Царь-камень

По аналогии с веком каменным, бронзовым, железным - нынешний век можно назвать веком железобетонным. Без него не мыслится ни одно сооружение. Вонзающаяся в небо игла Останкинской телебашни, исполинский мост через Енисей, спортивный зал "Олимпийский" на 35 тысяч зрителей, велотрек в Крылатском, жилой дом в 24 этажа - все это железобетон. Он стал основой современного строительства.

Железобетон - это бетон, в который введены стальные стержни, или арматура. Слово "арматура" - латинское и в переводе означает "вооружение". Бетон вооружают, или армируют, для улучшения его качеств. У бетона есть одно уязвимое место - он слаб на разрыв. А у металла, напротив, хуже сопротивляемость на сжатие, но прочность на растяжение в 100-200 раз выше, чем у бетона.

На строительные конструкции в зданиях и сооружениях действуют как силы сжатия, так и силы растяжения. Вот, к примеру, самый простой пешеходный мостик: две опоры держат бетонную плиту. В верхней части плита испытывает нагрузку на сжатие, а в нижней части - на изгиб или растяжение. Если бетонную смесь для будущей плиты усилить металлом да уложить арматуру не как-нибудь, а строго по расчету именно там, где она работает в конструкции наиболее эффективно, то при затвердении получается новый материал, в котором оба составляющих - и металл и бетон - начинают работать вместе, как одно целое. Прочность конструкции на изгиб или растяжение при этом значительно повышается, так как железобетон соединяет в себе положительные качества и бетона и металла. При твердении бетон уменьшается в объеме и плотно обжимает арматуру. Для лучшего сцепления арматуру делают в виде квадратных, ребристых, плетеных, крученых прутков, стальных штырей с зазубринками, предварительно натянутых металлических струн. Плотно обжимая арматуру, бетон защищает ее от коррозии и резких перепадов температуры.

Изобретение нового строительного материала - бетона, "вооруженного" металлом, можно назвать вторым рождением бетона. Именно железобетон начал свое победное шествие по земному шару и произвел подлинную революцию в строительстве.

Сегодня нас не удивишь сооружениями огромных размеров, стали привычными помещения, вмещающие десятки тысяч человек, здания почти прозрачные - из стекла и бетона, перекрытые легкими оболочками причудливой формы. Еще сто лет назад о таких здания не имели представления. Их возведение оказалось возможным с изобретением железобетона.

Первое время еще не знали всех замечательных свойств материала и использовали его не в полную меру. Постройки из железобетона повторяли привычные, традиционные, выполненные из природного камня или кирпича. Но когда свойства железобетона были исследованы, люди убедились, что из этого материала строения могут быть принципиально иной конструкции. Под влиянием нового материала неузнаваемо преобразились стены, колонны, своды, купола. Теперь легко было отказаться от массивных глухих стен. Прежде каменные стены в нижней части испытывали большие нагрузки от массы вышележащего материала, поэтому внизу их выкладывали более толстыми. Теперь железобетонный каркас принял на себя всю нагрузку, а стены превратились в легкие ограждения, экраны. Их можно изготовить из тонких железобетонных панелей, более тонкими из кирпича или прозрачными из стекла. Новый материал позволил приподнять строения над землей. Если бы москвичи XVIII столетия увидели двадцатипятиэтажный жилой дом, что на проспекте Мира в Москве, стоящий на тонких столбах, они пришли бы в ужас - не может такая махина держаться на "курьих ножках", дом непременно развалится. У нас же и более смелые проекты не вызывают тревоги.

Тяжелые каменные конструкции не позволяли перекрывать большие пролеты. К тому же ручная тёска камней сложной формы для арок и сводов была чрезвычайно трудоемкой. С появлением железобетона люди научились перекрывать огромные пространства легкими железобетонными сводами-оболочками. Больше не требовалось загромождать пространство каменными колоннами. Появилась возможность создавать необычные по форме композиции, пронизанные светом и воздухом, прозрачные, динамичные и вместе с тем прочные и долговечные. Научились возводить не только монолитные здания, но и изготавливать конструкции и все детали зданий на заводе и собирать из них дома на строительной площадке. Это ли не революция в строительстве?

