АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ
ПОПОВ — советский ученый-
строитель, профессор.
Родился в 1899 г., в 1925 г. закончил
Московский институт инжене-
оов путей сообщения. В 1937 г.
за работы по проектированию
промышленных зданий
А. Н. Попову была присвоена
ученая степень кандидата
технических наук. В 1945 г. он
совместно с И. И. Гольденбла-
том и М. Т. Костюковским
предложил и разработал
новый метод расчета
строительных конструкций по
предельным состояниям. А. Н.
Попов — действительный член
Академии строительства и
архитектуры СССР. Сейчас
работает заведующим
кафедрой инженерных конструкций
Московского архитектурного
института.
А. Н. Попов — председатель
строительной секции
методического совета Всесоюзного
общества «Знание» и секции
московского Дома ученых
АН СССР.
ВЛАДИМИР ТИХОНОВИЧ
ШИМКО — старший научный
сотрудник
научно-исследовательского и проектного
института ГИПРОНИИ Академии
наук СССР, кандидат
архитектуры, член Союза
архитекторов СССР. Родился в
1931 г. в Москве, окончил
Московский архитектурный
институт. Несколько лет
руководил проектным
подразделением в
Комсомольске-на-Амуре, где по его проектам
сооружены жилые кварталы,
школы, Дворец культуры, памят
ник В. И. Ленину. Преподавал
в Московском
архитектурном институте.
В. Т. Шимко — автор ряда
научных работ в области
архитектурной климатологии,
территориальной организации
науки. Несколько
архитектурных проектов, выполненных
при его участии, получили
премии на всесоюзных и
международных конкурсах.

A. Н. Попов,
B. Т. Шимко
Библиотечка
Детской
энциклопедии
прочность,
красота
(Рассказы
о строительной науке)
Редакционная
коллегия:
И. В. Петряпов
(главный редактор),
И. Л. Кнунянц,
А. Л. Нарочницкий
Москва,
«Педагогика», 1979

ББК38
П58
Попов А. Н., Шимко В. Т.
П58 Польза, прочность, красота: (Рассказы о
строительной науке). — М.: Педагогика,
1979. — 128 с, ил. — (Б-чка Дет. энциклопедии
«Ученые — школьнику»).
ИСБН
Кому не знакома картина современной стройки? Блоки, краны,
панели Но за их привычностью — тысячи сложнейших
инженерных решений, сотни научных коллективов, разгадывающих
нехитрые с виду проблемы
2000 лет назад древнеримский архитектор и ученый Витрувий в
своей книге о зодчестве писал, что строить «должно, принимая во
внимание прочность, пользу и красоту» Сегодня к этим задачам мы
добавляем строить надо быстро, много и экономично
Как строители добиваются этого? Как совмещают быстроту и
прочность, красоту и экономичность? Переплетение сложнейших
задач требует продуманного комплекса решений Новые материалы,
новые конструкции, наконец, новые принципы строительного
искусства — таков путь к повышению качества, эффективности
строительства, о котором рассказывает эта книга
п ^Уйэ 48"79-4306040000 ББК38
© Издательство «Педагогика», 1979 г.

В серии «Ученые— школьнику» эта
книга особая. Прежде всего потому, что нет такой
науки— «строительство», как нет науки «медицина-
или «сельское хозяйство». И то, и другое, и третье —
отрасли человеческой деятельности, в которых тесно
переплетаются и наука и практика.
Само слово «строительство» очень емкое; им
обозначаются разные понятия. Строительством мы
называем гигантскую отрасль народного хозяйства,
превратившую всю страну в строительную площадку
небывалых размеров. Тем же словом называется и
сложный и трудоемкий процесс возведения зданий и
сооружений, оснащения их оборудованием и
машинами, и то место, где этот процесс происходит, и сам
объект — строящееся здание, и род занятий
строителей. «Строительство» — очень важное слово; без него
нельзя представить себе нашу сегодняшнюю жизнь.
Где бы ни находился человек, всюду его окружает
не только природная среда — леса и поля, реки и
горы, — но и созданные им самим дома и заводы,
города и поселки, дороги и мосты.)На снежной
северной зимовке людей защищает от холода теплый
домик экспедиции, а у экватора здания служат
укрытием от палящего солнца и тропических ливней.
Потоки машин мчатся по автострадам, мостам и
тоннелям, поезда грохочут по железнодорожным путям,
самодеты поднимаются с больших и малых
аэродромов. ^43се это— искусственная среда, созданная той
огромной отраслью человеческой деятельности,
которая называется «строительство».
За годы Советской власти в нашей стране резко
повысилась производительность труда строителей,
объем строительства вырос почти в 40 раз.
з

Почти все тяжелые строительные работы
выполняются сегодня с помощью машин: рытье котлованов
и перемещение грунта, приготовление и укладка
бетонной смеси, перевозка и монтаж: многотонных
конструкций. Да и в других строительных работах
труд людей значительно облегчается машинами, они
помогают штукатурить и красить, сваривать металл,
забивать гвозди и завинчивать гайки.
Строительное производство сегодня организовано
совершенно по-новому, чем во все предыдущие
эпохи. Изготовление конструкций, элементов будущих
построек — самое сложное в процессе строительства;
здесь требуются наибольшие затраты труда. Оно
выполняется в наше время, как правило, в заводских
условиях, на конвейере. Сотни домостроительных
комбинатов, тысячи специальных заводов снабжают
наши современные стройки конструкциями,
деталями и материалами. А на строительной площадке
ведется преимущественно сборка и монтаж: готовых
элементов заводского изготовления.
'Изменения в строительстве продолжаются,
происходят они по разным направлениям.
Разрабатываются новые, высокопрочные, легкие и
долговечные строительные материалы и конструкции.
Постоянно совершенствуются способы выполнения
многих строительных работ. Внедряются новые
методы строительства: более быстрые, более дешевые,
требующие меньших затрат труда и времени. ^
За шесть десятилетий Советской власти в нашей
стране выросло более тысячи новых городов,
возведены десятки тысяч промышленных предприятий,
сооружены сотни тысяч школ, кинотеатров, десятки
миллионов квартир. Каждый год мы выполняем
строительных работ на 5—7% больше, чем в
предыдущем, и строители продолжают наращивать темпы.
Индустриализация строительного производства,
механизация строительных работ, максимальная за-

мена всех видов ручного труда машинным позволили
нам достигнуть таких огромных масштабов и
высоких темпов строительства, каких не знала ни одна
предшествующая эпоха. Многосторонний характер
современного строительства отражает процесс
целенаправленного преобразования природы человеком,
рационального формирования среды его обитания.
Развитие строительства, его успехи были бы
невозможны без применения достижений
современной науки, коренным образом изменившей все
стороны этой важнейшей отрасли человеческой
деятельности.
Цель данной книги — рассказать о той обширной
сфере научных исследований, которая способствует
росту и развитию современного строительства.
Но оказалось, что для достижения этой цели надо
рассказать и о проблемах и формах самого
строительства, о его первостепенных задачах.
— так 2 тысячи лет
назад определил коренные проблемы строительства
римский архитектор и военный инженер Марк
Витрувий Полл ион.) Автор единственного дошедшего
до нас с тех времен трактата о зодчестве был не
просто собирателем сведений о строительном
искусстве, а человеком, который понимал и высоко ценил
роль науки в строительстве. Он писал: «Наука
архитектора основана на многих отраслях знания и на
разнообразных сведениях». Указывая, что зодчество
делится на отделы, из которых один — возведение
городов и общественных зданий, а другой—
устройство частных домов, Витрувий утверждает: «Все это
должно делать, принимая во внимание прочность,
пользу и красоту. Прочность достигается...
тщательным отбором материала и нескупым его
расходованием; польза— безошибочным и беспрепятственным
для использования расположением помещений... в

Природа — первый
учитель строителей.
Естественный каменный
мост-арка в Ливане.
Первые шаги
строительной науки.
зависимости от назначения каждого; а красота —
приятным и нарядным видом сооружения...»
Польза, прочность, красота и сегодня составляют
цели и задачи строительства, этой древнейшей
отрасли человеческой деятельности, смысл любой
постройки, любого строительного процесса.
Но прежде чем рассказывать о них, надо
оговорить, что мы сегодня понимаем под этими
терминами.
Под термином «польза» мы понимаем способность
зданий и сооружений удовлетворять личные и
общественные потребности человека, способность
конструкции отвечать своему назначению.
Прочность — способность конструкции или
сооружения успешно сопротивляться действиям и силам,
стремящимся их деформировать или разрушить,
устойчивость сооружения при всяких
непредвиденных обстоятельствах, надежность ее работы.
Красота — свойство вызывать удовлетворение,
восхищение, наелаждение. Оно подразумевает
какие-то специальные характеристики зданий и
сооружений, вызывающие эти чувства. /
Все три начала, как они ни различны,
взаимосвязаны, одно вытекает из другого. Красота входит в

понятие пользы как одна из ее частей, замыкая,
таким образом, круг причин и следствий. Каждое из
этих начал заслуживает самого внимательного
изучения.
Строительное искусство— одно из
древнейших на земле. Первым учителем строителей
была окружавшая их природа. Упавшее через ручей
бревно раскрывало людям принцип балочного
покрытия, случайные лесные завалы стали
прообразом первых шалашей — предтечи будущих
шатровых и купольных конструкций.
Тысячи лет прошли, пока люди научились
осознавать эти наблюдения, превратили их в
осознанные принципы, и еще тысячи лет— прежде чем эти
принципы обросли теми техническими
подробностями, которые дали им силу закона, пока еще не
научного, вытекающего из всестороннего
представления о свойствах и особенностях поведения материала
и конструкции, а эмпирического, ощупью
связывающего в практические советы и формулы тысячи
случайных наблюдений.
Для практики мало понимать, что расположенные
по дуге каменные клинья могут образовать свод,

надежно перекрывающий внутреннее пространство
помещения; необходимо знать соотношение
толщины свода с размерами пролета, надо уметь
очертить его контур, установить ширину стен,
поддерживающих свод. Миллионы построек были сооружены,
тысячи из них разрушились в процессе
строительства, прежде чем люди научились это делать
наверняка. Множество раз неопытные строители, заметив
опасные трещины в только что выложенном своде,
переделывали его, увеличивали толщину, думая, что
этим обеспечивают прочность конструкции. Тогда как
в действительности они только увеличивали вес
покрытия, который в сводчатых конструкциях
раздвигает— распирает— опоры, а именно это чаще
всего ведет к разрушительным последствиям.
Бывало и наоборот— покрытие выкладывалось
настолько тонким, что конструкция прогибалась и
рушилась от собственной тяжести или от
непредвиденного увеличения нагрузки. Так, в 532 г., через
20 лет после окончания строительства, разрушился
во время небольшого землетрясения один из самых
замечательных куполов древности— купол собора
св. Софии в Константинополе. При его
восстановлении строителям пришлось не только заново возвести
мощные опорные столбы (пилоны) и придумать
новую конструкцию связей между ними и
купольным покрытием, но и изменить его крутизну. Новый
купол стал примерно вдвое выше (подъемистей)
прежнего. А это значительно улучшило его
конструктивные свойства.
Эксперимент в натуре нередко заканчивался
трагически, и не случайно с древнейших времен
строители применяли опытное моделирование. Сто лет стоял
недостроенным огромный Флорентийский собор.
Никто не решался продолжить работу его первого
строителя, Арнольфо ди Кампио, не успевшего
перекрыть главный 42-метровый пролет. Право завер-
8

