Таким образом, в середине XIX в. были заложены предпосылки для дальнейшей, весьма серьезной реконструкции производства.

3.4 Вяжущие, растворы и бетоны

В XIX в. для обжига извести широко применялись простые напольные печи. Наиболее крупные печи в течение нескольких десятилетий существовали на Тосненских плитных ломках, снабжавших известью Петербург. Они были длиной около 10 саж. и высотой 2,5 саж. и имели 10 очелков (топок). «Такая печь вмещает в себе до 150 кубических саженей известкового камня». Заднюю и две боковые стенки печи делали постоянными, толщиной 1 аршин и высотой 5 аршин. Для устойчивости задней стенки снаружи печи устраивали 5 контрфорсов. В нижней части печи из обжигаемого материала выкладывали несколько топок (очелков), разделенных так называемыми «бычками» из того же известняка.

Процессом обжига известняка в такой ночи управляли с помощью отверстий, пробиваемых в разных местах глиняной обмазки шапки. После очередного обжига передняя стенка печи и ее внутреннее содержание разбирались и шли на приготовление извести, а задняя и боковая стенки существовали 10--15 лет. Печи работали с весны до осени.

Строили также шахтные печи. Около 1820 г. их стали делать круглыми в плане, а внутренний объем -- эллипсоидальным вместо ранее распространенного конического (с уширенном кверху). По данным Г.И. Энгельмана, много лет занимавшегося вопросами производства извести, в такой шахтной печи периодического действия обжигание обычно велось от 89 до 90 часов. «В печи... наполненной чистым ноздреватым известняком, обжигалось обыкновенно белой извести лучшей доброты от 5400--5000 и даже 5700 пуд.»

В 1820-х годах русский инженер В. Маслов превратил круглую печь в непрерывно действующую. Такая известеобжигательная печь, построенная в 1828 г. в Кронштадте потребляла до 1,5 м³ сосновых и еловых дров на обжиг 1 .м³ известковой плиты, т. е. в два раза меньше, чем в простейших напольных печах. В виде опыта в печи Маслова был применен также каменный уголь. Для обжигания извести он и раньше находил применение в тех районах страны, где он дешев. Энтузиастом внедрения обжига извести каменным углем в 1830-х гг. явился инженер П.И. Тумковский. Для интенсификации горения угля он устраивал в печи поддувало из кирпичных столбиков, перекрытых известковой плитой. Печь такой конструкции в 1838 г. обслуживала работы по восстановлению пострадавшего от пожара Зимнего дворца, а в 1841 г. была устроена в Керчи, где П.И. Тумковский работал городским архитектором.

К середине XIX в. шахтные печи достигли производительности 2000 м³ извести-кипелки в месяц. Расход условного топлива на 1 м³ продукции составил 180-220 кг, что в полтора раза меньше, чем в первых шахтных печах, но в два раза превышает современные показатели.

Известковые растворы для кладки стен в обычных случаях изготовлялись на свежегашеной извести, а для построек, к качеству выполнения которых предъявлялись повышенные требования, -на выдержанной извести. Песок для таких растворов применялся средней крупности и брался «из песчаных мест или рек», Загрязненный песок иногда промывали (как^- указывают Г. Энгельман. И. Фукс и др.). При использовании морского песка его несколько раз промывали для удаления солей.

Для получения гидравлического раствора применяли в качестве добавки цемянку (толченый кирпич или черепица), а иногда золу и др. Эти добавки, а также известковое тесто или раствор было принято именовать цементом.

Одним из видов применявшихся гидравлических растворов был так называемый лориотов раствор, изготовляемый с применением добавки молотой извести-кипелки, взамен части теста или пушонки. В России этот раствор приобрел значительную известность. Так, в 1810-х годах инженеры Пуадебард и Диго применяли его для кирпичной кладки при строительстве мукомольных водяных мельниц в различных районах страны, а также для фундаментов и цоколей зданий, изготовлении труб, плит, устройства тротуаров и т.д.

Для приготовления кладочного раствора на строительстве Исаакиевского собора (1818--1858 гг.) также использовалась негашеная молотая известь, послойно укладываемая с песком в творило и смачиваемая водой за три дня до применения. При строительстве Михайловского дворца (1819--1825 гг.) в Петербурге штукатурный раствор «для вящей крепости» также приготовлялся на негашеной извести.

Подробные указания по составлению известковых растворов даны в книге профессора М.С. Волкова «Изложение правил составления известковых цементов и растворов», изданной в Петербурге в 1850 г. Обобщение вопросов, относящихся к извести, сделано в 1818--1819 гг. проф. В.П. Соболевским, а затем инж. Спиридоновым и др.

Наряду с известковыми растворами в России нашли также применение известковые бетоны. Первые технические указания по их применению были даны в 1836 г. Они были использованы, в частности, при восстановлении Зимнего дворца в 1838 г. Инженер Рюдин, успешно применивший их для стен зданий при восстановлении пострадавшего в 1828 г. от пожара шведского города Борэс, способствовал распространению так называемых извстково-песчано-битных построек не только у себя на родине в Швеции, но и в Германии и других странах. В 1818 г. он был приглашен в Россию и построил из этого материала здание в Красном Селе, что вызвало практический интерес к таким постройкам. В 1855 г. в Петербурге была издана книга И. Пальшау «Наставление к производству известково-песчано-битных построек».

Спустя 11 лет после открытия в 1796 г. англичанином Д. Паркером романцемента в «Технологическом журнале» был описан не гасящийся водой продукт обжига мергелей, который после превращения в порошок обнаруживает гидравлические свойства. В 1820 г. в России были предприняты научно-технические исследования известняков (нарвских, тосненских, ладожских), давшие ценные результаты. Об одном из них сообщалось: «Всякому россиянину, конечно, приятно будет узнать, что в отечестве его еще открылось месторождение римского цемента. Сие месторождение найдено г. Клайпероном, инженером корпуса путей сообщения, при порогах реки Волхова. Камень, доставляющий цемент, находящийся уже в употреблении при строениях по части путей сообщения, есть известняк, смешанный с глиною, который через обжигание дает известь, затвердевшую под водою и содержащую почти: 0,62 извести; 0,19 кремнезема и 0,19 глинозема на 100 частей». Для сравнения отметим, что английский романцемент, завозимый в Петербург и применявшийся там для штукатурных работ, имел воды и углекислоты 28,3%, извести 51,9%, кремнезема и глинозема 19,8% (т.е. 38% по отношению к извести). Приведенное сообщение было воспроизведено во французском журнале, высказавшем мнение, что и во Франции, вероятно, имеются запасы аналогичного сырья.

