Конструкций в архитектуре

Древесина – самый древний строительный материал, такой же древний, как и само строительное искусство. На ее примере можно наглядно проследить диалектический закон развития техники по спирали, в которой каждый новый виток открывает все новые возможности этого материала. История применения деревянных конструкций насчитывает много веков и теряется в глубине столетий. В первобытном обществе дерево играло особо важную роль в строительстве, что объясняется обилием лесных ресурсов, сравнительно легкой обработкой древесины и ее высокой прочностью. Первобытные люди строили из деревянных стволов каменными топорами небольшие примитивные жилища на грунте и сваях, небольшие ограды и мосты. Из дерева возводились различные постройки простейших шалашевидных конструкций, которые обрабатывались несовершенными каменными орудиями. Этот период, видимо, следует назвать началом строительства.

Первые конструкции строечно-балочной системы были примитивны. В них использовались для опирания балок естественные развилки стволов, а для их закрепления – лозины, лык, кожаные ремни и т.п. Совершенствование техники рубки накатника позволило сооружать односкатные и двускатные стропильные кровли. Примером тому являлись дома секционного типа трипольской культуры (IV тыс. до н.э.). Однако расцвет бревенчатой архитектуры, рожденной с помощью каменного топора, начался намного позже. К ранним письменным источникам, содержащим сведения о деревянном строительстве, относится труд древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.). По сведению данного источника в центральной и восточной Европе возводились деревянные города с высокими крепостными стенами и храмами.

Металлический топор и врубка, как новый надежный способ сопряжения бревен, были главными двигателями прогресса деревянного зодчества. Сруб позволил деревянным строениям расти вверх, расширяться и сужаться шатром, он воспринял распоры пологих стропильных конструкций крыш. Широким железным плотничным топором научились тесать «на четыре канта» брусья. Первые половицы и доски были колотыми с помощью металлических клиньев, а для получения «плахи» (плоской доски) горбыль стесывали топором.

Особо высокий уровень строительного искусства характерен для Древнего Рима, где были созданы рациональные каменные и деревянные конструкции. Древнеримские строители возводили деревянные дома, храмы и мосты уже через крупные реки. Так, легионами Цезаря был построен крупный мост через р. Рейн. Римские строители возводили многопролетные арочные и балочные мосты, применяли деревянные конструкции перекрытий общественных зданий. До наших дней сохранились выдающиеся деревянные храмы, построенные в средние века в Китае и Японии с применением бамбуковой древесины.

В странах северной Европы получило широкое развитие деревянное каркасное строительство, там же широко применялись деревянные стропила крыш. В Норвегии до нынешнего времени сохранились деревянные церкви, датируемые XII–XIII вв.

Особо широкое распространение получили деревянные конструкции в нашей, богатой лесами стране. В средние века практически все жилые дома, дворцы, большинство храмов и крепостей строились деревянными со стенами из круглых бревен. В Х в. в Новгороде была воздвигнута дубовая 13-главая церковь святой Софии. Первые башни Московского Кремля и соединяющие их стены были возведены из дубовой древесины в XIII в. До наших дней сохранилась маленькая церковь воскресения Лазаря в г. Муроме, построенная в XIV в.

Подлинной революцией в обработке древесины было применение пилы. Пиленый брус и доска становятся главными строительными материалами. Резко сократившиеся отходы при обработке бревна позволили применять дерево и там, где его было мало.

В XVI–XVIII вв. в основном на севере и востоке страны продолжалось интенсивное строительство жилых домов и церквей со стенами из срубов из круглых бревен. В 1551 г. было произведено первое крупное скоростное строительство целой деревянной крепости Свияжска на берегу Волги в устье р. Свияги. Крепостные стены длиной 3 версты с 18 башнями, 370 домов, лавки и башни были изготовлены в районе г. Углича. После пробной сборки они были вновь разобраны, сплавлены по Волге к устью Свияги, и там всего через месяц выросла новая крепость, послужившая базой войскам Ивана Грозного при осаде и взятии Казани.

В конце XVII в. под Москвой, в селе Коломенском, был построен великолепный дворец царя Алексея Михайловича. Модель этого дворца находится в музее Коломенского заповедника. В 1714 г. была сооружена и сохранилась до наших дней замечательная 22-главая деревянная Преображенская церковь в селе Кижи. В 1738 г. был возведен деревянный шпиль башни высотой 72 м здания Адимралтейства в Петербурге. В XVIII в. началось широкое строительство деревянных стержневых конструкций из брусьев, бревен и досок.

Дальнейший процесс механизации обработки древесины как строительного материала обязан изобретению в 1799 г. дисковой пилы, позволившей намного увеличить скорость пиления. Примерно в это же время появились первые строгальные машины, заменившие издавна применявшиеся в плотничном деле рубанки.

В конце XVIII в. И. П. Кулибиным был разработан оригинальный проект деревянного огромного моста через р. Неву в Петербурге пролетом 300 м. Мост имел комбинированную систему и состоял из ряда гибких арок и жестких арочных ферм. Была изготовлена модель этого моста в 0, 1 натуральной величины, ее испытания показали правильность решения и достаточную прочность конструкции. В натуральную величину такой мост построен быть не мог ввиду отсутствия в то время способов сооружения таких крупных конструкций. Идея комбинированных конструкций Кулибина нашла применение в дальнейшем в решениях крупных строительных конструкций.