шить постройку получил Филиппо Брунеллеско.
убедивший современников в своих конструктивных
идеях с помощью точной модели купола.
В 1432 г., через 12 лет после начала работ, стены
под выложенной уже частью купола дали осадку
Брунеллеско сделал еще одну модель — на этот раз
всего здания, чтобы показать, как следует укрепить
опорные конструкции. Пятьдесят лет сооружался
купол. Архитектор не дожил до полного
осуществления своего замысла — строительство было
завершено только в 1471 г., но велось точно по указаниям
Брунеллеско, который завещал, чтобы «его (купол)
строили таким, какой была модель, иначе постройка
разрушится ».
Модели в зримой форме закрепляли опыт,
интуитивные догадки и представления строителей
прошлого. Немногочисленные дошедшие до нас
трактаты о строительном искусстве показывают, как
наивны и в то же время практичны были эти
представления. Полуфантастические описания работы
конструкции дополнялись подробными указаниями,
как выбрать наилучшую форму кривой, по которой
возводились арка или свод, как определить ширину
опоры, как надо тесать камни, обжигать кирпичи,
обрабатывать дерево, делать раствор. Главное для
авторов этих трудов было показать, как сделать, ибо
ответить на вопрос, почему надо сделать именно так,
они еще не могли, хотя многие из выдающихся
строителей прошлого были знамениты как крупнейшие
ученые своего времени. Именно так отзывались
современники о том же Филиппо Брунеллеско.
А строители купола Софийского собора в
Константинополе, Анфимий из Тралл и Исидор из Милета, были
настолько авторитетны в механике и математике,
что им посвящали свои труды другие ученые VI в.
Не было таких ответов не только у строителей.

Дело в том, что в строительных расчетах
перекрещиваются законы разных научных дисциплин —
физики, химии, математики. Но если математика
оформилась в самостоятельную науку еще в античную
эпоху, то имена Галилея, Ньютона, Гука, Ломоносова,
Эйлера, Лавуазье, стоявших у колыбели
современной нам химии или физики, связаны с XVII—XVIII вв
Без общего развития фундаментальных
исследований в области естественных и точных наук не
могла существовать и строительная наука.
XVIII и в еще большей степени XIX век стали
переломными в истории науки о строительстве. Это
было время, когда строить приходилось все больше и
быстрее, и не только соборы и жилые дома, но и
заводы, плотины, дороги, военные укрепления,
склады. Жизнь требовала не интуитивных догадок,
передававшихся от поколения к поколению секретов и
правил, не бесчисленных проб и исправления
совершенных по незнанию ошибок, а точных и доступных
каждому специалисту методов расчета.
«Большая наука» того времени подготовила почву
для становления прикладной строительной науки.
В 1788 г. Лагранж начинает читать в
Политехнической школе в Париже аналитическую механику.
В начале XIX в. Навье пишет «Приложение
механики к возведению конструкций и машин», Ронделе
выпускает «Теоретические и практические основы
строительного искусства», а в середине века Кремона
и Кульман завершают разработку методов
графической статики сооружений.
С этого времени без теоретических расчетов не
строится ни одно крупное сооружение, а подпись
специалиста-инженера прочно занимает место на
чертежах рядом с подписью архитектора.
Так постепенно формировались научные
принципы и методы строительства. Не обходилось без
ошибок и в теории, и в практике. Находились и
10

ретрограды, отрицавшие необходимость научной
основы для строительства. Так, в 1805 г. в связи с
появлением трещин в пилонах парижского Пантеона,
одной из первых построек, спроектированных с
применением новейших для того времени достижений
науки, была выпущена книга «Беспомощность
математики при определении прочности постройки
А нашему соотечественнику, профессору В. Л. Кир-
пичеву, уже в начале XX в. пришлось опровергать
утвердившееся еще со времен византийского
императора Юстиниана ошибочное представление о работе
арочных конструкций.
К началу XX в. сложились основные разделы
строительной науки, обобщившие громадный
фактический материал периода ее становления. Опытное
изучение сопротивления материалов положило
основу строительному материаловедению, появились
теории точного расчета сложных конструктивных
систем. Десятки крупных ученых принимали участие
в этой работе, и среди них — многие наши
соотечественники: В. Л. Кирпичев, Н. А. Белелюбский,
Д. И. Журавский и другие.
Анахронизмом стала саркастическая пословица
первой половины XIX в., утверждавшая, что
прочность сооружения обратно пропорциональна
учености его строителя.
С тех пор наступил период
быстрого развития науки о строительстве, вернее, не
одной, а многих самых несхожих наук — каждой со
своим собственным предметом изучения, своей
методикой исследования, своей системой воззрений,
своими результатами.
Некоторые из этих наук и научных направлений
связаны со строительством косвенно — для них это
один из полигонов применения родившихся
независимо от строительства общих принципов и методов.
11

Развитие науки о
строительстве от
Витрувия до наших
дней.
Таковы некоторые разделы физики твердых тел,
сейсмология, мерзлотоведение. Другие целиком
устремлены на решение задач, поставленных
строительством, например строительная климатология
Среди них есть ветераны— теоретическая
механика, статика сооружений— и относительно
«пожилые» науки— экономика строительства,
материаловедение. Достаточно зрелые, вроде строительной
акустики, теплофизики и светотехники. И совсем
молодью, открывающие в давно, казалось бы, изученном
неведомые пути и возможности, например
строительная бионика, отыскивающая в природных процессах
и явлениях принципы, которые могли бы обогатить
строительство новыми идеями.
Часто новые направления развиваются в недрах
традиционных научных дисциплин, видоизменяя их
за счет заимствования методов и открытий других
наук. Так, проникновение кибернетических методов в
организацию строительных работ привело к
появлению автоматизированных систем управления
строительными процессами, а использование
электромагнитных датчиков, регистрирующих по изменению
электрического потенциала напряжение в материале,
коренным образом изменило методику
проектирования и расчета сложных пространственных
конструкций, возродив на современной основе известное с
древнейших времен моделирование строительных
объектов.
Но как бы ни различались все эти научные
дисциплины между собой— эти и еще десятки других, не
названных здесь, — все они принадлежат к
обширному классу прикладных исследований и обладают
одной особенностью, подмеченной еще Витрувием.
13

Тот отмечал, что «наука архитектора... образуется из
практики и теории», то есть из постоянного и
обдуманного «применения опыта» и обоснования
исполнения в соответствии с требованиями искусства и
целесообразности».
Другими словами, достижения строительных наук
немыслимы без широкого развития реального
строительства, которое есть одновременно и почва и
плоды этих наук, причина и следствие их развития,
мерило оценки достижений ученых-строителей.
Однако в строительных науках, как и в любой
прикладной науке, практика имеет и другую форму.
Это— эксперимент в пределах самой науки,
подтверждающий (или опровергающий) теоретические
расчеты. По существу своему он ограничен узостью
задач, условиями проведения опыта. Но без формы
проверки хода исследования немыслимо его
продолжение и приложение. Собственно говоря, настоящая
наука пришла в строительство именно тогда, когда
теория соединилась с экспериментом в процессе
исследования. До того почти единственным полем для
эксперимента в строительстве была сама
строительная площадка.
Изучая характер исследований, посвященных
строительству, мы невольно встречаемся с еще одной
их особенностью, соответственно отразившейся в
нашей книге. На строителей работает очень много
наук, посвященных самым различным сторонам
нашего знания о мире. Еще античные строители
отмечали более 20 отраслей знания, без которых
нельзя строить рационально, добротно и красиво, —
от метеорологии и ботаники до философии и теории
музыки. Сегодня этот список значительно вырос.
Законы физики применяются в строительной
механике, расчетах конструкций, без химии
немыслимы поиски новых строительных материалов,
совершенствование старых. Общественные науки:
14

демография, социология, психология, экономика —
участвуют в расчетах объемов, темпов и видов
строительства. Биологические исследования,
эстетический анализ— неотъемлемая часть разработки
вопросов пользы и красоты.
Исследований, связанных со строительством,
очень много, но только все вместе они создают общую
картину современного строительства.
В жизни исследования ученых-
строителей, конечно, ведутся раздельно,
специализированно. Невозможно углубиться в суть задачи
(например, разработку методов теплотехнических
расчетов), если не отсечь сопутствующие условия и
проблемы (скажем, вопросы прочности или внешнего
вида теплоизоляционных материалов).
Так намечается принципиальная сложность,
противоречие вопроса. Фактическая разобщенность
исследований о строительстве может нанести ущерб и
науке и практике. Как объединить эти исследования,
какие из них главные, и есть ли такие?
И еще одна трудность. В обосновании
строительных закономерностей сталкиваются два совершенно
различных подхода: рациональный и
художественный. Первый стремится к установлению строжайших
причинно-следственных связей, желательно в
математической форме. Второй больше полагается на
интуицию, вдохновение, воспитание личного вкуса.
Рациональный подход в принципе должен быть
доступен всем— каждый может прочитать учебник
и применить формулу. Художественная
ответственность — удел относительно немногих. Не каждый из
нас решится сказать, как нужно сделать, чтобы было
красиво, хотя стремление к красоте есть у всех.
Как соединяются эти подходы и какой из них
важнее?
Для разрешения противоречий в науке выдвига-
15

ется обычно рабочая гипотеза — предположение о
действительном характере явления, которое надо
всесторонне проверить и доказать.
Наша рабочая гипотеза состоит в том, что
прочность, польза и красота, а значит, и науки о них, в
реальной действительности теснейшим образом
переплетены, как переплетены в реальном сооружении
его планы и разрезы, стены и перекрытия.
Невозможно затронуть одну из этих сторон, не изменив
характеристик другой. Решая иначе проблему
прочности здания или сооружения, вы неизбежно
измените роль их конструкций или деталей, они станут
приносить другой вид пользы, иначе будут
восприниматься, у них появится другая форма красоты. Наши
постройки должны составлять нерасторжимое
единство этих трех начал— только тогда они будут
выполнять свое предназначение.
Чтобы доказать это положение, надо шаг за шагом
проследить, как задачи пользы определяют решения
прочности и красоты, где границы специального
углубления в научный поиск, а где надо позвать на
помощь близких или далеких смежников и кто когда
задает тон в работе. Только так можно понять
сильные и слабые стороны этих компонентов проблемы,
представить себе возможности их развития, сферу
деятельности каждого, предусмотреть те изменения
отдельных частей, которые пойдут на пользу целого.
Понятие «польза» далеко не
однозначно. В XVII в. по приказу Людовика XIV,
задумавшего поразить своим величием мир, вблизи
Парижа, в Версале, был построен огромный, окру-
16