Строители шутят, когда говорят, что из железобетона нельзя изготовить лишь стекла. И в этом большая доля правды. Из железобетона практически возможно сделать все элементы зданий. У него поистине безграничные возможности в создании новых конструктивных решений зданий и сооружений. Это настоящий царь-камень в современном строительстве.

Ни один камень не может сравниться с железобетоном. Он обладает огромной механической прочностью. Каждый квадратный метр его поверхности может выдерживать давление 5-10 тысяч тонн - это вес нескольких железнодорожных составов. Железобетон долговечен, огнестоек, гигиеничен, сравнительно прост в изготовлении. Сырье для его производства имеется в достаточных количествах.

Есть у железобетона и недостатки. Прежде всего - высокая собственная масса изделий и конструкций, иначе говоря, они слишком тяжелые. Нехорошо и то, что железобетон обладает значительной тепло- и звукопроводностью. И тем не менее железобетон благодаря своим превосходным свойствам получил широкое распространение во всем мире.

Появился новый материал немногим более столетия назад. Его изобретение не было случайным. Жизнь требовала и ждала нового строительного материала. В первой половине XIX века в связи с бурным развитием промышленности, транспорта, торговли значительно увеличилось строительство фабричных, заводских, складских, торговых, общественных зданий. Требовались железнодорожные вокзалы, порты, водонапорные башни, огромные промышленные печи, резервуары, мосты с большими пролетами через реки и железнодорожные пути. Нужно было на дорогой городской земле воздвигать многоэтажные жилые здания, чтобы разместить в них все растущее население городов. Естественно, что возросла потребность в строительных материалах, и они сразу же вздорожали. Такие обстоятельства побудили к скорейшему созданию новых искусственных камней. Так были получены сначала новые искусственные цементы, без которых было бы невозможно появление бетона, а затем и железобетона.

Изобретение царя-камня - железобетона принадлежит сразу нескольким исследователям. Он создавался почти одновременно в Англии, Франции и чуть позднее в США. История создания железобетона охватывает период с 1850 по 1886 год. Тогда разные изобретатели сразу на практике пытались соединить бетон с металлом. Теория и серьезные испытания железобетона начнутся позднее.

А пока в Англии кипит работа. Эта страна первой осуществила перестройку промышленности: на смену ручному труду пришли машины. С введением паровых двигателей увеличилась пожарная опасность. Строителей в это время больше всего беспокоили вопросы огнестойкости сооружений, и английские инженеры пытались соединить железо с бетоном, особенно в перекрытиях. Одни предлагали укладывать чугунные балки и заливать их известковым бетоном. Другие - заделывать в цементный раствор железные стержни. О совместной работе двух материалов не думали - главное получить огнестойкие перекрытия.

Первым в 1854 году запатентовал конструкцию огнестойкого перекрытия английский штукатур Вильям Баутленд Вилькинсон. Он закладывал железные тросы в незатвердевшую еще бетонную смесь. При этом тросы он размещал в той части, где возникают растягивающие усилия. Таким образом, он уже учитывал совместную работу бетона и металла. В Англии годом рождения железобетона считают именно 1854 год - год выдачи патента Вилькинсону, и он является одним из "отцов" нового материала.

Вслед за Вилькинсоном запатентовали свои системы огнестойких конструкций еще несколько человек в Англии. В эти же годы появляются первые изделия из железобетона. На Всемирной выставке 1855 года в Париже демонстрировалась лодка, построенная инженером Лямбо из армированного цемента. Стенки лодки имели толщину в несколько сантиметров и состояли из сетчатого железного каркаса, обмазанного цементным раствором. В том же году Лямбо получил патент на строительство судов из нового материала. Однако у Лямбо основным материалом, воспринимающим нагрузку, являлось железо, а цементный раствор служил лишь заполнителем. Это еще не железобетон.

