Стальные конструкции в памятниках истории и архитектуры

2 Начало каркасного строительства в Европе — во Франции, Бельгии, Западной Швейцарии (1890—1930гг.)

Франция и Бельгия были первыми европейскими странами, в  которых получили применение конструкции  стального каркаса многоэтажных зданий. Это не случайно — материальные и психологические предпосылки  были здесь особенно благоприятны. Уже на заре строительства с применением  металла Франция оспаривала приоритет  англичан. Первые строительные фермы  из ковкого железа появились во Франции  еще раньше английских чугунных мостов. Соорудив остекленные металлические  своды Орлеанской галереи и ботанического  сада, Фонтэн и Руо создали образцы строительного искусства XIX в.

 К 1860 г. Франция занимала  первое место в строительстве  покрытий больших пролетов и  металлических мостов. Всю свою  жизнь знаменитый инженер Эйфель  посвятил строительству металлических  мостов и других сооружений, которым  немецкие конструкторы противопоставили  свои решетчатые фермы. В итоге  парижских всемирных выставок 1855, 1867 и 1878 гг. был достигнут очередной успех в сооружении стального трехшарнирного свода галереи машин (1889 г.) пролетом 110 м. Этот зал, пожалуй, наиболее внушительный из построенных когда-либо, воз­можно не был бы снесен в 1910 г., если бы его не затмила Эйфелева башня, которая, будучи на первых порах весьма спорной, стала знамением времени и способствовала формированию нового восприятия пространства и структуры художниками и архитекторами.

 Французские архитекторы  по сравнению с архитекторами  других европейских стран издавна  отличались рациональным и ясным  конструктивным мышлением. Французские  архитекторы-теоретики XVIII в. впервые  указывали на рационализм, конструктивную  и формальную логику готических  соборов и с этих позиций  оценивали современные строения. Около 1850 г., когда возрождение  готики достигло в Англии апогея, Виоле ле Дюк создал десятитомный систематизированный научный труд по средневековому строительному искусству и строительной технике «Dictionnaire raisonne». Он сводил все развитие форм к конструктивной необходимости. Для него крестовый ребристый свод, система колонн, нервюр и контрфорсов готических соборов являются завершением длительной эволюции, которая всегда стремилась к все более явному осуществлению каркасного принципа в строительстве сводчатых церковных помещений базиликального типа. «Готические конструкции гениальны»,— писал он в знаменитой статье «Construction». Страстность, с которой Виоле ле Дюк оценивал достижения средневековых мастеров, обращалась против коллег академического направления, которые придерживались идеалов античности и ренессанса и отрицательно или враждебно относились к новым направлениям в строительстве из металла.

 «Римляне конструируют  так, как пчелы строят свои  соты. Это чудесно, но в этом  нет никаких достижений. Соты  времен римлян выглядят точно  так же, как во времена Ноя.  Дайте римскому мастеру чугун,  железо, стекло — он не будет  знать, что с ними делать. Современный  дух совершенно иной ...»— писал  Виоле ле Дюк. Слова «современный» и «готический» он употребляет почти как синонимы.

Здание фирмы «Тассел», построенное в 1892-1893 гг., сразу сделало его архитектор знаменитым. Конфигурация плана, изме няющееся на различных этажах расположи ние помещений не были чем-либо приш ципиально новым для брюссельского город ского дома. Новой была пространственна динамика, взлет и образная сила открыты конструкций в лестничных клетках: опоры решеток ограждения для лестничных площадок, косоуры, вырастающие из чугунных промежуточных столбов, с причудливыми сплетениями стержней.

Удивительно строгое и свежее впечатление производил выстроенный в 1903—1905 гг. архитектором Г. ШеданНом торговый дом на улице Реомюра в Париже. Согласованность элементов фасада и несущих конструкций здесь полная. Впервые в многоэтажном здании — стальной фасад. Именно здесь за 50 лет до новейших крупных построек школы Мис ван дер Роэ был применен как выразительное средство типичный для стали конструктивный элемент — балка со сплошной стенкой.

 Строительство торгового  дома на улице Реомюра подтверждает, что Франция уже тогда была  на правильном пути, принесшем  нашему столетию подлинную архитектуру  металлического строительства и  поставившем ее во главе международного  развития архитектуры. В этот  же период получил развитие  железобетон, который, зародившись  во Франции, оттеснил сталь  в европейских каркасных зданиях  на пять десятилетий. В 1903 г.  А. Перре построил свой знаменитый дом на улице Франклина, 25— первый дом с полным железобетонным каркасом, соответствующий требованиям архитектоники.

После первой мировой войны, когда строительная деятельность вновь  оживилась, строительство и проектирование зданий из металла отступило на задний план. Постоянно усиливавшаяся конкуренция  между сталью и железобетоном  оказала в то же время очень  плодотворное влияние на развитие строительной техники и инженер­ной науки в целом.

