История градостроительства

Во второй этап развития металлических конструкций основным способом соединения их элементов являлась клёпка. Изобретение электросварки русскими инженерами Н.Н.Бенардосом в 1882 г. (использовал угольный электрод) и Н.Г.Славяновым в 1888 г. (применял металлический электрод) открыло третий этап развития металлических конструкции.

 

9.3 Новые виды вяжущих

 

 Использование в каменном строительстве растворов, не требующих в отличие от известкового длительного набора прочности, и широкое применение такого технологичного строительного материала как бетон стали возможным после изобретения в начале 19 в. новых прочных видов, вяжущих.

Военный техник Е.Г.Челиев (1771 г.), участвуя в 1817 - 1821гг. в восстановлении Москвы после разрушений Отечественной войны с Наполеоном, применил высокотемпературный (1100 – 1200 °С) обжиг смеси известняка или гашёной извести - лушонки и глины, после тонкого помола которой получил первый русский портландцемент. В 1824 г. англичанин Джозеф Асидин (1779 - 1855) запатентовал изобретённый им цемент, названный портландцементом по имени озера Портланд, где добывали строительный камень, схожий цветом и фактурой с отвердевшем раствором на цементе Асидина. Оба вида цемента отличаются составом сырьевой смеси, добавками к ней, температурой обжига, характеристиками.

Первый завод отечественного портландцемента был открыт в 1848 г. около Усть-Ижоры на Неве, близ Петербурга; первый русский завод портландцемента - в 1857 г. в селе Гродзецы в царстве Польском. В 1885 г. восемь цементных заводов выпустили 100,000 тонн портландцемента, в 1895г., когда заводов стало 12 -  630,000 тонн.

С 1880 г. по инициативе профессора Военно-инженерной академии генерал-майора А.Р.Шуляченко в России стали применяться сложные цементно-известковые растворы, достаточно быстро набиравшие прочность.

В 1881г. Н.А.Белолюбский совместно с А.Р.Шуляченко выработали единые русские «Нормальные условия для поставки и приёмки портландских цементов», где регламентировалась методика испытаний.

За огромный вклад в развитие отечественного производства портландцемента Н.А.Белолюбскому был присвоен титул «отца русского цемента». В дни празднования 25-летия деятельности Белолюбскому среди прочего был вручён памятный подарок цементных заводчиков: серебряные модели приборов для испытаний на подставке из лабрадора с надписью «Беспристрастному испытателю и покровителю русского цемента».

9.4 Открытие железобетона

В начале 19 в. бетон широко применялся в строительной практике. Однако на определенные виды нагружений бетон работает плохо, поэтому у строителей интуитивно возникала мысль использования металла в бетонных конструкциях для повышения их прочности.

Ещё в 1774 г. в России Иван Черкасов предложил использовать железные опилки в растворе. Проделанные им опыты показали, что приготовленный раствор "весьма крепко держит как бы самородный камень".

В середине 19 в. в бетонные конструкции стали вводить проволочный каркас. Около 1850 г. француз Ламбо изготовил лодку из проволочной сетки, обмазанной с обеих сторон цементным раствором, которая была представлена на Всемирной выставке в Париже в 1855 г. Кстати говоря, там же демонстрировался ещё один новый материал большого будущего — кусок алюминия весом в несколько килограммов. Французы, торжественно отметив в 1949 г. столетие железобетона, тем самым признали приоритет Ламбо в его открытии.

Такой же каркас применил во Франции Ж.Монье для изготовления цветочных кадок, получивший патент на это изобретение в 1867 г. В 1868 г. он использовал железный каркас для изготовления труб и резервуаров, в 1869 г. - плоских плит, в 1873 г. - мостов, в 1878 г. - сводчатых перекрытий. Столь успешное внедрение железобетона в разные области строительства относится, несомненно, к заслугам Монье. Однако Монье не имел представление о совместной работе железа и бетона и поэтому располагал сетку в середине конструкции (рис. 44).

Проследить в правильной последовательности последующие имена и дела первооткрывателей железобетона трудно. Начались споры, суды, разгорелись страсти вокруг нового материала, применение которого в обход уже запатентованных «систем», как тогда называли железобетон, сулило хорошие доходы. Подкупала кажущаяся простота конструкций из нового материала; «системы» плодились как грибы после дождя, создавали их часто люди, не имевшие никакого отношения к строительству, случались аварии.