женный парком дворец. Роскошь королевской затеи
дорого обошлась французскому народу: партеры и
водоемы парка, сооружавшегося 50 лет, поглотили
сотни миллионов ливров. Десятки королей и вельмож
помельче по всей Европе стали строить собственные
«версальчики», в свою очередь грабя подневольных
крепостных и ремесленников.
С другой стороны, водоемы Версаля и многих его
подражаний представляют собой прекрасно
продуманную мелиорационную систему, осушившую
некогда болотистую местность. А сегодня все эти
сооружения — национальная гордость создавших их
народов, памятники их культуры, место отдыха и...
немалая статья доходов, пополняющаяся за счет
многочисленных туристов.
Это значит, что представление о пользе зависит не
только от точки зрения, но и меняется во времени.
Особенно сложным стало это понятие в наши дни,
когда деятельность человека активно преобразует
жизнь на планете.
Нужнейшие для страны гидроэлектростанции
затапливают тысячи гектаров дорогого леса или пашни,
жилые районы непрерывно растущих городов
буквально «съедают» зеленые рощи и ручьи,
необходимые для отдыха их жителей.
В современном строительстве можно выделить
несколько аспектов пользы. Сооружение должно
быть недорогим и не требовать больших затрат при
эксплуатации; должно быть удобным— теплым,
светлым, проветриваемым, соответствовать той
технологии, для которой оно предназначено, должно
быть гибким— предусматривать возможность
замены этой технологии на более совершенную. Оно
должно быть удобным для индустриального
строительства. Его конструкции должны иметь габариты,
удобные для перевозки по городским улицам и
железным дорогам. Постройка должна быть краси-
17

вой, гармонично вписываться в ландшафт или в
окружающую застройку.
Научное обоснование объемов, сроков и форм
строительства — такова сегодняшняя интерпретация
понятия «польза».
Десятки наук трудятся над определением
полезности наших построек и их конструкций. Но все они
обязательно встречаются при разработке
какой-нибудь крупной реальной проблемы, скажем, при
определении наиболее целесообразных форм
городской застройки.
Градостроители сравнивают последствия
расширения городских территорий при малоэтажной
застройке с проблемами, возникающими при более
компактном, но куда более сложном высотном
строительстве.
Социологи изучают, какие формы приобретает
городская жизнь в многоэтажном городе, какие
нужны для него типы квартир, домов, общественных зда- •
ний.
Климатологи и гигиенисты работают над тем, как
сделать здоровье такого города не хуже, чем в
тысячелетиями складывавшихся малоэтажных городах.
Иногда незначительный, казалось бы, в общем
круговороте строительных проблем вопрос
затрагивает множество аспектов понятия «польза».
Например, проблема оптимальной инсоляции нашего
жилища (так ученые называют прямое солнечное
облучение).
Издавна было замечено
специфическое воздействие прямого солнечного
света на жилые помещения. Люди, живущие в
светлых, солнечных комнатах, реже болеют. Весной мы
жадно ловим каждый луч солнца после пасмурных
зимних дней. Летом отгораживаемся от жары и
слепящего света занавесками, ставнями, жалюзи. Ком-
18

Затенение пространства
в разноэтажной
застройке
натные растения, украшающие и оздоровляющие
наши жилища, помещаются поближе к окнам, зато
мебель, ткани выгорают, даже портятся от обильного
солнца. Древние римляне рекомендовали учитывать
в планировке дома влияние солнца— располагать
жилые комнаты и спальни на юг или восток, а
кабинеты, библиотеки, кухни, кладовые, для которых
солнце вредно, обращать к северу.
При 2—3-этажных зданиях этих рекомендаций
было достаточно — подобные дома всегда стоят
относительно далеко друг от друга, не затеняя соседей.
Но сегодня таких общих советов мало, даже если
удастся спланировать все многоэтажные дома так,
чтобы жилые комнаты глядели в одну сторону, а
кухни и подсобные помещения — в другую. Все равно
нельзя в городской тесноте поставить все дома
одинаково — одним фасадом на юг, да еще так, чтобы они
не затеняли друг друга.
Практика показала, что взаимного затенения
можно избежать, если дома ставить друг от друга на
расстоянии, примерно равном их удвоенной высоте,
19

Габариты конверта
теней от высокого
здания
причем площадь, экранируемая каждым зданием,
увеличивается не по линейному закону, а
пропорционально квадрату роста этажности. Солнце, проходя
свой путь по небосклону, последовательно
отбрасывает от здания на землю ряд теней, вместе
образующих довольно плотную зону затенения, в пределах
которой нежелательно размещать объекты,
требующие инсоляции. По форме такая зона (ее называют
иногда бабочкой, иногда конвертом теней) отдаленно
напоминает трапецию или треугольник, линейные
размеры которых зависят от высоты здания, а их
площадь, соответственно, от перемножения этих
линейных размеров.
Если строго следовать правилу, запрещающему
ставить здания друг к другу ближе, чем это
позволяют зоны затенения, то территория города,
застроенного многоэтажными домами, должна разрастись
так же, если не больше, как при малоэтажной
застройке.
Создается абсурдная ситуация. Здравый смысл
подсказывает, что увеличение этажности должно
сопровождаться повышением компактности города, а
стало быть, сокращением транспортных -связей,
20

инженерных сетей— в расчете на одного жителя, —
т. е. повышением эффективности строительства, а
требования инсоляции сводят эту эффективность к
нулю.
Находились даже люди, предлагавшие вообще
отказаться от инсоляции квартир—все равно, мол,
ее не удастся обеспечить. При этом они забывали, что
такая лихость может обернуться рядом
неприятностей, например приведет к росту заболеваний.
Решением проблемы занялась архитектурная
климатология.
Прежде всего попросили гигиенистов уточнить,
сколько и какого солнца нужно квартире в средних
широтах. После долгих обследований в различных
жилых районах и квартирах, изучения влияния
солнечного света на колонии микробов в различных
условиях облучения и анализа статистики
заболеваний врачи дали ответ. С их точки зрения, инсоляция
в условиях умеренного климата оказывает
общеоздоровительное воздействие, вызванное
тонизирующими и бактерицидными (уничтожающими микробов)
свойствами солнечной радиации. Оздоровительное
воздействие достигается, если обеспечить каждую
квартиру в доме, каждую площадку отдыха во дворе
по крайней мере тремя часами прямого облучения в
дни равноденствия, 22 марта и 22 сентября. Именно
эти дни имеют усредненные характеристики годового
солнечного режима и удобны для расчетов.
Задача уточнилась,
определилось время желательного облучения, но до решения
было еще далеко: надо было рассмотреть две
неясных позиции. Во-первых, какой должна быть
планировка здания, чтобы удовлетворить требования
гигиенистов. Во-вторых, какова должна быть геометрия
застройки, ее пространственное решение, чтобы
максимально уменьшить площадь затененных недо-
21

пустимым образом поверхностей, как
горизонтальных— территорий жилого района, так и
вертикальных — стен зданий. Ведь чем меньше общая площадь
затенения, тем компактнее может быть застройка.
Вопросы, относящиеся к первой позиции, обобщил
советский ученый-климатолог В. Е. Кореньков,
разделивший все встречающиеся в проектной практике
разновидности планов жилых зданий на 2 основных
типа. В первом квартиры имеют помещения,
обращенные на оба фасада длинного здания. Как ни ставь
такой дом, обязательно один из его фасадов будет
обращен на благоприятную сторону горизонта и
квартира наверняка получит нужную дозу
инсоляции. Во втором окна каждой квартиры выходят
только на один фасад. Такой дом можно ставить
только по меридиану — чтобы восточные квартиры
могли получить свою порцию солнца с утра, а
западные — во второй половине дня. А расстояние между
такими домами должно быть почти в полтора раза
больше, чем между широтными
Казалось бы. следовало все дома проектировать
по первому, так называемому широтному варианту, и
все в порядке. Правда, такие дома чуть-чуть - на
1—2% — дороже в строительстве, чем
меридиональные. Но если вспомнить, что наша страна каждые
пять лет строит 11—12 млн. квартир, то окажется, что
это «чуть-чуть- может сократить ежегодный ввод
жилья на огромную цифру— около 2 млн. м2
полезной площади. К тому же архитекторы знают, что в
широтных домах очень трудно делать одно- и
двухкомнатные квартиры, которые так нужны сегодня,
а в меридиональной планировке они укладываются
очень хорошо. Значит, в застройке надо применять
все типы домов.
Тогда начался поиск таких приемов застройки,
при которых ее плотность (отношение общей
площади квартир, размещенных на участке, к размеру
22

его территории) была бы наивысшей. Для этог^о были
выявлены и рассмотрены принципиальные
планировочные варианты застройки: строчная застройка
различной ориентации, замкнутые и незамкнутые дворы
различного размера и конфигурации, точечная
застройка — из отдельных домов-башен — и другие
комбинации. Для каждого приема была составлена
серия проектов с разной высотой застройки, «на
пределе» обеспечивающих нормы инсоляции, и
просчитана плотность застройки. На следующем этапе
анализировались возможности сочетания отдельных
планировочных приемов. Сначала сравнивалась
плотность застройки зданиями одной высоты, а затем
изучались те же самые вопросы, но при застройке из
зданий разной этажности.
Весь этот многоступенчатый анализ показал, как
можно резко повысить этажность застройки, не
нарушая гигиенических требований, обеспечивая
каждую квартиру необходимой инсоляцией при
таком расходе территории, который, безусловно,
обеспечивает эффективность роста этажности в
любых реальных пределах.
Наиболее выгодными оказались те приемы
застройки, которые на первый взгляд меньше всего
соответствуют инсоляционным требованиям: разно-
высотная застройка, замкнутые и полузамкнутые
дворы, здания, сложные в плане очертаний, с
непрямоугольным силуэтом.
Секрет этого эффекта не очень сложен, его
объяснение — в законах движения солнца и зависящих от
него теней. Всходя на востоке в день равноденствия
(принятый для расчетов), солнце полдня — 6
часов — поднимается до пересечения линии меридиана
в южной стороне небосклона, а затем еще полдня
добирается до точки заката — строго на запад.
Получается, что южная сторона здания освещена солнцем
(при чистом горизонте) весь день, 12 часов, восточная
23

Схема наложения теней
в застройке
и западная — по 6 часов, первая, соответственно, до,
вторая — после полудня, а северная сторона всегда
находится в тени. Это значит, что восточный и
западный фасады можно затенять соседними постройками
по 2 часа, южный — около 7, все равно каждому
фасаду достаются указанные в нормах 3 часа
прямого облучения (первый и последний часы дневного
сияния нормами не учитываются, так как в это время
оздоровительное воздействие косых лучей низко
стоящего солнца ослаблено толщей атмосферы).
Но тень от соседних зданий тоже не стоит на
месте — она двигается вслед за солнцем, становясь
длиннее рано утром и поздно вечером, укорачиваясь
к полудню, довольно быстро проскальзывая по
затеняемому месту — ее угловая скорость составляет
около 15° в час. Поэтому даже очень высокое здание
затеняет соседей не весь день, оставляя им — если
правильно рассчитать разрывы — достаточно
времени для получения нужного количества солнца. При
этом тень от маленького стоящего в этот момент в
тени дома занимает то же самое место, где находится
24

