Строительные идеи в металле

Сначала в строительстве использовались отдельные металлические конструкции и лишь появление в XIX в. новых строительных материалов - стали, стекла, железобетона привело к коренному изменению конструктивных форм зданий. В Европе и Америке появились сооружения - настоящие шедевры строительного и инженерного искусства.

203 мм. Гаубица. Многоствольная реактивная установка

Одним из ранних и замечательных сооружений, выполненных из чугуна и железа, по праву считается стеклянный дворец "Кристалл-палас". Сооружение его было приурочено ко Всемирной выставке в Лондоне в 1851 г. На конкурс было представлено 240 проектов главного корпуса выставки, но все они были отклонены, ибо не удовлетворяли основным усло-виям - дешевизне и новизне решения. Приняли 241-й проект садовника Ж. Пэкстона, который до этого специализировался на постройке оранжерей.

Главное здание выставки длиной 563 м и шириной 124,5 м заняло в Гайд-парке огромную площадь в 69 тыс. м². Только при помощи металлических конструкций и можно было построить такое громадное здание: поверхность остекления в нем была 81 тыс. м² и намного превышала площадь, занимаемую зданием. Стекла крыши для предохранения от града были покрыты холстом и это послужило поводом для названия здания - "Хрустальный дворец".

Сочетание металла и стекла открыло новую эпоху в строительстве. Архитекторы и инженеры нашли широкое поле для совместной творческой деятельности. Отныне многие крупные торговые здания в Европе и Америке стали строиться по образцу "Кристалл-паласа".

Примером может служить старейший парижский универмаг "Бон Марше", построенный в 1876 г. Здание представляет собой смело рассчитанную каркасную железную конструкцию. Фасад магазина - обычное бессмысленное нагромождение пилястр, колонн, арок и пошлой декоративной лепнины. Эмиль Золя, описывая гигантский универмаг "Дамское счастье", имел в виду "Бон Марше". Вот как он отмечает особенности архитектуры огромного здания-рынка: "Это напоминало вокзал, обрамленный перилами этажей, перерезанный висячими лестницами и пересеченный воздушными мостами. Железные лестницы в два оборота, смело извиваясь, пестрели площадками; железные мостики, переброшенные в пространстве, вытягивались в вышине прямыми линиями; при матовом свете, лившемся через стеклянную крышу, все это железо превращалось в легкую архитектурную затею, в сложное кружево, пронизанное светом, в современное воплощение сказочного дворца, в вавилонскую башню с наслоениями этажей, с широким простором зал, с видом на необъятные просторы других этажей и других зал. Действительно, железо царило всюду, молодой архитектор смело и откровенно не прикрыл его даже слоем краски, не пожелав придать ему видимость дерева или камня... лестницы с перилами, обитыми красным бархатом, были отделаны резным полированным железом, блестевшим как стальные латы".

В России тоже было построено немало общественных зданий с оригинальным инженерным решением по применению металлических конструкций. Из них наиболее значительной и прогрессивной конструкцией, смело сочетающей инженерное решение с архитектурной композицией, выполненной из чугуна и желе-за, явилось строение купола Исаакиевского собора в Петербурге, сооруженного по проекту архитектора А. Монферрана в 1818-1858 гг.

По первоначальному замыслу купол предполагалось выложить из кирпича, как в лондонском соборе Св. Петра, возведенном в конце XVII в. Но Монферран в последний момент отказался от кирпича и, проявив незаурядную изобретательность, предложил выполнить конструкцию купола в чугуне и железе. Строительная техника того времени не знала подобных конструкций. Автор проекта в целях создания более долговечного, легкого и дешевого купола предложил коническую и сферическую часть покрытия диаметром 22,15 м, имеющим в основании общие опоры, сделать из 24 чугунных ребер. Постройка купола была закончена в 1842 г.

Эйфелева башня

Столетие французской революции 1789 г. было решено отметить Всемирной выставкой в Париже. В 1885 г. был объявлен конкурс на лучший проект сооружения, которое явилось бы эмблемой всей выставки. Жюри получило 700 проектов. На рассмотрение оставили лишь 18.