Профессор Петербургского института корпуса путей сообщении Р. Шарлевиль (1799-1841 гг.), приглашенный из Франции и руководивший научно-техническими исследованиями русских известняков, опубликовал в 1822 г. в Петербурге обширный труд на французском языке: трактат об искусство изготовлять хорошие строительные растворы», который сразу же обратил на себя внимание специалистов. Один из русских журналов писал: «Книга сия весьма хороша и полнейшая по своему предмету». Будучи продолжателем работ французского ученого Л. Вика (предложившего получать гидравлическое вяжущее посредством обжига смеси извести с глиной), Шарлевиль описывает «настоящий природный цемент», полученный помолом продукта обжига смеси известняка и глины.

Работавшему в 1817-1821 гг. на строительных работах по восстановлению Москвы военному технику Е.Г. Челиеву (1771--1839 гг.) удалось получить еще более высокие результаты при обжиге смеси равных частей гашеной извести и глины, осуществленном при более высоких, чем это раньше делалось, температурах (1100--1200°С). Это позволило обеспечить спекание (оклинкерование) обжигаемого материала и впоследствии было положено в основу производственной технологии портландцемента. В 1825 г. Челиев издал «по опыту произведенных в натуре строений» книгу «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мергель или цемент». Результаты, полученные Е.Г. Челиевым, были не только выше достижений Л. Вика и англичан Э. Доббса (1810 г.) и Д. Фроста (1822 г.), но и явились шагом вперед на пути от гидравлической извести к портландцементу даже по сравнению с английским каменщиком Д. Аспидиным, впервые получившим в конце 1824 г. привилегию на изготовление портландцемента (по существу искусственного романцсмента, обожженного не до спекания).

В середине XIX в. в странах Европы получил распространение английский портландцемент. Изготовлявшийся в Англии с 1844 г., портландцемент в современном значении этого слова (т.е. обожженный до спекания) в некоторых количествах импортировался в Россию. В 1850 г., например, он был успешно применен для оштукатуривания сводов, степ и столбов в локомотивном здании Спировской станции Николаевской железной дороги.

«При всей распространенности английского портландцемента производство его, против всяких ожиданий, еще мало изучено» -- так эксперты Второй всемирной выставки в Париже (1856 г.) объясняли тот факт, что производство портландцемента во Франции было основано только в 1850 г. В Германии первый завод близ Штеттина открылся лишь в 1855 г. Его продукция была предназначена «более всего для сбыта к русским портам».

Но прибегая к импорту английского портландцемента, русские промышленники одновременно принимали меры к развитию своего цементного производства. В 1839 г. И. В. Юнкер основал в Петербурге завод по производству романцемента из привозного английского сырья. Предприятием управлял архитектор Цолликофер. Этот цемент в течение многих лет успешно применялся в Петербурге и Москве, в частности при постройке Большого Кремлевского дворца. Но наибольшей известностью пользовался основанный в 1848 г. 25 км от Петербурга завод И.Е. Роше, профессора строительного искусства Инженерной академии в Петербурге. Завод поставлял романцемент в мешках по 6 пудов для строительных работ в Петербурге, Кронштадте, Москве. По свидетельству знакомого с производством специалиста цемент «обжигался из известковых мергелей; обожженные камни раздробляются бегунами и потом смалываются жерновами в мелкий порошок. Бегуны и мельничные поставы приводятся в движение паровою машиною».

Первые официальные испытания цемента Роше были успешно проведены в 1849--1850 гг. В 1860 г. на состоявшейся в Петербурге выставке сельских произведений и промышленности состоялись интересные испытания: романцементов заводов Роше и Цехановского (основанного в Польше в 1857 г.), английского романцемента, а также английского и немецкого портландцементов. Вот как описывает эти испытания «Журнал Главного управления путей сообщения и публичных зданий». «При помощи особого станка и платформы с гирями произведено в Михайловском манеже 29 октября следующее испытание над подлитою парой кирпичей: к перекладине станка прикрепили на ребро, железным хомутом, один из подлитых кирпичей, тогда как к хомуту, обнимающему второй кирпич, подвесили платформу. По наложении груза 40 пудов произошел разрыв в цементе». Этот результат был получен при применении цементного теста, приготовленного на романцементе Роше. Романцемент Цехановского разорвался при 45-пудовой нагрузке, немецкий штеттинский портландцемент -- при 52,5 иудах, английский портландцемент Джонсона -- при 13 пудах, а его же «бурый цемент» (романцемент) -- при нагрузке 5 пудов. Следствием описанных испытаний явилось официальное принятие цемента Роше Военно-инженерным ведомством для использования при строительстве кронштадтских укреплений.

Почти одновременно с Роше в 1849 г. Филатьевым был основан завод романцемента в Подольске.

Приготовление строительного гипса в нашей стране в первой половине XIX в. осуществлялось, как правило, весьма простым способом. По свидетельству академика В.М. Севергина, в Москву и Петербург доставлялся обожженный гипс из районов Волги и Оки. Необожженный гипс обычно привозился в Петербург из Риги и Ревеля (Таллина). Во многих деревнях обжигали гипс на дровяных кострах.

«Горный журнал» сообщал в середине XIX в. о производстве гипса следующее: «В Муромском уезде занимаются ломкою гипса до 600 человек, обыкновенно в зимнее, свободное от полевых работ время. В течение 1853 г. добыто ими «алебастра» до 600 000 пудов и от продажи его выручено 5000 руб. сер. Весь покупаемый в Муромском уезде «алебастр» отправляется на барках по р. Оке и другими путями к Москве и в С.-Петербург».