Ближе к железобетону подошел другой французский изобретатель, Франсуа Куанье. Он много строил из бетона с включением металла и на основании практического опыта в 1861 году опубликовал брошюру о применении бетона в строительстве. В ней он впервые высказал мысль, что железные стержни в бетоне не могут изгибаться отдельно от бетона, а работают вместе с ним, тем самым увеличивая его несущую способность.

В ряду изобретателей нового материала наибольшая известность выпала на долю французского садовника Жозефа Монье. Он сотрудничал в садоводческой фирме "Братья Флер" в Версале. Монье выращивал в оранжереях пальмы, которые затем в кадках продавали в Англию. Опыты по изготовлению кадок из цемента и песка он начал проводить с 1861 года. Однажды Монье слепил кадку из цемента на манер глиняных цветочных горшков. Он взял две деревянные бочки: одну побольше, вторую поменьше. Вставил одну в другую и промежуток между ними залил раствором цемента и песка. Когда раствор затвердел, он сбил обручи и разобрал доски. Получилась кадка со стенками толщиной 4 сантиметра. В нее высадили пальму. Она росла хорошо, и вскоре ее корни уперлись в стенки и разорвали кадку изнутри.

Тогда садовник решил скрепить кадку железными обручами. Для надежности он еще пропустил металлические стержни вдоль стенок. Получилось нечто вроде железной клетки для кадки. Это обрамление цементного сосуда было уродливым и к тому же ржавело от воды. Вид, прямо скажем, не эстетичный. Монье был того же мнения, и посему поверх металлических стяжек наложил еще один слой цементного раствора. Теперь-то кадка стала прочной, водостойкой и не безобразной, правда, очень тяжелой.

Монье стал делать стенки железоцементной бочки все тоньше и тоньше. И они все равно выдерживали напор корней. Изобретение состоялось, и в 1867 году французский садовник Жозеф Монье получил патент на переносные цветочные кадки из железа и цементного раствора. Один за другим Монье получил патенты на строительство из нового материала бассейнов, резервуаров, труб, плит и перегородок, железнодорожных мостов и других конструкций.

Монье оказался предприимчивее других изобретателей. Он продал свои патенты в Германию, Австрию, Россию. Это во многом способствовало тому, что его имя чаще других связывали с изобретением железобетона.

Кстати, железобетоном в то время новый строительный материал не называли. После того как во многих государствах были куплены патенты Монье, распространилось название "система Монье". Затем появилась "система Геннебик", по имени другого изобретателя. Этот автор совсем приблизился к железобетону, так как он впервые стал применять для конструкций не цементный раствор, а бетон. Только в XX веке, после экспериментального научного изучения свойств этого материала, за ним утвердился общий термин - железобетон, несмотря на то что арматура изготовлялась не из железа, а из стали.

В нашей стране система Монье начала применяться с 1878 года. Уже через год русский военный инженер Д. Жаринцев построил бетонную стенку, армированную металлом, в артиллерийском городке в Батуми. Жаринцев стал одним из первых пропагандистов железобетона в России. Он дважды ездил в Англию для ознакомления со строительными работами и написал 15 статей по различным вопросам строительной техники, в том числе и статью о железобетоне. Русские инженеры следили за публикациями о новом материале и в зарубежных изданиях.

Большая заслуга в развитии железобетона в России принадлежит русским ученым Н. А. Белелюбскому, И. Г. Малюге, А. Р. Шуляченко и др. Они разработали первые нормы на портландцемент, опубликовали научные труды по технологии бетона.

В 1886 году в Москве провели первые испытания железобетонных конструкций. Испытывались под нагрузкой до разрушения две плиты: одна бетонная, другая железобетонная. Последняя выдержала почти в пять раз большую нагрузку. Через несколько лет испытания провели в Николаеве, Киеве, Петербурге. Причем в Петербурге впервые в мировой практике испытания проводились на конструкциях в натуральную величину.

