Читать онлайн «Конструкции, или почему не ломаются вещи». Страница 43

Обычные контрфорсы на самом деле представляют собой лишь местные утолщениястен между окнами. Там где имелся только один зал, как в капелле Королевскогоколледжа в Кембридже (рис. 88 и 89), они были очень эффективны. Но кактолько понадобились боковые приделы, тут же возникли трудности. Чтобы поддерживатькрышу нефа, не затеняя чрезмерно верхних окон, мастера готики ввели аркбутаны(рис. 90).

Рис. 88-89. Контрфорсы капеллы Королевского колледжа в Кембридже.

В этом случае вертикальная часть контрфорса отнесена от стены и удерживаетсясерией арок, которые передают нагрузку, не слишком загораживая свет. Аркбутаныв сочетании с большими окнами обладают огромными декоративными возможностями,особенно при разумном расположении статуй и башенок, вес которых, как,должно быть, понимали строители, помогает контрфорсам в их нелегкой задаче- благополучно провести линию давления вниз через кружевной лес каменнойкладки. В конце концов окна стали так велики, что от стен, поддерживающихздание, почти ничего не осталось. Имея дело с узкими полосками каменнойкладки, как и с современными мачтами, невозможно обойтись без боковой поддержки.И как устойчивость высокой тонкой мачты обеспечивается весьма изощреннойоснасткой корабля, так и устойчивость этих изящных стен целиком зависитот их поддержки арками и контрфорсами.

Рис. 90. Появление боковых приделов потребовало изобретения аркбутанов.

После того как все эти идеи проникли в сознание зодчих, были понятыими и реализованы, строительство и архитектура достигли совершенно небывалыхи впечатляющих высот. Ко времени создания позднеготических построек ихархитектура потеряла всякую видимую связь с классическими образцами, откоторых она произошла. Трудно найти менее схожие сооружения, чем, скажем,Кентерберийский собор и римская базилика. И все же линия общего развитияздесь прослеживается ясно.

Постройки, о которых мы здесь говорили, прекрасны, но все они чрезвычайнодороги, и, конечно, куполообразные своды и арочные перекрытия обычно негодятся для частных домов. Вместо арок гораздо дешевле и проще применятьдля поддержания кровли какие-нибудь балки. Если над пролетом между стенамиположить длинные наклонные балки, или стропила, то они будут передаватьвес крыши через свои концы вертикально вниз, не оказывая никакого распирающегодавления. В результате нежелательных отклонений линии давления от вертикалине возникнет, стены могут быть достаточно тонкими и отпадает необходимостьв контрфорсах (рис. 91).

Рис. 91. Ферма перекрытия. На схеме показано шарнирное опирание (на роликах),чтобы подчеркнуть необходимость избежать распирания стен.

Уже по одной только этой причине балка является одним из важнейших элементоввсех строительных конструкций. На самом же деле применение балок и фермвыходит далеко за рамки задач, связанных с крышами зданий; балки и теорияизгиба балок сыграли в действительности чрезвычайно важную роль в обеспечениисамой возможности технического прогресса. Неожиданно все это оказалосьважным и в биологии.

Слово "балка" (beam) на староанглийском означает "дерево", онодо сих пор сохранилось в английских названиях отдельных деревьев, напримерберезы и граба (whitebeam, hornbeam). Сегодня балки чаще всего делаютиз стали и железобетона, однако в прошлом на протяжении столетий при строительствеслово "балка" означало деревянный брус, часто даже целый ствол дерева.Хотя дешевле и проще срубить дерево, чем построить каменную арку или куполообразныйсвод, раздобыть нужное количество больших деревьев тоже порой было нелегко,больше того, настали времена, когда длинные брусья стали редкостью. Воттогда и возникла необходимость в поисках способов, которые позволили быстроить крыши из деталей небольшой длины.

Фермы перекрытий

Современному человеку кажется совершенно очевидным, что стропила и перекрытияиз коротких брусьев лучше всего делать, как в детском конструкторе, соединяяэти брусья в конструкцию треугольной формы (рис. 92).

Рис. 92. Ферма из коротких деталей.