Самый смелый проект, грандиозное сооружение в виде металлической башни высотой 300 м представил инженер Густав Эйфель (1832-1923 гг.). Однако проект даже известного в то время инженера-строителя вначале был признан неосуществимым, бесполезным и безрассудным. А ведь Эйфель к тому времени имел немалый опыт. Он построил ряд мостов, виадуков и других сооружений, широко используя при этом металлические конструкции.

Строительные идеи в металле

Его называли "королем металлической арматуры".

Эйфель отстоял свой проект, доказал его реальность-Металлическая башня была задумана конструктором как символ XIX столетия - века железных дорог, гигантских стальных мостов, доменных печей. Над ним в конторе Эйфеля работало 400 человек.

В конце января 1887 г. на Марсовом поле начались земляные работы по устройству основания башни. Но это было необычное строительство. Оно велось под охраной полиции! Дело в том, что толпы разгневанных парижан приходили на Марсово поле и высказывали свое возмущение. Им казалось, что эта башня испортит вид прославленного города. Сорок видных представителей французской интеллигенции выступили в прессе с письмом-протестом. Среди подписавших это гневное письмо были композитор Шарль Гуно, писатели Ги де Мопассан, Александр Дюма и др.

Однако и у Эйфеля были сторонники. Писатель Эмиль Золя одобрял и поддерживал строительство золотисто-серебряной Эйфелевой башни.

Между тем башня росла. Строители работали по 10-11 ч в сутки. Большинство работ выполнялось вручную. Но здесь впервые использовались и некоторые технические новинки. Большие детали башни изготовлялись на заводе и собирались на стройке при помощи паровых кранов, расположенных на разных горизонтах. Так детали и передавались от крана к крану, все выше и выше. Строительство продолжалось два года, два месяца и два дня.

В законченном виде башня явилась колоссальным сооружением из металла высотой 300 м (теперешняя высота башни вместе с надстройками 326 м). На ее сооружение потребовалось 15 тысяч стальных деталей, два с половиной миллиона болтов. Ее масса составляла 7500 т, из них 7000 т приходилось на металлическую часть. Она была построена так прочно, что колебания верхней ее части во время сильного ветра не превышали 15 см.

15 мая в 11 ч. 30 мин. открылся публичный доступ на башню. Надежды Эйфеля оправдались полностью. Сооружение завоевало сердца парижан. Башня, как символ Франции, стала украшать первые страницы путеводителей по стране, официальные документы, почтовые марки и открытки.

Башня Эйфеля явилась настолько смелым инженерным решением, что многие техники того времени не принимали ее всерьез. Один из них писал: "Эйфелева башня, по замыслу, представляет спекулятивный каприз промышленности".

Действительно, башня строилась с рекламными целями и служила в основном для получения прибыли - к концу выставки сбор от входной платы на башню перекрыл все расходы на постройку, достигавшие 5 млн. франков. Однако ее сооружение явилось поучительным примером продуманности и организованности всего строительства. В арсенал строительной техники прочно вошли металлические конструкции.

Башня по-прежнему остается одним из самых смелых и прогрессивных созданий инженерной мысли, до сих пор вызывая сильное впечатление высотой, ажурной ясностью конструкций, стремительным взлетом всего силуэта.

В первые годы своего существования башня не имела практического применения. Но с развитием радио, телевидения башня превратилась в прекрасную антенну. В конце прошлого века с нее проводились первые во Франции радиопередачи.

В 1909 г. были попытки демонтировать сооружение. Но башню оставили. Во время первой мировой войны благодаря антенне на вершине башни было перехвачено важное сообщение врага, что способствовало победе французов в сражении на Марне. Париж спас свою башню, а башня спасла Париж.

Радио Эйфелевой башни в 1922 г. передало первый концерт. Через три года Э. Белен проводил здесь свои эксперименты по телевидению.

Американские газеты в 1928 г. сообщили, будто бы знаменитая башня насквозь проржавела и грозит обвалиться, вследствие чего ее придется сломать. Пришлось срочно организовать обследование башни. Было установлено, что о ржавлении не может идти и речи: башня обладает поистине железным здоровьем. Ее конструкции покрыты плотным и прочным слоем краски, который защищает металл от влияния окружающего воздуха. Башню красят каждые семь лет, расходуя при этом по 40 т краски.