укрывшая его тень от большого здания, т. е.
происходит эффект взаимного наложения теней, их, как
говорят, двойная экспликация.
В результате реально затененное такой группой
зданий пространство получается значительно
меньше, чем если бы каждый из домов стоял, не трогая
своей тенью соседа, при значительно больших
разрывах между ними.
Поэтому в застройке выгодно соединять разные
типы домов, например невысокие, расположенные
широтно, и здания с башенными домами, тени от
которых быстро пробегают по фасадам домов, стоящих
у их подножия.
Так исследования, связанные с инсоляцией жилой
застройки, показали, что она должна состоять из
домов разной планировки, разной этажности, разной
конфигурации. Не случайно сегодня в наших городах
однообразные кварталы выстроившихся цепочкой 5-
f этажных домов сменяются районами смешанной
этажности, живописной застройки.
Правда, чтобы рассчитать точно правильные
разрывы между домами, надо пользоваться
специальными приборами и приемами, несколько
усложняющими привычные методы проектирования, но зато
выигрыш двойной — компактность города и
здоровье его жителей. Решение технологической
проблемы переросло в техническое, потребовав
внедрения специальных конструкций и приемов работы, и
одновременно — в эстетическое, изменившее облик
наших городов.
Исследования по вопросам инсоляции в
строительстве продолжаются и обещают новые полезные
технические и архитектурные решения. Но и
сегодняшние разработки выдвинули несколько
положений, существенно отразившихся на деятельности
строителей.
Например, важная особенность разумного с точки
25

зрения инсоляции строительства — применение в
застройке зданий разной этажности. Понятно, и
конструкции и оборудование таких зданий
отличаются — вес 20-этажного дома примерно в 4 раза
больше, чем 5-этажного, без лифта такие дома не строят,
увеличивается площадь сбора ветровой нагрузки,
уменьшается устойчивость сооружения и т. д.
Следовательно, из-за инсоляции усложняется
работа строителей — им надо уметь строить здания и
средней и высокой этажности, разных форм, разных
конструктивных схем, увеличивать количество
типов изготавливаемых строительных изделий. Более
того, неизбежное усиление конструкции и
усложнение оборудования приводят к удорожанию дома.
Квадратный метр полезной площади в высоких
зданиях на 10—15% дороже, чем в 5-этажных, а
эксплуатационные расходы дороже примерно на треть.
Другими словами, решение одной проблемы
порождает новые, иногда еще более сложные, ведет за
собой целый ряд самых неожиданных следствий
И так не только в вопросах инсоляции.
Поэтому при разработке проблем пользы,
рациональности архитектурно-строительных приемов и
предложений желательно иметь какой-то
капитальный, всеобщий инструмент, с помощью которого
можно было бы оценивать целесообразность
отдельных, частных решений.
Сегодня таким инструментом
является экономическая эффективность, которая
определяет соответствие предполагаемых
строительных затрат ожидаемому результату.
Этот метод не сводится к примитивному «дороже»
или «дешевле». Ведь дело не только в том. хватит вам
денег на дорогой красивый галстук или придется
выбрать попроще и подешевле. Скорее, здесь пробле-
26

ма, сходная с той, которая возникает при покупке
холодильника: что лучше приобрести — дешевый
малогабаритный без терморегулятора или подороже,
но более вместительный и экономичный?
Чтобы установить эффективность того или иного
технического решения, проверяют, как отражается
вызванное им удорожание (или удешевление)
строительства на эксплуатационных затратах,
просчитанных вперед на время работы будущего
сооружения. Так, оказалось, что при простой, рассчитанной
на многократную покраску штукатурке стен жилых
домов экономия денег на строительство гораздо
меньше суммарных затрат на ремонт и побелку
впоследствии Ведь современное капитальное здание
простоит не меньше 70 лет, и каждые 2—3 года
вокруг него надо возводить леса или подвешивать
люльки, тратить краску, замазывать неизбежные
трещины и отколы в штукатурке Тогда как
относительно небольшое на 5-—7 % — - удорожание
строительных работ при облицовке фасада
декоративными керамическими плитками окупается — за счет
отсутствия ненужных ремонтных расходов — за
10- 15 лет.
Методика расчетов, сравнивающих
экономическую эффективность тех или иных вариантов в
строительстве, чрезвычайно сложна. Дело в том. что
экономисты должны свести действие десятков и сотен
самых различных факторов к сопоставимым — в
пределах расчета — величинам, выражая их в
совершенно отвлеченных от реальных процессов
единицах — денежных
Трудоемко, но в общем понятно, как посчитать
стоимость строительства здания Умножают цену
строительных конструкций на их количество,
прибавляют по нормам трудозатрат на единицу
продукции зарплату строителей, добавляют неизбежные из-
за всяких случайностей, зимних условий и т. п
27

суммы удорожании — они указаны в сметных
нормах. Более или менее ясно, как считать
эксплуатационные расходы — они складываются из стоимости
ремонтных работ, зарплаты персонала, квартплаты,
отчислений государству за газ, водопровод,
электроэнергию — и все это за много лет вперед.
Но как перевести в деньги неудобства, которые
испытывают люди, вынужденные по часу и больше
добираться до места работы в непомерно
разросшихся городах? Как выразить в деньгах
архитектурно-художественное и историческое своеобразие
застройки, которую приходится сносить при
прокладке новых транспортных магистралей?
Приходится проделывать огромную
исследовательскую работу, чтобы найти этим явлениям
обезличенный стоимостный эквивалент. Так,
транспортную усталость оценивают по потерям, которые
терпит из-за нее производство. Сравнивают
производительность труда двух групп работников какого-либо
предприятия: живущих рядом и в отдаленных
концах города. Узнают, сколько времени эти рабочие
проводят в пути ежедневно, сопоставляют
показатели производительности труда с числом и временем
поездок и определяют таким образом «цену» каждого
лишнего часа, проведенного пассажиром в тесноте
автобуса или вагона метро. Кстати, она равна
примерно 7% дневной выработки «накатавшегося»
работника и может доходить в крупнейших городах до
огромных величин — около полумиллиона рублей на
каждый гектар территории отдаленного района за
10—20 лет.
Отражаются в градостроительных расчетах и
другие затраты отдельных людей и всего общества,
связанные с транспортом: стоимость сооружения дорог и
гаражей, зарплата водителей и рабочих депо,
стоимость автобусов, троллейбусов и вагонов метро,
бензина, электроэнергии, расходы на печатание и приоб-
28

ретение билетов и тысячи других, маленьких и
больших, расходов. Оцениваются и выгоды, которые
получает город от транспорта. Учитывают в расчетах
и сложившееся на сегодня положение, например:
существующие цены на изделия, их возможные
изменения, варианты этих изменений и еще десятки
разных тонкостей.
Таким же сложнейшим образом оцениваются и
все остальные факторы, влияющие, например, на
выбор этажности застройки.
И тут наступает самая ответственная часть
работы — сведение всех отдельных расчетных факторов
в общую систему, связывающую их в единую
рабочую формулу.
В этой формуле все факторы делятся на
«положительные» и «отрицательные» — удорожающие или
удешевляющие строительство.
А общую стоимость объекта, скажем жилого
района, делят на его «мощность» — число его
предполагаемых квартир или жителей, — тогда сравнение
«приведенных показателей» стоимости вариантов
покажет их действительную экономичность.
По сравнению со всей этой предварительной
работой сам расчет — дело несложное, почти
механическое, хотя и очень трудоемкое.
Поэтому особенно сложные проблемы, стоящие
перед экономической наукой, решаются по частям,
годами, сопровождаются массой дополнительных
исследований. Так, вопросы экономики этажности
жилой застройки изучались почти 6 лет в десятках
научно-исследовательских институтов, пока не были
получены проверенные рекомендации.
Оказалось, что 5-этажная застройка отнюдь не
самая эффективная и всегда ориентироваться на нее
неправильно.
Правда, стоимость возведения самих зданий (в
расчете на 1 м2 жилой площади) действительно уве-
29

Стоимость квадратною
метра жилой площади
в разноэтажной
встройке
личивается с ростом этажности. Но одновременно с
этажностью растет и плотность застройки — число
метров на гектар территории, а затраты на освоение
этого гектара (устройство дорог, инженерных сетей,
озеленения) почти не увеличиваются. Поэтому
пропорционально росту этажности снижаются расходы
на эти работы, приведенные к 1 м2 жилой площади.
В результате получается, что суммарные затраты на
строительство зданий и освоение территорий для
высотной застройки ниже, чем для 5-этажной.
Для крупных городов — с населением 500 и более
тысяч человек — эта закономерность усугубляется.
Оказывается, после некоторого предела
дальнейший рост территории таких городов сопровождается
непропорционально большим ростом затрат на их
техническое оборудование. Появляются мощные
инженерные сооружения, сложные транспортные
системы, ненужные для городов меньшей
протяженности. Поэтому для крупнейших городов дальнейшее
расширение их территорий очень невыгодно, увели-
30

чения жилого фонда правильнее добиваться
уплотняя уже сложившиеся районы. - - опять же за счет
высотного строительства.
Так экономисты подвели строгую научную основу
под решение одного из труднейших вопросов
современного строительства — выбора этажности
городской застройки. Этот расчет не только решил
проблему в принципе, но и указал наилучшие
соотношения этажности для городов разного размера,
строящихся в различных природно-климатических
условиях.
Сегодня 9-, 12-, 16-этажные здания стоят в самых
разных городах нашей страны, улучшая, как мы уже
видели, и гигиенические характеристики жилых
кварталов, и экономические показатели
строительства, и внешний вид городской застройки.
Но как ни широк круг проблем,
охваченных экономическими исследованиями они
все-таки ограничены по самой своей природе Их
назначение — проверка, а не разработка общих
идей. А тут пальма первенства принадлежит
архитектуре, градостроительству.
Только обобщение, направленное на поиск нового,
может подсказать по-настоящему комплексное рет
шение самой сложной на сегодняшний день
проблемы строительства — проблемы урбанизации (от
латинского «urban^ - — город). Городское население
Земли удваивается каждые 20—30 лет, обгоняя в
3 раза темпы роста всего земного населения. Это
ведет к быстрому увеличению числа жителей старых
городов, появлению новых городов. Сегодня
насчитывается более 165 городов с населением больше
миллиона человек, тогда как 20 лет назад таких
городов было 75. Ежегодно только в нашей стране
закладывается 20—25 новых городов. А это — десятки,
сотни тысяч новых квартир, заводов, школ, магазинов
31

