоростью. 

Одним из самых значимых событий в современном строительстве стал переход к металлокаркасу идейному продолжению «корзинки» и рамно-арочных конструкций. Металлические каркасы, изготовленные по большей части из низколегированных сталей, использовались для возведения:

• Нью-йоркских и чикагских небоскрёбов, включая «Вулворт-билдинг» (1913 год), «Трамп-билдинг» (1930 год), «Питтсфилд-билдинг» (1927 год) и «Палмолив-билдинг» (1929 год).

• Сталинских высоток — «семи сестёр», в числе которых здание МИДа (1953 год) и гостиница «Ленинградская» (1954 год).

Нельзя не отметить и знаменитую Шуховскую башню 1922 года постройки — 160-метровое ажурное сооружение, всё состоящее из металлоконструкций.

В настоящее время металлические конструкции активно применяются в строительстве; появляются новые марки стали, новые методики расчёта прочности, а значит, в мире будут возводиться всё более впечатляющие произведения архитектуры, красивые, вызывающие — и просто полезные.

Больше интересных статей о проектировании и строительстве вы найдёте в блоге «Моспроекткомплекса». Возвращайтесь за новым чтением каждый день — нам всегда есть что предложить!