Однако ведутся поиски еще более надежных покрытий, ибо на процесс коррозии башни влияет рост автомобильного движения в Париже. Некоторые скептики даже высказывают мнение, что лет через тридцать конструкции башни превратятся в порошок. К городским властям поступают предложения продать башню на металлолом. Оптимисты же готовы мобилизовать все силы для сохранения уникального сооружения. Для изучения процессов коррозии используются новейшие методы и приборы. Башня уже сейчас окрашивается наиболее стойкими красками. Большие надежды возлагаются на полимерные покрытия.

Башня продолжает свою жизнь. Теперь на ее вершине размещаются радио- и телеантенны, прожектор, метеорологические приборы, измерители радиоактивности и атмосферного загрязнения. Эйфелева башня и сейчас одно из самых выдающихся сооружений во славу железа как строительного материала. Она, утверждают французские специалисты, находится в удовлетворительном состоянии и способна простоять еще столетие.

Небоскребы

Опыт строительства Эйфелевой башни использовали в создании американских небоскребов. Большой чикагский пожар в 70-х годах прошлого века дал толчок к появлению несгораемых домов с железным каркасом - первые такие дома появились в 1874 г.

Полагают, что первый в мире небоскреб был построен в 1885 г. в Чикаго. Здание со стальным каркасом в то время считалось гигантским - в нем было девять этажей. Но рекорд недолго продержался. Дом высотой в 20 этажей построили в Чикаго в 1893 г. В Нью-Йорке появилось здание высотой в 30 этажей в 1902 г., а спустя пять лет, там же соорудили 47-этажное здание фирмы "Зингер", в 1910-1913 гг. возвели здание в 55 этажей.

Строится небоскреб

Первенство среди всех высоких зданий долго держал небоскреб "Эмпайр Стейтс Билдинг". "Великая леди Манхэттена", как шутливо называют небоскреб жители Нью-Йорка, занимает целый квартал в центральном районе города - Манхэттене, имеет общую высоту 381 м, считая венчающую ее радиотелевизионную мачту. Постройка продолжалась всего 19 месяцев, включая разборку 15-этажного здания, стоявшего ранее на участке. Монтаж стального каркаса массой 60 000 т продолжался всего шесть месяцев. Первого мая 1931 г., в день торжественного открытия здания, президент США Гувер, нажав кнопку в Вашингтоне, включил все огни "Эмпайр Стейтс Билдинг", превратив его в гигантскую сияющую колонну высотой в 102 этажа.

Здание было построено в годы экономической депрессии и лишь в 1942 г. под все его комнаты удалось найти арендаторов. Во время войны "Великая леди" получила "боевое ранение": в 79-й этаж здания врезался американский бомбардировщик.

После войны "Великая леди" несколько раз меняла своих хозяев и продавалась с каждым разом все дороже. Строительство небоскреба обошлось в 47 млн. долларов, а последний раз он был продан за 100 млн. долларов.

На сегодняшний день "Эмпайр Стейтс Билдинг" занимает уже четвертое место по высоте среди небоскребов. Стремление к престижу стало движущей силой нового акта "высотной драмы" американских городов - новой гонки сверхвысотных сооружений, развернувшейся к началу 70-х годов.

В декабре 1970 г. вступила в строй первая из двух 110-этажных башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. В обоих зданиях могут одновременно находиться до 130 тысяч человек. Их высота 411 м недолго оставалась рекордом.

110 этажей небоскреба "Сиерс тойер", построенного в Чикаго в 1971-1973 гг., поднялись на высоту 442 м. На 103-м этаже, на высоте 415 м, находится смотровая площадка. Отмечается оригинальность проекта: все здание состоит как бы из квадратных труб, поставленных вертикально. Каждая из них - прочная жесткая конструкция - представляет собой отдельное здание со стороной примерно 23 м. Соединенные вместе, девять квадратных труб образуют основу здания, его нижнюю часть.

При таком принципе строительства достигается значительная экономия стали - на сумму около 10 млн. долларов. Архитекторы ограничили высоту девяти труб нижней части 50 этажами. Еще две трубы закончились на высоте 66-го этажа. Две последующие на высоте 89-го. До последнего, 110-го этажа дотянулись лишь две трубы. Так получился ступенчатый силуэт башни.