Впервые положение о  целесообразности расположения стальной арматуры в растянутой зоне бетонного элемента высказал американский инженер Хайэтг в 1877 г.

Работы Монье имели  весьма ограниченное применение и лишь в 1884 г., когда его патёнты были приобретены двумя немецкими строительными фирмами, началось изучение железобетона. Были проведены первые испытания железобетонных конструкций, а в 1887 г. инженер Вайс издал первое пособие по расчёту железобетонных конструкций. Это существенно повысило доверие к новому материалу и способствовало более широкому распространению железобетона в Германии и Австро-Венгрии. Развитие промышленного производства во второй половине 19 в. вызвало широкое строительство многочисленных фабрик и заводов, для которых требовался прочный и. дешёвый материал; лучше всего для этих целей подходил железобетон.

 

Рисунок 45 - Монтаж конструкции башни Эйфеля.

 

 

9.5 Строительство Эйфелевой башни

Всемирная выставка в Париже в 1889 г. подвела итоги 19 в. не только в области промышленной продукции, но и в области строительных технологии.

Сооружение по случаю этой выставки Эйфелевой башни явилось поучительным примером продуманности и организованности всего строительного процесса.

Башня внизу имеет четыре наклонных пилона, состоящих каждый из четырёх поясов, соединённых между собой решётками (рис. 45). Каждый пояс опирается на самостоятельный фундамент посредством специального башмака и опорных плит и прихвачен к последнему болтами, пропущенными в кладку на глубину 5 м.

Пояса, наклонены к горизонту под углом 54°. Вследствие этого, после того как пилоны были смонтированы на высоту 35,5 м, крайние фундаментные болты стали работать на растяжение. Пилоны башни были подпёрты подмостями в виде призм через гидравлические домкраты, которыми регулировали положение пилонов. Данный приём позволил собрать пилоны до низа поперечных ферм первого яруса башни, т. е. до 50 м. Для монтажа последних были установлены дополнительные подмости (рис. 45 - в центре).

Для рёгулирования взаимного расположения частей башни во время монтажа кроме домкратов на пирамидальных подмостях под каждым пилоном в четырёх точках в теле фундамента были установлены гидравлические домкраты грузоподъёмностью в 3350 т.

Металлические конструкции башни изготовляли на заводе. Подача конструкций к месту установки проводилась паровыми кранами грузоподъёмностью 155 т, перемещающихся по наклонному пилону на салазках с шагом 2,4 м. На каждом пилоне был установлен один кран. Поскольку выше второго яруса четыре наклонных пилон сливался в четырёхгранную призму, то для её монтажа было оставлено два крана

Для подачи конструкций дополнительно установили три крана: один на площадке 1-го яруса, второй на площадке 2-го яруса, третий на площадке с аркой 196 м. От этих площадок конструкции поднимались кранами, установленными наверху смонтированной части башни.

Интересно заметить, что при монтаже столь высокого сооружении не было ни одного несчастного случая.

 

 

Рисунок 46 - Ребристое перекрытие системы Геннебика.

     

Рисунок 47 - Эволюция развития железобетонных перекрытий.

Рисунок 48 - Многоэтажное здание из сборных железобетонных элементов

 

 

9.6 История использования железобетона

Существенное влияние на дальнейшее развития железобетона оказало создание и 1892 г. французским инженером Франсуа Ренпебиком новой системы. Эта система - ребристое перекрытия (рис. 46), для которых отпала необходимость в металлических балках, - положила начало возведению монолитных железобетонных конструкций. Геннебик применил железобетон также для изготовления фундаментов, колонн, т.е. полностью возводил из него каркас здания; им были введены забивные железобетонные сваи.

Геннебик впервые применил арматуру (отгибы и хомуты) для усиления бетона против скользящих усилий и предложил приближённые формулы для расчета.

Конец 19 в. можно считать началом первого этапа развития железобетонных конструкций, характеризуемого применением в практике строительства различных железобетонных сгеряшевых систем.

Большая заслуга в деле применения железобетона в России принадлежит также НАБелолюбскому. В 1891 г. под его руководством в целях проверки рациональности самого применения железобетона и возможности его применения в разных областях строительства были публично проведены на Преображенской улице в Петербурге опыты на 13 элементах; испытывались плиты, своды, трубы, резервуар, сборный закром элеватора и мост 17-метрового пролёта.