Еще с конца XVIII в. в нашей стране применялись специальные котлы и печи для обжига гипса. Тем не менее, в кругах строителей даже в середине XIX в. было распространено мнение, что этот материал лучше обжигать на месте постройки, поскольку свежеобожженный гипс признавался более доброкачественным. В «Урочном положении» 1869 г. записано требование обжигать гипс перед употреблением «для сохранения свежести».

Добавляя в гипс фландрский клей и красители (а также по другим рецептам), получали искусственный мрамор, поверхность которого обрабатывали специальной полировкой. Как сообщает В.М. Севергин, «из такого поддельного мрамора сделан перед входом в галерею... [старого петербургского] Эрмитажа портик, украшенный осьмью римскими колоннами с чрезвычайно богатыми капителями изобретения Гваренгп».

Для оштукатуривания и побелки помещений в Петербурге в первой четверти XIX в. применяли мел, доставляемый из Данин. В 1827 г. 3 тыс. пудов мела было впервые привезено из Вытегры (Олонецкая губерния).

«С этого времени потребность на него быстро и значительно улучшилась... В настоящее время его ежегодно заготовляют до 100 000 пудов и нет сомнения, что он мог бы почти вовсе вытеснить из торговли мел Датский, если бы обращали больше внимания на сортировку материалов, из которых он приготовляется, и на самые способы приготовления, равно как и цену назначили бы ему умереннее».

Добыча мела и его сушка на протяжении всего XIX в. производилась весьма примитивным способом. В районе Белгорода ежегодная добыча мела достигала 100 000 пудов.

3.5 Естественный камень

Добыча и обработка гранитов и мраморов, особенно развитая в первой половине XIX в., велась главным образом для снабжения построек уникальных зданий в Петербурге. Известняки и песчаники добывались и применялись в различных районах страны.

В Москве наибольшей известностью пользовался мягкий известняк из Мячковских ломок. В середине XIX в. применялись коломенский (с1848 г.), тарусскпй, подольский и другие известняки, а также татаровский и лыткаринский песчаники. В Петербурге в это время широко использовалась для полов, лестниц и тротуаров путиловская, а для фундаментов -- тосненская плита.

В районе Одессы и в Молдавии добывался местный известняк-ракушечник. В Молдавии его добыча значительно расширилась после утверждения в 1834 г. генерального плана Кишинева. В «Горном журнале» сообщалось, что в районе Кишинева в середине XIX в. было много каменоломен «ячеистого известняка». «Браиловский известняк так мягок, что с помощью топора из него весьма легко обделывают строительные камни. Разработка этого камня шла в закрытых подземных штольнях с помощью металлических клиньев и топоров.

Мрамор для строительства Петербурга доставляли из Карелии. В 1807 г. по распоряжению Комиссии по постройке Казанского собора на Белогорском мраморном месторождении был создан первый в Олонецком крае завод для распиловки мрамора, а также его шлифования и полировки ручным способом. 10 пил приводились в действие от водяного двигателя. После пожара 1845 г. здесь был вновь создан еще больший завод -- на 100 пил. На протяжении первой половины XIX в. (с перерывами) здесь изготовлялись крупные колонны, пьедесталы, камины, вазы, плиты для полов и подоконников и т. д.

Добыча мраморов велась также на Урале. Академик В.М. Севергин приводит сведения о 17 ломках екатеринбургских мраморов. Всего же в Екатеринбургском уезде в начале XIX в. было до 40 мраморных ломок.

В Петербурге в начале XIX в. очень широко применялся гранит, доставлявшийся водным путем из районов Выборга и Сердоболя. Одним из искуснейших мастеров обработки гранита в начале XIX в. был С.К. Суханов, изготовлявший крупнейшие колонны, бассейны и т. п. из единого монолита. Наиболее крупными были работы, осуществленные в 1819--1830 гг. по выломке из пютерлакского гранита колонн для постройки Исаакиевского собора. При их обработке была предпринята попытка использовать паровую машину. Еще более крупным достижением явилась выломка уникальной Александровской колонны (1830--1831 гг.) высотой около 28 м. Техническое руководство работой осуществлял талантливый мастер С.В. Колодкин. Отделение от скалы больших массивов гранита было очень трудоемким делом. На очищенной верхней поверхности скалы (возле уступа) продалбливались борозды в соответствии с размерами отделяемого массива. Затем по обе стороны борозды выстраивались рабочие в три ряда. Каждый рабочий среднего ряда держал в руках железный бур, по которому два соседних из крайних рядов поочередно ударяли тяжелой кувалдой. Затем со стороны уступа массив подрабатывали снизу мелкими взрывами. После этого в направлении пробитых сверху отверстий десятки человек одновременными ударами забивали тяжелые железные клинья.

С помощью огромных рычагов массив Александровской колонны был перевернут, а затем вчерне обработан и доставлен водным путем к месту установки.

Для строительства храма Христа Спасителя в Москве (1837--1883 гг.) в Киевской губернии в 1857 г. начали разрабатывать Каменно-Бродское месторождение лабрадорита, открытое еще в 1838 г. В ряде городов страны существовали небольшие предприятия по обработке мрамора и гранита. В Москве одна из таких фабрик была основана в 1827 г. в районе Чистых прудов и существовала на протяжении всего XIX в. В 1840 г. у Краснохолмского моста был основан «каменнопильный завод», также существовавший длительное время.

Обработка естественного камня велась вручную и была весьма трудоемкой. В 1818 г. Г. Сизон сделал попытку механизировать ее. Он предложил обрабатывать камни «молотками разного вида и величины, приделанными к машинам, приводимым в движение какою-либо силою». Установленный на подвижных стеллажах камень должен был обрабатываться этими молотками, укрепленными на валу. В 1843 г. Д. Кобызев получил привилегию на предложенные им машины для обработки камней. Сколько-нибудь широкого распространения эти машины тогда не получили, так как подрядчикам выгоднее было использовать тяжелый, но дешевый труд каменотесов. Первой крупной работой по исследованию естественных камней явилось выполненное в Институте корпуса инженеров путей сообщения изучение и описание 40 наименований известняков, песчаников, песков, гранитов и других каменных пород в связи с постройкой Нарвского тракта в 1823 г. Профессор Горного института И.И. Свиязев выступил в 1837 г. со статьей, посвященной оценке и испытаниям каменных строительных материалов. Автор дал ценные сведения о механических свойствах камней и о выветривании.

