Стальные конструкции и архитектура. Столетие каркасного строительства из стали. Развитие и достижения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стальные конструкции и архитектура

Столетие каркасного строительства из стали.

Развитие и достижения

Начальные этапы развития стальных каркасных конструкций в многоэтажном строительстве(1790-1872 гг.)

Основная часть этой книги была подготовлена в 1972 г. -- через 100 лет после сооружения фабричного здания фирмы «Солнье» в Нуазье-на-Марне, которое можно считать первым стальным каркасным строением. По сравнению с общим развитием металлургии и применением металла в строительстве 1872 г. является довольно поздним периодом. Вспомним коротко важнейшие даты. В 1720 г. Абрахаму Дерби в Колбрукдейле удается выплавить чугун в доменной печи на коксе вместо древесного угля и этим создать предпосылки для массового производства доменного чугуна. В 1784г. стало возможным путем усовершенствования пудлинговых печей переделать доменный чугун в ковкое железо, которое начинает вытеснять чугун. С изобретением в 1855 г. Генри Бессемером конверторов и введением в 1864 г. фирмой «Сименс» мартеновских печей начинается эра массового применения стали.

Одновременно с большим скачком в производстве стали наблюдался прогресс - в ее обработке; уже в середине XVIII в. в Англии начинается прокат листового железа, в 1830 г. -- железнодорожных рельсов, в 1854 г. во Франции -- двутавров из ковкого железа. Двутавровая балка -- основной профиль современного строительства из стали и в то же время первый строго нормированный строительный элемент -- является развитием формы железнодорожного рельса, который можно считать символом индустриального века.

Мост через р. Северн в Колбрукдейле (1779 г.) -- первое значительное сооружение из чугуна как конструктивного материала, примененного для больших пролетов, начиная примерно с 30 м. Чугунные арочные мосты вскоре вытесняются различными типами мостов из ковкого железа, имеющего большую прочность на изгиб: висячими, балочными и мостами с решетчатыми фермами. Среди ранних американских и английских цепных мостов выделяется мост пролетом 173 м Томаса Тельфорда через р. Бангор. После того как вместо цепей стали применяться несущие тросы, рекордные пролеты висячих мостов около 1850 г. превысили предельные 300 м и к 1870 г. при строительстве Бруклинского моста в Нью-Йорке достигли 500 м.

Смелым инженерным решением был сооруженный в Англии Стефенсоном в 1855 г. первый большепролетный балочный мост через улицу Менай, при строительстве которого применены швеллерные балки со сплошной стенкой. Мосты с решетчатыми фермами отвечали главным образом требованиям железнодорожного транспорта и преобладали в мостостроении с середины до конца столетия. В качестве примеров мостов с применением решетчатых ферм пролетом 100 м и более можно назвать сооруженные в 1859 г. Кёльнский соборный мост и трубчатый мост Дж. К. Брунеля через р. Салташ в Плимуте. Около середины прошлого столетия уже сформировались все основные конструктивные и несущие системы, которые определяют строительство металлических мостов до сегодняшних дней.

Кульминационным моментом в строительстве металлических покрытий залов было сооружение в 1851г. лондонского «Хрустального дворца». Почти одновременно начинается строительство станции «Кинг-кросс» в Лондоне, Восточного вокзала в Париже и ряда больших железнодорожных сооружений -- стальных сводчатых покрытий перронов; в 1866г. в Лондоне (станция «Панкрас») был установлен европейский рекорд -- возведен 78-метровый пролет покрытия перрона.

Однако в этот период, отмеченный возведением перечисленных мостов и покрытий, стальные конструкции все же не нашли широкого применения. Здесь можно отметить четыре основных положения, вызванных теми же архитектурными затруднениями, которые препятствовали и до сих пор еще препятствуют всеобщему признанию и широкой практике применения стальных конструкций.

Строительство в сравнении с другими отраслями техники с давних пор весьма консервативно. Консерватизм строителей в какой-то мере связан с представлениями человека о своем жилище и обобщественных зданиях как о постоянных надежных помещениях, не только защищающих от непогоды, но и строящихся на века. Увековечивая себя в архитектурных сооружениях, человек проявляет определенный уровень культуры и развития.

«Архитектура» в историческом смысле, связанная с представлениями о греческих храмах или средневековых соборах, на протяжении столетий остающихся произведениями искусства большой выразительности и совершенства, стала несовременной с наступлением эпохи техники.

Строители и архитекторы XIX столетия создали художественную традицию, основанную на эклектике, т. е. на использовании элементов архитектуры прежних эпох. Таким образом, строительное искусство прошлого века можно рассматривать как один из этапов исторического маскарада, подделки под старину.

Преклонение перед историческими архитектурными формами длительное время препятствовало развитию новых архитектурных форм, ставшему неизбежным по мере того, как с применением стали в качестве несущего строительного материала старые догмы строительной науки и старые типы конструкций подверглись коренному пересмотру.

Исторически сложившаяся предубежденность архитекторов углубляла в возрастающей степени их разногласия с инженерами. Разделение старой строительной профессии, выделение инженера в самостоятельную профессиональную единицу, появление современной статики сооружений -- все это произошло одновременно с первыми шагами индустриальной революции и стало важнейшим признаком новой эпохи в строительном деле. Архитекторы не успевали за быстро совершенствовавшимися методами расчета: неудивительно, что они продолжали углубленно изучать исторические строительные формы. Это стало предпосылкой создания монументальной архитектуры, а промышленное строительство было оставлено инженерам. Первые сооружения из стальных конструкций -- мосты и большепролетные залы -- стали объектами деятельности только инженеров-строителей. Возможно, инженеры тоже находились под влиянием старых представлений о конструктивных формах, так как упорно применяли сводчатые конструкции, но тем не менее понимали объективную необходимость создания новых конструктивных форм, соответствующих металлу.

