Раздел 7. Техника индустриальной цивилизации
Строительство и урбанизация
Высотное строительство
Последние десятилетия XIX в. были временем крупных технических сдвигов в строительном деле. Использование стекла и металла позволило создавать светлые, просторные сооружения. Рост земельной ренты и резкое повышение цен на земельные участки в крупных городах побуждали строителей увеличивать высоту зданий. Строительство высотных зданий, или, как их образно назвали позднее, «небоскребов», началось в США в конце 60-х годов XIX в.
Любопытно, что слово «небоскреб» существовало в английском языке с конца XVIIl в. (в обиходе моряков), но означало оно особый род верхнего треугольного паруса. С начала 90-х годов XIX в. появилось совершенно новое значение слова «небоскреб»: высотное здание, обычно американское. М. Горький иронически называл эти дома «скребницами неба».
Одним из первых зданий нового типа считался 10-этажный дом чикагской страховой компании, построенный в 1883 г. архитектором У. Дженни, который применил как железные, так и стальные перекрытия. Проектировщик облегчил нагрузку на стены с помощью стальных стоек, опоясавших здание по всей высоте. Такая «скелетная» постройка позволила увеличить высоту здания до 20 этажей.
Массовое применение стальных конструкций для производственных, торговых и жилых помещений начинается с 90-х годов. В 1890 г. американский архитектор Л.Г.Салливен вместо «скелетной» постройки усилил стены здания металлическим вертикальным каркасом, на который опирались балки межэтажных перекрытий. Строительство такой «этажерки» позволило увеличить высоту зданий вдвое. В 1892 г. в Чикаго было построено 21-этажное здание, а в 1903 г. — 24-этажное.
В начале XX в. для сооружений повышенной этажности использовалось в основном каркасное строительство. В 1903 г. французский архитектор О. Перре построил каркасный жилой дом в Париже, американец Ф.Л. Райт соорудил несколько домов в Нью-Йорке, а в 1908 г. архитектор Р.И. Клейн в России использовал металлическую каркасную постройку при сооружении московского универсального магазина фирмы «Мюр и Мерелиз». 1
1 B этом здании, впоследствии частично реконструированном, сейчас размещается ЦУМ.
Высочайшим сооружением в мире оставалась в это время Эйфелева башня — своеобразный памятник «века железа». Воздвигнутая французским инженером Г. Эйфелем на Марсовом поле в Париже в честь Всемирной выставки 1889 г., эта целиком железная ажурная башня, сочетающая монументальность с изяществом, имела 303 м в высоту. 2
2 По некоторым данным, автором идеи этой башни и составителем ее первоначального проекта был цюрихский инженер Морис Кехлен (умер в 1946 г.).
«Мне хотелось, — писал впоследствии Эйфель, — в честь современной науки и французской индустрии соорудить такую триумфальную арку, которая по создаваемому ею впечатлению превзошла бы арки, возводившиеся в честь победителей предшествующими поколениями». Башня вдвое превышала самое высокое сооружение древности — пирамиду Хеопса.
В России наиболее интересные и яркие сооружения, построенные на рубеже веков, были сделаны по проектам инженера В.Г. Шухова: это возведенный к открытию Нижегородской выставки 1896 г. павильон Строительного и Инженерного отделов и водонапорная башня.
В основу проекта павильона диаметром 68 м В.Г. Шухов положил конструкцию конического (птицеловного) шалаша. Опорный шест «шалаша» был заменен жестким 25-метровым стальным кольцом, опиравшимся на полые металлические колонны, а вместо колышков было использовано 68-метровое кольцо, которое Шухов уложил на стены сооружения. Центральная часть павильона была покрыта вогнутой внутрь чашей из тонкого листового железа.
Другое сооружение Шухова — 72-метровая водонапорная башня — представляло собой многоярусную конструкцию, состоящую из нескольких гипер- болоидных стальных секций, поставленных одна на другую. Конструкция башни оказалась настолько удачной, что была использована при строительстве других водонапорных, пожарных и сигнальных башен, а также опор линий электропередач. К концу XIX в. в России было построено 200 сооружений такого типа. В 1904 г. гиперболоид Шухова был использован без указания на авторство в смотровых башнях американского флота.
Наряду с металлическими широкое применение получили железобетонные конструкции, более прочные, меньше подверженные коррозии и отличавшиеся высокой огнестойкостью.