Приближенная модель
развития современного
города.
Множество задач задает строителям этот
непрерывно идущий процесс. И не только строителям.
Город — это часть окружающего его экономического
района, откуда в него ежедневно приезжают люди,
привозятся продукты и т. д. И часть страны, с
которой город обменивается информацией, товарами.
И часть природы — он нуждается в свежем воздухе,
воде, зонах отдыха. Поэтому города не должны расти
бесконечно.
Как сделать так, чтобы сохранить необходимое
равновесие между городом и его окружением? Тут
одними экономическими расчетами, очевидно, не
обойдешься.
Надо придумать и внедрить в жизнь что-то
принципиально новое, например научиться управлять
развитием городов, т. е. предсказывать, что, где и
когда надо строить, и не только в городе, чтобы
производительность городских заводов и фабрик и
удобства городской жизни росли быстрее, чем
численность его населения и размеры.
Практически единственный путь для этого —
создание теоретической модели функционирования
города, который можно рассматривать как
гигантскую кибернетическую систему.
Сложность такого решения очень велика. Модели
города относятся к наиболее сложным и наименее
изученным из известных математикам «больших
систем» (так называется класс особо сложных
математических моделей). Его подсистемы —
промышленность, жилье, население, транспорт, природно-
климатический комплекс и т. д. — не только
абсолютно непохожи друг на друга, живут каждая по
своим законам, но еще и динамичны, развиваются в
33

пространстве и во времени, причем часто одна в
ущерб другим.
Математически описать развитие этого комплекса
подсистем во всех подробностях просто
невозможно — никаких ЭВМ не хватит, настолько сложно они
переплетаются. (Хотя подробный анализ каждой из
этих подсистем в отдельности все равно
необходим — для решения их внутренних задач).
Советские ученые Ю. П. Бочаров и Н. П. Бу-
сленко предлагают вместо этой фактически
неосуществимой «прямой» модели разработать модель,
составленную на основе отвлеченных обобщенных
характеристик всей системы, отражающих
конечный, суммирующий результат состояния или
развития процесса или явления.
Например, расчеты в одной из подсистем
города — транспортной — основаны на сравнении двух
групп показателей ее эффективности,
расположенных, как говорится, «на разных концах коромысла»:
связанных с наилучшим обслуживанием населения и
с экономичностью деятельности транспортников.
При этом из алгоритмов исключается подробное
изучение многих конкретных особенностей работы
городского транспорта. Ведь в такой модели каждый
суммарный показатель зависит от параметров всей
системы (в нашем примере — транспортной сети) и
характеристик ее внешней среды (т. е. города в
целом), а не от деталей работы отдельных
функциональных подсистем — автобуса, метро и т. д. А
характер работы всей модели может оцениваться по
степени отклонения отдельных показателей от их
оптимального значения. Тогда анализ причин такого
отклонения — «помех» — позволит выявить
конкретных виновников ненормального
функционирования системы в целом и наметить меры ликвидации
этих помех, в том числе тех, которые зависят от
работы строителей.
34

Такие же обобщенные показатели можно выявить
и для всего городского организма, тысячами нитей
связанного с его окружением, с жизнью всей страны.
Другими словами, предлагается экологическую
модель города, составленную из конкретных процессов
и явлений, заменить экологией их показателей.
Предложение интересное, но нелегкое. Достаточно
сказать, что успешное построение приближенной
модели развития города предусматривает создание
широкой сети информационно-вычислительных
автоматических систем слежения за состоянием самых
различных характеристик городской среды — от
качества воздушного бассейна над городом до
посещаемости торговых и общественных центров. Не
говоря уже о собственно математических трудностях
разработки алгоритмов деятельности этой «модели
моделей».
Трудно сейчас предугадать, насколько быстро и
так ли осуществится решение труднейшей из
проблем, поднятых жизнью перед строителями —
проблемы комплексного прогноза их деятельности.
Важно другое — эта задача поставлена,
сформулирована и необходима. Значит, она должна быть
решена.
Ученые, разрабатывающие
задачи прочности, заняты другой стороной
проблемы. Они решают, как строить, из каких материалов,
какие использовать конструктивные идеи.
Их цель — обеспечить долговечность
существования, высокую надежность работы наших зданий и
сооружений. Для этого строители должны
предложить такие конструктивные решения, при которых
эксплуатация построек была бы возможна и безо-
35

пасна при любых мыслимых обстоятельствах. Чтобы
плотины успешно противостояли напору волн
современных искусственных морей, чтобы покрытия
промышленных зданий не расшатывались от
постоянных колебаний станков, а стены жилых домов
надежно несли перекрытия между этажами. Другими
словами, созданные строителями конструкции
должны успешно противостоять многочисленным
нагрузкам, внешним силам и воздействиям.
Поведение строительных материалов и
конструкций под воздействием внешних сил и нагрузок
изучает строительная механика. Она проанализировала
и разграничила причины и следствия в поведении
конструкций, отделив внешние силы, воздействия и
нагрузки от возможных реакций воспринимающих
их тел. При этом конкретное разнообразие
воздействий и реакций было систематизировано и обобщено
в относительно немногочисленных характерных
ситуациях, к которым (или к комбинации которых)
можно с достаточной степенью достоверности свести
всю многоликость практики.
Вес людей, предметов, находящихся на
конструкции, напор ветра на мачту, давление воды на плотину
и т. д. — это та временная или полезная нагрузка,
ради которой строится здание или рассчитывается его
элемент. Можно сказать, что полезная нагрузка —
основное понятие, соединяющее в конструкции неоЬ-
ходимое человеку с возможностями техники.
Загружает конструкцию и ее собственный вес, т. е.
постоянная нагрузка. Все эти нагрузки можно
абстрагировать в виде нескольких элементарных случаев,
например: сосредоточенная нагрузка (действующая
на конструкцию в одной точке) и рассредоточенная
(так или иначе распределенная по ее длине или
поверхности).
Все они в принципе стремятся изменить форму
конструктивного элемента — сжать, изогнуть, вытя-
36

нуть, скрутить или, если силы достаточно велики, то
и полностью разрушить.
Как и при каких условиях это может произойти и
какие следует предпринять меры, чтобы этого
избежать? От чего зависит прочность и надежная работа
конструкции?
Противостоит приложенной силе материал
конструкции — в нем возникают внутренние
напряжения, которые сопротивляются внешним
воздействиям и при их исчезновении стремятся
восстановить первоначальную форму тела. Так
распрямляется перекинутая через канаву доска, прогнувшаяся
от тяжести идущего по ней человека, как только тот
сойдет с нее.
Дело в том, что молекулы, из которых состоит
всякое твердое тело, связаны друг с другом
электромагнитными силами притяжения и отталкивания. Силы,
стремящиеся раздвинуть молекулы, в твердом теле
сильнее притягивающих, но быстро ослабляются с
увеличением расстояния между молекулами.
Притягивающие силы не так мощны, но затухают
медленнее, чем отталкивающие. Совместное действие тех и
других при строго определенном расстоянии молекул
друг от друга приводит к положению равновесия,
которое фиксирует форму тела.
При сжатии материала молекулы сближаются,
действие отталкивающих сил возрастает, стремясь
раздвинуть молекулы на прежнее расстояние. При
растяжении усиливаются притягивающие
воздействия, пытаясь сократить размеры тела до
первоначальных. При удалении нагрузки нарушенное
равновесие сил восстанавливается вместе с
восстановлением прежних расстояний между молекулами, и тело
принимает прежнюю форму.
Это явление называется упругостью. Все
строительные материалы обладают этим свойством —
одни в большей, другие в меньшей степени. Напри-
37

мер, резина обладает очень высокой способностью к
изменению формы (деформативностью): при сжатии
и растяжении ее упругость видна на глаз. Другие
тела являются более жесткими, их деформации мало
заметны и улавливаются только точными приборами.
Чем больше материала включается в работу, тем
сильнее будет общее сопротивление конструкции —
так, если вместо доски положить толстый брус, он
прогнется очень слабо.
Напряжение в материале (о) при сжатии и
растяжении прямо пропорционально силе воздействия (IV)
и обратно пропорционально площади участвующего
в работе сечения (F). Измеряется оно обычно в
кГс/см2 или в Н/см2:
N
Упругие свойства тел отражены в особой
характеристике — модуле упругости, названной по имени
английского ученого Р. Гука, который в 1660 г.
установил, что деформация тела при растяжении и
сжатии пропорциональна испытываемой им нагрузке и
его длине. Отношение удельной деформации
(приращение размеров на единицу длины) к напряжению в
38

Нагрузки — усилия —
напряжения.
Схема деформаций
упруго-пластичного
материала (сталь) при
увеличении нагрузки.
материале — для каждого материала величина
постоянная и индивидуальная.
Однако это постоянство верно только до
некоторого предела (его называют пределом текучести).
Если все больше и больше увеличивать нагрузку,
молекулы, пытаясь сохранить нормальные разрывы
между собой, смещаются относительно своего
первоначального положения так далеко, что после
ликвидации нагрузки прежнее равновесие сил притяжения
и отталкивания полностью не восстанавливается.
Наступает новое соотношение этих сил, тело теряет
свою форму, но материал еще сохраняет прочность,
так как молекулы все равно притягиваются друг к
другу, хотя и в новой комбинации.
: Это явление называется пластичностью.
Подавляющее большинство тел обладает одновременно
пластичностью и упругостью, т. е. они деформируются
как упругие, но после снятия нагрузки
восстанавливают свою форму не полностью.
Чистая упругая деформация проявляется при
очень быстрых (мгновенных) нагрузках, например
щелчках, ударах. Пластичные деформации,
сопровождающиеся перераспределением молекул, требуют
известного времени, а потому происходят при мед-
39

ленном нагружении, иногда в течение нескольких
месяцев или лет, возрастая постепенно без
увеличения приложенной нагрузки. Такое явление
называется ползучестью.
При очень больших нагрузках, а следовательно,
очень больших деформациях межмолекулярные
связи полностью нарушаются и тело разрушается —
внутренние напряжения превышают предел прочно--
сти материала.
При расчете строительных конструкций
предполагается, что все материалы имеют упругие свойства,
поэтому предельные нагрузки на них
устанавливаются в рамках предела текучести.
Каждое физическое тело, каждый материал имеет
свой предел прочности. Его устанавливают как
среднее для большой серии опытов разрушающее
напряжение на единицу площади сечения (например,
кГс/см2, или Н/см2).
Поскольку не все образцы данного материала*
соответствуют этой средней величине, на практике
никогда не загружают конструкцию до фактического
предела прочности, оставляя материалу некоторый
запас для успешной работы. Величину расчетного
сопротивления назначают с помощью теории
вероятности так, чтобы его совпадение с минимально
возможной прочностью материала было бы практически
исключено.
Другими словами, принцип расчета строительной
конструкции на прочность состоит отнюдь не в том,
чтобы обеспечить абсолютную неизменяемость ее
формы, что, кстати, теоретически и невозможно.
Расчет не только допускает изменение формы, но и
заранее предполагает его, ограничивая, однако, такими
размерами, при которых заведомо не произойдет
разрушения конструкции, а деформации не превысят
назначенных конструкторами пределов.
Для большинства материалов «запас прочности по
40