Профессор Петербургского института путей сообщения Николай Аполлонович Белелюбский продемонстрировал большой арочный мост. Он казался вырубленным из каменного монолита. На деле же мост оказался изготовленным из бетона с металической основой внутри. Это был один из первых прототипов мостов из железобетона. Испытания прошли успешно. Все данные были в пользу железобетона.

Натурные исследования и испытания позволили строителям смелее применять новый материал. Именно тогда были построены железобетонные стены в Центральных московских банях, свод, перекрывающий цех шириной 4,26 метра, на Реутовской мануфактуре, трубопровод на Московско-Рязанской железной дороге и другие здания, сооружения, конструкции. В 1893 году на Красной площади выстроили новые торговые ряды, и сегодня можно увидеть легкие переходные мостики из железобетона, соединяющие линии ГУМа.

В 1914 году был возведен полностью из железобетона учебный корпус Строгановского училища (сегодня это здание занимает Московский архитектурный институт). Все было необычно в новом доме: и плоская кровля, и свободная планировка, и горизонтальное ленточное остекление. В 20-30-е годы советские архитекторы-конструктивисты создали ряд подобных сооружений, это Дворец культуры автозавода имени Лихачева, клубы имени Русакова и имени Зуева в Москве, санаторий в Сочи и др. В них зодчие использовали горизонтальные окна, лестницы, вынесенные в отдельный, часто цилиндрический, объем со сплошным остеклением, железобетонные консоли козырьков и балконов. В 1925 году построили первую оболочку для резервуара водопровода в Баку.

В 1928 г. применили купольную оболочку из железобетона при постройке московского планетария. Диаметр купола - 28 м, а его толщина всего лишь 8-12 см. В этом основное достоинство таких конструкций. Их изогнутая в одном или нескольких направлениях форма значительно прочнее плоской и позволяет перекрывать пролеты в сотни метров при толщине оболочки в 5-6 см. Для сравнения, толщина традиционных куполов Пантеонов в Риме и Париже достигала полутора-двух метров при пролете 40 м.

Прототипом оболочек послужили скорлупа яйца, раковина моллюска, изогнутый лепесток цветка. Скорлупа птичьего яйца может служить идеальным примером строительной конструкции. Она легкая и прочная, в ней имеются слои тепло- и звукоизоляции. В скорлупе имеются приспособления для воздухообмена или вентиляции. Скорлупа не разрушается от резких перепадов температур. Словом, природа учла все, что необходимо нам иметь практически в любой строительной конструкции. Но вернемся в прошлое. В 1904 году русские инженеры Н. Пятницкий и А. Барышников в Николаевском порту соорудили первый в мире железобетонный маяк. Эта башня высотой 40 метров достигала рекордной высоты.

Телевизионная башня в Останкине. 1967 г.

Прошло 63 года, и в Москве появилась новая гигантская башня. Как вы, вероятно, догадались, речь идет о чуде строительной техники - Останкинской телебашне. Ее высота около 540 метров, причем железобетонная часть башни равняется 384 метрам, остальное - металлическая антенна. Как видите, сегодня строители научились воздвигать башни на полкилометра выше первой железобетонной башни-маяка. Замечательные материалы - железобетон и сталь - позволили строителям подняться на такую высоту, тогда как конструкции из дерева не могли достичь и стометровой высоты, а в камне приблизились лишь к полуторастам метрам.

До 1974 года, до сооружения телебашни в Канаде, московская была самой высокой в мире. Такая высота нашей башни вызвана рельефом Москвы и высотой застройки города. Чтобы все районы столицы оказались в зоне телевизионной видимости, ученые точно рассчитали необходимую высоту башни.

Эту высоченную иглу можно видеть из большинства районов Москвы. Ей не страшны сильные ветры, она способна устоять даже перед сильным ураганом и при землетрясении в 8 баллов.