Человеком, открывшим железобетон, считается французский садовник Ж. Монье, который еще в 1849 г. изготовил бетонные кадки для плодовых деревьев с каркасом из железной проволоки. Продолжая свои опыты, он в 1868 г. запатентовал несколько способов изготовления труб, резервуаров и плит из бетона с железной арматурой. Наиболее важным был его патент (1877 г.) на железобетонные сводчатые перекрытия.
В 80-х годах патенты Монье были куплены немецкой фирмой «Вайс & Фрейтаг» (Франкфурт-на-Майне), которая к разработке теоретических проблем взаимодействия металлической арматуры 3 и бетона привлекла ученых и инженеров. В 1887 г. владелец фирмы Г. Вайс и инженер М. Кенен пришли к выводу, что арматуру из середины сечения, куда ее укладывал Монье, следует перенести в нижнюю часть балки или плиты, испытывающую растяжение. С этого времени железобетон стал самостоятельным новым строительным материалом.
3 Арматурой называются элементы из высокопрочного материала, закладываемые внутрь изделия из материала меньшей прочности.
В России железобетонное строительство началось с сооружения в 1884 г. свода пролетом выше 4 м на ткацкой фабрике в г. Реутове под Москвой. С 1892 г. начали использовать железобетонные трубы для прокладки под железнодорожной насыпью. Одним из первых крупных железобетонных сооружений в России был маяк, построенный в 1904 г. по проекту Н. Пятницкого в г. Николаеве. В 1911 г. в России появились первые нормативы и технические условия (ТУ) для железобетонных сооружений.
Если до середины XIX в. в строительстве еще господствовали лопата, кирка и тачка, то к концу его на дорожном и гидротехническом строительстве, а также при закладке фундаментов можно уже встретить многочерпаковую землечерпалку и механическую паровую лопату, объем ковша которой доходил до 6 м3. Производительность паровой лопаты, укрепленной на железнодорожной платформе или на гусеницах, достигала иногда нескольких сот кубических метров грунта в час. Сваи в землю начали забивать паровым копром — до 10-15 свай в час, в зависимости от плотности грунта.
Для транспортировки грузов на строительстве все чаще использовались подъемные краны. В 1880-1885 гг. почти одновременно в США и Германии подъемные краны были оснащены электрическими двигателями. В 1890 г. в этих же странах появились многомоторные краны с индивидуальным приводом. В 1895 г. в подъемных механизмах начали применять двигатели внутреннего сгорания.
В России подъемные краны с электрическим двигателем и двигателем внутреннего сгорания стали применять с конца XIX в. Их выпуск был налажен на Путиловском, Брянском, Краматорском и других заводах.
Отопление, водоснабжение и канализация
Если до середины XIX в. типичным было использование отдельных комнатных печей и каминов, топившихся дровами или углем, то с 70-х годов XIX в. распространяется центральное отопление. В 1877 г. в американском г. Локпорт была построена центральная станция для отопления более 200 домов. Нагретый пар направлялся по трубам длиной более 7 км. Начиная с этого времени появляются не только паровое, но и водяное, воздушное (духовое), газовое и комбинированное (пароводяное, пародуховое) отопление. В конце XIX в. пробовали использовать электрическое отопление, но оно было очень дорогим и не получило широкого распространения.
В начале XX в. строятся крупные центральные отопительные станции. Так, для отопления части Нью-Йорка была построена четырехэтажная центральная станция, где помещалось 64 водотурбинных котла, обращавших в час до 3,5 т воды при давлении 6 атм. Центральные отопительные станции были построены тогда не только в США, но и в Германии, Франции, Англии.
Однако из-за высокой стоимости отопительных установок и трубопроводов в этот период еще преобладает традиционное печное и каминное отопление.
В зависимости от масштабов города для его снабжения водой строились одна или несколько отопительных систем. Так, например, в г. Ганновере (Германия) в 1876-1878 гг. была построена одна центральная система водоснабжения, полностью удовлетворявшая потребности города; в то же время во Франкфурте-на-Майне действовали три системы водоснабжения. В 1890 г. в Лондоне, насчитывавшем около 5,7 млн человек, действовали 184 насосные отопительные станции общей мощностью около 22 тыс. л. с. и была проложена сеть водопроводных труб общей длиной 7700 км.