Таким образом, к середине XIX в. в России было освоено много месторождений камня и накоплен опыт изготовления самых разнообразных, в том числе очень крупных деталей, а также приобретены научные знания свойств различных пород камня.

3.6 Искусственные камни

Искусственные камни (плиты и блоки) для стен и перекрытий изготовлялись и применялись в рассматриваемый период лишь в отдельных редких случаях, которые представляют, однако, значительный интерес.

В 1818 г. по предложению инженера генерал-майора Л.Л. Карбоньера при военно-рабочей бригаде, которая состояла в распоряжении Комиссии для строений в Москве и вела восстановительные работы в городе, возникла «школа для обучения деланию искусственного камня», предназначенного для замены кирпича, тесаного камня и бута и обладающего устойчивостью против сырости. Сведений о технологии изготовления камней, к сожалению, не имеется. Известно лишь, что производство требовало печи для обжига гипса и «машинной мельницы для цемента».

Вопрос о строительстве зданий с применением «непромокаемых блоков» разрабатывался в начале 1840-х годов русским изобретателем Шартроном при поддержке купца Плацмана. Было предложено 34 разновидности блоков, технология производства которых также осталась неизвестной. Известно только, что одна группа блоков обладала водостойкостью, другая, кроме водостойкости, -- также морозостойкостью и химической стойкостью, а третья группа предназначалась для внутренних помещений. Последние блоки были только облицовочными плитами «типа искусственного мрамора, серого цвета с белыми крапинками, легко пилящиеся». Можно предположить, что и остальные блоки применялись в сочетании с кирпичной кладкой, т. е. были лицевыми камнями. Рассмотрев это предложение, Департамент проектов и смет отказал в выдаче привилегии ввиду недостаточной изученности вопроса.

Представляют интерес керамические блоки, предложенные в 1830-х годах жителем Казани Н.А. Булычевым. И отличие от ранее известных сплошных блоков он предложил делать их пустотелыми. На технической выставке 1837 г. в Казани Булычев представил «модель крестьянского дома из пустотелых кирпичей». Эти «кирпичи» были в 6 раз больше обычных и предназначались как для кладки стен, так и для сводчатых перекрытий (изогнутые блоки). Из таких блоков Булычев выстроил 4 дома в Казани (Дальняя Архангельская слобода), которые показали хорошие эксплуатационные качества.

Стеновые камни из грунта размером 13*9*6 дюймов изготовлял с 30-х годов в районе Одессы Ян Иснар, для чего он устроил специальную установку, состоящую из чугунной формы и копра. Как показал опыт, из местного грунта при 7--8 ударах копра получались весьма прочные камни. За один день пять рабочих приготовляли 300--350 камней весом по 66 фунтов. По свидетельству познакомившейся с работами Иснара комиссии, «два дома, выстроенных на образцовой ферме из сих камней, вполне соответствуют всем желаемым условиям прочности». Постройки из таких камней пользовались известностью длительное время, о чем свидетельствует книжка Иснара «О землебитном камне», вышедшая в Одессе в 1861 г. Землебитное и глинобитное строительство велось в России и ранее XIX в. В XIX в. глинобитные хозяйственные и жилые здания строились в различных губерниях и обладали долговечностью и хорошими эксплуатационными качествами. Это явилось необходимой предпосылкой для успешного внедрения блоков Иснара. Однако, в середине 19 века еще созрели экономические и технические условия для развития производства стеновых мелких блоков.

3.7 Стекло

Производство зеленого, полубелого и бемского оконного, а также зеркального стекла велось на множестве мелких предприятий с весьма простой технологией. В 1812 г. в России было 140 мелких стекольных заводов, расположенных в 27 губерниях. Еще с начала XVIII в. стекольное производство существовало не только в европейской части России, но и в Сибири. По данным за 1814 г., на русских заводах было изготовлено 51882 ящика листового стекла, в том числе 11352 ящика во Владимирской губернии. Общее количество всех стекольных заводов в 1838 г. составило 185, а в 1859 г. -- 181.

Еще в 1803 г. в Москве было издано руководство И. Голтвинского «Наставления, основанные на опытах и долговременных наблюдениях делать лучшим и выгоднейшим образом всякого роду стекло и хрусталь». В книге даны составы и способы получения различных стекол, в том числе «состав полубелого Российского стекла», а также содержатся указании по постройке предприятий стекольного производства.

Весьма трудоемкая ручная шлифовка зеркального стекла игравшего существенную роль в строительстве монументальных зданий, была впервые в России заменена в 1815 г. машинной шлифовкой. Для этого на первом в стране зеркальном заводе была использована паровая машина. Заметим, что уже второй экземпляр паровой машины Джемса Уатта был использован в 1768 г. в Англии именно для шлифования стекла.

В России, как и в ряде других стран, технический уровень производства стекла в первой половине XIX в. оставался низким. Выдувание крупных стеклянных цилиндров (так называемых «холяв»), которые затем разворачивались в лист, производилось силой легких рабочего. Условия работы на стекольных заводах были очень тяжелы как в России, так и во всех других странах.

В середине XIX в. в России и за рубежом были заложены предпосылки технического прогресса в стекольной промышленности. В 1855 г. в Петербурге вышла книга В.В. Писарева «Руководство к производству листового зеленого стекла в России», дающая указания по заводской технологии, а так же по строительству стекольных заводов и подсобных хозяйств. Еще большего внимания заслуживает книга А. Чугунова «Исследования стекловаренного производства» (1856 г.).

Оценивая итоги исторического развития отечественной техники в области строительных материалов с начала XIX в. до 1861 г., нужно отметить ряд важных достижений в получении новых перспективных материалов (цементов, стеновых камней, изоляционных материалов) и в то же время медленное их внедрение в практику строительства. Производство строительных материалов велось на множестве мелких предприятий, в большинство случаев сезонных, часто возникавших и ликвидировавшихся. Эти предприятия были рассредоточены по всей стране, но значительное их количество находилось в районе крупных городов, в первую очередь Москвы и Петербурга.