В возведении многоэтажных зданий, ставшем самостоятельной областью деятельности архитекторов, долгое время отсутствовали тенденции, которые побуждали ко все более смелым решениям при строительстве мостов и большепролетных покрытий. Ни число этажей, ни размеры пролетов перекрытий и нагрузки на них не выходили за пределы обычных решений, свойственных дворцовому или жилищному строительству. Если в ответственных зданиях деревянные или сводчатые перекрытия и заменялись перекрытиями по стальным балкам, то это не вносило в структуру многоэтажного строительства существенных изменений. Внешний облик здания с традиционным членением фасадов оставался неизменным. Поэтому в больших городах -- Париже, Милане, Риме, несмотря на количественное преобладание зданий, сооруженных в XIX в., они прекрасно гармонируют со старыми постройками.

Даже в тех случаях, когда архитекторы предусматривали возведение металлического покрытия, как, например, в библиотеке Св. Женевьевы в Париже (X. Лабруст), тщательно проработанная двухпролетная арочная конструкция из чугуна не просматривается снаружи. Ограждающая стена в смелой завершенности и оригинальной композиции выразительна и полностью скрывает конструкцию здания. По-видимому, архитектор чувствовал себя здесь более уверенно. В вокзальных постройках конца XIX в. во Франкфурте-на-Майне наглядно проявляется противоречие между ажурными стальными арочными покрытиями перрона и расположенным перед ним монументальным зданием зала ожиданий, также скрывающим легкие конструкции перрона.

Первые шаги на пути к стальному каркасу в многоэтажном промышленном строительстве были сделаны еще очень давно. Так, в английском ткацком производстве с целью выиграть рабочую площадь и получить более прочные перекрытия для станков деревянные столбы были заменены чугунными колоннами и деревянные балки -- чугунными балками. Самым известным зданием из первых промышленных многоэтажных сооружений было здание, построенное в 4 801 г. для фирмы «Филипп и Ли» в Салфорде (Манчестер). Проект принадлежал Боултону и Уатту, изобретателю паровой машины. Подобные текстильные фабрики с внутренним чугунным каркасом появились уже в 80-х годах XVIII в., однако здание в Салфорде превзошло их как размерами, так и более зрелым конструктивным решением и стало образцом для дальнейшего развития. Здание имело длину 42 м, ширину 14 м и было необычной для того времени высоты -- в семь этажей. Чугунные балки, расположенные поперек здания с шагом ~2,7 м, были оперты на двойной ряд чугунных колонн. Балки перекрытий, впервые принятые двутаврового профиля, были перекрыты пологими кирпичными сводами.

Существенное изменение претерпела эта конструкция лишь в 1845 г., когда Вильям Фейрберн применил на строительстве сахаро-рафинадного завода вместо чугунных балок кованые балки двутаврового профиля. В том же году А. Цорес включил прокатную двутавровую балку в конструкцию перекрытия для жилых зданий. Начиная с этого момента, стальные балки из мягкой стали распространились не только в промышленном строительстве.

Перекрытия со стальными балками имели преимущества в сравнении с деревянными балками как по огнестойкости, так и в силу значительно более высокой несущей способности. По сравнению со сводами они обладали явными преимуществами не только благодаря малой трудоемкости, но прежде всего благодаря резкому уменьшению высоты этажа и сечения стоек ввиду устранения распора от сводчатых перекрытий. Сам факт, что стальные балки заменили своды как несущую конструкцию и как важнейшее средство создания формы в монументальной архитектуре, позволяет говорить о новой архитектурной эпохе. Однако в перекрытии по стальным балкам еще долго сохранялись кирпичные или бетонные своды как вспомогательная конструкция, как своеобразная дань традициям архитектуры, с помощью которой в XIX в. пытались облагородить технические новшества.

Еще более ярко проявился разлад между романтикой и прогрессом в строительном элементе, который мог бы служить символом архитектуры буржуазного столетия, в чугунной колонне -- этом стройном несущем элементе со старинными декоративными формами капителей, баз или каннелюр. Оригинальные образцы подобных чугунных колонн были установлены на первых английских железнодорожных вокзалах и в павильоне «Ройяль» в Париже. Они были изготовлены в 1821 г. Джоном Нэшем и представляли собой трубы с капителями в форме пальмовых листьев из гнутого листового железа. Позднее чугунная колонна стала массовым конструктивным элементом, который по каталогу можно было заказать любой высоты и в любом стиле -- дорическом, тосканском, коринфском, готическом или мавританском.

Созданный Боултоном и Уаттом «способ балочного строительства» господствовал в промышленном строительстве на протяжении всего XIX в., но его нельзя полностью отнести к каркасному строительству, так как несущие стены воспринимали большую долю нагрузки от перекрытия и ветровые нагрузки. Это становится очевидным при рассмотрении строительных правил США и европейских стран того периода. Они предусматривали в промышленных зданиях усиление наружных стен одного или двух нижних этажей, т. е. увеличение толщины этих стен на полкирпича по сравнению с толщиной несущих стен многоэтажных жилых и служебных зданий. Это требование, которое, например, в немецких строительных правилах сохранялось до второй мировой войны, оказалось весьма рациональным: ныне действующие нормы по допускаемым напряжениям на кирпичную кладку подтверждают необходимость увеличения толщины стен для сооружений такого типа.

