Конструкции, или почему не ломаются вещи

Те несколько подвесных железнодорожных мостов, которые были построеныв Англии, оказались явно неудачными. Американцы, у которых реки были шире,денег меньше, а веры в успех больше, некоторое время упорствовали, но вконце концов и они были вынуждены от них отказаться.

Следовательно, требовались не только легкие и дешевые, но и достаточножесткие мосты, к тому же с большими пролетами. Это привело к разработкемостовой фермы с верхним криволинейным поясом, или стянутой арки (рис.87).

Рис. 87. Мостовая ферма с верхним криволинейным поясом, или "стянутая арка".

Арка, конечно, обладает значительной жесткостью, но ее давление на опорыоказывается весьма большим. Это не столь существенно, когда опоры представляютсобой прочные скальные породы, но в железнододорожном строительстве в большинствеслучаев таких условий нет. Особенно сложно установить арку или серию арокна высоких и тонких опорах, они могут оказаться совершенно не способнымивыдерживать большие боковые нагрузки. Но от инженеров викторианского временипорой требовалось именно это: они смело прокладывали железнодорожные путичерез глубокие долины, порой на высоте более 30 м. Один из способов решенияпроблемы состоит в том, чтобы чем-то стянуть концы арки. Оказалось, этоможно сделать с помощью самого подвешенного железнодорожного полотна, которомуздесь приходится работать, обеспечивая свою же собственную безопасность:полотно будет находиться в состоянии растяжения.

По внешнему виду описанная конструкция похожа на обычную арку с подвеснойдорогой, но работает она совершенно иначе. Здесь нет никаких боковых давленийна опоры, они должны выдерживать только вертикальные нагрузки, вызванныевесом самой фермы и проходящего по ней транспорта. Вместо твердого закреплениявсе сооружение может покоиться на роликах, что часто и делается для компенсациитемпературного расширения и сжатия металла. Такие фермы не производят никакогобокового давления, поэтому их можно устанавливать на относительно тонкихкаменных колоннах.

Мостовая ферма в форме стянутой арки представляет собой отдельную готовуюдеталь, что позволяет существенно упростить строительство больших мостов. Ееможно собрать на земле, где-нибудь в стороне от моста, затем перевезти к опорамна плотах или баржах и поставить на место с помощью домкратов. Именно таквозводил Брюнель пролеты Солташскогомоста [74].Как мы увидим в следующей главе, стянутая арка на самом деле является одним изчленов многочисленного семейства ферм и решетчатых балок, которыми изобилуетсовременная техника.

Глава 10

Чем хороши балки, или о крышах, фермах и мачтах

Надежная крыша над головой - одно из первостепенных условий цивилизованногосуществования, но крыша тяжела, а потому проблема поддержки ее так же стара,как и сама цивилизация. Смотрим ли мы на знаменитое прекрасное сооружениеили просто на какое-то здание, всегда поучительно обратить внимание наархитектурное решение крыши, ибо оно определяет не только конструкцию самойкрыши, но и вид стен, окон да и весь внешний облик здания.

На самом деле проектирование крыши, по существу, очень схоже с конструированиеммоста, с той лишь разницей, что стены здания в, отличие от мостовых опорстремятся сделать как можно тоньше, а потому и боковое давление на стенынеобходимо рассчитывать более тщательно. Как мы видели в гл. 8, если крышаоказывает слишком сильное боковое давление на верхнюю часть стены, на которуюона опирается, то линия давления попадает в опасную зону, в результатечего стена может рухнуть.

Многие римские здания, а также все византийские культовые сооруженияимели сводчатые или арочные перекрытия, создающие сильное боковое давление.Поэтому поддерживающие их стены обычно имеют очень большую толщину, такчто линия давления находится в безопасной зоне. Как уже говорилось, этитолстые стены часто делались монолитными, иногда их облегчали, замуровываяв них пустые винные кувшины. Кроме того, что такие стены были, конечно,весьма устойчивыми, у них имелось и еще одно немаловажное для жаркого климатапреимущество - они обеспечивали отличную теплоизоляцию. Зачастую византийскаяцерковь оказывалась единственным прохладным местом в греческом селении.Ослабить толстые стены большими оконными проемами было рискованно, поэтомув римских и византийских зданиях окна обычно малы и расположены довольновысоко от земли.

Средневековые замки тоже часто строились без существенных отклонений от римскихтрадиций, как замок на Корф-Кэстл с монолитными стенами многометровой толщины.Такие стены могли, конечно, выдержать давление сводчатых перекрытий, а повполне понятным соображениям военного характера защитники замка предпочли бывовсе обойтись без окон. Ранние норманские или романские церкви не отличаютсяразнообразием архитектуры и своими толстыми стенами, маленькими круглыми аркамии оконцами непосредственно восходят к римскому прототипу. Почти все ранниероманские церкви были неплохо построены, и многие из них сохранились и по сейдень [75]. Трудностипоявились позднее и связаны были в основном с растущей модой на большие исветлые окна.

Естественно, что жители жарких стран относятся к окнам иначе, чем северяне,многие из них и поныне предпочитают жить в сумерках за закрытыми ставнями. Нетсомнения, что устройство небольших, пропускающих мало света окон -средиземноморский обычай, он восходит к Древней Греции, Риму,Византии [76]. Надо думать,это никак не связано с дефицитом стекла.

В Северной Европе даже любившие повоевать рыцари и бароны не желалипроводить время в мрачных, лишенных окон замках. Они хотели солнца и света,не по душе им была архитектура по римским образцам. Жажда света породилапрямо-таки культ окон, и очень скоро строители, стараясь перещеголять другдруга, создают залы и соборы, окна которых становятся все громадней и красивей.Хотя средневековые мастера могли быть безнадежно далеки от какого-то научногоподхода, среди них, без сомнения, были люди с гораздо более яркими творческиминачалами, чем это обычно принято считать. И мы в большом долгу перед нимиза то, что они показали нам, сколь прекрасными могут быть окна.

Однако эффект от таких окон в значительной мере теряется, если их вставлятьв похожие на тоннель отверстия в толстой стене. Попытки же делать большиеокна при тонких стенах неизбежно приводили к катастрофам. В основе норманскойархитектуры лежит архитектура романская, а она не допускает таких отклонений,ибо по ее законам устойчивость и надежность определяются толщиной стен.Тем не менее это не всегда останавливало строителей, и, наверное, именнопозднероманские постройки породили афоризм: "Вопрос не в том, упадетли, а в том, когда именно?"

Сейчас уже трудно определить, насколько ясно средневековые каменщики понималисмысл происходящего. Вероятнее всего, их понимание сути вещей было путаным исубъективным, иначе они не повторяли бы из поколения в поколение одни и те жеошибки. Однако рано или поздно кто-то понял, что совместить стремление кбольшим окнам стойкими стенами можно с помощью контрфорсов, которые должныподдерживать стены, подпирая их снаружи и сопротивляясь распирающему давлениюкрыши [77]. Контрфорсы как бы увеличивалиэффективную толщину стен, выполняя ту же задачу, что и римские кувшины, толькопо-иному.