Мы пришли к решетчатой ферме. Всем нам примелькались подобные конструкциистальных железнодорожных мостов. Любая конструкция такого рода, составленнаяиз треугольников, называется фермой. Как и длинная сплошная балка, правильносконструированная ферма позволяет экономно перекрывать длинные пролеты,не оказывая опасного бокового давления на поддерживающие ее стены. Применениеферм (и теория ферм), как и применение балок (и теория балок), в современнойтехнике не ограничивается строительством зданий, оно гораздо шире. Фермыиспользуются в конструкциях судов, самолетов, мостов и многих других машини сооружений. Как мы видели в предыдущей главе, стянутая арка представляетсобой еще одну реализацию той же идеи.

Однако в архитектуре ферма, или решетка из балок, внедрялась удивительномедленно. В наиболее простой ферме - в виде деревянных стропил крыши -эта идея может показаться совершенно очевидной, однако нашим предкам потребовалосьнемало времени для ее освоения. Они ведь никогда не видели железнодорожныхмостов и не играли с детским конструктором. Стропила и фермы были, какоказалось, изобретением позднего Рима, хотя вплоть до средневековья никогдапо-настоящему не применялись. Архитектуре удавалось обходиться без фермна протяжении почти всей античной эпохи.

Греческим строителям никогда не приходила в голову сама идея ферм. Великиеафинские архитекторы Мнесикл, построивший Пропилеи, и Иктин, создательПарфенона и храма Аполлона в Бассах, сознательно отвергли использованиеарок и куполообразных сводов для перекрытий. И все же они оказались неспособны придумать стропила или какой-либо достойный их эквивалент. Блескэллинской архитектуры меркнет, как только нам попадается архитрав. Греческиекровли говорят о некотором недомыслии античных архитекторов.

Обычные каменные балки или перемычки нельзя использовать для надежногоперекрытия пролетов длиной более 2,5 м - они могут обвалиться. Сознаваяэто, древние греки встали перед необходимостью использовать для перекрытийхрамов и других зданий деревянные балки, хотя в античной Греции деловаядревесина становилась столь же дефицитной, как и в современной.

В тех случаях, когда для храма можно было найти необходимое количестводеревянных брусьев во всю длину перекрытия, эти балки укладывали горизонтальнопрямо на стены и каменные перемычки перистиля. Сверху накладывался достаточныйнастил, так что получался сплошной потолок над всей площадью здания (рис.93).

Рис. 93. Крыша древнегреческого храма.

Но крышу, естественно, нужно было сделать водонепроницаемой, для этогонад потолком сооружали большой холм из глины, смешанной с соломой и водой.Таким образом, на храм средних размеров наваливали кучу глины весом около3 тыс. т. Затем весь этот "агротехнический" материал хорошо утрамбовывалии выравнивали, так чтобы холм приобрел треугольную форму с плоским скатом.После этого прямо поверх глины примерно так, как укладывают плитки на садовыхдорожках, укладывали черепицу. Надо думать, строители рассчитывали на то,что огромная масса сырой глины высохнет прежде, чем начнет гнить поддерживающийее потолок. Высыхая и растрескиваясь, глина, должно быть, становилась превосходнымубежищем для всякого рода паразитов; но она же обеспечивала и прекраснуютермоизоляцию, что особенно ценно в условиях жаркого климата. Однако чащеприходилось довольствоваться короткими бревнами небольшой длины. Царь Соломон,чтобы получить ливанский кедр для своего дворца, заключил даже политическоесоглашение с царем Хирамом, и несмотря на это балки на крыше его дворцабыли длиной лишь по 17 локтей (примерно 7 м). В греческих храмах эти балкибыли еще короче, чем во дворце Соломона и подпирались снизу рядами колонн,хотя зачастую это было довольно неудобно. В одном большом дорическом храме(около 550 г. до н. э.) в Пестуме, на юге Италии, линия колонн проходитпрямо посреди зала, разделяя его на два равных крыла. Это не могло не мешатьпроведению религиозных церемоний. В более поздних храмах встречается ужесимметричное расположение колонн, которое было удобнее (рис. 94), но дажеПарфенон разделен изнутри колоннами, которые нам кажутся излишними.