Американские градостроители озабочены "небоскребной лихорадкой". На Манхэттене в Нью-Йорке снесены многие ветхие дома, на их месте различные фирмы возводят несколько десятков 50-80-этажных небоскребов, находящихся на разной стадии готовности.

Строительные специалисты утверждают, что небоскребы способствуют перегруженности улиц в близлежащих районах и чрезмерной густоте населения. У подножия гигантских зданий дуют сильные ветры, которые часто мешают пешеходам на соседних улицах. Небоскребы затрудняют воздушное сообщение, нарушают перелеты птиц, вредно влияют на прием телепередач. Особенно опасны пожары в них.

Споры о небоскребах ведутся и в других странах. Первый небоскреб 147 м в Токио появился в 1968 г. С тех пор высотные дома в столице Японии растут как грибы: необычайно быстро и без всякого порядка. Иногда два-три небоскреба закрыва-ют солнце для целого квартала. Первый небоскреб в тропической Африке намечено построить в столице Заира Киншасе. Здание в 40 этажей будет иметь высоту 146 м. На вершине башни будет плавательный бассейн.

У Эйфелевой башни в 1973 г. появилась соперница. На Монпарнасе возведена 209-м громада, одетая в сверкающее "платье" из стекла и стали. Рождение 58-этажной башни многие парижане встретили ворчанием - они привыкли к классическим очертаниям родного города. "Монпарнас, традиционный квартал художников и поэтов, - сетовала одна газета, - утратил свою душу".

Большинство западных специалистов считают, что практически нет смысла забираться выше 50-60 этажей. Более высокие здания нерентабельны. О тех, кто остается в тени небоскребов, не говорят.

Останкинская игла

Высотные сооружения типа башен имеют разное назначение, в том числе инженерное - в качестве радио- и телевизионных башен. К выдающимся образцам, кроме башни Эйфеля, относят стальную радиобашню оригинальной конструкции инженера В. Г. Шухова в Москве (1921 г., 148 м). Изобретатель создал свою простую и высокоэкономичную сетчатую конструкцию - "паутину" из стали.

Почти копия Эйфелевой башни появилась в 1958 г. в Токио: высота 333 м, а масса стальных конструкций 4000 т за счет применения высокопрочной стали. Она кажется прозрачной, потому что в наше время сталь прочнее и балки тоньше, чем во времена Эйфеля. Скоростной лифт за одну минуту поднимает на первую площадку-150 м. Потом по красивой железной лестнице можно подняться выше.

Одной из интересных достопримечательностей Берлина является 365-м телевизионная вышка. Два скоростных лифта большой грузоподъемности доставляют любителей "заоблачных высот" в огромный шар из стали и стекла, находящийся на высоте 203 м. Здесь расположена смотровая площадка и вращающееся кафе на 200 мест. Общая масса всей башни 26000 т. Только в одном шаре с площадкой и кафе 600 т стальных конструкций.

В Ленинграде возведена 315-м телевизионная башня из металла. Основа башни - ствол, в центре которого два скоростных лифта. Но самое примечательное в этой башне то, что она весит в шесть раз меньше Эйфелевой и втрое меньше токийской, хотя все они почти одной высоты. Достигнуто такое уменьшение массы благодаря использованию сварных конструкций и трубчатых элементов, а самое главное - особому строению ствола башни в виде решетчатой шестигранной пирамиды из стальных труб.

В 1967 г. высотное первенство заняла Останкинская игла. Общая высота 533 м (плюс 4 м флагшток). Масса более 32000 т, диаметр внизу 63 м, вверху 70 см. Необычна конструкция этого великана среди сооружений.

Останкинская игла

Башня возведена на монолитном кольцевом железобетонном фундаменте шириной 9,5 м, высотой 3 м и диаметром 74 м. В десятиугольной железобетонной ленте фундамента создана система кольцевой напряженной арматуры. Она состоит из 104 пучков, в каждом пучке по 24 стальных проволоки диаметром 5 мм. Каждый пучок натянут гидравлическим домкратом с силой 60 тс. Фундамент обеспечивает устойчивость башни на опрокидывание с шестикратным запасом.

Стальные мускулы 150 канатов толщиной по 38 мм держат Останкинскую башню с огромной силой.