строительный материал конструкция дореволюционный россия

4. Строительные конструкции и их развитие

В развитии деревянных конструкции на протяжении всего рассматриваемого периода сохранились черты, характерные еще для XVIII в., -- преобладание конструктивных форм с массивными (бревенчатыми, а позже -- с брусчатыми) элементами и со свойственными им соединениями на врубках. Поэтому деревянные конструкции XIX в. нельзя рассматривать вне их развития в XVIII в.

Конструктивные формы, осуществляемые но принципу сруба, которые преобладали в русском строительстве еще до XVIII в., находясь в отношении конструктивно-производственного мастерства на очень высоком уровне, были в то же время неэкономичны, поскольку требовали большей затраты материала. Но если до XVIII в. это не являлось препятствием к их широкому применению на богатейшей сырьевой базе нашей страны, то в начале XVIII в. в связи с увеличившимся экспортом леса и огромными потребностями отечественного кораблестроения впервые возникла задача экономии древесины, а в дальнейшем она приобретала все возрастающее значение.

Средства решения этой задачи, во многом определяющие пути исторического развития деревянных конструкций, сводились к трем основным направлениям:

1) применению такой первичной обработки древесины и такого производства деревянных конструкций, которые обеспечивают наилучшее использование древесины и сводят к минимуму неиспользуемые отходы;

2) созданию и применению конструктивных форм, требующих наименьшей затраты материала;

3) увеличению срока службы сооружений, в первую очередь за счет мер борьбы с гниением. В рассматриваемый период имело место одновременное использование всех трех путей.

Необходимость экономии древесины при ее обработке нашла свое отражение в законодательных актах XVIII в., предписывавших широкое применение пилы на лесозаготовках и предусматривавших всемерное развитие лесопиления. Широкое внедрение механической и ручной продольной распиловки древесины расширило возможности применения брусчатых конструкций и обусловило появление в первой половине XIX в. дощатых конструкций.

Стремление к меньшей затрате материала явилось одной из причин начавшегося в XVIII в. и широко развернувшегося в первой половине XIX в. перехода к стержневым бревенчатым и брусчатым несущим конструкциям в покрытиях, мостах и т. д. Потребность в таких конструкциях была вызвана также строительством зданий и сооружений новых типов, с большими пролетами и без промежуточных опор, потребность в которых обусловилась социально-экономическим развитием Российской империи.

Развивавшееся строительство важнейших транспортных магистралей страны также требовало возведения надежных постоянных большепролетных мостов -- старинные малопролетные мосты оказывались для этой цели непригодными.

Первыми примерами новых, более экономичных дощатых конструкций могут служить стропильные фермы покрытия манежа первого кадетского корпуса в Петербурге (1842 г.), балочные фермы моста через р. Ящеру у с. Долговки (1841 г.) и др. Предпосылкой к их появлению было создание в районах Петербурга, Новгорода, Архангельска многих лесопильных предприятий не только с водяными, но и с первыми паровыми двигателями. Одни из таких заводов был построен в 1824 г. на берегу р. Волхова в Новгородской губернии. В отличие от старинных производственных зданий с рублеными бревенчатыми стенами, этот новгородский завод был построен в деревянном каркасе из массивных брусьев с крестообразными связями в панелях. Такая конструкция хорошо отвечала значительному динамическому воздействию лесопильных устройств и может служить одним из примеров применения в начале XIX в. стержневых систем в деревянном каркасе производственных зданий.

Стремление обеспечить долговечность деревянных несущих конструкции может быть проиллюстрировано постройкой крытых мостов, эксплуатации которых исчислялась 40--50 годами. Таков, например, мост через р. Пскову с пролетом 42, 67 м, прослуживший более 50 лет, мост через р. Мету с пятью 51-метровыми пролетами, прослуживший 40 лет. В этих сооружениях с полной очевидностью выявилась решающая роль конструктивных мероприятий в борьбе с гниением. Ту же цель преследовало применение сухого леса, осмолки и окраски деревянных конструкций, а также первая попытка химической защиты открытых сооружений путем пропитки их элементов под давлением. Эта попытка была произведена в 1843--1851 гг. при постройке крупнейших деревянных мостов Петербургско-Московской железной дороги.

В то время как сопряжения подавляющей части конструкций были осуществлены на врубках, характерным было первое применение нагелей в качестве рабочих связей. Дубовыми нагелями скрепляли элементы многорешетчатых балочных дощатых ферм ряда мостов, возведенных в 1841--1851 гг. через реки Ящеру, Куру, Пскову.

Железные болты как рабочие связи были испытаны И.П. Кулибиным еще в 1776 г. в 30-метровой модели арочного многорешетчатого моста. В 1829--1834 гг. болтами были скреплены элементы лесов при возведении Александровской колонны в Петербурге. Болты служили основным средством соединения лесов старого шпиля Петропавловской крепости, возведенных в 1855 г. по проекту Паукера.

В XVIII в. и в первой половине XIX в. особенно ярко выявилась ведущая роль дерева как материала для инженерных конструкций, о чем свидетельствует ряд выдающихся сооружений. С этим временем связано рождение новых плодотворных идеи и конструктивных форм, сыгравших важную роль в процессе дальнейшего развития инженерных деревянных конструкций. Наиболее ярким примером здесь может служить оптимальная для дерева многорешетчатая система, впервые примененная И.П. Кулибиным (1735--1818) в качестве основной несущей конструкции в его проекте моста через р. Неву пролетом около 300 м (модель которого в1/10 натуральной величины была успешно испытана Кулибиным в 1776 г.), а также в проекте арочного большепролетного покрытия для общественных зданий пролетом 136,5 м и более.

