Текст уведомления здесь

Красота с точностью до миллиметра

Инженерные открытия, породившие величайшие шедевры архитектуры

Благодаря своему масштабу, архитектурные шедевры порой завораживают больше других произведений искусства. Мало кто задумывается, что за каждой ошеломляющей конструкцией стоят инженерные открытия, по важности сравнимые разве что с изобретением колеса. «Чердак» рассказывает о самых главных таких открытиях, сделавших архитектуру возможной.
Добавить в закладки
Комментарии
Люди начали строить собственное жилье, а не использовать уже созданное природой с каменного века. Со временем это вынужденное занятие стало архитектурой и превратилось в искусство, но искусство особое: оно всегда шло рука об руку с наукой. Чтобы дом был не только красивым, но еще и не упал, нужно разбираться в устройстве материалов, знать физику и много других сложных предметов. И во все времена в архитектуре происходили настоящие инженерные революции: совершались открытия, без которых сегодня невозможно представить строительство. «Чердак» (отдавая себе отчет в неполноте и пристрастности любых списков) представляет выборку из семи построек, которые стали знаковыми и новаторскими в мировой архитектуре.

Вавилон: арка. Врата Иштар.

Можно только догадываться, какое впечатление производили врата Иштар на жителей Вавилона, не избалованных спецэффектами. Фото: wikimedia


Пожалуй, первая важная инженерная находка, которая была сделана в архитектуре, — это арка. Этот элемент появился еще во втором тысячелетии до нашей эры в Месопотамии. Суть арки проста: специальные арочные кирпичи (камни) клиновидной формы укладываются полукругом над проемом и фиксируются центральным камнем. Вес камней над аркой равномерно распределяется по всей конструкции и переходит на стену проема, поэтому вся конструкция не падает на головы тех, кто под ней ходит. До этого строители клали на проем деревянную перемычку, на которую выкладывали очередной ряд кладки. И иногда это «укрепление» все-таки обваливалась.

Как уточняет физик, кандидат физико-математических наук Игорь Кауфман, камень и бетон отлично работают на сжатие, но очень плохо на растяжение и изгиб. Круглые арки и своды обеспечили распор конструкции ее весом и позволили создать перекрытия (купола, мосты), все несущие части которых работают на сжатие.

Классическим примером месопотамской арки могут служить ворота Иштар — восьмые ворота внутреннего города в Вавилоне, украшенные величественными фигурами животных. Остатки врат, высота которых достигала четырнадцати метров, были обнаружены при раскопках, их восстановили в натуральную величину в берлинском музее Пергамон.

Не Древний Рим: акведуки

Акведуки построены настолько искусно, что даже сейчас повторить их затруднительно. Фото: LianeM/shutterstock


Огромное множество людей уверены, что акведук — это древнеримский каменный водопровод над землей (на латыни «аква» — вода, «дуко» — веду, недаром «дуче» по-итальянски по-прежнему «вождь»). Однако на много столетий раньше на Ближнем Востоке уже появились многоярусные арочные конструкции, по которым текла вода. По первым акведукам такого типа высотой в 10 метров еще в VII веке до н.э. вода поступала в столицу Ассирии Ниневию. Но все то, что сохранилось до наших дней в Италии, Франции, Испании, — творения древнеримских зодчих.

Самым сложным в постройке надземных водоводов была организация постоянного и небольшого перепада высот, чтобы вода текла в нужном направлении, и грамотное распределение веса всей конструкции на множественных арочках. То, чего достигли римляне, до сих пор вызывает восхищение: перепад высот у акведука Пон-дю-Гар во Франции всего 34 сантиметра на километр — такой точности сложно добиться даже сейчас.

Позже стало понятно, что подобные конструкции можно использовать не только для транспортировки воды, но и для перевозки людей и даже кораблей. А если вместо воды положить дорожное полотно, это будет уже не акведук, а виадук — «ведущий дорогу». Современные многоярусные эстакады — дальние потомки акведуков Древней Ассирии и Древнего Рима.

Древний Рим: купол. Пантеон

Сложно поверить, но эта монументальная конструкция «всего лишь» размноженная арка. Фото: Arnold Dekker/wikimedia


Сама по себе форма купола известна еще с древнейших времен. Точнее, с доисторических, дописьменных. Однако древнейшие купола ложные, потому что в них ряды кладки нависали один над другим и не распределяли нагрузку по своду, передавая ее на стены.

Считается, что первый истинный купол был создан в Древнем Риме. И его до сих пор можно увидеть. Это римский Пантеон (дословно с греческого — «храм всех богов»), круглое здание диаметров 43,5 метра, перекрытое настоящим куполом. Фактически купол получается «вращением» арки, и распределение нагрузки в нем такое же. Построить сорокаметровый купол «по-старому» было просто невозможно: он был бы настолько тяжелым, что неизбежно обрушился бы под собственным весом. Поэтому пришлось воспользоваться принципом арки и выложить купол, чтобы все камни распирали друг друга и равномерно передавали нагрузку на стены.