Следующий шаг на пути к стальному каркасу -- передача нагрузок с наружной стены на металлический несущий остов -- долго не был сделан, главным образом из-за того, что он изменил бы архитектуру зданий. Первые попытки сделать этот шаг исходили из древнейших строительных форм аркад и крытых галерей, которые с античных времен играли важнейшую роль как в формировании дома, так и в градостроительстве. Великолепны большепролетные аркады в строгих кирпичных фасадах английских доков -- Катерин-док в Лондоне (1828 г.) и Альберт-док в Ливерпуле (1845 г.). Архаично сужающиеся кверху стволы чугунных колонн с дорическими капителями в этих зданиях имели в основании метровый диаметр.

Другой попыткой создания остова наружных стен, приближающейся к основам современного каркасного строительства, является использование железных перемычек и стоек, которые впервые применены в Париже для огромных витрин на фасадах зданий в виде пологого арочного фахверка или несущей решетки с мелкими параллельными элементами, включенными в каменную стену.

Между 1850 и 1880 гг. в США было построено много складов, универсальных магазинов и различных контор, в которых фасады были полностью выполнены из стальных конструкций. Начал это строительство Джемс Богардус, многосторонний исследователь и конструктор. Одна из главных его работ -- здание издательства «Харпер и братья» (1854 г.). Фасад пятиэтажного здания состоит из архитектурно обработанных чугунных элементов; внутренний каркас впервые в США выполнен из прокатных стальных балок. Архитектура фасадов основана на примерах венецианского ренессанса и характерных для того времени тяжелых, богатых формах, которым следовал эклектизм во второй половине XIX в.

Значительно более современный вид имеют чугунные фасады на Ривер-Фронт в Сент-Луисе. Применение архаических элементов сократилось до предела, они сохранились только в качестве украшения и рельефа. Строгий карнизный профиль, изящные простые колонны, скромные капители и базы подчеркивают элементарный контраст мощных горизонталей и легких вертикалей, призматических и цилиндрических профилированных несущих элементов.

В то же время в Европе появляется несколько замечательных фасадов из металла, например на здании «Гарднере Айрон билдинг» в Глазго (1856 г). В Ливерпуле на здании «Ориэль Чзмберс» особенно привлекательно чередование изящных простенков из песчаника и стальных оконных переплетов (1864 г). Такое решение оконных витражей позднее сыграет важную роль в Чикагской архитектурной школе.

Большие пожары 70-х годов в Бостоне и Чикаго рассеяли иллюзию об огнестойкости стальных конструкций, доказав, что этот негорючий строительный материал не может долго противостоять огню. Это было учтено в Европе раньше, чем в США, и проявилось в усиленных поисках огнезащиты и в попытках установить новые требования к металлическим конструкциям.

Первым многоэтажным зданием с усовершенствованным стальным каркасом была шоколадная фабрика Менье в Нуазье-на-Марне близ Парижа, построенная в 1871--1872 гг. Жюлем Солнье. Как и в английских текстильных фабриках, производственные требования промышленного здания заставили инженеров использовать все конструктивные возможности и несущую способность стали как строительного материала.

Здание, выстроенное непосредственно над Марной, покоится на четырех мощных контрфорсах плотины, которая сдерживает напор речной воды. Каркас наружной стены стоит на широкой нижней обвязке из швеллеров, которая распределяет общий вес здания и ветровые нагрузки на восемь точек опоры. Поперечные стены отсутствуют, торцовые стены также не могут воспринять горизонтальных усилий, поэтому для повышения жесткости здания каркас, усилен ромбическими связями. Для обеспечения поперечной жесткости балки перекрытий связаны жесткими консолями фахверка с главными стойками фасада.

Две стойки над опорами моста несколько выступают за линию колонн, в остальном же весь фасад ровный при незначительной толщине кирпичного заполнения. Формат окон точно определен диагоналями ромбической сетки связей.

Строительство фабрики Менье предвосхитило различные структурные элементы современного каркасного строительства: свободно висящие углы, диагональная сетка раскосов, которые играют столь значительную роль в установленных снаружи ветровых связях небоскребов и в каркасах мостовых строений. С другой стороны, конструкция каркаса создана по аналогии со средневековыми постройками с деревянным фахверком, что служит блестящим подтверждением учения Виоле ле Дюка, о котором еще пойдет речь. Строительная система Солнье все же не нашла непосредственного и серьезного подражания. Развитие металлических каркасов требовало новых конструктивных решений; такое развитие началось в Чикаго около 1880 г.

Чикагская архитектурная школа (1880--1910 гг.)

Скромный поселок первых переселенцев у впадения р. Чикаго в оз. Мичиган получил в 1830 г. статус города. В 1871 г. численность населения в нем достигла 30 тыс. человек. Город состоял почти из одних деревянных домов, выполненных в конструктивном стиле «baloon frame», который и теперь применяется в США. Пожаром 1871 г. город был почти полностью уничтожен; восстановление продвигалось вначале неравномерно. Около 1880 г. начинается беспримерный подъем строительной деятельности.

Освоение Среднего Запада, развитие железнодорожной сети и водных путей, реализация полезных ископаемых сделали Чикаго крупнейшим промышленным центром, величайшим хлебным рынком мира, основным пунктом торговли лесом и пищевой промышленности, центром машиностроения и инструментальной промышленности. Строительная индустрия едва могла успеть за неравномерно возрастающей потребностью в служебных помещениях; складах и магазинах: стремительно росли цены на основные товары, резко уплотнялась внутриквартальная застройка, высокие дома перерастали в небоскребы. Лишь благодаря стальному каркасному строительству стало возможным экономно использовать земельные участки и площадь застройки, а также повысить темпы строительства. Уже около 1895 г. новый метод строительства стал обычным во всех крупных американских городах, но в Чикаго к тому времени высотных домов с металлическими каркасами было больше, чем во всех других американских городах, вместе взятых.