Как известно, характерной особенностью дерева является слабое сопротивление его усилиям, действующим поперек волокон, а также низкая прочность на скалывание. Поэтому в отличие от металлических конструкции наибольшие трудности в дереве вызывает конструирование узлов сквозных конструкций, воспринимающих на небольшой площади сконцентрированные здесь значительные усилия. Достоинство многорешетчатых систем, состоящих из нескольких простых треугольных систем, заключается в том, что они позволяют существенно увеличить число узлов и площадь прикрепления решетки к поясам и тем самым легко воспринять сдвигающие усилия, возникающие между поясами и решеткой.

Это принципиально новое решение Кулибина, получившее законченную разработку в проекте моста, на много лет опередило развитие деревянного мостостроения. В противоположность зарубежным конструкциям этого периода, которые, как правило, характеризуются системами, неясными в распределении усилий, громоздкими и трудоемкими в постройке, комбинированная система Кулибина представляла собой сочетание основной несущей «гибкой» арки с криволинейным «брусом жесткости» -- бесшарнирной многорешетчатой аркой. Выбор такой системы, оптимальной для большепролетных конструкций и сочетающейся с наивыгоднейшей для дерева работой на сжатие, позволил Кулибину решить сопряжения стыков простым лобовым упором брусьев, а прикрепление элементов решетки к поясам - на болтах, с небольшой взаимной врезкой брусьев. Все это определило высокую эффективность решения, рационального даже с точки зрения современных принципов конструирования.

Многорешетчатые фермы, впервые предложенные Кулибиным, послужили прототипом систем, появившихся впоследствии за границей, в частности, комбинированных ферм Бурра в 1804 году, балочных многорешетчатых дощатых ферм Тауна в 1820 и 1835 гг.

Производственные и экономические условия феодально-крепостнической России не позволили ни осуществить замыслы Кулибина, ни реализовать его идеи в строительстве. Это не умаляет огромного принципиального значения работ Кулибина для последующего развития деревянных конструкций.

К началу XIX столетия количественный и качественный прогресс русской металлургии создал предпосылки к применению в ответственных инженерных сооружениях конструкций сначала из чугуна, а затем из сварочного железа. Развитие деревянных конструкций протекало в условиях своеобразного соревнования с металлом. В ходе этого соревнования предпочтение часто отдавалось дереву, которое до второй половины XIX в. во многих случаях сохраняло свои позиции. Так, при постройке моста через Цнинский канал из двух вариантов арочного пролетного строения, деревянного и железного, был осуществлен деревянный вариант. В 1842 г. через р. Мсту был построен пятипролетный мост с деревянными фермами комбинированной системы по проекту инж. Рейхеля, конкурировавший с проектами железных мостов. В 1834 г. была построена деревянная несущая конструкция купола Троицкой церкви в Петербурге, существующая до настоящего времени. Она конкурировала в проекте с железной конструкцией.

На построенной в 1843--1851 гг. двухпутной Петербурго-Московской железной дороге при сооружении больших мостов пролетами до 61 м предпочтение было отдано деревянным фермам Гау-Журавского перед применявшимися в то время в Европе чугунными и чугунно-железными. Но уже в 1853 г. при постройке Петербурго-Варшавской железной дороги был сооружен первый большой железный мост через р. Лугу с двумя пролетами по 55,2 м. Это соревнование между двумя материалами, как известно, закончилось тем, что во второй половине XIX в. деревянные конструкции постепенно утратили свою ведущую роль в инженерных сооружениях, уступив место металлу.

Новые перспективы, которые открылись в области инженерных конструкций благодаря возможности применения в них высококачественного металла, и трудности, которые строители всегда испытывали при решении растянутых деревянных элементов, привели к созданию у нас и за рубежом смешанных металлодеревянных конструкций. Примерами могут служить деревянная конструкция жестких перил с металлическими растянутыми тяжами-стойками в проекте цепного моста через р. Которосль в Ярославле, разработанном инж. Янишем в 1830 г., металлодеревянные стропильные фермы зарубежных инженеров Эми (1838 г.) и Полонсо (1839 г.), хорошо известные деревянные фермы Гау-Журавского с металлическими тяжами-стойками в мостах Петербурго-Московской железной дороги (середина XIX в.) и др.

Важной особенностью, отличающей применение деревянных конструкций в первой половине XIX в. от предшествующего, является начало развитии научных методов их расчета и проектирования. К середине XIX в. относятся также первые исследования прочности древесины отечественных пород.

4.2 Несущие конструкции покрытий

Широкое распространение получили в рассматриваемый период стержневые системы в виде балочных ферм преимущественно с брусчатыми сечениями элементов и свойственными им сопряжениями на врубках. В покрытиях зданий деревянные арочные системы в России почти не применялись в противоположность мостам, где именно в эту эпоху арки сплошного составного сечения получили почти законченное развитие. К первой половине XIX в. относится появление за рубежом многослойных арок из гнутых плашмя досок, которые представляют собой одну из двух разновидностей деревянных арок сплошного составного сечения.

Плоские стропильные фермы. Подавляющее большинство плоских стержневых несущих конструкций покрытий конца XVIII и первой половины XIX в. представляло собой брусчатые балочные фермы треугольного очертания на врубках, как правило, со статически неопределимой схемой. При отсутствии точных методов расчета ферм последние все же достигали пролетов 24--30 м, а в отдельных случаях и почти 50 м. Часто расставленные, примерно через 2 м, фермы обычно несли подвесной потолок.

Несмотря на разнообразие и сложность стропильных ферм, можно выделить несколько основных схем, лежащих в основе большинства их: а -- треугольная ферма с «бабкой»; 6 -- треугольная ферма с вписанной в нее трапециевидной подвесной системой; в -- треугольная ферма с «бабкой» и двумя подкосами. Их неизменяемость при несимметричной нагрузке обеспечивается неразрезанностью верхнего пояса. Характерной особенностью фермы является невозможность передачи горизонтального усилия в узле нижнего пояса, играющего лишь роль затяжки. Шпренгель фермы, показанный пунктиром, выполняет такую же роль, как распорка -- ригель. Типичность этих схем, в частности, подтверждается тем, что они приведены в одном из первых русских руководств по архитектуре И.И. Свиязева (1833 г.).