Основное назначение стальных канатов уменьшить деформацию от ветровых нагрузок и от одностороннего солнечного нагрева. Поэтому канаты расположены на расстоянии 50 мм от внутренней поверхности ствола. Каждый канат - "коса", сплетенная из 269 проволочек диаметром по 1,8 мм. Разрывное усилие одного каната 120 т, а их 150 штук. Башню постоянно сжимает гигантское усилие.

На железобетонной части башни установлено несколько металлических антенн общей высотой 148 м и массой более 300 т. Они выполнены в виде стальных труб. Для обслуживания антенн до высоты 470 м используется специальный лифт. Чтобы осматривать и демонтировать вибраторы, периодически красить стальные конструкции антенн, имеются шесть площадок с перилами, где могут подвешиваться люльки.

На высоте 337 м находится трехэтажный ресторан "Седьмое небо" и смотровая площадка, с которой 400 человек могут обозревать нашу столицу. К услугам посетителей четыре скоростных лифта - за полторы минуты доставят они к смотровой площадке и ресторану. Для лучшего обозрения ресторан вращается вокруг оси башни, делая за час один оборот.

Останкинский телецентр обеспечивает надежный прием в радиусе 120-130 км. Авторами проекта и участниками строительства являются конструктор башни инженер Н. В. Никитин, архитекторы Д. И. Бурдин, М. А. Шкуд, инженер Л. Н. Щипакин. Они стали лауреатами Ленинской премии за 1970 г.

С развитием радио и телевидения растет число высотных рекордсменов. Самые высокие радиомачты мира: мачта Фараго в США (628 м), мачта радиоцентра в Константынове (ПНР, 646 м). Польская стальная антенная мачта состоит из 86 звеньев общей массой 420 т. Звенья сделаны из стальных труб сечением 245 и 133 мм с переменной толщиной стенок. Мачта опирается в одной точке на изолятор внушительных размеров и удерживается несколькими ярусами стальных оттяжек. Внутри мачты - лестницы и грузопассажирский лифт.

Стальные острова

В морском дне геологами найдены запасы нефти. Ее добывают в Мексиканском заливе и Карибском море, у берегов Южной Америки и около Аляски. Но там вышки стоят на берегу и лишь наклонные скважины берут нефть из-под дна морского. А вот в СССР появились нефтяные промыслы прямо в море. Это известные всему миру Нефтяные Камни на Каспийском море, в 40 км от Апшеронского полуострова.

17 июня 1975 г. отмечалось двадцатипятилетие основания Нефтяных Камней. Когда сюда прибыли первые разведчики, здесь были лишь черные скалы и остатки разбившихся кораблей. Сейчас Нефтяные Камни известное индустриальное предприятие, расположенное на эстакадах длиной более 300 км и на отдельных искусственных островах. Это сотни скважин, резервуары, спортивные площадки, Дом культуры, магазин, школа, первый многоэтажный каменный жилой дом.

Нефтяные вышки в море

Если за четверть века стволы буровых скважин не углублялись далее 2000 м, то теперь бурится самая глубокая морская скважина на глубину 4200 м - там, по мнению специалистов, находятся содержащие нефть мезозойские отложения.

Плавучая буровая установка

Стальные острова появляются и в других местах. С искусственных островов, расположенных на сваях, или плавучих, таких как Нефтяные Камни на Каспийском море, проводится и намечается разведочное бурение на нефть и в других морях.

Рукотворный стальной остров появится недалеко от сахалинского г. Оха на Охотском море. Оригинальная конструкция основания острова обеспечит ему большой запас прочности.

Постоянный рост нефтяной индустрии морей отмечается за последние 10-15 лет во всем мире. Уже 45 стран мира проводят работы в открытом море, используя более двухсот плавучих буровых оснований и установок. На морские месторождения приходится около 20% мировой добычи нефти.

Все новые гигантские установки для бурения нефтяных скважин появляются в разных странах. Японская компания "Муцубиси дзю когио" строит платформу длиной 120 м и шириной 80 м, поднятую над уровнем моря на 40 м.

В Норвегии в г. Ставенгер сооружается платформа, которая будет обслуживать более 40 скважин. Масса ее 200 000 т, высота с 50-этажный дом.