Римский (во всех смыслах слова, он расположен в современном Риме) Пантеон построен в 126 году нашей эры императором Адрианом. Правда, надпись на нем гласит: «Марк Агриппа, сын Луция, избранный консулом в третий раз, воздвиг это», но надпись относится к зданию, которое было на месте Пантеона прежде.

Византия: крестово-купольный храм. София

Купол Айя-Софии поражает воображение и поныне. Фото: oneinchpunch/shutterstock


Следующим этапом в архитектуре стало соединение круглого и квадратного. Это случилось в Византии, в христианской храмовой архитектуре. Первые византийские храмы были базиликами — длинными прямоугольными пристройками. Однако строителям очень хотелось воплотить главный символ христианства — крест — в самом здании. И в результате появился крестово-купольный храм, в котором прямоугольный объем разделяется четырьмя столбами на девять ячеек. Над столбами пересекаются два цилиндрических свода, а над центральной ячейкой на арках располагается купол.

Первым (и самым большим) крестово-купольным храмом стал Софийский собор в Константинополе (ныне Айя-София в Стамбуле). Он построен в 532—537 годах, девятью веками позже превращен в мечеть, а сейчас там музей. Диаметр его купола — 31 метр. Крестово-купольный свод гораздо более сложное сооружение, чем обычный купол: его вес распределяется не на стены, а на столбы, поэтому чем больше купол, тем сложнее постройка. Софийский собор в Константинополе стал первым собором с таким большим куполом, и впоследствии такого размера не удавалось достичь никому до наступления Нового времени. Надо сказать, что купол несколько раз обрушался, но виной тому были не грубые просчеты в конструкции, а внешние обстоятельства, в том числе, несколько землетрясений.

США. Чикаго. Небоскребы. Нome Insurance Building

С 1885 года небоскребы успели стать любимым типом зданий, а потом потерять это звание. Фото: Rudy Balasko/shutterstock


Пожалуй, следующая глобальная революция в архитектуре, а точнее в ее инженерной части, произошла уже в индустриальный период. В США, в Чикаго, в 1885 году был построен первый в мире небоскреб. И дело не в его высоте: здание The Home Insurance Building имело всего 10 этажей и 42 метра в высоту. Главным в нем было появление металлического несущего каркаса. Это сильно облегчило вес здания и позволило отказаться от несущих стен (впрочем, в первом в истории небоскребе все же было несущая задняя стена и колонны). Сейчас небоскребы выросли в 20 раз: самый высокий из них, здание «Бурж Халифа», по стене которого лазал Том Круз в предпоследнем фильме «Миссия невыполнима», имеет в высоту 828 метров.

Москва. Гиперболоид инженера Шухова

Московская Шуховская башня внешне отличается от нижегородской (на картинке), но принцип строения тот же. Фото: А.О. Карелина, 1896


И напоследок расскажем о двух «небоскребах», которые нельзя так называть, потому что в них нет этажей. Этим инженерным достижением (на самом деле здесь сразу два достижения) может гордиться инженер Владимир Шухов. Для Всероссийской промышленной выставки в Нижнем Новгороде в 1896 году он выстроил металлическую сетчатую башню, образованную гиперболоидом вращения http://www.ngpedia.ru/id643058p1.html.

Делать высокие башни из кирпича, камня или металла сложно по двум причинам: они получаются очень тяжелыми и на них «давит» сильный ветер. Шухов решил обе эти проблемы одновременно: решетчатые конструкции продуваются насквозь и ветер им не так страшен, весят они куда меньше, чем сплошная стена, а структура гиперболоида вращения, образованная прямыми балками, делает башню намного прочнее.

Несмотря на то что поверхность башни выглядит кривой, она составлена из прямых металлических балок. Позже сетчатые конструкции подхватят Норман Фостер и Бакминстер Фуллер (в честь решетчатых структур которого потом назовут молекулу углерода С60 — фуллерен), а от Шухова у нас останется знаменитая башня на Шаболовке и гиперболоидные формы градирен котельных и ТЭЦ.

Москва. Натяжная башня: Останкинская башня

Останкинская башня горела, но устояла. Фото: Sergey Novikov/shutterstock


А в 1967 году в Москве появилась самая высокая на тот момент башня в мире — Останкинская телебашня, построенная из железобетона. Сейчас ее высота 540 метров. Гигантская башня стоит на фундаменте глубиной всего 4,6 метра. Канадские инженеры, которые одно время подумывали воздвигнуть что-то подобное у себя, прямо сказали, что построить 500-метровую бетонную башню невозможно: ни один фундамент не выдержит горизонтальных колебаний конструкции под действием ветра.

Но, как мы видим, башня стоит до сих пор. Секрет — в натяжении внутри ствола башни стальных канатов. Эту находку конструктор Николай Никитин «позаимствовал» у детской самодельной игрушки, которая делалась из нескольких деревянных катушек для ниток, внутри которых пропускалась собственно нитка и натягивала мини-башню. «Железобетон и канаты в Останкинской башне создают то самое преднапряжение, которое исключает появление растягивающих сил», - уточняет Игорь Кауфман.
Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы