Строительная наука и техника

В дореволюц. России строит, наука характеризовалась сравнительно высоким уровнем развития. Об этом свидетельствуют возведённые в кон. 19 - нач. 20 вв. весьма сложные в технич. отношении инж. сооружения, нек-рые пром. объекты, глубокие по содержанию оригинальные исследования в области строит, механики и сопротивления материалов. Отечеств, строит, наука этого периода выдвинула ряд крупных учёных. Мировую известность приобрели труды Д. И. Журавского по вопросам прочности балок при изгибе, X. С. Головина в области теории упругости, Ф. М. Ясинского по устойчивости элементов строит, конструкций, послужившие основой для разработки совр. нормативных документов. В фундаментальных исследованиях А. Н. Крылова, И. Г. Бубнова, Б. Г. Галёркина были поставлены и решены принципиально новые задачи строит, механики. Результаты исследовательской инж. деятельности А. Р. Туляченко, И. Г. Малюги и Н. А. Белелюбского стали основополагающими для развития и совершенствования теории и технологии цемента, бетона и железобетона. В дореволюц. России не было, однако, науч. учреждений по стр-ву, проблемы строит, науки исследовались преим. кафедрами вузов и отд. высококвалифицированными инженерами-практиками.

Для выполнения задач, вставших перед молодым Сов. гос-вом в области стр-ва, необходимо было наряду с организацией планомерной подготовки инженерно-технич. кадров строит, профиля создать отраслевые н.-и. орг-ции, способные решать проблемы, связанные с восстановлением и развитием нар. х-ва. В 1918 по инициативе В. И. Ленина был организован Научно-экспериментальный ин-т путей сообщения, затем были созданы Гос. экспериментальный ин-т силикатов, Иц-т минерального сырья и Керамический ин-т. Организация планомерных исследований в первую очередь по этим вопросам диктовалась насущными потребностями нар. х-ва: необходимо было в кратчайший срок восстановить жел. дороги и ликвидировать острый недостаток в стройматериалах. Важным этапом в создании крупных науч. центров по стр-ву явилась организация в 1927 Гос. ин-та сооружений (ГИС), к-рый объединил исследования по всем осн. отраслям строит. науки. Создание этого ин-та (впоследствии преобразованного в ЦНИПС - Центр. НИИ пром. сооружений), в состав к-рого вошли крупнейшие учёные-строители различных специальностей, позволило выполнить исследования по важнейшим проблемам стр-ва, обеспечить тесную связь их с практикой (на базе ЦНИПС в дальнейшем был организован ряд осн. н.-и. ин-тов в области стр-ва). Развернулись работы по строит, механике, механике грунтов, по изучению теплофизич. свойств стройматериалов, созданию лёгких заполнителей для бетонов и растворов на основе отходов «горячих» произ-в (гл. обр. котельных и доменных шлаков) и др. К крупным достижениям сов. строит, науки относятся разработанные в 20-х гг. смешанный метод расчёта статически неопределимых систем (А. А. Гвоздев) и кинематич. метод построения линий влияния (И. М. Рабинович). Для восстановит, периода было характерным преимуществ, использование в стр-ве деревянных и нам. конструкций, что объяснялось острым недостатком металла в стране. Деревянные фермы с пролётом 12-18 м (а в отд. случаях до 40 м) применялись при стр-ве большинства пром. зданий. Строит, работы выполнялись сезонно (лишь в тёплое время года), в основном кустарными методами, с применением простейших средств механизации (кранов-укосин, шахтных подъёмников и т. п.). Однако уже в этот период началось внедрение новых технич. решений строит, конструкций, в т. ч. стальных, и более совершенных методов произ-ва строит, работ. В частности, существенно изменились методы изготовления деревянных конструкций. Уже в 1923, на стр-ве павильонов 1-й Всесоюзной с.-х. выставки в Москве применялись деревянные фермы, рамы н арки с соединениями новых типов - на кольцевых шпонках. При стр-ве здания Центр, аэрогидродинамич. ин-та (ЦАГИ) вместо брусчатых балок были применены более экономичные дощато-гвоздевые двутавровые балки и рамы с перекрёстной стенкой. Наряду с обычной кирпичной кладкой-использовалась кладка из пустотных шлаковых камней, иногда довольно крупных размеров; нашли применение несущие железобетонные конструкции при возведении пром. зданий. Т. о., восстановит, период явился начальным этапом создания и внедрения новой строит, техники. Благодаря деятельности науч. центров строит, наука успешно справилась с задачами восстановит, периода и к кон. 20-х гг. была уже достаточно подготовлена к решению задач, предусмотренных 5-летними планами.