Показатели прочности различных строительны
материалов, в кГс/см
Растяжение
Сжатие
Материалы
Разрушающее Расчетное Разрушающее Расчетное
напряже- сопротив- напряже- сопротив-
ние ление ние ление
Сталь 3800-18000 2100-11000 3800-18000 2100-6000
Алюминий 3 200 1600 3200 1600
Дерево 500 130 700 130-150
Камень (гранит) 25-70 20-60 1200-3 500 500-1000
Бетон 15-50 5-20 35-800 16-360
материалу» (коэффициент однородности) колеблется
от 0,5 до 0,7. Для материалов со стабильными
свойствами, производство которых постоянно
контролируется на всех промежуточных процессах, например
стали, этот коэффициент может подняться до 0,9.
Расчетные (нормативные) пределы прочности
разных материалов отличаются в десятки, даже в сотни
раз. Более того, один и тот же материал может
совершенно неодинаково воспринимать нагрузки
различного характера. Некоторые, например дерево, сталь,
алюминиевые сплавы, одинаково хорошо
воспринимают сжимающие и растягивающие усилия. Другие,
обладающие хрупким характером разрушения
(природный камень, кирпич, бетон), при высоком
сопротивлении сжатию очень слабо сопротивляются
растяжению.
Характеристики прочности материала служат
основой его выбора для той или иной конструкции.
Однако для расчета мало
знать особенности поведения материала при той или
иной нагрузке. Дело в том, что характер работы кон
41

Продольный изгиб
при сжатии стержня
струкции тоже во многом зависит от того, какую
нагрузку она испытывает.
В растянутом виде всякое тело, например
стержень, является абсолютно устойчивым, так как
вывести его из состояния равновесия невозможно.
Поэтому при растяжении несущая способность
материала используется полностью.
Чтобы определить величину усилия (IV), которое
может надежно выдержать растянутый стержень,
достаточно умножить величину его расчетного
сопротивления (R) на площадь поперечного сечения (F).
Для расчета надо выбирать наименьшее
сечение — с вычетом всех отверстий и других
ослаблений, которые имеются в элементе — сечение нетто.
нетто
R.
Чем больше площадь сечения нетто и чем выше
расчетное сопротивление, тем больше расчетное
усилие, которое может выдержать данный элемент.
Сжатие очень коротких элементов происходит по
42

тем же законам. Но чем длиннее и тоньше сжатый
стержень, тем меньшую нагрузку он может
выдержать при одном и том же расчетном сопротивлении
материала. Практически такой стержень никогда не
сжимается по всей площади сечения равномерно и
никогда не бывает абсолютно прямым. Поэтому под
нагрузкой он может неожиданно прогнуться в
сторону, противоположную эксцентриситету продольной
силы (т. е. смещению силы от центра тяжести
сечения). Нежелательная деформация наступит раньше,
чем для короткого образца такого же сечения, т. е.
раньше, чем исчерпается способность материала к
сопротивлению сжимающим нагрузкам в каждом
отдельном сечении.
Учитывает это явление в расчетах специальный
коэффициент продольного изгиба, отражающий
гибкость данного стержня, — отношение его длины к
размеру поперечного сечения. Несущая способность
стержня (IV) получается умножением площади его
поперечного сечения (F) на расчетное сопротивление
материала (R) и на коэффициент продольного изгиба
(ф) (который для каждого материала устанавливается
нормами отдельно, так как материалы
деформируются по-разному в зависимости от их жесткости).
При этом площадь сечения принимается «брутто»
без вычета отверстий, так как стержень
сопротивляется продольному изгибу по всей длине, а не только е
ослабленном месте:
► Другими словами, коэффициент ср в скрытом виде
вводит в формулу еще две характеристики
стержня — его геометрические параметры и жесткость
Причем в расчете реальная длина стержня
заменяется условной, которая тем больше, чем жестче
материал конструкции и чем меньше поперечное сечение
стержня.
43

Зависит условная длина стержня и от его крепле-
1ия в конструкции, от его, как говорят инженеры,
>пирания.
Если каждый конец стержня закреплен на опорах
лак, что может свободно выгибаться в любую сторо-
iy, опирание называется шарнирным и длина
стержня учитывается полностью. Если один конец
ггержня плотно заделан в опору и не может свободно
юворачиваться, стержень труднее вывести из
равновесия и его расчетная условная длина принимается с
коэффициентом 0,7. При заделке обоих концов
стержень становится еще более устойчивым и
коэффициент его расчетной длины снижается до 0,5. Но если
заделан только один конец стержня, а другой
оставлен свободным, как, например, у телеграфного стол-
5а, расчетная длина стержня удваивается, потому что
шасность появления продольного изгиба
увеличивается.
Таким образом, в формулах расчета строительных
конструкций соединены в общей зависимости самые
эазличные факторы — величина и вид нагрузки, вид
материала и его способность к сопротивлению,
размеры и форма конструкции и ее элементов, условия
их соединения между собой. И это — при самых
простых видах нагрузки, направленных вдоль
оси стержневой конструкции, при сжатии и
растяжении.
Изгиб — более сложное явление. Изгибающее
усилие стремится повернуть стержень, как рычаг,
вокруг точки его опирания или заделки, деформация
происходит не вдоль, а поперек оси стержня, которая
изменяет свою форму — дает прогиб. При этом в
любом сечении стержня с вогнутой стороны частицы
материала сжимаются, а с другой, выпуклой,
растягиваются, в середине же образуется слабо
напряженная зона с нейтральным слоем, т. е. такой условной
линией, где нет ни сжатия, ни растяжения. Чем
44

Работа конструкции
при изгибе.
дальше точка сечения от нейтральной оси, чем ближе
она находится к краю сечения, тем больше в ней
напряжение.
Другими словами, в изогнутом стержне возникают
одновременно и сжимающие и растягивающие
усилия, поэтому успешное сопротивление изгибу
предполагает, что материал стержня хорошо
работает и на сжатие, и на растяжение, а смысл расчета
сопротивления конструкции на изгиб состоит в
определении критических для данного стержня
усилий сжатия или растяжения, возникающих в
опасных зонах его сечения в наиболее напряженных
местах конструкции.
Сначала в изогнутом стержне определяют место
приложения и величину наибольшего изгибающего
усилия, по которому затем определяют несущую
способность всего стержня.
В расчетах это усилие называют изгибающим
моментом, а его величину определяют умножением
изгибающей силы на ее плечо, т. е. расстояние от
силы до сечения, в котором вычисляется момент (это
45

Расчет изгибающих
расстояние равно длине перпендикуляра,
опущенного из точки отсчета на направление действующей
силы).
Так, сосредоточенная сила Р, приложенная на
свободном конце заделанного в стену стержня (эта
конструкция называется «консоль»), стремится
повернуть его относительно точки заделки. Изгибающий
момент непосредственно под силой будет равен нулю,
так как нулю равно его плечо.
В точке / Mf= Р1, а в заделке момент будет
наибольшим и равным PL.
Распределение изгибающих усилий в консоли
можно изобразить графически, отложив на чертеже
от условной оси конструкции в соответствующем
масштабе значение изгибающего момента. Оно
откладывается обычно со стороны растянутой части
сечения, так удобнее при сложении изгибающих
усилий от разных сил. Ведь реально на конструкцию
действует много разных нагрузок, некоторые из них
могут стремиться изогнуть ее в одну, другие — в
другую сторону.
46

Так, в расчетной схеме простейшей балки на двух
опорах с одной приложенной в ее середине силой
участвуют, кроме этой силы, еще и реакции опор,
которыми в расчете заменены реальные опорные
устройства, позволяющие балке находиться в
состоянии равновесия. Изгибающие действия этих сил,
показанные отдельно, затем просуммированы в
общем чертеже, который носит название эпюры
изгибающих моментов. Для данного случая эпюра
моментов наглядно показывает, что на опорах
изгибающие усилия будут равны нулю, а максимальный
момент приходится на точку приложения
сосредоточенной нагрузки, по которой и следует вести
дальнейший расчет.
В сечении балки изгибающий момент
воспринимается силами сжатия и растяжения,
максимальными — соответственно — у верхнего и нижнего ее
краев и уменьшающимися до нуля в середине, у
нейтральной линии. Иначе говоря, изгибающее внешнее
усилие в теле конструкции вызвало внутреннюю
пару разнонаправленных сил, составляющих
«внутренний» изгибающий момент.
Ни в сжатом, ни в растянутом поясе напряжения,
вызванные этими силами, не должны превышать
расчетное сопротивление материала.
Эти напряжения распределены по высоте сечения
неодинаково. Причем чем выше сечение, т. е. чем
.больше условное плечо внутренней пары сил, тем
меньше (при одной и той же величине момента) будут
сами напряжения.
Отсюда два следствия.
Во-первых, при одной и той же общей площади
сечения более высокая балка будет работать на
изгиб лучше: так, длинная доска, положенная на две
опоры плашмя, заметно прогнется от собственной
тяжести, а поставленная на ребро практически не
прогнется. Во-вторых, рассчитанные на изгиб кон-
47

струкции целесообразно делать таким образом,
чтобы наибольшая площадь сечения приходилась на
его края, а вблизи нейтральной оси оставалось
минимальное количество материала, как это сделано в
двутавровых балках и рельсах.
Можно и дальше рассказывать о том, как
рассчитываются строительные конструкции, переходя от
описанных простейших примеров ко все более
сложным.
Но не это является задачей книжки.
Гораздо важнее отметить общие принципы,
лежащие в основе конструирования и расчета в
строительстве.
Первый из них — обобщение, абстрагирование.
Каждый конкретный параметр — назначение
элемента, его материал, вид нагрузки, роль в
сооружении и т. д. — анализируется, расчленяется на более
простые составные части, заменяется комбинацией
уже известных математических и физических
символов, с которыми и производятся все дальнейшие
операции.
Второй — определение этих операций,
установление тех связей между частями, которые превращают
их в целое. При этом реальные взаимозависимости
тех или иных параметров сводятся к математическим
закономерностям и формулам — простого
умножения или деления для элементарных случаев
растяжения и сжатия стержня и все более и более сложным,
для развитых конструкций.
Третий принцип — многозначность обратного хода
от абстрактной модели к живому решению. Это
положение таит в себе возможность творческого поиска
формы и деталей будущей конструкции. Так, как это
получается при расчете балки на изгиб — анализ
подсказывает только общее направление поиска
такого сечения, при котором максимум материала
будет расположено в опасной, наиболее напряженной
48