В России первая центральная система водоснабжения под Москвой (Мытищинская) была пущена в эксплуатацию в 1805 г. В 1861 г. подобная система была построена в Петербурге. Всего в дореволюционной России централизованное водоснабжение имелось в 219 городах — 20 % от общего их числа.
Многоэтажное промышленное и жилищное строительство повлекло за собой усовершенствование внутренней (сантехника, сеть труб внутри зданий) и наружной канализационной системы (коллекторы, каналы, колодцы). Это привело к созданию новых типов канализационных систем. Выбор той или иной системы во многом зависел от рельефа местности. Так, в городах, лежавших в узких долинах, для их нижней части строилась раздельная система (отдельно — бытовые, сточные воды, отдельно — атмосферные осадки), а для частей городов, лежащих на склонах гор, общесплавная (все сточные воды). Так, раздельная канализационная система была устроена в Кёльне (Германия) и Карлсбаде (ныне Карловы Вары в Чехии), тогда как во Франкфурте-на-Майне была общесплавная система.
Канализационная сеть выводилась ниже города по течению реки к очистным сооружениям (отстойные бассейны, поля орошения). Здесь к сточным водам добавлялись сернокислый глинозем и известь. Получаемые таким образом удобрения применялись в сельском хозяйстве.
В конце XIX в. во многих европейских и американских городах для уборки проезжей части улиц и площадей наряду с ручными инструментами начинают применять различные уборочные машины и механизмы, автором которых был немецкий инженер и предприниматель Н.Ф. Эккерт. Им была сконструирована подметальная машина для уборки сухого мусора, рабочая часть которой — цилиндрический валик-щетка — прикреплялась на шасси специальной повозки.
Для уборки жидкой и липкой грязи Эккерт разработал металлические скребки в форме плуга. Такой одноотвальный плуг устанавливался на раме, присоединенной к колесам; он сгребал мусор и грязь в кучи, которые затем убирались вручную. Обе машины приводились в движение конной тягой. В дальнейшем, с развитием автотранспорта, такие приспособления были установлены на рамах и шасси автомобилей и тракторов.
Мусор, собранный с улиц, сжигался в особых печах — деструкторах. Наиболее известным был деструктор Горсфалла. Температура в нем достигала +780оC, что обеспечивало сжигание в неделю до 36 т мусора. Одновременно деструкторами отапливались паровые котлы электростанций.
В начале XX в. в США появились передвижные машины с печью для сжигания мусора прямо на месте. Они отапливались нефтью.
Вентиляция и освещение
При сооружении новых и реконструкции старых общественных зданий, производственных предприятий и лабораторий наряду с естественной вентиляцией начали применять механическую принудительную вентиляцию. Она представляет собой систему вентиляционных труб в помещениях и мощный вентилятор, расположенный в конце общего вентиляционного канала здания. Вентиляторы приводились в движение электромоторами и двигателями внутреннего сгорания. В вентиляционную систему больших зданий входили также приборы для увлажнения и фильтрации воздуха. В конце XIX — начале XX в. широко были известны механические вентиляторы английского инженера Блекмэна и американца Стертевэнта, увлажнители воздуха Брюссинга и воздушные фильтры Гроувса и Меллера.
Изобретение генератора электрического тока привело к более широкому применению электроэнергии. Газовое и керосиновое освещение стало заменяться на электрическое. Электроосветительные приборы создавались двух типов: электродуговые лампы и лампы накаливания.
В первых дуговых лампах, появившихся в 40-х годах XIX в., требовалось постоянно регулировать расстояние между сгоревшими угольными электродами, что усложняло их эксплуатацию.
В 1856 г. изобретатель Шпаковский сконструировал автоматически регулируемые дуговые лампы, которые применялись для иллюминации Красной и Лефортовской площадей в Москве во время коронации Александра II.
В период с 1865 по 1879 г. В.И. Чиколев, разработав идею дифференциального регулирования, сделал несколько модификаций дуговых ламп, питавшихся от источника постоянного, а в 1879 г. — переменного тока. В 1877 г. на Охтинском пороховом заводе он осуществил первый опыт освещения промышленного предприятия дуговыми лампами. В 1879 г. изобретатель установил электрическое освещение на Литейном мосту в Петербурге. Широкое применение дуговые лампы Чиколева получили при создании мощных прожекторов для армии и флота.