Реорганизация строит, дела началась в годы первых пятилеток. Необходимость индустриализации страны в короткие сроки, неуклонное возрастание объёмов капитального стр-ва при ограниченных ресурсах осн. стройматериалов - стали и цемента - потребовали от строит, науки изыскания наиболее рациональных конструктивных форм зданий и сооружений, создания эффективных конструкций и материалов.

В соответствии с практич. потребностями стр-ва осн. исследования в области строит, механики в 30-е гг. были посвящены изучению стержневых систем. В частности, в этот период усовершенствованы и упрощены методы расчёта рам, обусловившие повышение надёжности сооружений. Тогда же разработаны теория расчёта тонкостенных стержней открытого профиля (В. 3. Власов) и теоретические основы стеснённого кручения тонкостенных стержней замкнутого профиля (А. А. Уманский), что оказало большое влияние на дальнейшее развитие строит, механики тонкостенных пространств, систем. Большое внимание уделялось разработке методов расчёта пластинок и оболочек (Галёркин, Власов, П. Ф. Папкович и др.). Была усовершенствована теория расчёта балок и плит на упругом основании (Крылов, Н. М. Герсеванов, Б. Н. Жемочкин и др.). Осн. задача в области механики грунтов состояла в создании методов расчёта и возведения фундаментов на различных грунтах, в т. ч. мёрзлых, просадочных, илистых и др. Основой для разработки этих методов послужили работы Герсеванова и Н. А. Цытовича. В 1934 был опубликован первый в мире курс механики грунтов, в к-ром широко использовались методы теории упругости. Необходимость освоения природных ресурсов Сибири и Д. Востока ускорила исследования вечномёрзлых грунтов, завершившиеся разработкой основ механики мёрзлых грунтов. Результатом исследований в области строит, физики явилась разработка теоретич. и практич. основ строит, теплотехники и рациональных методов проектирования ограждающих конструкций.

Исследования в области металлич. конструкций позволили не только повысить допускаемые напряжения и усилия, но и дифференцировать их в зависимости от вида воздействий на конструкции. Наряду с этим началось изучение пластич. стадии работы металлич. конструкций. Необходимость переноса места изготовления стальных конструкций со строит, площадки на завод, обусловленная индустриализацией стр-ва, выдвинула на первый план вопрос об обеспечении не только экономичности конструкций, но и их технологичности. Это потребовало разработки науч. основ типизации и унификации металлич. конструкций.

Важным этапом в развитии строит, науки было предложение А. Ф. Лолейта (1931) о переходе от расчёта железобетонных конструкций по упругой стадии к расчёту по стадии разрушения. Новый метод расчёта, более экономичный и точнее отражавший работу конструкций, был экспериментально обоснован и включён в нормы проектирования. С 1932 начались исследования и разработка предварительно напряжённых железобетонных конструкций (В. В. Михайлов и др.), получивших впоследствии широкое распространение. Стр-во в конце 20-х - нач. 30-х гг. ряда обществ, зданий с большепролётными покрытиями типа оболочек (планетарий в Москве, театр в Новосибирске и др.) дало толчок к разработке методов расчёта и проектирования пространственных железобетонных конструкций (П. Л. Пастернак и др.), позволяющих при малом расходе материалов перекрывать большие пролёты. Если до 30-х гг. использовался в основном монолитный железобетон, то в период довоен. пятилеток требования индустриализации стр-ва и необходимость ликвидации его сезонности привели к тому, что наиболее распространённым методом произ-ва строит, работ стал метод монтажа конструкций из элементов заводского изготовления.

В нач. 30-х гг. учёные ин-та Гипрооргстрой [позднее реорганизов. во ВНИИОМС, ныне Центр, научно-исследоват. ин-т орг-ций, механизации и техпомощи стр-ву (ЦНИИОМТП)] сформулировали осн. принципы орг-ции стр-ва, технологии и механизации строит, произ-ва (М. В. Вавилов, А. В. Барановский и др.). На их основе, с учётом опыта передовых строек, были созданы скоростные и поточно-скоростные методы произ-ва строит, работ, сыгравшие решающую роль в деле интенсификации стр-ва; были также решены вопросы сокращения затрат тяжёлого ручного труда на базе механизации (а затем и комплексной механизации) осн. строительно-монтажных работ.