В начале XIX в. в России при строительстве Московского Манежа (арх. А. Бетанкур) были разработаны и впервые применены в покрытии большепролетные деревянные брусчатые треугольные стропильные фермы пролетом 50 м. В середине того же века Д. И. Журавский спроектировал и руководил строительством ряда деревянных мостов Московско-Петербургской железной дороги. Крупнейший из них – мост через р. Мсту имел семь пролетов длиной по 61 м каждый. Фермы этого моста имели деревянные брусчатые перекрестные раскосы и стойки в виде стальных тяжей. Он также создал метод расчета деревянных элементов на скалывание при изгибе и метод определения допускаемых напряжений древесины экспериментальным способом.

В начале ХХ в. В. Г. Шухов разработал первые деревянные пространственные конструкции. В Нижнем Новгороде был изготовлен под его руководством первый, предложенный им, деревянный свод пролетом 21 м из трех слоев досок, соединенных гвоздями. В г. Орске была построена разработанная им башня-градирня высотой 36 м сетчатой конструкции из стержней, расположенных перекрестно по поверхности гиперболоида вращения и соединенных болтами в местах пересечений.

Богатейшие лесные ресурсы нашей страны всегда обусловливали широкое применение древесины в качестве основного строительного материала. Деревянное строительство на территории России, Финляндии и Швеции основывалось на своеобразной срубной конструктивной системе. Усовершенствование техники обработки древесины способствовало возникновению разнообразных конструкций и архитектурных форм. Это были различные жилые, хозяйственные, крепостные и культовые срубные постройки. Они отличались своеобразием, самобытной красотой и не имели аналогов в других странах [1].

Пройдя длинный и сложный путь развития от полуземлянок, шалашей и свайных построек, русское деревянное жилище получило харак- терную трактовку, сохранившуюся вплоть до ХХ в. Особый интерес представляли крестьянские жилые дома русского севера, характеризующиеся своеобразными конструкциями и планировкой, богатством декора в виде резьбы и росписи. Дерево повсеместно использовалось и для строительства культовых зданий. Применение шатра в венчании столпов храмов привело к созданию великолепных произведений архитектуры.

Рис. 1. Кижский погост. Справа – Преображенская церковь

Высшим достижением деревянной строительной техники и эстетики являются Кижские храмы и уже упомянутая 22-главая Преображенская церковь (рис. 1). В этом памятнике конструктивные формы, несмотря на кажущуюся сложность объема, отличаются целесообразностью и ясностью. Они обеспечивают устойчивость церкви и в то же время способствуют, с одной стороны, ее сохранности, защите от атмосферных воздействий, вентилированию внутренних пространств, а с другой – созданию гармоничных пропорций с учетом поправок на зрительное восприятие.

В 30-х годах ХХ в. в связи с дефицитом стали и цемента значительно расширилось применение деревянных конструкций, особенно в промышленном строительстве. Началось применение дощато-гвоздевых балок и рам, брусчатых и сегментных ферм и балок на деревянных пластинках, предложенных В. С. Деревягиным. Был разработан и построен ряд кружально-сетчатых сводов и дощато-гвоздевых сводов-оболочек пролетом до 50 м. В Москве было возведено из дерева большинство павильонов Всесоюзной сельскохозяйственной выставки.

Новые композиционные решения жилых и общественных зданий были предложены архитекторами И. В. Жолтовским и Н. В. Марковниковым. Высокими художественными достоинствами отличались павильоны И. В. Жовтовского «Шестигранник», «Полеводство», «Триумфальная арка» и другие, где открытые деревянные конструкции создавали совершенную архитектурную форму. Удачно найденными пропорциями, выразительной обработкой фасадов с декоративными деталями характеризовалась жилая застройка опытно-показательного поселка «Сокол» в Москве. Жилые дома, выполненные по проектам Н. В. Марковникова, представляют интерес и для современного строительства.

После Великой Отечественной войны развитие деревянной архитектуры было ориентировано на индустриальные методы строительства и на использование клееных конструкций. Создание в СССР мощной деревообрабатывающей промышленности способствовало развитию деревянных конструкций. Основным их потребителем было промышленное строительство. В 50-е годы началось производство клееных деревянных конструкций. Развитие этих прогрессивных конструкций оказалось возможным благодаря производству клеев на основе синтетических полимерных смол высокой прочности, водостойких и не подверженных гниению. Сначала применялись фенолоформальдегидные клеи, в дальнейшем – более надежные резорциновые и эпоксидные клеи. Позднее появилась клееная водостойкая фанера, были разработаны и начали изготовляться первые клеедеревянные балки, стойки, рамы, клеефанерные плиты и панели, а также первые типовые конструкции – клеедеревянные фермы со стальными нижними поясами.

С середины 60-х годов с применением клеевых соединений строительство из дерева начало интенсивно развиваться, особенно в области несущих конструкций покрытий. Возникают новые их виды и в ассортимент несущих конструкций входят криволинейные элементы таких сложных для древесины форм как арок, сводов, куполов.

Внедрение клееных деревянных конструкций совершило коренной переворот в использовании древесины в архитектуре: появились новые конструкции и новые формы, возросла пролетность сооружений, совершенно иными стали методы расчета и проектирования деревянных построек. Особенно зримо отразился научно-технический прогресс и, прежде всего, успехи химии и технологии полимеров на номенклатуре материалов и изделий из древесины в последние десятилетия. Наряду с прогрессивными клееными материалами и конструкциями широко внедряются в архитектурно-строительную практику древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, древесно-слоистые пластики, деревополимерные и деревометаллические детали и конструкции и т.п. Так, со второй половины ХХ в. древесина стала вновь одним из главных материалов архитектуры.