Были и другие предпосылки, которые вынуждали обращаться к каркасному строительству. Прежде всего топографическая ситуация, которая вместе с трудностями развития транспорта длительное время препятствовала расширению административного центра Чикаго. Большое значение придавалось свободной «открытой» планировке города с возможностью ее изменения в дальнейшем; различные ранее построенные каркасные здания превращались из складов в учреждения и наоборот. Уже тогда предусматривали возможность надстройки зданий и часто осуществляли ее.

Но высотные административные здания оказались бы непрактичными, если бы их не оснастили необходимой техникой. Важнейшим условием было устройство пассажирских лифтов. Первый подъемник сконструировал Е. Г. Отис, продемонстрировавший его на выставке 1853 г. в «Хрустальном дворце»; первый лифт он применил в 1857 г. в одном из магазинов на Бродвее. Начиная с этого момента, Нью-Йорк приобрел первенство в строительстве высотных домов и завоевал славу сооружением в середине 70-х годов XIX в. первых девяти -- десятиэтажных административных зданий. В этот период, когда электричество стало вытеснять пар, развиваются и другие виды оборудования зданий -- телефон, пневматическая почта, центральное отопление и вентиляция. За техническими достижениями нельзя было забывать о моральных принципах, положенных в основу первых современных каркасных зданий Чикаго. Это неистребимый дух пионеров, вдохновляющий архитекторов и придающий их строениям своеобразную силу, свежесть м самостоятельность архитектурных решений.

Основателем Чикагской архитектурно школы и ее главой является Уильям Дженни. В 1868 г. он открывает в Чикаго архитектурную мастерскую; успех пришел к нем] после постройки в 1879 г. «Лайтер-билдинг I». Это сооружение по своей архитектуре напоминает древнеримские здания. Конструктивно это пятиэтажное здание, позже надстроенное двумя этажами, может быть отнесено к смешанному строительству: деревянные балки на кованых железных прогонах, опертых на внутренние чугунные колонны, и расположенные по периметру кирпичные колонны. Новыми здесь являются смелая стройность наружных колонн, большая ширина оконных проема и кованые металлические балки, использованные как перемычки и одновременно каа крайние прогоны и рандбалки. Кирпичная кладка усилена внутренним металлическим каркасом, что отчетливо выражено в конструкциях главных балок и в капителях колонн. Еще более прогрессивен план «Лайтер-билдинг I»; здесь проявляются четкость конструктивной сетки и свобода планировки, а расход строительных материалов сокращен настолько, что не превышает расхода материалов на современное каркасное строительство из железобетона. Это становится еще более ясным при сравнении с планом «Монаднок-билдинг» (1891 г.), последнего высотного здания с несущими монолитными стенами в США.

В следующем крупном сооружении Дженни -- здании страховой компании (1883--1885 гг.) -- в каркас наружных стен были включены стальные стойки. В фасаде этого здания нет единства и структурной ясности, присущих зданию «Лайтер-билдинг I»; сильно подчеркнутый цокольный этаж, завершающий полуциркульные арки в верхних этажах и увенчивающая основной карниз баллюстрада -- все эти эклектические мотивы противоречат характеру каркасного строительства.

Основные постройки Дженни -- «Фэйр-билдинг» (1891 г.) и «Лайтер-билдинг II» (1 889 г.) -- более современны. Исторические отголоски сведены до минимума: в фасаде видны лишь легкие профили баз колонн и их капителей, которые служат для того, чтобы зрительно превратить колонны в пилястры; можно было бы отчетливо представить себе эти колонны и без украшения. Глядя на них, кажется, что сам Дженни с большим удовольствием исключил бы этот декор. Оба эти здания имеют полный стальной каркас; кирпичная кладка выполняет только роль облицовки стальных колонн.

Последовательное превращение ограждающей стены в несущий металлический каркас было впервые осуществлено Хола-бердом и Рошем в «Такома-билдинг» высотой 14 этажей. Здание, построенное в 1884 г., сейчас, к сожалению, снесено. В нем было применено сплошное остекление в эркерах, идущих сверху до низу,-- мотив, перешедший за рубеж столетия. В своей важнейшей постройке -- торговом здании «Маркет-билдинг» (1894 г.) -- Холаберд и Рош очень близко подошли к четкому горизонтальному и вертикальному членению, примененному в «Фэйр-билдинг» и «Лайтер-билдинг II», и даже превзошли их в сокращении декоративных элементов.

Работы чикагских мастеров не следует оценивать с точки зрения современных представлений о каркасном строительстве. Строители не ставили перед собой цели развивать новую архитектуру -- их задачей было возводить высотные дома наиболее совершенным методом. Насколько широко при этом они могли использовать архитектурные стили своего времени, зависело в значительной мере от требований заказчика. Они не нашли бы даже времени, чтобы теоретически обосновать архитектонику своих зданий.

Наиболее ярко выражен дух чикагской школы в «Релайнс-билдинг» и «Монаднок-билдинг». «Релайнс-билдинг» заслуживает высокой оценки. Здание отличается стройностью членений фасада и максимальным остеклением. Каркас здания четко выявлен. Эркерные окна здесь вдвое шире, но значительно более плоские, чем в ранее построенных зданиях. Они не воспринимаются как декоративное дополнение, а органически объединяются со структурой складчатого фасада. При этом сами несущие конструкции на фасаде закрыты -- каждый выступ фасада охватывает три стойки наружной стены металлического каркаса, благодаря чему средняя стойка скрыта 'за плоскостью окон, а обе крайние наполовину закрыты оконными коробками. Несущие элементы заметны только в углах и в нижних этажах. «Релайнс-билдинг» имел первоначально только пять этажей и был надстроен в дальнейшем десятью этажами.