К сер. 30-х гг. методы расчёта кам. конструкций уже осваивались на большом теоретич. и экспериментальном материале (Л. И. Онищик, С. А. Семенцов и др.); были изучены особенности работы кам. кладки и различных видов камня и растворов, а также факторы, влияющие на прочность кладки. Это позволило повысить напряжения в кам. конструкциях и соответственно снизить расход стройматериалов. Исследования прочности кладки, выполненной методом замораживания раствора, обеспечили возможность возведения зданий в зимнее время без применения тепляков.

Исследования в области деревянных конструкций (Г. Г. Карлсен и др.) позволили в 30-х гг. значительную часть несущих конструкций зданий и различных сооружений (градирни, эстакады, транспортёрные галереи и т. п.) изготовлять из дерева.

В годы Великой Отечеств, войны 1941- 1945 ввиду ограниченных возможностей применения металла и железобетона вновь расширилось использование деревянных и кам. конструкций. Осн. усилия н.-и. орг-ций были направлены на создание норм проектирования конструкций в условиях воен. времени, а начиная с 1943 - на разработку рекомендаций по эффективным методам восстановления зданий и сооружений.

В послевоен. годы был создан ряд н.-и. ин-тов строит, профиля в союзных республиках; нек-рые из этих ин-тов стали крупными науч. центрами, учитывающими при решении практич. задач стр-ва весь комплекс местных условий (климатич. и геологич. особенности, сырьевые ресурсы, индустриальная база и др.). Большое науч. и практич. значение имеют проводимые респ. ин-тами исследования в области строит, механики, сейсмостойкого стр-ва, строит, конструкций и материалов (Ин-т строит, механики и сейсмостойкости АН Груз. ССР, Ин-т механики и сейсмостойкости сооружений АН Узб. ССР, Ин-т стр-ва и архитектуры Госстроя БССР и др.).

Для кон. 40-х - нач. 50-х гг. характерно особенно быстрое развитие строит, науки, расширение и углубление её связей со строит, произ-вом, что было обусловлено необходимостью скорейшего восстановления нар. х-ва, а также огромным объёмом капитального стр-ва. Начался переход к индустриальным методам стр-ва; развёртываются н.-и. работы сначала в области крупноблочного, а затем крупнопанельного домостроения. Примером активного влияния науки на решение нар.-хоз. задач является комплексная разработка в кон. 40-х - нач. 50-х гг. осн. принципов крупнопанельного стр-ва, объёмно-планировочных и конструктивных решений крупнопанельных жилых домов, методов заводской технологии изготовления крупноразмерных конструкций (панелей), а также способов произ-ва монтажных работ (коллектив учёных во главе с Г. Ф. Кузнецовым), что дало возможность в широких масштабах развернуть крупнопанельное жилищное стр-во. Сборный железобетон стал основой индустриализации стр-ва. Результаты н.-и. работ, в большом объёме развёрнутых в НИИ бетона и железобетона, позволили улучшить качественные характеристики бетона (Б. Г. Скрамтаев и др.), внедрить предварительно напряжённые конструкции, обладающие повышенной жёсткостью и трещиностойкостью, использовать эффективные виды арматурной стали.

Всесторонние исследования были проведены с целью создания искусств, пористых заполнителей и на их основе - конструктивно-теплоизоляц., лёгких и ячеистых бетонов (Н. А. Попов и др.). В 50-х гг. начались разработка и внедрение бетонов спец. видов (гидротехнического, жаростойкого, кислотоупорного и др.), созданы теоретич. основы долговечности бетона (В. М. Москвин и др.). Разработаны науч. основы и практич. рекомендации по ведению бетонных работ при отрицат. темп-pax (С. А. Миронов, В. Н. Сизов и др.).

Большое влияние на развитие форм стальных конструкций оказали достижения в области сварки. Изучение прочности сварных соединений, особенно исследования Ин-та электросварки им. Е. О. Патона, а также разработка методов автоматич. сварки обеспечили её надёжность и технологичность. Сварка стала осн. способом соединения элементов стальных конструкций. При этом заметно упростилась форма конструкций, снизились их масса и трудоёмкость изготовления.

В 50-х гг. начались теоретич. и экспериментальные исследования клеёных деревянных конструкций, послужившие основой создания индустриальных методов изготовления таких конструкций. С кон. 60-х гг. конструкции из клеёной древесины уже применялись в значит. объёме, преим. в с.-х. зданиях и пром. зданиях с химически агрессивной средой.