Варианты сечения
работающей на изгиб
балки.
его зоне. А конкретная форма сечения — это уже
мера таланта и опытности конструктора, выбравшего
из множества вариантов наиболее удачный.
Четвертый принцип — многократная, на каждом
этапе расчета, проверка получаемого результата.
Проверка математическая и экспериментальная,
иногда отраженная в десятки тысяч раз проверенных
рекомендациях, таблицах,, сортаментах, диаграммах,
иногда специально предусмотренная методикой
расчета. Ибо надежность — первое требование к
конструкции.
Эти четыре принципа — поиск простого и
известного в сложном и неведомом, сведение простых
элементов во взаимосвязанную теоретическую систему,
творческое освоение рекомендаций расчета при
конструировании и постоянная сверка теоретических
положений с данными опыта — представляют собой
своеобразный алгоритм научного отношения к
решению строительных проблем.
Эти принципы — залог эффективности любой
отрасли строительной науки, и пренебрежение
каким-либо из них может привести к
нежелательным результатам.
К сожалению, неожиданности могут встретиться и
при правильных, казалось бы, расчетах.
49

В древности здания и
сооружения строились с очень большими запасами
прочности — точных методов расчета тогда не
существовало, и строители из осторожности предпочитали более
тяжелые конструкции. Они делались иногда в сотни
раз прочнее, чем требовалось, а потому
непредвиденные случайности проходили для конструкции
незаметно, не вредили ей. Но когда начали строить более
рационально, без излишних запасов прочности,
любые ошибки, неумение предвидеть, как будет
работать сооружение в тех или иных условиях,
приводили к его разрушению, аварии. Так в 1879 г. в
Англии обрушился металлический мост через реку
Тэй, конструкции которого предусматривали
20-кратный запас прочности на действие полезной нагрузки,
но не учитывали скорости и силы постоянно дувших
в тех местах ветров. Они за 4 месяца расшатали мост
настолько, что пришлось усиливать его конструкции,
и все-таки через полтора года он рухнул.
Похожий случай произошел в Америке во время
последней мировой войны с мостом через реку
Такома. На этот раз действие сильного ветра привело к
резонансу, т. е. к усилению всех водов колебаний
конструкции моста, совпавших с ритмом порывов
ветра. Огромный висячий мост стал раскачиваться
все сильнее и сильнее, так, что угловой размах
поперечных колебаний превысил 90°. К счастью, начало
опасных колебаний было замечено вовремя и
движение по мосту прекратили. Съехавшиеся отовсюду
журналисты, инженеры, просто зрители в течение
долгого времени наблюдали картину разрушения
моста. Даже был снят кинофильм, который сильно
помог конструкторам при анализе причин
катастрофы.
Такого рода события заставили строителей
обратить особое внимание на проблему устойчивости —
сохранения расчетной схемы сооружения в процессе
50

его строительства и эксплуатации. Сегодня она
обеспечивается с помощью самых разнообразных
методов — от целенаправленного усиления конструкции с
учетом соответствующих нагрузок до использования
остроумных, хотя и не всегда рассчитываемых,
приспособлений. Например, опасное раскачивание
высокой мачты останавливают с помощью массивны;^
шаров, подвешенных на коротких тросах к ее
вершине. Колебания мачты вызывает систему более
коротких колебаний этих своеобразных маятников, а
поскольку направления и период больших размахов
и маленьких качаний не совпадает, их энергия
взаимно гасится.
Различные аварии и катастрофы вообще
поучительны для развития строительной науки. Например,
резкое снижение прочности металлических
конструкций в условиях воздействия высоких
температур обнаружилось во время грандиозного пожара
1804 г. в американском городе Балтиморе. Опасность
применения излишнего количества воды при
приготовлении бетонной смеси стала очевидной после
обрушения железобетонного здания в Базеле в
1902 г.
Но для проверки наших представлений о работе
конструкции эти исключительные случаи
совершенно необязательны, да и недостаточны. В наши
дни, как и в стародавние времена, строители
большую часть своих расчетов проверяют на
моделях, испытывая опытные образцы конструкций или
макеты будущего сооружения, выполненные во
много раз меньше натуральной величины, подвергая их
таким воздействиям, которые возможно более точно
воспроизводят реальные.
Методика моделирования отнюдь не проста.
Например, количественное определение усилий на
модели невозможно, так как пропорциональное
увеличение модельных размеров влечет за собой значи-
51

тельное искажение действующих в ней усилии.
Например, увеличение модели в 10 раз вызовет
увеличение всех сечений в 100 раз, тогда как объем, а
значит, и вес конструкций увеличатся в тысячу раз,
вызывая десятикратное перенапряжение материала.
Пропорциональное увеличение размеров модели
до масштабов действительного сооружения не дает
никакой гарантии его прочности. Отсюда
происхождение многочисленных аварий в постройках
средневековья и даже более поздних эпох.
Современное моделирование решает далеко не все
задачи конструирования сооружений. Но те, которые
ему подвластны, оно решает очень хорошо.
Среди них — проверка методов расчета
конструкций. Испытание модели на условную нагрузку
раскрывает соответствие между теоретическим и
фактическим распределением усилий, корректирует
задуманную методику расчета реальной конструкции.
Другая задача — определение математического
соотношения между усилием и приложенной
нагрузкой в зависимости от масштаба сооружения. Такое
исследование позволяет после вычисления
соответствующих модельных нагрузок сразу перейти к
проверке прочности сооружения. В качестве примера
можно привести испытание модели высотного
здания, в котором все усилия от горизонтальной
ветровой нагрузки должны были воспринимать так
называемые элементы жесткости — поперечные стены,
лестничные клетки, лифтовые шахты, с тем
расчетом, что железобетонные рамы основного каркаса
будут работать только на вертикальные нагрузки.
Исследование модели в у50 натуральной
величины показало, что элементы жесткости
воспринимают только 85% горизонтальной нагрузки,
остальные 15% все-таки передаются на стойки и ригели рам
каркаса, который пришлось пересчитывать заново.
Выводы таких испытаний используются не только
52

для корректировки расчетов конкретных
конструкций. Они — а это далее важнее — обобщаются для
проверки теоретических методов определения
прочности будущих конструкций и сооружений.
Больше того, используя результаты
многочисленных опытов на моделях, математики разрабатывают
методы теоретического моделирования различных
процессов, и сегодня некоторые экспериментальные
исследования ведутся не на испытательных стендах
и полигонах, а на электронно-вычислительных
машинах. Это направление работ чрезвычайно
перспективно, и тут можно ожидать весьма интересных
результатов.
Разумеется, ошибки могут быть заложены не
только в неточности расчетов или в неполноте
исходных данных для их проведения. Ошибки могут
оказаться и в теоретическом обосновании, в рабочей
гипотезе, моделирующей явление.
Почти два с половиной
столетия назад замечательный русский ученый,
математик, физик, астроном Л. Эйлер поставил и
теоретически разрешил задачу об устойчивости сжатого
стержня, того самого, о котором мы уже упоминали.
Ее суть — поиск критического для данного стержня
усилия, которое может нарушить первоначальную —
прямолинейную — форму равновесия. Критического
потому, что после него эта форма иногда еще
существует, но в расчетах не учитывается, потому что
стала неустойчивой, может в любой момент подвести
строителя.
Через полтора века, в 1908 г., немецкий ученый
Лоренц усложнил задачу, заменив стержень
тонкостенной цилиндрической оболочкой. И то лее решил ее
— теоретически, — установив силу, критическую для
устойчивости такого рода тел. Надо сказать, что
достоверное решение задачи Лоренца имеет большое
53

значение не только для строителей, которым
приходится рассчитывать и возводить разные колонны,
трубы и мачты, но и в авиации, в кораблестроении,
ракетостроении. Ведь фюзеляж: самолета, корпус
ракеты или подводной лодки — это и есть
цилиндрическая оболочка, испытывающая огромные осевые
сжатия при движении ракеты или лодки.
Важность задачи стала причиной большого числа
экспериментальных проверок теории Лоренца. И все
они показывали, что фактическое критическое
усилие, нарушавшее первоначальную прямолинейную
форму равновесия, примерно вдвое-втрое ниже
теоретически предсказанного.
На первых порах конструкторы просто приняли
больший запас прочности в соответствующих
расчетах, предоставив ученым доискиваться причин
расхождения теории и практики и искать пути
снижения степени запаса.
Исследование представляло значительный
интерес, поскольку и теория, и многочисленные
эксперименты показали: разрушение конструкции могло
произойти в разных случаях, т. е. задача имела не
единственное решение. Причем неопределенными
были не только критическая величина нагрузки, но и
возможная величина деформации.
Были разработаны разные гипотезы,
объясняющие явление. Например, интересная теория
известных ученых Цянь Сюэсеня и Т. Кармана,
обосновавшая неизбежность превышения теоретических
пределов устойчивости оболочки над фактическими
влияниями внешней среды. Предположения
Цяня—Кармана подтверждались приближенными
теоретическими расчетами. Упрощенными потому,
что в 30-е годы, когда была выдвинута эта
сложнейшая по математическому аппарату теория, ее точный
расчет был немыслим. Только в конце 50-х годов,
когда на вооружение ученых поступила электронно-
54

вычислительная техника, появилась возможность
выполнения уточненных расчетов. И оказалось, что
теория неверна.
В эти лее годы сформировалась другая точка
зрения на проблему. Она объясняла расхождение теории
и практики тем, что реальная геометрия тела далека
от идеальной теоретической — стенки цилиндра
имеют различные искривления, составляющие всего
1:10, даже 1:100 толщины оболочки. И вот эти-то,
малые, в общем, геометрические погрешности столь
сильно снижали рассчитанные Лоренцом значения
критической силы.
Первыми подтвердили эту точку зрения опыты.
Улучшение технологии изготовления оболочек,
применявшихся для испытаний, сразу уменьшило
разрыв между лоренцовской и экспериментально
найденной критическими силами.
Но для практики рафинированные методы
изготовления опытных образцов были непригодны —
надо было ввести в теоретические расчеты учет
изначальных неправильностей формы будущей мачты
или колонны. Это — новая задача. Дело в том, что
угадать заранее реальный начальный прогиб
будущего сооружения нельзя — погрешности формы
имеют ярко выраженный случайный характер,
зависят от тысячи причин, которые невозможно
предсказать, хотя бы потому, что их так много.
Казалось, проблема зашла £ тупик. Чтобы ввести
погрешность в расчет, ее надо измерить, а чтобы
измерить, надо сначала выполнить изделие в натуре!
Выход подсказали методы одного из разделов
математики — теории вероятности. На этом этапе
исследований задача была сформулирована
следующим образом: установить для данной
технологической схемы вероятностные характеристики
начальных неправильностей формы оболочки. Для этого
провели учет и измерение всех реально встречающих -
55