Настоящий прогресс сказался в архитектуре «открытых форм», проповедовавшей массовое применение одинаковых типовых деталей,-- принцип, который для большепролетного строительства уже воплотился Пакстоном в проекте «Хрустального дворца» -- скорее в результате случая, чем творческого поиска.

«Монаднок-билдинг» -- оригинальнейшее из всех сооружений Чикаго, оно не имеет металлического каркаса; это настоящее массивное здание -- высочайшая постройка своего времени с несущими кирпичными стенами. Консервативные заказчики отклонили первые эскизы металлического каркаса с терракотовой облицовкой фирмы «Бернхейм, Рут» и настояли на строительстве чисто кирпичного здания. Рут постепенно заинтересовался кирпичной коробкой и с увлечением приступил к работе. Интенсивное закругление, с которого начинается наружная стена над далеко выступающим цокольным этажом и которая соответствует мягкому, взлетающему вверх выступу, и в дополнение ко всему-- закругление углов -- все это придает каркасу здания динамику и усиливает впечатление огромной несущей способности, которое внушают и глубоко врезанные оконные проемы.

С помощью эркерных окон, размещенных по каждой третьей оси, Рут вводил в фасад стальной каркас, уменьшая тем самым строительную массу и устанавливая связь с окружающими зданиями так, что на первый взгляд даже не чувствовалось коренной разницы в их структуре.

Возведенные к тому времени сооружения дают слабое представление о развитии стальных конструкций. Специальные публикации исчерпывались появившейся в 1901 г. в Нью-Йорке работой Дж. К Фрейтага «Архитектурная инженерия» («Architectural Engineering»), которая ставила перед собой примерно такую же задачу, как и настоящая книга. То, что инженеры играли в американском высотном строительстве важную роль, следует уже из заглавия, которое означало применение инженерных методов в планировке зданий и проектировании строительных конструкций.

Фрейтаг установил ¦ чикагских конструкциях два типа, две ступени развития. Прежде всего основанная Дженни, созревшая в «Такома-билдинг» конструкция несущего каркаса, воспринимающего все нагрузки от перекрытий, крыши и стен и передающего их на фундаменты колонн и неполный каркас с передачей горизонтальных усилий на кирпичную кладку стен. Неполный каркас вскоре был вытеснен новым конструктивным типом, названным «клеткой» (Cage»). Здесь несущий каркас обладает горизонтальной жесткостью; ветровые связи относятся к общим элементам стального каркаса. Благодаря независимости несущего каркаса от стен, являющихся только ограждающими конструкциями, стали возможным создание сплошного остекления, замена внутренних стен перегородками и уменьшение толщины стен. Появилась возможность значительно ускорить ход строительства -- теперь можно было производить заполнение или облицовку наружных стен одновременно в нескольких этажах.

Значительное внимание в работе Фрей-тага уделено огнезащите. Для инженеров и архитекторов Чикаго проверка на огнестойкость была первоочередной задачей; ужас пожарной катастрофы 1871 г. долго не забывался. Фрейтаг приводит статистические материалы о погибших при пожарах, он описывает опыт, который был накоплен при пожарах высотных домов с металлическим каркасом в 90-х годах и кратко характеризует мероприятия по покрытию огнезащитной оболочкой стальных несущих элементов.

Ветровые связи трех еще и сегодня применяемых типов были введены в практику уже в 90-х годах:

ветровые связи в виде перекрещивающихся диагональных круглых стержней;

порталы и ветровые рамы -- там, где для размещения крестовых ветровых связей не было глухих стеновых плоскостей;

решетчатые балки или балки фахверка с возможно большей высотой, жестко связанные с несущими колоннами в виде рам.

Устройство фундаментов в каркасном строительстве представляло третью проблему, для решения которой требовалось изменение знакомых уже основных форм. Чикаго принадлежала ведущая роль в развитии сплошных оснований по типу «плавающего фундамента», что было обусловлено строением почвы: мощный слой пластичной глины, на котором по всей площади фундамента происходила равномерная осадка. Обычные типы фундаментов под массивные несущие стены с крутыми уступами, очень глубокими из-за необходимости расширения основания, нельзя было перенести на отдельно стоящие фундаменты каркасных высотных зданий. Огромные массивные пирамиды под тяжелые колонны отнимали бы много места в подвальных этажах либо, если бы они располагались глубже, требовали дополнительных расходов и значительно усложняли работу. Поэтому на бетонные плиты основания вместо уступов из кирпичной кладки стали укладывать железнодорожные рельсы в несколько слоев, которые потом послойно обетонировались; таким способом можно было значительно уменьшить высоту фундаментов. Рельсы были впоследствии заменены двутавровыми балками. При возрастающем числе этажей несколько колонн стали устанавливать на общий ростверк, а их основание выполнять в виде сплошной фундаментной плиты.

Свайные основания с момента возникновения каркасного строительства получили сравнительно небольшое развитие; они имели преимущества при опирании на скальные грунты в условиях Нью-Йорка и Бостона. При деревянных сваях возникала проблема снижения уровня грунтовой воды, разрушавшей деревянные сваи.