В строит, механике в связи с требованиями облегчения и повышения гибкости конструкций интенсивно разрабатывались вопросы устойчивости (А. Ф. Смирнов, А. С. Вольмир, В. В. Болотин и др.). Задача более полного использования прочности материалов обусловила необходимость исследования работы конструкций за пределами упругости и разработку соответств. методов расчёта. Весьма плодотворным оказался метод предельного равновесия, разработанный на основе фундаментальных исследований Гвоздева. Для решения широкого класса задач нашла применение теория расчёта составных стержней (А. Р. Ржаницын). Получили развитие методы расчёта оболочек (Власов, А. Л. Гольденвейзер и др.). Методы расчёта каркасных и крупнопанельных зданий, разработанные как для обычных, так и для особых условий возведения (р-ны сейсмич. активности, просадочные грунты, горные выработки и т. п.), обеспечили возможность массового стр-ва этих зданий. Разработаны и внедрены методы расчёта строит, конструкций на динамич. нагрузки от машин и оборудования новых видов, ветра, мор. волнения и т. п. Создана теория виброизоляции и виброгашения. Достижения динамики сооружений были использованы при разработке методов расчёта сооружений на сейсмич. воздействия (К. С. Завриев и др.). Значит, развитие получили исследования в области статистич. (вероятностных) методов оценки надёжности конструкций и сооружений (Н. С. Стрелецкий, Болотин). Крупнейшим достижением сов. строит, науки, получившим признание во всём мире, является создание принципиально нового метода расчёта конструкций по предельным состояниям (Стрелецкий, В. М. Келдыш, Гвоздев, И. И. Гольденблат и др.). Введение этого метода в строит, нормы и правила в качестве основополагающего расчётного принципа ознаменовало собой переход к высокоэкономичному проектированию конструкций. Применение нового метода обеспечивает необходимую надёжность сооружений и существенно снижает расход материалов.

Успешному развитию строит, механики во многом способствовало внедрение средств вычислит, техники. Применение ЭВМ для решения сложных и трудоёмких задач началось в 60-х гг., оно обусловило развитие численных методов расчёта и широкое использование в расчётной практике теории матриц (А. Ф. Смирнов). Без применения ЭВМ и разработки необходимого математич. аппарата оказалось бы невозможным не только решение, но и сама постановка мн. задач совр. строит, механики. Большое достижение в области механики грунтов - теоретич. обоснование новой расчётной схемы основания, точнее отражающей реальные условия работы грунта. С помощью этой модели были разработаны экономичные методы расчёта свайных фундаментов в мёрзлых грунтах и оснований под опорами глубокого заложения.

В области строит, физики проведены комплексные исследования тепло- и звукоизоляции и долговечности ограждающих конструкций для новых типов зданий, в т. ч. крупнопанельных, что позволило обеспечить высокую эксплуатац. надёжность последних.

Осн. задача совр. строит, науки - изыскание резервов снижения расхода материалов, а также стоимости, трудоёмкости и сроков стр-ва при одновременном повышении качества конструкций, зданий и сооружений. Значит, роль в решении этой задачи отводится методам расчёта зданий и сооружений как единых пространственных систем. В 70-х гг. начата разработка таких методов (с использованием ЭВМ). Получают дальнейшее развитие метод предельных состояний и теория надёжности, что создаёт необходимые условия для перехода к расчёту зданий и сооружений вероятностными методами. Повышение качественных характеристик бетона в железобетонных конструкциях, создание быстротвердеющих бетонов, не требующих тепловой обработки для ускорения их твердения, увеличение объёма применения и улучшение свойств лёгких и ячеистых бетонов - одна их первоочередных задач строит, науки. В 10-й пятилетке в стр-ве всё шире применяются предварительно напряжённые и комбинированные конструкции, внедряются лёгкие и облегчённые конструкции из клеёной древесины, асбестоцемента, пластмассы, лёгких сплавов и др.

Междунар. связи Сов. Союза в области стр-ва осуществляются как по линии непосредственного двустороннего сотрудничества с зарубежными странами, так и в форме участия сов. учёных в деятельности междунар. орг-ций по стр-ву (междунар. об-ва механики грунтов и фундаментостроения, междунар. ассоциации по антисейсмическому стр-ву, междунар. федерации по предварительно напряжённому железобетону). Ряд важных исследований проводится сов. специалистами в рамках СЭВ.

Периодич. издания: «Бетон и железобетон» (с 1955), «Механизация строительства» (с 1939), «Основания, фундаменты и механика грунтов» (с 1959), «Строительная механика и расчёт сооружений» (с 1959), «Строительные материалы» (с 1955) и др.

См. также Полносборное строительство, Строительство. И. Г. Васильев, Г. Ш. Подольский.