Эти и другие опыты убедительно демонстрировали надежность железобетона и послужили обоснованием доклада Белолюбского совету Министерства путей сообщения. 5 января 1899г. последним было принято решение о применении железобетона; на железных и шоссейных дорогах началось строительство из него мостов, путепроводов, резервуаров.

На родине железобетона, во Франции, даже в 1904 - 1905 гг. банки не давали ссуд под залог домов, где хотъ что-нибудь было железобетонным - частное предпринимательство отказалось от строительства, что скомпрометировало этот материал. Государственный подход к этой проблеме в России открыл железобетону применение в наиболее ответственных сооружениях - мостах.

12 июня 1908 г. по докладу Белолюбского приказом МПС были утверждены "Технические условия для железобетонных сооружений".

Начиная с 1896 г. в Москве не было ни одной сколько-нибудь значительной постройки, в которой железобетон не получил бы определенного применения. Только торговый дом "Юлий Гук и К°, где работал А.Ф.Лолейт, построен в 1886-1888 гг. плиты и своды площадью 14 тыс. м². Лолейт построил в 1892 г. переходные железобетонные мосты в здании ГУМ в Москве; в 1896г. на Нижегородской выставке им был представлен 32-метровый арочный мост.

В 1904 г. по проекту инженера К.Пяшицкого, при экспертизе Белолюбского, построен в г. Николаеве первый в мире железобетонный маяк высотой 36 м.

В 1905 г. в Петербурге построено первое 4-эгажное железобетонное промышленное здание с ребристыми  перекрытиями.

В 1907-1912 гг. проведены опыты возможности применения железобетона в фортификационных сооружениях. На основе их были разработаны совершенно новые конструкции, успешно выдержавшие боевое испытание в первую мировую войну.

В 1912-1913 гг. в строительных институтах была введена самостоятельная дисциплина «Железобетонные конструкции».

В СССР в годы первой пятилетки  построены корпуса цехов на Магнитогорском и МЮПХ других заводах с использованием железобетонного каркаса. Широкое применение нашли также высотные сооружения (зерновые элеваторы и др.), выполняемые в скользящей и переставной опалубке.

Дальнейшая индустриализация строительства связана с применением сборных железобетонных конструкций. Сборный железобетон был применён впервые в 90-х годах прошлого века.

Железобетон в сборном варианте так же, как и в монолитном, вначале применялся в привычных формах перекрытии. Железобетонные балки сборных перекрытий повторяли либо форму деревянных с черепными брусками, либо форму стальных прокатных балок. В последнем случае балки ставили вплотную одна к другой, образовывая, а тошное основание под устройство пола и штукатурного потолка (рис. 47, б). По железобетонным балкам с черепными полками опирали на эти полки бетонные пустотные блоки (рис. 47, а). Обе эти формы балок противоречили работе железобетона под нагрузкой. Новым решением перекрытия были железобетонные лотковые настилы рёбрами вниз и рёбрами вверх (рис. 47, в).

Возможность создания гладкого потолка при рациональной работе железобетона была реализована с применением многопустотных плит, идею которых предложил в 1912 г. А.ФЛолейт.

В СССР сборные железобетонные конструкции были впервые применены в 1929 г. при возведении в Москве второго дома милиции.

В дальнейшем сборный железобетон нашёл применение и при возведении других конструктивных частей промышленных и гражданских зданий. В годы первых пятилеток из него возводились лёгкие одноэтажные здания так называемого ячейкового типа, в которых использовались Т - образные колонны.

Значительно реже сборный железобетон применялся в промышленных зданиях тяжёлого типа (Нижнее - Свирская ГЭС) и в строительстве многоэтажных зданий (пятиэтажный корпус по проекту А.Г.Шасшьева), что обуславливалось недостатком подъёмно-транспортных механизмов и отсутствием индустриальных стыков конструкций. Широкое распространение в СССР он получил только после Великой Отечественной войны.

В США в начале нашего века возводились многоэтажные здания по системе Концельмана (патент 1912 г.), в которой несущая часть и конструкции выполнялись из сборного железобетона (рис. 48).

На следующем этапе  развития железобетонных конструкций возникла необходимость повышения прочности при снижении собственного веса для перекрытия больших пролётов. Поскольку камнем преткновения явилась плохая растягиваемость, то возникла идея его обжатия настолько, насколько он будет растянут под эксплутационной нагрузкой, способ предварительного напряжения-обжатия первые был предложен в 1860-1863 гг. русским специалистом, академиком А.Г.Гадолиным.