Финская фирма "Риума-Рипола" разработала буровые плоты водоизмещением от 7 до 15 тыс. т, обеспечивающие проведение работ на морских глубинах от 200 до 1000 м с глубиной скважин до 8-10 км. Плавучие острова имеют рабочие площадки размером 100X100 м.

Сейчас в мире действует более 250 морских буровых установок. И хотя каждая обходится в огромную сумму, спрос на них стремительно растет.

Смелые проекты

Освоение океана является новой перспективной областью применения стали. Значительные количества ее будут использовать на морских промыслах нефти и природного газа, добыче ископаемых со дна океана, в создании рыболовных хозяйств, строительстве опреснительных установок и электростанций, использующих энергию океана, намыве площадок в море, строительстве различных плавучих сооружений, причалов, подводных туннелей, объектов морского туризма, а также для изготовления судов и оборудования для морского строительства. Океан становится новым рынком стали. Потребление стали для освоения океана только в Японии в ближайшие годы составит около 50 млн. т.

Смелые проекты

Появилось немало смелых проектов, осуществление которых возможно только благодаря применению металлических конструкций гигантских размеров. Все настойчивее предлагаются различные проекты плавающих городов - в Японии, Англии, США.

Первый плавучий город спроектирован американскими инженерами. Искусственный остров укрепят на 30 бетонных поплавках высотой по 70 и диаметром 27 м. В поплавке разместятся электростанция, баки для пресной воды и горючего, фабрика для переработки мусора. На верхней платформе - жилые дома, здания банков и учреждений. Предусмотрен аэродром для вертолетов.

Судостроительные фирмы Японии предложили проект плавающих островов в виде огромных стальных платформ водоизмещением от 1 до 10 млн. т. На них можно разместить фабрики и заводы.

Английские и голландские фирмы разработали конструкции резервуара для хранения нефтепродуктов и загрузки их в танкеры на морских промыслах. Нефтехранилище состоит из трех цилиндрических частей, расположенных друг над другом. Нижняя, высотой 98 м и диаметром 29,3 м, предназначена для хранения нефтепродуктов. В средней части размещаются насосные и другое оборудование, а в верхней - водолазное снаряжение, управляющие устройства, жилые помещения и якорные приспособления.

Движение между Токио и Осака возрастает в таком стремительном темпе, что недавно возник проект соединения двух городов гигантским транспортером. "Лентострада" длиной 250 км будет работать круглые сутки, перевозя со скоростью 30 км/ч грузы в контейнерах массой 600 кг. Сейчас уже работает модель такого транспортера.

А в СССР уже становится реальностью подобный проект движущегося тротуара, предназначенного для нового аэропорта в Ленинграде. Пассажирский конвейер представляет собой стальную, обрезиненную с двух сторон ленту. Четыре таких тротуара длиной 170 м каждый будут доставлять пассажиров из главного корпуса аэропорта в здания, расположенные вблизи летного поля. Они по специальному тоннелю со скоростью 90 см/с будут передвигаться по движущейся ленте к зданию нужной авиалинии. Тротуар огражден такими же, как в метро, перилами. Ширина его 80 см.

Бельгийский инженер Феврие выдвинул проект автомобильной дороги из стальных конструкций. Автор проекта предлагает использовать для этого трассы магистральных железных дорог, над которыми в два этажа на стальных опорах можно построить современное шоссе. Построить такую дорогу, считает автор, можно в три-четыре раза быстрее, чем обычную.

Еще один из проектов, на этот раз из области воздушного транспорта. Английская фирма "Джон Уэст дизайн ассошиэйтс" построила модель летающего аппарата, по форме похожего на "летающую тарелку". Эта модель диаметром 10 м имеет по окружности несколько двигателей. Внутри нее заключены пластмассовые баллоны с гелием. В испытательных полетах он будет управляться по радио с земли.

В случае успеха испытаний фирма намерена построить для коммерческой эксплуатации "летающую тарелку" диаметром 230 м и массой 800 т. Конструкторы утверждают, что она будет развивать скорость 160 км/ч. На ее борту можно будет разместить 1600 пассажиров и 400 т груза.

Такова роль металла в осуществлении строительных идей настоящего и будущего.