Большое значение для развития электрического освещения имело изобретение в 1876 г. П.Н. Яблочковым электродуговой лампы без регулятора («электрической свечи»). Электрическая свеча Яблочкова была использована в 1877 г. для освещения парижского универсального магазина «Лувр». После этого электроосвещение стало применяться во многих магазинах, театрах, на главных улицах и площадях Парижа. Лампами Яблочкова были освещены в Англии набережная Темзы, лондонские доки и другие общественные места города.
Первая лампочка с угольным стерженьком в стеклянной колбе была изобретена А.Н. Лодыгиным в 1873 г. В 1873-1874 гг. он неоднократно демонстрировал свои лампы сначала в Технологическом институте, затем устроил временное освещение в Петербурге на Васильевском о-ве, в Галерной гавани. В 1874 г. за создание электрической лампы накаливания Академия наук присудила А.Н. Лодыгину Ломоносовскую премию.
Дальнейшее усовершенствование лампы — выкачивание воздуха из баллона лампы, введение нескольких стерженьков и т. д. — позволило Лодыгину увеличить срок ее службы с получаса до четырех месяцев. Лампы накаливания стали успешно применяться не только для освещения крупных магазинов и общественных мест, но и для подводных работ, в частности при ремонте осевшего кессона Литейного моста в Петербурге (1876 г.).
Изобретением Лодыгина воспользовался американский изобретатель Т. Эдисон, который в 1879 г. после многочисленных и дорогостоящих опытов предложил свою конструкцию лампы накаливания вакуумного типа с угольной нитью. Она и получила широкое распространение.
В конце XIX — начале XX в. Лодыгин и другие конструкторы пришли к выводу, что с угольной нитью нельзя достигнуть яркого накала, невозможно избавиться от потемнения ламповой колбы из-за испарения угля. В 1893-1894 гг. Лодыгин предложил заменить угольную нить в лампочке металлической нитью из молибдена или вольфрама.
Компании, владевшие заводами светильного газа, пытались отстоять свои позиции, вводя разные типы газокалильных горелок, например «ауэрову горелку» (1885 г.), снабженную сетчатым металлическим колпачком, дававшим яркий свет при накаливании. Однако окончательная победа осталась за электрическим освещением.
Для передачи электрического тока внутри городов применяли изолированные кабели или медные провода без изоляции, которые укладывали в специальные цементные желоба под тротуарами.
В сфере благоустройства использовалось превращение электроэнергии не только в световую и тепловую, но и в механическую энергию. Речь идет, прежде всего, о введении в обиход в конце 80-х годов XIX в. электрических лифтов.
Создание лифта
Строительство высотных жилых и административных зданий поставило целый ряд сложнейших проблем, требовавших скорейшего и эффективного технического решения.
Помимо гидравлических лифтов, получивших известное распространение в предшествующий период, в последние десятилетия XIX в. стали использоваться паровые и электрические лифты. В административных зданиях наряду с обычной конструкцией лифтов стали устраивать лифты, непрерывно движущиеся со скоростью около 30 см в секунду. Каждая платформа таких лифтов опускалась и поднималась при помощи цепей. Дверей в лифтах не было, что позволяло свободно входить в них с платформы.
В конце XIX столетия в США для перемещения посетителей административных, общественных зданий и магазинов были созданы наклонные лифты, получившие впоследствии название эскалаторов. Эти лифты представляли собой наклонно расположенную ленту, состоявшую из двух бесконечных тяговых цепей, на которых шарнирно были прикреплены ступени. Такой лифт приводился в движение паровым или электрическим двигателем.
Слово «эскалатор», впервые появившееся в США в 1904 г., было образовано от глагола escalade — «взбираться на стену по лестнице», в основе которого лежит латинский корень scala — «лестница». Новый термин, вскоре перешедший в другие языки, был сформирован по образцу английского названия лифта — elevator. В России было принято другое английское название того же устройства — lift.
Вопросы и задания:
1. Составьте каталог «Строительные шедевры В.Г. Шухова».
2. Расскажите историю создания железобетона. В чем его преимущества перед другими строительными материалами?
3. Составьте таблицу «Строительная техника от древности до современности».
4. Используя текст данный текст, опишите идеальный дом будущего.