 Уже в 20-х годах  металлостроители почувствовали необходимость в совершенствовании конструкций, чтобы для высоких зданий и больших пролетов использовать преимущество стали перед железобетоном. Уровень развития конструкций стального каркаса многоэтажных зданий сделал едва заметный шаг вперед по сравнению с уровнем, достигнутым в Америке около 1900 г. Прежде всего методы расчета стальных конструкций были еще сравнительно мало развиты, каждая балка перекрытия, прогон или стойка рассматривались как самостоятельный элемент и связи между ними принимались шарнирными — старые металлисты сами говорят о «методе кирпича», когда хотят охарактеризовать применявшиеся ими статические методы.

Ажурный силуэт Эйфелевой  башни известен во всем мире. Вот  уже более ста лет она является символом Парижа. Но Эйфелева башня – это еще и символ новой индустриальной эпохи, наглядная иллюстрация небывалых прежде технических возможностей конца XIX в. В 1886 г. в Париже был объявлен конкурс архитектурных проектов для Всемирной выставки 1889 г. По замыслу организаторов, выставка должна была продемонстрировать успехи промышленной революции. Спустя некоторое время организационный комитет уведомил общественность, что среди более чем ста конкурсных проектов имеется и проект башни из стальных конструкций высотой в 1000 футов (304,8 метра).

 Этот проект был  разработан Поставом Эйфелем  еще в конце 1884 г.

Этот символ Парижа задумывался  как временное сооружение — башня  служила входной аркой парижской  Всемирной выставки 1889 года. От планировавшегося сноса (через 20 лет после выставки) башню спасли радиоантенны, установленные  на самом верху, — это была эпоха  внедрения радио. Строительные работы в течение двух лет, двух месяцев и пяти дней (с 28 января 1887 года по 31 марта 1889 года) выполняли 300 рабочих. Рекордным срокам возведения способствовали чертежи чрезвычайно высокого качества с указанием точных размеров более 18 038 металлических деталей, для сборки которых использовали 2,5 млн заклёпок. Чтобы закончить башню в назначенный срок, Эйфель применял, большей частью, заранее изготовленные части. Отверстия для заклепок были просверлены на намеченных местах уже заранее, и две трети от 2,5 млн заклепок были заранее закреплены. Ни одна из заготовленных балок не весила больше 3 тонн, что очень облегчало поднятие металлических частей на предусмотренные места. В начале применялись высокие краны, а когда конструкция переросла их по высоте, работу переняли специально сконструированные Эйфелем мобильные краны. Они двигались по рельсам, проложенным для будущих лифтов. Сложность состояла и в том, что подъемное устройство должно было двигаться вдоль мачт башни по изогнутой траектории с меняющимся радиусом кривизны. 31 марта 1889 года, меньше чем через 26 месяцев после начала рытья котлованов, Эйфель смог пригласить нескольких более-менее физически крепких чиновников к первому подъему на 1 710 ступеней.

Эйфелева башня оставалась самым высоким сооружением в  мире до 1931 г., когда в Нью-Йорке  был построен небоскреб Эйфелева башня оставалась самым высоким сооружением в мире до 1931 г., когда в Нью-Йорке был построен небоскреб Эмпайр Стейт Билдйнг.

3 «Решетчатое строительство» (1940—1955 гг.) и навесные стены

После второй мировой войны  принцип каркасного строительства  быстро получил всеобщее признание  во всех европейских странах. Он стал применяться не только при сооружении административных высотных зданий и  промышленных зданий, но и при строительстве  школ, больниц и т. д. Монолитный способ строительства был оттеснен в  область жилищного строительства, но и там не остался неоспоримым.

Под решетчатым строительством в узком смысле следует понимать строительство каркасных сооружений, фасад которых состоит из равномерной  решетки, или сетки, с выступающими одинаковыми вертикальными и  горизонтальными элементами членения фасада; утопленные окна и подоконные стеновые панели играют во внешнем  облике зданий второстепенную роль. Расстояние между вертикалями составляет, как  правило, от 1,6 до 1,8 м и делает возможной  градацию ширины помещений, кратной  расстоянию между осями. При этом зрительно нельзя установить, где  главные и где второстепенные колонны и как распределяется нагрузка от перекрытий между колоннами; это можно выяснить только по колоннам, расположенным в подвале здания, где до фундамента доходит лишь каждая вторая или третья колонна фасадной решетки. Эта решетка либо опоясывает весь корпус здания, либо заканчивается  на одном из глухих простенков, выступающих перед фасадной стороной.

 Прототип этого вида  каркасного строительства— созданный в 1938 г. X. Сальви-сбергом Белильный двор в Цюрихе. В 40-х годах был построен ряд деловых домов, расположенных поблизости и имевших такое единообразие фасадных структур, что пытались говорить по аналогии с чикагской школой о «цюрихской школе».

Действительно, решетчатые фасады стали применять в Скандинавии  и Италии еще раньше или одновременно с ФРГ. Зародыш, из которого выросли  эти решения, можно ясно увидеть  в «Блейхерхофе» — синтезе зданий «Колумбус-хауз» в Берлине.

Недостатки решетчатой схемы, убожество выразительных средств, недостаток пластических и графических  качеств.