Стропила бывшего Михайловского манежа, осуществленные в Петербурге на грани XVIII и XIX вв. (в 1798 г.), принадлежат к числу замечательных русских покрытий, спроектированных архитектором Е.Т. Соколовым (1750--1824 гг.). Они эксплуатировались более полутораста лет и в 1956 г. были заменены металлическими. Пролет ферм -- 38,6 м, высота конька -- 7,8 м. Конструкция их была типичной для своего времени. Решетка представляет собой сочетание ряда шпренгелей. Усилие в нижнем поясе, выполняющем роль затяжки, постоянно по всей его длине. Неизменяемость системы обеспечивается неразрезностыо верхнего пояса, работающего на изгиб при несимметричной нагрузке.

В первой половине XIX в. деревянные стропильные конструкции получили распространение еще большее, чем в XVIII в. Когда после Отечественной войны 1812 г. центральная часть Москвы восстанавливалась после пожара, стропильные фермы были возведены в Московском манеже. В них несущие конструкции покрытий достигли наибольшего для своего времени развития. Фермы пролетом около 48 м, построенные но проекту А.А. Бетанкура и принадлежащие к числу наиболее замечательных деревянных конструкций, описаны в ряде отечественных и зарубежных трудов.

Для повышения жесткости в боковых панелях каждого яруса поставлены подкосы. Правда, сегодня мы можем судить о том, что у конструктора в те годы не было ясного представления о статической работе этой системы. Бетанкур не довел подкосов второго яруса до среднего узла нижнего пояса. Небольшое изменение схемы, с добавлением двух диагональных стержней в средних панелях нижнего яруса, полностью обеспечило бы жесткость стержневой системы при любом загружении фермы, существенно повысило бы ее надежность. Это не потребовало бы изменения и в конструктивном отношении, поскольку в фермах Московского манежа, в отличие от рассмотренных ранее ферм, было принято другое решение узлов -- с врубкой подкосов в нижний пояс, а не в подвеску -- «бабку», и надежное прикрепление к поясу, что обеспечивало передачу горизонтальных усилий в узлах нижнего пояса. Фермы имели типичное для рассматриваемой эпохи решение элементов из брусьев с основными сопряжениями на врубках.

Ряд отступлений от проекта, применение сырого леса и дефекты, допущенные при производстве работ, привели к тому, что в первые годы эксплуатации манежа разрушились нижние пояса нескольких ферм, и в 1823--1824 гг. фермы были капитально перестроены. После этого фермы эксплуатировались до начала 30-х годов нашего столетия, когда они были реконструированы и в таком виде сохранились до настоящего времени.

Стропила Московского манежа послужили прототипом для стропильных ферм пролетом около 38 м в покрытии Большого Петровского театра (предшественника современного Большого театра), построенного в 1824 г. и существовавшего до 1853 г.

Стропильные фермы на здании военного манежа, построенные инженер-капитаном Львовым в 1821--1822 г., также могут служить примером большепролетных конструкций. В основу ферм была схема, усложненная в соответствии с перекрываемым 30,5-метровым пролетом в свету. Фермы несли легкий подвесной потолок. Устойчивость длинных сжатых элементов решетки в направлении нормальном к плоскости фермы, обеспечивалась жесткими парными подвесками-схватками, концы которых закреплялись в плоскости крыши и подвесного потолка. В архивах сохранилось много чертежей стропильных ферм манежей меньшего пролета.

Деревянные конструкции покрытия здания Большого театра в Москве, осуществленные архитектором А. Кавосом при восстановлении театра после пожара в 1855--1856 гг. Пролет покрытия -- 39,7 м. Стропильные фермы представляли собой типичную для того времени, довольно сложную статически неопределимую систему, не имевшую четкой схемы. Их нижнюю часть составляла треугольная ферма. Ряд подкосов в верхней части стропил повышал их жесткость, а в нижней -- уменьшал расчетный пролет.

В системе ферм, несших одновременно потолок зрительного зала и пол зала хранения декораций, нашло отражение решение, получившее широкое применение в русском мостостроении середины XIX в. в формах типа Гау-Журавского. Это решение представляет один из немногих случаев применения металлодеревянных ферм типа Гау-Журавского в покрытиях, что, однако, значительно менее рационально, чем в мостах, поскольку в данном случае преобладающее значение имеет постоянная, длительно действующая нагрузка, которая не отвечает оптимальным условиям работы ферм этой системы. При пролете фермы 31,4 м отношение высоты к пролету, равное 1:9, следует признать явно заниженным. В наши дни деревянные фермы Большого театра заменены стальными.

Кроме рассмотренных форм, типичными примерами сквозных конструкции в покрытиях рассматриваемого периода могут служить стропила большого зала Смольного института в Петербурге (1803--1800), а также формы покрытии пролетом 24,9 м над Колонным залом Дома Союзов в Москве (1818 г.), эксплуатируемые до настоящего времени.

Типовое проектирование, первые примеры которого относятся к деревянному мостостроению, стало распространяться в России в первой половине XIX в. и на другие конструкции. Наряду с описанными примерами уникальных несущих конструкции покрытии можно указать на проекты цримерных»», т. е. типовых стропил, относящихся к 40-м годам XIX в. Эти проекты, предназначенные для строительства значительного числа однотипных построек в безлесных районах военных поселении на юге России, обращают на себя внимание стремлением учесть местные условии строительства.

Такова, например, 15-метрован треугольная стропильная ферма для манежа, отличающаяся тем, что для избегания длинномерного леса элементы поясов стыкованы. Стыки верхнего пояса решены прирубом в полдерева, стянуты болтами и перекрыты сверху доской на кованых гвоздях, а снизу -- вторым добавочным брусом верхнего пояса, в местах стыков поставлены подкосы. Узлы ферм укреплены металлическими хомутами.

Для двускатных покрытий больших пролетов, до 19 м, был составлен проект «примерных» стропил, представлявших собой многоугольную брусчатую арку, соединяющую металлическими хомутами и деревянными схватками с системой стропильных ног составного сечения. Эта система является одним из редких примеров применения в России для покрытия арочных деревянных конструкции, получивших в то же время повсеместное распространение в мостах и некоторое применение в покрытиях за рубежом. Наибольшая длина элементов в этом проекте «примерных» стропил равнялась 6,4 м; стропильные ноги составного сечения были решены с соединением на деревянных шпонках.

