ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Большепролетные конструкции играют значительную роль в мировой архитектуре. Это было заложено ещё в давние времена, когда собственно и появилось это направление архитектурного проектирования.

Реализация большепролетных покрытий связана со стремлением человечества покорения пространства. Именно поэтому, начиная со 125 года н. э. появлялись первые в истории большепролетные строения: Пантеон Рима («Храм всех богов» в Риме, памятник купольной архитектуры периода расцвета архитектуры Древнего Рима), Купол мечети Айя - София в Стамбуле (537 г.) и Купол Флорентийского собора (1436 г.).

Рисунок 1. Пантеон в Риме. 2 в.н.э.

            Рисунок 2. Конструкция купола Пантеона

Здание Пантеона представляет собой цилиндр, перекрытый полусферическим куполом (диаметр свыше 43 м). В основании оболочка купола значительно толще, чем в верхней части. Высота купола от пола равна его диаметру, то есть внутреннее пространство храма способно вместить полную сферу – идеальную форму, символизирующую образ Вселенной. При возведении купола использовали деревянную опалубку. Римляне первыми начали применять в строительстве бетон. Из нового материала сооружали крупные монолитные конструкции, способные перекрывать широкие пролеты, – так в римской архитектуре появились купола и своды. Использование бетона удешевляло и ускоряло строительство. Римский бетон – это смесь извести и песка вулканического происхождения (пуццолана). Бетон с добавлением различных материалов (заполнителей) накладывали слоями между двумя стенками кирпичной кладки. В римских бетонных конструкциях еще не было металлической арматуры, поэтому они почти не уменьшали создаваемый тяжестью распор. Кроме того, бетон с заполнителями становился менее податливым, и из него трудно было изготавливать сложные формы. При возведении стен, сводов и куполов, как правило, использовали кирпичную кладку. Арки, выложенные из кирпича и скрытые в толще стены, выполняли роль внутренних опор, уменьшающих давление купола на стены. Иногда поверхность кирпичной стены покрывали слоем штукатурки. Если же постройке нужно было придать особенно нарядный вид, стены облицовывали, выкладывая замысловатые узоры из каменных и мраморных плит. Плиты крепили с помощью бронзовых скоб и болтов.

а)  б)  

в) 

Рисунок 3. а)Аксонометрия Храма Св.Софии в разрезе, б)План Храма Св.Софии, в) Храм Св.Софии в разрезе

Создатели главного храма Византийской империи Св. Софии использовали опыт римских зодчих и приемы местных строителей. Это великолепное сооружение поражает грандиозным внутренним пространством. Центральный неф площадью 68,6х32,6 метра перекрыт огромным куполом, сложенным из кирпича и камня; пояс окон у основания купола, сияние мрамора и мозаик создают необыкновенное ощущение струящегося сверху света. Внешний облик храма производит не меньшее впечатление: массивные строгие стены и купола поддерживаются лишенными украшений контрфорсами в виде пилонов и башен. Высокие минареты появились только в XV веке, когда собор стал мечетью. Хотя многие древние росписи и мозаики были утрачены, благородная простота здания сохраняет в веках таинственную силу византийского искусства. В наше время собор превратился в музей.

Пилоны и подпружные арки обеспечивают равномерное распределение давления купола. У византийских строителей не было под рукой дешевого материала для производства бетона, поэтому они были вынуждены отказаться от применения бетонных конструкций, которые в свое время значительно облегчили строительство купола Пантеона. Впрочем, использование кирпичной кладки и густого известкового раствора даже немного ускорило темпы строительства – кирпич клали большие артели рабочих невысокой квалификации.  Здание храма было построено необычайно быстро – в течении 5 лет. Две артели мастеров по 5 000 человек, соревнуясь, возводили восточную и западную части собора. Над центральной частью главного нефа высится огромный купол, диаметр которого 32,6 метра. Свет проникает внутрь сквозь отверстия у основания купола и через окна, прорезанные в тимпанах. После землетрясения 557 года контрфорсы и несущие конструкции собора были укреплены.

Рисунок 4. Собор Санта Мария дель Фьоре. Флоренция

Проект Флорентийского собора (известным также под именем Собор Санта-Мария дель Фьоре) отличали оригинальное конструктивное решение и продуманная строительная технология. Брунеллески соединил свободно опирающийся купол с многогранным куполом из 8 сегментов, уменьшив массу сооружения за счет пустоты между двумя оболочками. Древнеримская кирпичная кладка «в елку» и концентрическое расположение каменных блоков позволили впервые отказаться от кружал (временных деревянных помостов), которые невозможно было поставить при такой высоте и огромной ширине пролета.  В дополнении к 8 мощным ребрам, выступающим над поверхностью сегментов на 4 метра, в конструкции купола скрыты еще 16 ребер, лучами расходящиеся от центра. Жесткость конструкции внутренней оболочки из камня и кирпича обеспечивают ребра, связанные рядами опоясывающих каменных колец. Внешняя оболочка купола выполняла роль защитного слоя.

Строительная техника того времени не позволяла строить в камне легкие сооружения. Поэтому большепролетные каменные сооружения отличались большой массивностью, а сами сооружения возводились в течение многих десятилетий.

Деревянные строительные конструкции были дешевле и проще в возведении, чем каменные, давали возможность перекрывать также большие пролеты. Примером могут служить деревянные конструкции покрытия здания бывшего Манежа в Москве (1812 г.), пролетом 30 м.

Рисунок 5. Манеж(Москва) 1812г.

Маневры без помех — главная задача, которая была поставленная архитектору. Под крышей манежа должно было расположиться пространство площадью 6500 квадратных метров. Проект оказался беспрецедентным: ширина здания в 45 метров — без внутренних опор! 30 деревянных ферм опирались лишь на наружные стены. Для строительства выбрали лиственницу — один из самых прочных материалов. Утвержден проект был в начале лета 1817 года, а окончания строительства ждали уже в середине осени. Деревянные балки потолка соединили сложной системой, которая регулировалась гайками. Приглядывала за чудом инженерной мысли воинская команда. Специалисты следили за исправностью стропил. Конструкция сохранилась по сей день, хотя почти сразу после постройки появились трещины, которые в 1819 году потребовали реконструкции кровли. Спустя несколько лет число стропил увеличили до 45, а архитектор Осип Бове, входивший в комиссию, добавил строению несколько деталей.

Учитывая стремление человека к завоеванию пространства и созданию совершенных архитектурных форм, историю мировой архитектуры, можно прогнозировать рост внимания к большепролетным конструкциям.

Применение большепролетных конструкций даёт возможность максимально использовать несущие качества материала и получить за счет этого легкие и экономичные покрытия. Уменьшение массы конструкций и сооружений является одной из основных тенденций в строительстве. Уменьшение массы означает уменьшение объема материала, его переработки, транспортировки и монтажа. Поэтому у строителей и архитекторов возникает интерес к новым формам конструкций, что даёт преимущества в разработке покрытий большепролетных конструкций.

Список литературы:

1.Демина А.В. Здания с большепролетными покрытиями: учеб. Пособие. 2003 г. — С. 78—97.