Аэропорт 'Звартноц'. Ереван

Автор этого сооружения - известный инженер Н. В. Никитин. Он сконструировал башню по типу стебля растения. Полая железобетонная часть башни постепенно сужается и переходит в металлическую трубу, напоминая по форме ствол дерева. Внутри вдоль железобетонного тела башни натянуты стальные струны-канаты. Они придают монолитному железобетонному стволу еще большую жесткость и прочность. При порывах ветра, когда башня отклоняется в одну сторону, натягиваются струны с противоположной стороны и удерживают ее, не дают ей разрушиться от раскачивания. По такому же принципу работают конструкции стеблей растений и стволов деревьев.

Как дерево, незаметно для глаз росла башня. Каждый день она поднималась примерно на один метр. Вместе с башней поднимался вверх и домик, в котором размещались подъемный кран, другие механизмы и люди. Они под крышей этого домика укладывали в опалубку кольца бетона, а потом, опираясь на застывшие стены, поднимался домик, и все повторялось, пока не достигли заданной отметки.

Новая телебашня в Останкине стала своеобразным символом инженерного дерзания и рабочего мастерства, а также новым, наряду с Кремлем, символом Москвы.

Эта грандиозная игла получила всемирное признание как чудо строительной техники из железобетона.

Железобетон стал незаменимым в гидротехническом строительстве. Из монолитного и сборного железобетона возводят плотины, шлюзы, здания ГЭС, береговые плотины, каналы и защитные дамбы. К строительному материалу здесь предъявляются особые требования: он должен выдерживать огромной силы напор роды и обладать повышенной износоустойчивостью, водостойкостью, водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Возможности этого материала неисчерпаемы. Он позволяет строить не только прочно и быстро, но и создавать эстетически запоминающиеся образы. Те, кто бывал в ереванском аэропорту "Звартноц", очевидно, увезли с собой образ какого-то космического сооружения. Авторы аэропорта применили необычную планировку здания в виде разомкнутого кольца. На некотором расстоянии от него в центре располагается срезанный на конус объем с монументальной башней, устремленной ввысь. Эта часть здания связана с кольцом галереями и эстакадами. В кольце находятся 7 микровокзалов для отлетающих пассажиров. Прибывающие пассажиры по переходным галереям попадают в центральный зал. Функционально такая планировка вполне оправданна. Но все же в ней преобладает эмоциональное начало. Из разных точек открываются эффектные картины, и в целом аэропорт производит незабываемое впечатление. Оно достигается грандиозным масштабом и его скульптурностью, хотя здесь авторы не использовали никаких декоративно-скульптурных украшений.

Дом Городецкого в Киеве

Запоминается образ и универсального спортивного зала "Дружба", построенного в Лужниках к Олимпиаде-80. Внешне он похож на огромную морскую звезду. Этим он обязан оригинальной конструкции покрыта. Оно состоит из 28 складчатых железобетонных оболочек. Одним концом оболочки опираются на землю, а сверху в центре их объединяет сферическая двояковыпуклая оболочка. Без промежуточных опор удалось перекрыть обширную площадь. Спортзал вмещает до четырех тысяч зрителей и участников соревнований.

С конца XIX столетия бетон, а позднее - железобетон находят широкое применение в декоративной скульптуре для украшения жилых и общественных зданий, парков, скверов и садов. В этом материале создавали и портретную, и монументальную скульптуру.

Одним из первых выполнил скульптурные детали и рельефы из бетона скульптор А. С. Козлов. Эти скульптуры, созданные сто лет назад, сохранились на некоторых зданиях Москвы и других городов.

В 1902 году в Киеве на Банковской улице архитектор В. В. Городецкий в память о поездке поохотиться в Африку украсил свой дом бетонными фигурами заморских зверей. На стенах этого диковинного серого здания разместились скульптурные изображения львов, жирафов, носорогов, крокодилов. Водосточные трубы заменили бетонные хоботы слонов. Из пасти носорога капала вода. И сегодня у этого дома прохожие останавливаются в изумлении.

Из Киева перенесемся в Москву. Здесь Киевский вокзал также украшают бетонные скульптуры. Из бетона выполнены фигуры на новом здании главной библиотеки страны, примыкающем к знаменитому старинному дому Пашкова, в их создании принимали участие известные мастера: М. Г. Манизер, Н. В. Крандиевская, В. И. Мухина. Фриз из бетона на главном портике выполнен по рисункам архитекторов В. А. Шуко и В. Г. Гельфрейха. Скульптура из бетона украшает высотные жилые здания на Котельнической набережной и площади Восстания, здание Московского университета и многие другие здания и сооружения столицы.