Применение военным ведомством описанных типовых решений, дававших возможность использовать местный материал в многократно повторяющихся однотипных постройках, способствовало удешевлению строительства.

Выше было указано на одну из характерных черт развития деревянных конструкций первой половины XIX в. -- появление смешанных металлодеревянных ферм. В этих смешанных решениях, как правило, каждый материал используется наиболее целесообразно в соответствии с присущими ему свойствами: дерево работает на сжатие и изгиб, металл -- на растяжение. Благодаря этому металлодеревянные конструкции, как наилучшим образом отвечающие специфическим особенностям дерева, получили широкое распространение и сохранились в строительстве вплоть до наших дней.

Фермы этой системы были осуществлены в 1838 г. военным инженером Эми в покрытиях металлургического завода во Франции. Полонсо построил аналогичные фермы позднее, в 1839 г.

Арочные конструкции. В начале XIX в. появились многослойные арки из гнутых плашмя досок, соединенных болтами или нагелями и стянутых хомутами. Появление этих арок имеет особое значение в развитии деревянных конструкций, поскольку заложенный в них принцип лежит в основе ряда деревянных конструкций, в том числе и клееных. Появление многослойных гнутых арок было вызвано стремлением найти более простое и экономичное решение, чем кружальные арки, поскольку изготовление для последних косяков требовало древесины крупных сечении и сопровождалось значительными отходами материала, а обработка кровельных косяков, их приторцовка и устройство в них гнезд и шипов вызывали значительную затрату квалифицированного труда.

Гнутые арки, свободные от этих недостатков, были впервые осуществлены в 1825 г. инж. Эми в покрытии склада в Мараке на юго-западе Франции. Вслед за этим покрытием аналогичные конструкции были осуществлены на ряде французских манежей и нашли применение не только в зданиях, но и в мостах, в том числе железнодорожных.

Опыт, однако, выявил серьезный недостаток многослойных арок -- их повышенную деформативность и повышенную опасность загнивания. Впоследствии эти недостатки были устранены в клееных многослойных арках. Купольные покрытия были менее распространены, чем плоские стропильные фермы. Однако несколько таких покрытий достойны быть отмеченными как выдающиеся сооружения. К их числу принадлежит главный купол Троицкой церкви в Петербурге, сменивший в 1884 г. снесенный бурей металлический купол и существующий до настоящего времени.

Типичная для своего времени брусчатая конструкции купола имеет диаметр около 25 м и стрелу подъема 21,31 м. Из существовавших в то время деревянных куполов петербургский купол был наибольшим в мире. Его несущая конструкция образована 32 меридианными ребрами, соединенными пятью ярусами кольцевых связей. Верхние концы ребер соединены мощным брусчатым кружальным кольцом, служащим опорой для цилиндрического деревянного фонаря. Элементы купола осуществлены на врубках и болтах, а основные его несущие конструкции соединены горизонтальными и вертикальными связями, обеспечивающими пространственную жесткость купола. Элементы конструкции купола изготовлялись по шаблонам с предварительной сборкой внизу на бойке. Окончательная сборка велась с легких подмостей, без коренных лесов и отличалась высокой точностью. Производил работы инженер П.П. Мельников, ставший впоследствии известным как строитель Петербурго-Московской железной дороги.

5. Жилые и общественные здания

К началу XIX в. в Российской дворянской империи с типичной для нее классовой структурой шел процесс развития капиталистических отношений. Быстро развивалась русская промышленность, складывался капиталистический уклад внутри феодально-крепостнического строя.

В связи с ростом количества производственных предприятий все большее массы крестьян переходят в промышленность. Возрастает число рабочих. Указом правительства 1801г. Разрешалось купцам и казённым крестьянам покупать «пустопорожние» земли, что облегчало застройку участков как промышленными, так и жилыми и общественными зданиями.

Одним из важных явлений вызванных развитием капиталистических отношений в стране, был рост городов. Быстрое увеличение городского населения вызвало острую потребность в жилищах. Распространенным типом жилых домов для городов этого периода были дома не большого объема не выше 2-4 этажей.

В первой половине XIX в. довольно значительное развитие получило и строительство зданий по типовым, или, как тогда называли «образцовым» проектам, которые в это время были выпущены на разные виды зданий. Состав «образцовых» проектах для казенных зданий и жилых домов был не одинаков. Первые разрабатывались более полно и имели кроме фасадов планов и разрезы, а в проектах жилых домов ограничивались фасадами, оставляя решение плана на волю хозяина. Это объясняется наряду с нежеланием связывать домовладельцев с заданной планировкой тем, что здесь главным образом преследовалась цель как-то регулировать общую застройку. К тому же конструкции для жилых домов того времени были весьма не сложные, а общие правила строительной техники их выполнения были оговорены в достаточной для производства работ степени в специально издавшихся руководствах и урочных положениях. Интересно отметить некоторую стандартизацию различных конструкций этого времени. «Образцовые» проекты первой половины XIX в. Были разработаны и собраны в виде серии проектов, в которую входили дома, различные по этажности, размерам, по возможностям расположения на улице, т.е. угловые дома, дома по фронту улицы, дома, расположенные в глубине участка, дома с флигелями и т.п.

Для предупреждения отклонений от принятых образцов были изданы различные правила, направлявшие деятельность местных строителей: например, устанавливались нормы высоты кровель в зависимости от ширины домов, высоты и длины деревянных и каменных жилых домов и т.п.

Городские жилые дома. В связи с развитием промышленности и административными реформами, вызвавшими приток населения в большие города в этот период особенно возросла жилая застройка. Дома в центре городов были обычно каменные или деревянные оштукатуренные. Окраины, где ютился рабочий люд, застраивали маленькими домами. Преобладающим типом городского поселения в России в первой половине XIX в. Был небольшой город: в середине века из тысячи городов России 878 имели менее чем по 10 тыс. жителей и только 32 города более чем по 20 тыс. жителей.