Среди наиболее значительных немецких решетчатых сооружений 50-х  годов имеется несколько, в которых  успешно был применен стальной каркас. Строительство зданий акционерного общества «Континенталь Гуммиверк» в Ганновере архитектора Цинсера в 1952 г. привлекло международное внимание. Архитектор сумел избежать монотонности, присущей решетчатой схеме, дифференцированным формированием верхних завершающих частей зда­ний. По внешнему виду зданий нельзя уверенно определить, какой каркас в них применен — стальной или железобетонный.

В конце 50-х годов проявилось тяготение к стилю «стена-экран» или навесной стены из стекла и  металла, которая к тому времени  завоевала признание в США  и начала проникать во все страны. Этот стиль нельзя безоговорочно считать импортируемым из США, он имеет и европейскую линию развития, в которой постепенно осуществлялся переход от обычного заполнения несущего сетчатого каркаса к фасаду-экрану. Решетка фасада была взломана и расширена, вертикальное членение несущих колонн ограничено. Расширяющиеся простенки, подоконные участки стен и окна заполнялись материалами, применяемыми в наружных стенах многоэтажных зданий, — металлом и стеклом, деревом и стеклом или другими комбинациями, как, например, уже в 1931 г. в «Мезон Кларте». Ле Корбюзье в 1932 г. зданием «Сите де Рефюж» в Париже предвосхитил будущее направление; вертикальные элементы отступили за фасад, от несущего каркаса остались видными лишь полосы перекрытий; фасадные элементы превращены в горизонтальные полосы. Все это было преддверием нового стиля с применением навесных стен, при котором несущий каркас полностью скрыт навесным фасадом. Применение навесных стен означало новый период в развитии каркасного строительства. Однако навесная стена — не единственная возможность развития, она представляет со­бой только дальнейший шаг в расширении конструктивных и творческих возможностей архитектуры.

Сильное впечатление производил проект двух высотных жилых домов Мис ван дер Роэ на Лейк-Шор-Драйв в Чикаго (1949—1950 гг.). В плане оба здания имеют классические пропорции (3:5), несущие колонны стального каркаса установлены по квадратной сетке с шагом 6,4 м. Стальной каркас выявлен искусным приемом: колонны из широкополочных двутавров обетонированы до квадратного сечения, которое в свою очередь охвачено оцинкованными и сварЕННыми между собой стальными листами. Они не только образуют металлическую облицовку, но и дополнительно повышают жесткость стального каркаса и уменьшают колебания здания при ветровой нагрузке. Торцы перекрытий также обшиты стальными листами. Основная структура фасадной плоскости закрыта выступающей вперед системой вертикального членения с второстепенными колоннами, проходящими через все верхние этажи. Четыре второстепенные колонны приходятся на одну основную колонну; их интервал 1,6 м является модулем, определяющим ширину окон и ритм простенков. Второстепенные колонны оставлены без огнезащитной оболочки, так как они не несут нагрузки и стоят за пределами фасада; они воспринимают только ветровое давление и служат для укрепления алюминиевых профилей, которые окаймляют глухое остекление.

Навесная стена представляет собой легкую стеновую конструкцию, укрепленную перед несущим каркасом и состоящую из заранее заготовленных, унифицированных элементов высотой  в один этаж или более, которые  выполняют все функции наружного  ограждения. Преимущества этой системы  очевидны: выигрыш в объеме помещения, уменьшение веса здания, ускорение  и рационализация строительного  процесса и не в последнюю очередь  парад­ность и блеск, который исходит от стекла и металла, создавая впечатление современного решения фасадов. Закономерность и высокая архитектоничность металлических фасадов Мис ван дер Роэ служат если не образцом, то мерилом для лучших решений высотных зданий.

 Однако жилые дома  на Лейк-Шор-Драйв и комплекса «Комонуэлс» представляют с конструктивной точки зрения лишь небольшой шаг в развитии идеи навесных стен. В США, так же как и в Европе, применение навесных стен имело свои этапы развития. Можно было бы назвать различные переходные стадии, например плоский фасад из алюминия и стекла с хорошими пропорциями «Эквитейбл-билдинг» в Портленде (штат Орегон) (архит. П. Бел-луши, 1948 г.).

 Американскими высотными  домами, с которых началась эра  применения навесных стен, были  «Алкоа-билдинг» в Пит-тсбурге архитекторов Гаррисона и Абрамо-вица и «Левер-хауз» в Нью-Йорке архитекторов Скидмора, Оуингса и Мерилла. Оба здания выстроены примерно одновременно вскоре после зданий на Лейк-Шор-Драйв. В конструкции стального каркаса высотного дома «Алкоа» впервые применены металлические крупные панели перекрытий и, таким образом, создана чисто металлическая конструкция здания. фасад здания «Алкоа» представляет собой прототип панельного способа строительства: в нем применены панели высотой в один этаж из алюминиевого листа, имеюще­го для жесткости по краям профилированную окантовку, которая одновременно служит для соединения элементов друг с другом и для прикрепления их к металлическому каркасу.