Бетонная скульптура на доме Городецкого

Фасад Центрального экономико-математического института в Москве привлекает внимание прохожих эмблемой. Это огромное изваяние из бетона похожее на глаз и ухо, что видят и слышат все вокруг. Так выглядит лента Мёбиуса - символ бесконечности в математике. Ее вписали в квадрат, стороны которого равны одной миллионной диаметра Земли. Еще один символ - знаки кибернетики, которой здесь занимаются.

Но царь-камень бетон имеет возможность создавать запоминающиеся образы не только придаваемыми ему формами. Он обладает собственными декоративными свойствами. Их выявляют соответствующей обработкой. Цвет и фактура бетона скрыты в нем за цементной пленкой. При надлежащей обработке может обнажиться наполнитель из естественного камня с присущим ему цветом. Если в форму изделия заложить лицевой слой, состоящий из бетона и мелких кусочков декоративного камня, мраморной крошки, гальки, битого стекла или керамики, то поверхность камня-бетона преобразится. Он будет матовым или блестящим, мерцающим на солнце, ярким и нарядным. Специальными устройствами с движущимися зубьями, щетками можно сделать поверхность бетона шероховатой, рельефной, с различными узорами и фактурой.

Рельефные орнаменты на сером фоне оживляют большие плоскости стен. Определенное разнообразие в застройку вносит цветной бетон. Красители вводятся в строительный материал при его изготовлении, поэтому в дальнейшем покраски таких конструкций не требуется. Цветной бетон признан специалистами одним из самых эффективных материалов для наружной отделки зданий. Он декоративен, надежен в эксплуатации и экономичен.

В некоторых случаях после разборки опалубки бетон сохраняют без дальнейшей обработки. На нем отпечатывается текстура деревянных досок и это производит определенный эффект.

В настоящее время применяют сочетание различных фактур и материалов в отделке фасадов. Серый монолитный каркас из железобетона хорошо сочетается с ярко-красным кирпичным заполнением стен или с нарядной керамической плиткой. Эффектно выглядят яркие декоративные детали: балконы, козырьки над входами, цветочницы всевозможных очертаний. Применяются также сочетания облицовки из природных камней и железобетона.

Именно железобетон стал тем материалом, который позволил отразить нашу эпоху с ее динамизмом, небывалыми темпами развития техники, мысли, общественных отношений. Современная архитектура обрела в железобетоне материал, способный выразить практически любую идею зодчего.

Вот и закончилось наше путешествие в мир строительных камней. У них богатейшая история, и все они: известняк и мрамор, гранит и базальт, кирпич и керамическая облицовочная плитка, бетон и железобетон - по сей день служат человеку. Естественные камни в основном идут на облицовку зданий, мостов, набережных, используют их и в дорожном строительстве. Из известняка и мергеля получают известь и цемент, а из цемента и природных камней - бетон. Из глины производят кирпич, черепицу, всевозможные санитарно-технические изделия.

Строительные материалы иногда называют палитрой зодчего. В последнее время она значительно обогатилась за счет изобретения и применения новых конструкционных и отделочных материалов. В современном строительстве широко применяются синтетические полимерные материалы. Появились слоистые материалы и конструкции, в которых два-три материала соединяют в одно целое и получают значительно больший эффект. Сегодня в распоряжении архитекторов и строителей свыше тысячи наименований различных конструкционных и отделочных материалов, но ведущее место по-прежнему принадлежит всевозможным строительным камням.

Пройдет время, появятся новые строительные материалы, которые несомненно окажут влияние на развитие строительных конструкций и архитектурных форм, на формирование архитектурного стиля и образа сооружений, как уже бывало в истории архитектуры не один раз. И это будут строительные материалы и архитектура своего времени.