Здание «Парк Роу билдинг» в Нью-Йорке, которое около 1900 г. было высочайшим зданием в мире (36 этажей), поставлено на деревянные сваи. Кессонное основание применялось в особо тяжелых почвенных условиях. Этот тип оснований, опробованный в строительстве железнодорожных мостов, получил дальнейшее развитие в Нью-Йорке при строительстве высотных зданий со стальным каркасом.

Буффало. «Гэранти - билдинг» ,1895г. Прокатные балки из ковкого железа были в 1885 г. заменены прокатными балками из литой стали, изготовленными в США «Карнеги Стил компании. С этого времени перестали применять и чугунные колонны, на смену которым пришли стандартные профили или квадратные коробчатые сечения из прокатной стали. Болты как средство соединения стали вытесняться заклепками. Таким образом, на рубеже двух столетий были разработаны все основные конструктивные элементы, необходимые для следующего этапа развития каркасного строительства.

Для архитекторов представляют особый интерес проблемы обработки фасадов, которые принесло с собой строительство с применением стальных каркасов. Прежде всего изменилась конструкция окон, которые стали непривычно большой ширины. Вначале три или четыре вертикальных раздвижных окна соединялись в одном проеме. В дальнейшем из этого решения развилось типичное «чикагское остекление»: в середине нерасчлененное, глухое остекление, а сбоку две более узкие боковые створки. Так же остекление стало использоваться и для устройства временных перегородок.

Особенно важны в обработке фасадов детали перемычек между окнами двух соседних этажей. С переходом к конструкциям системы «кейдж» оконные перемычки. рандбалки и подоконники были объединены а одно целое. Такие оконные секции кажутся нам курьезными из-за смешения стальных конструкций и классических деталей фасада, но конструктивные проблемы и вопросы строительной физики здесь тщательно продуманы, в том числе колебания температуры стальных колонн, разгрузка оконных конструкций, выравнивание осадки облицовки фасада и устройство каменной кладки.

Для отделки фасада применялась керамика -- огнестойкий и легкий материал для заполнения покрытий и внутренней облицовки. Древняя техника облицовки керамическими плитками давала архитекторам разнообразную возможность орнаментального и цветового украшения. Мелкий рельеф создавал необходимый масштаб и впечатление легкости, соответствующие каркасному строительству. Очень хорошо выглядела эта облицовка в карнизах, в обрамлении экон и в межоконных поясах совместно с кирпичной облицовкой фасадов высотных домов, например на «Маркет-билдинг».

Для выдающихся зданий была использована вся гамма облицовочных материалов: натуральный камень в нижних этажах, кирпич для промежуточных этажей и керамика для завершающего этажа и карниза. Облицовка стен натуральным камнем, несмотря на ряд недостатков: трудоемкость связи со стальным каркасом и необходимость заполнения бетоном пазух между камнем и стеной, имела повсеместное применение в строительстве административных высотных зданий и пользовалась особой популярностью в конце столетия как следствие исторической традиции века. И хотя естественный камень и был оттеснен на второй план чикагской школой, но вытеснен окончательно не был.

По мере того как каркасный способ строительства в Соединенных Штатах совершенствовался и расширялся, становились заметными перемены в отношении к архитектуре-- наметился решительный поворот к академическому историзму. Некоторые историки современной архитектуры, например Гидион, считают толчком для этой перемены Всемирную чикагскую выставку 1893 г. Пышный декоративный стиль, импортированный парижской Высшей школой изящных искусств, праздновавший свой триумф, задушил в зародыше стремление к новой архитектуре и отбросил ее развитие на 50 лет.

Конечно, выставка 1893 г. не была источником неоклассического движения, а послужила только первым признаком его. Успехи чикагской школы были стихийными; она была признана народом и архитекторами всей страны; она была созвучна выросшим строительным объемам и более строгим техническим правилам, однако для функциональной архитектуры, свободной от исторических отзвуков, время еще не настало.

Проблематика архитектуры небоскребов в 90-е годы отчетливо проявилась в сооружениях Л. Салливена. Его мастерская в Париже входила в проектное бюро Д. Адлера, с которым он проработал до 1895 г.

Первым торговым высотным зданием с металлическим каркасом является выстроенный в 1890--1891 гг. «Уэйнрайт-бил-динг» в Сент-Луисе. Салливен пытался в нем решить архитектурную проблему небоскребов как замкнутой, уравновешенной в перспективе композиции. Согласно классической схеме цоколь -- стена -- карниз он разделил корпус здания на три зоны: три нижних этажа, выполненных из натурального камня, над ними ряд этажей в кирпичной кладке с узкими выступающими колоннами и утопленным орнаментированным поясом, а затем мощный ббгато украшенный орнаментом фриз, на котором покоятся сильно выступающие карнизные плиты. Угловые колонны сильно расширены по сравнению с промежуточными.

В 1894--1895 гг. Салливен усовершенствует этот принцип членения в «Гэранти-бил-динг», выстроенном в Буффало, и одновременно усиливает масштабный эффект вертикального членения: цезура между тремя зонами, а также мощь угловых колонн и венчающего карниза сильно смягчены, все элементы обобщены в одно органически нарастающее целое.

Архитектура этих двух небоскребов с их виртуозной орнаментикой не могла стать школой, поскольку она была слишком индивидуальна. Салливен сам это хорошо чувствовал; во всяком случае, в своей последней знаменитой работе -- здании универсального магазина фирмы «Карсон, Пири и Скотт» в Чикаго (1899--1901 гг.) -- он вернулся к элементарно простому членению фасада, точно соответствовавшему структуре каркаса -- орнамент сохранился в нижних этажах и в обрамлении окон, классические принципы композиции были отброшены. Для самого Салливена это строительство было трагическим промахом, современники не могли его понять и видели в нем рецидив к примитивному каркасному строительству. В заключение мы должны назвать еще ряд работ, в которых пионерский дух строителей Чикаго находил отражение вплоть до первой мировой войны. Это несколько зданий, в которых с помощью простых средств воплощалось то, что удалось выкристаллизовать Салливену в качестве квинтэссенции чикагской школы в здании универсального магазина фирмы «Карсон, Пири и Скотт». В скромной кирпичной одежде с изящным членением на вертикальные элементы и горизонтальные полосы его здания практически не стареют. Характерным представителем этой группы ранних сооружений с металлическим каркасом является «Либерти Мьючиал Иншуренс билдинг» (1908 г.).

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.

Дух рационализма в архитектуре, который отстаивал Виоле ле Дюк, наряду с английским реформистским движением Рэскина и Морриса создали важную предпосылку для нового модернистского течения в международной архитектуре, которое одержало полную победу над архаизмом.

«Новое искусство» (югендстиль)' предстало перед современниками действительно как нечто новое; оно было импульсом интенсивным, но недолговечным, оно было необходимо как переходная стадия. Чтобы опрокинуть устаревшие представления об архитектурных формах, передаваемых из поколения в поколение, ведущие архитек ры должны были, очевидно, начать с орнаментики. Они должны были предложи совершенно новый набор декоративных форм, взятых непосредственно из природ форм, какими они были представлены современной живописи, графике и внутра ней отделке, например, у Манча и Бердселея -- английских художников школы Морриса.

Воплощению в строительстве этих идей изменения архитектурных форм способствовали преимущества стали как строительного материала. Проектные предложен Виоле ле Дюка по оформлению стальных несущих конструкций побудили к дальнейшему развитию техники.

Еще богаче и насыщеннее декор из железа, еще убедительнее его связь с открытыми стальными несущими элементами в лекционном зале Народного дома -- здания профсоюзов, построенного в 1899 г. Профиль изящных рам фахверка, многократно изогнутый и закругленный, вписанный в трапецию, имеет заметное сходство с контуром всего здания в плане, расположенного на круглой площади между двумя радиально отходящими от нее улицами. Этот вогнуто-выпуклый фасад заключен в ажурный стальной каркас; только лестничная клетка с главным входом на одном из углов здания и две узкие полосы на стыках: соседними домами выполнены в кирпичной кладке. Количество стальных колонн фасадах верхних этажей удвоено, из-за этого окна стали очень узкими, причем сохранился масштаб, свойственный домам провинциального города.

Этот фасад является шедевром архитектуры, и трудно понять, как случилось, что в 1967 г., несмотря на неоднократные возражения, Народный дом был снесен. Насыщение наружных каркасов декоративными элементами для стиля модерн было относительно скромным -- пологие арки под нижними горизонтальными элементами, изогнутые консоли балконов верхних этажей. С большой тщательностью были выполнены стыки отдельных элементов. Пять различных материалов были соединены здесь в единый ансамбль -- стекло и дерево - единое обрамление окон, железо несущего каркаса, решетки и перила, светлая кирпичная кладка пилонов, перемежающаяся с гранитом, и гранитные порталы. Такой роскоши, созданной ценой огромных затрат ручного труда, впоследствии уже больше не встречалось.

По-видимому, эти трудности привели Хорта к тому, что он в своем следующем большом фасаде из стекла и металла при строительстве магазина «Иновасьон» в Брюсселе (1901 г.) сократил разнообразие материалов.

Каменная кладка здесь имеет лишь узкие гранитные обрамления, сам же фасад состоит из двойных стен. Несущий каркас внутренней стены воспринимает нагрузку от больших плоскостей остекления, а наружный стальной остов -- только нагрузку от декоративного оформления фасада. Здание, сгоревшее в 1967 г., представляло заметный шаг вперед благодаря решению его фасада; неблагоприятное впечатление производили тяготеющие к барокко изгибы м изломы верхних замыкающих арок. Еще с большей степени ощущалось чрезмерное увлечение орнаментами в универсальном магазине «Самаритэн», построенном в 1905 г. Ф. Журденом; среди парижских шедевров это здание представляет образец периода созревания и перезревания модерна.

Зато удивительно строгое и свежее впечатление производил выстроенный в 1903--1905 гг. архитектором Г. Шеданом 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.

Железобетонные конструкции здесь еще были облицованы глазурованными плитами; в своих более поздних постройках Перре всегда оставлял бетон обнаженным. Несущий каркас отчетливо читается в цветовом контрасте светлых элементов рам с пестрым заполнением -- цветным узором на больших плоскостях, употреблявшихся еще школой нового искусства. Работа железобетонного каркаса дополнительно демонстрировалась искусным приемом: соответственно продуманному расположению квартир верхних этажей уличный фасад был в середине сильно утоплен, а по краям выступал вперед над подвалом, где размещались конторские помещения.

Если сравнить это здание с лучшими работами в Чикаго, создается впечатление, что архитектурный замысел довлеет над конструкцией здания, что инженер Перре подчиняется архитектору Перре. Горизонтали и вертикали в этом фасаде не производят впечатления несущих элементов, а читаются как декоративное расчленение оставшихся между окнами плоскостей. Это впечатление еще более усиливается в последующих постройках Перре -- в жилом квартале на площади Пасси (1930 г.) и в огромном комплексе восстановления Гавра (1950 г.). Даже его самые смелые ранние работы, как, например, гараж на улице Понтье, не свободны от чисто оформительских тенденций.

Весьма интересны работы Тони Гарнье, , современника Перре, сооснователя международной архитектуры нашего столетия из бетона. Хотя он был менее популярен, чем Перре, он оказал на развитие архитектуры существенное влияние. Гарнье впервые разработал полностью в железобетоне идеализированный проект современного города с жилыми кварталами, школами, больницами, вокзалами и т. д. Многое из своих идей Гарнье смог осуществить еще начиная с 1908 г. в обширной программе общественных работ Лиона; с тех пор градостроители и планировщики этого города мыслят преимущественно категориями железобетона.

Однако Гарнье отлично разбирался также в постройках из металла; это видно на примере строительства скотного двора Лионской бойни пролетом 80 м. Здесь он применил несущую систему и пространственный образ большой Парижской галереи машин (1889 г.), заменив в соответствии с требованиями времени и назначением помещения трехшарнирные арки трех-шарнирными рамами и уменьшив площадь остекления. То, что он считал необходимым поставить по фронтонам грандиозных стальных конструкций массивные ступенчатые стены с высокими сегментными окнами, представляет еще один пример консервативных тенденций в архитектуре, о которых мы уже говорили вначале.

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.

Применение железобетона еще раньше вынуждало учитывать монолитную природу этого материала, его пространственную взаимосвязь, влияние неразрезности и жесткости узлов и перейти от статики стержня к статике жестких рам. Переход от перекрытия из тавровых балок к ребристому перекрытию, применение перекрестно-армированных плит, безбалочных перекрытий, безраскосных ферм и многоэтажных рам -- все это очередные этапы в освоении неразрезности железобетонных сооружений.

На примере характерного узла стального каркаса построенного в 1931 г. в Антверпене здания «Торренгебау» отчетливо видно, насколько трудно было металлистам подражать строителям, применявшим железобетон, имея в распоряжении тогдашние конструктивные средства: фасонки, соединительные уголки и заклепочные соединения. Из сравнения с соответствующими узлами стального каркаса, возведенного в 50-х годах близ Цюриха, будет ясно даже неспециалисту, какие усилия были необходимы, чтобы прийти к решению проблемы пространственных конструкций, какие огромные успехи были достигнуты с тех пор благодаря переходу от заклепочных соединений к соединениям на сварке и высокопрочных болтах.

Двадцатишестиэтажное здание «Торренгебау» было высочайшим зданием в Европе; это подтверждает, что развитие строительства из стальных конструкций в Бельгии и Франции не останавливалось и что Европа уже начала догонять США в строительстве высотных домов.

Среди важнейших прогрессивных решений с применением стали во Франции особо отмечены работы Ле Корбюзье, который обладал наиболее многосторонними творческими способностями; его целенаправленные идеи охватывали одинаково все области строительного искусства -- функцию, конструкцию и форму. Он начал свою архитектурную карьеру в ателье Перре, которого всегда признавал своим учителем. С самого начала своей деятельности Корбюзье был приверженцем бетона и своими строениями из него превзошел работы учителя. Корбюзье органично выявил железобетонный каркас выразительными архитектурными средствами и в течение всей своей жизни неустанно открывал и развивал многообразные возможности бетона как строительного материала. Направление, которое приняла международная архитектура в последние 20 лет, без него немыслимо.

Однако Ле Корбюзье занимался также и стальными конструкциями и внес в этот вид строительства существенный вклад. В павильоне Швейцарии парижского университетского городка он осуществил в 1930--1932 гг. идею свайного основания -- важную составную часть знаменитой программы из пяти пунктов, создав опоры, с помощью которых здание было поднято вверх, чтобы освободить земельную площадь. Это было комбинированное строительство с применением железобетона и стали. С тех пор такая комбинация очень часто повторялась, и в последние годы особенно широко снова применяется и преобразуется.

Нигде эта строительная идея не реализована так хорошо, как в этом здании; сильно вытянутое основание стоит на шести далеко расставленных железобетонных двойных колоннах, которые непосредственно опираются на шесть погруженных на 20-метровую глубину парных свай; они несут двойной нижний прогон, на котором расположена мощная плита. В данном строительстве это было необходимо, так как позволило в четырех верхних этажах показать стальной каркас, который четко просматривается на главном фасаде во всей своей подчеркнутой стройности -- заполнение полностью из стекла с изысканно ритмичным поперечным делением. Такое решение явилось непосредственным предшественником стиля «стена-экран» (curtain wall).

В поселке Белый Двор в Штутгарте в 1927 г. Ле Корбюзье высоко поднял двухэтажный жилой дом из металла на стальные колонны, тем самым подчеркнув стальные конструкции. Построенный в 1930--1932 гг. в Женеве дом «Мезон Кларте» является еще более перспективным-- он стал предпосылкой для создания жилого комплекса в Марселе, для которого Ле Корбюзье также первоначально запроектировал стальные конструкции. Впоследствии он выполнил его в грубом необработанном бетоне. На очень точном плане дома на 45 квартир, занимающих один или два этажа и размещенных вокруг двух лестничных клеток, создана привлекательная игра внутренних объемов. Корпус сооружения, вырастая из широкого нижнего этажа, в верхних этажах дважды сужается уступами. Вся эта сложная пространственная система включена в стальной сварной каркас из стандартных профилей, расположенный на строгой сетке колонн, которая придает главному фасаду, полностью состоящему из стекла и металла, основу ритмического строя, четкий порядок. Ритм достигался простыми средствами: выступающие, проходящие через весь фасад в каждом втором этаже балконы с изящными металлическими поручнями, чередование оконного и литого стекла, легкое смещение импостов, свободное размещение и чередование солнцезащитных жалюзи. Здесь действительно создается впечатление яркости. свежести, воплощенное в термине «кларте» (свет).