ся геометрических отклонений от идеальной формы.
Затем обработали всю эту информацию по строгим
математическим правилам и получили условные,
вероятные значения средней величины прогиба для
определенного количества образцов. Эти
вероятностные характеристики и вводят затем в расчет
критической нагрузки. При этом расчет не безусловно
исключает опасное состояние конструкции, а только
ограничивает его вероятность. Окажем,
предполагается, что оно может возникнуть в одном случае из
тысячи или из ста тысяч. А в результате вероятность
отказа (разрушения конструкции) должна быть
меньше назначаемой заранее допускаемой
вероятности.
Такой подход позволяет вести расчет в ситуации,
на первый взгляд не поддающейся прямому
причинно-следственному анализу. Закладывая в
теоретическую модель, непосредственно отражающую
прямые связи между причиной и следствием,
вероятностные, т. е. непредсказуемые в точности, но
возможные в некоторых пределах, величины, мы и
ответ получаем не однозначный, а вероятностный. Но
и его достаточно для существенного приближения в
расчете к максимально достоверным значениям
критических для конструкции нагрузок, что ведет к
экономии материалов, к повышению надежности
конструкции.
Многие видные советские ученые участвовали в
разработке задачи об устойчивости стержня,
предложенной Эйлером, в том числе на последнем, только
что описанном этапе: члены-корреспонденты
Академии наук СССР В. 3. Власов, В. В. Болотин,
И. И. Ворович, профессора Н. В. Корноухов,
А. Р. Ржаницын и А. С. Вольмир. Список этот
далеко не полон, да и вряд ли будет скоро завершен.
Потому что работа далеко не закончена: все
рассказанное— только один из ее эпизодов.
56

Практическую ценность результатов такого рода
частных исследований при их обобщении можно
показать на примере перехода в нашей стране — а
сейчас и в ряде стран СЭВ — к новой методике
расчета строительных конструкций по так
называемым предельным состояниям.
«Классический» способ
расчета предусматривает, что реальные напряжения в
конструкции не должны превышать допускаемых,
которые устанавливались примерно вдвое меньше
средней величины разрушающего напряжения,
полученного при испытании материала. Двойной запас
прочности учитывал несовершенство методов
расчета и производства строительных работ: неточность
определения нагрузок, расчетных формул,
отступления от проектных размеров на постройке, снижение
прочности материала в изделиях против средних
значений и т. д.
Единый запас прочности, страхующий
одновременно все виды неточностей расчета и погрешностей
работ, приводил к тому, что фактическая надежность
разных сооружений получалась неодинаковой, на
что еще в довоенные годы указывал крупнейший
советский ученый-строитель Н. С. Стрелецкий. Так,
собственный вес конструкций в жизни не может
колебаться больше, чем на 10%. Временная
нагрузка — снег, ветер, вес людей и оборудования —- в
процессе эксплуатации может варьироваться куда
сильнее.
Поэтому при разных соотношениях постоянной и
временной нагрузки реальный запас прочности резко
отличался от теоретического. При запасе прочности,
равном 2, и отношении временной и постоянной
нагрузки 0,25:1,0 даже трехкратное увеличение
временной нагрузки дает только 40 % повышения
суммарных напряжений против нормативных, что не опас-
57

но. Тогда как при величине этого отношения 4:1 уже
двукратный прирост временной нагрузки приводит к
80% перегрузки сооружения, что при одновременном
снижении прочности материала на 20 % против нормы
может привести к аварии.
Поэтому в конце Великой Отечественной войны
советскими учеными было предложено расчленение
общего запаса прочности на две части: коэффициент
перегрузки и коэффициент однородности материала,
обеспечивающее безопасность сооружения при
наибольших возможных на практике отклонениях от
принятых в расчете величин. Причем коэффициенты
перегрузки дифференцированы для разных типов
нагрузки.
Этот метод назван методом предельных
состояний.
Для собственного веса сооружения, доступного
контролю, был установлен коэффициент перегрузки
± 10%. Для временной нагрузки коэффициенты
различаются в зависимости от ее характера: в жилых
зданиях — 1,4; для перегрузок от толпы в
общественных зданиях — 1,2; для снеговой нагрузки —
1,4—1,6 и т. д. Кроме того, введен специальный
коэффициент условий работы, учитывающий вероятность
появления таких временных нагрузок, которые
встречаются крайне редко, например сейсмических.
Метод позволяет определить предельно
возможное сочетание нагрузок на сооружение, при котором
оно остается прочным и устойчивым даже при
качестве материала, наихудшем из тех, которые могут
встретиться в практике, обеспечивает всем видам
конструкций равную степень надежности.
В то же время уточнение коэффициентов запаса,
снижение их по отношению к одинаковой для всех
классической «двойке» привели к тому, что этот
метод расчета снижает общий вес рассчитываемых в
нашей стране конструкций на 10—15%.
58

Таковы особенности и возможности современной
теории, обосновывающей расчет прочности и
надежности строительных конструкций. Теории, реальная
жизнь которой состоит в бесконечном разнообразии
осуществленных на практике построек.
Большие помещения, свободные
от внутренних опор, были нужны всегда. В них
укрывали от непогоды скот, они были нужны для
собраний, религиозных празднеств, для торговли и
учебных занятий, для устройства складов и
тренировочных манежей. Примерно 200 лет назад
большепролетные цехи потребовались промышленности, потом
появились спортивные и выставочные залы,
вокзалы. Всегда, во все времена проблема больших
пролетов волновала мостостроителей: гораздо выгоднее
одним махом перекрыть широкую и глубокую реку,
чем сооружать в воде много сложных опор, оберегать
их от паводков и ледоходов. Все чаще требует
больших пролетов современная наука — масштабы
некоторых исследований в биологии, физике, химии
далеко вышли за пределы традиционных пробирок и
письменных столов.
Перекрытие большого пролета — одна из
древнейших проблем, заставлявшая строителей искать
все новые и новые решения. Здесь, как и в любых
других конструкциях, совершенствование шло по
двум тесно связанным направлениям — поиск более
эффективных материалов и изобретение новых
конструктивных форм.
Суть проблемы — получить максимальную
прочность конструкции на единицу ее веса, потому что
чем больше пролет, тем больше становится
собственный бесполезный вес конструкции, «съедающий»
59

конструктивные возможности материала. При этом
собственный вес конструкции растет гораздо
быстрее, чем величина пролета, — пропорционально
квадрату этой величины.
С древних времен известны три конструктивные
схемы, каждая из которых наиболее полно
использует какую-нибудь одну из способностей
материала сопротивляться нагрузке. Балочные
конструкции представляют собой сплошные цельные
элементы, которые воспринимают изгибающие усилия
таким образом, чтобы они «погасились» внутри самой
конструкции. Подвесные системы рассчитаны на
способность материала сопротивляться растяжению,
передавая его опорным элементам. Сводчатые и
арочные конструкции эффективны при материалах,
хорошо работающих на сжатие; они последовательно
передают полезную нагрузку и вес верхних
элементов покрытия нижележащим.
Каждому типу конструкции обычно соответствует
какой-либо определенный материал, иногда —
определенные размеры пролетов.
Особенно заметно это было в древности, когда
возможностей для поиска разнообразных решений у
строителей было довольно мало. По существу, в их
распоряжении было только дерево. Деревянными
конструкциями из ливанского кедра перекрывались
пролеты храмов Вавилона, Египта, Греции.
Бревнами и брусьями из ели и сосны покрывались постройки
Древней Руси.
С той поры дошло до нас старинное правило
русских плотников — «вершок за аршин», т. е. каждый
новый аршин (70 см) длины бруса в перекрытии
требовал увеличения на вершок (4,4 см) его толщины.
Другими словами, величина поперечного сечения
сплошной деревянной конструкции должна
составлять у16 перекрываемого пролета.
Удивительна точность этого расчета. Современ-
60

Основные
конструктивные схемы
покрытий.
ные нормы, требующие, чтобы высота балки была от
Ую до у2о пролета, целиком укладываются в
плотницкую «формулу», выработанную вековым
опытом народных мастеров.
Гораздо сложнее обстояло дело с камнем.
Попытки использовать естественный камень для
большепролетных перекрытий многие столетия
оканчивались неудачей, так как он очень плохо
работает на изгиб, в несколько раз хуже, чем дерево.
Каменная балка высотой 60—80 см, положенная на
две опоры, обеспечивает перекрытие свободного
пролета не более 2—2,5 м. Именно такие размеры
имеют конструкции классических храмов Древней
Греции, «на пределе» использовавших возможности
материала в этой конструктивной системе.
Поэтому практически все большепролетные
покрытия древности выполнялись в дереве. Да и
размеры этих покрытий по сегодняшним масштабам
были довольно скромными — 5—8 м. Для
перекрытия более крупных пролетов нужны были другие
конструктивные решения.
61

Конструктивные
пропорции
балок.
Первым шагом на этом пути
было появление незадолго до нашей эры
распорных — арочных и сводчатых конструкций,
подсказанных формой пещерных сводов. В этой
конструкции все ее элементы испытывают сжатие, что
открыло широкую дорогу для применения в
большепролетных покрытиях каменных материалов.
Резко выросли пролеты каменных перекрытий,
совершенно изменилась их архитектура.
Совершенствование сводчатых перекрытий
привело к появлению их многочисленных
разновидностей. Так, замкнув свод в горизонтальной плоскости
по кругу, строители создали купол — самую
совершенную конструкцию для материалов, работающих
на сжатие. Круговая форма купола определяет
одинаковое распределение напряжений в конструкции
во всех направлениях, а двоякая кривизна купола,
его выпуклость исключают возникновение
продольного изгиба.
Замечательные примеры купольных покрытий
оставили нам строители древности. Пролет римского
62

Пантеона достиг 42 м — размер, близкий к
предельному для этого типа конструкции. Все последующие
купольные сооружения, выполненные из камня, как
естественного, так и искусственного (кирпича или
бетона), с небольшими расхождениями повторяют
его.
А в храме св. Софии в Константинополе
остроумная система взаимосвязанных куполов, сводов и арок
позволила перекрыть без внутренних опор
фантастическое по тем временам свободное
пространство — 1970 м2.
Максимальные пролеты, выполненные в камне,
достигнуты в мостах. Легендой стал 72-метровый
мост Треццо в Италии, построенный в 1370 г. и всего
через 40 лет разрушенный во время военных
действий. Пять веков понадобилось строителям, чтобы
превзойти это достижение при строительстве
90-метрового арочного моста в Плауэне, возведенного во
Франции в начале нашего века.
Однако распорные конструкции довольно
коварны. Дело в том, что в пятах свода или арки
сжимающие конструкцию усилия раскладываются на
вертикальное и горизонтальное направления, одно из
которых — распор — стремится раздвинуть опоры и
требует устройства специальных боковых устоев.
Возникают растягивающие усилия и в нижней части
«подъемистых», крутых куполов, где часто
наблюдается расхождение швов, вызывающее иногда полное
обрушение покрытия. Так, как это было при
возведении купола собора св. Петра в Риме в XV в. или
Успенского собора в Московском Кремле в XVI в.
Для ликвидации распора строители применяли
различные способы — утолщали, усиливали опоры,
подпирали их особыми конструкциями,
контрфорсами или аркбутанами (полуарками,
уравновешивающими распорные усилия). В древних русских
сооружениях строители стягивали пяты сводов кова-
63

ными железными связями, превращая, таким
образом, сводчатую конструкцию в безраспорную —
весьма передовое по тем временам
усовершенствование.
Не стояли на месте и деревянные конструкции.
Согласно «плотницкому закону», чем длиннее
деревянная балка, тем она должна быть толще. Но
толщина древесного ствола ограничена, и уже для
пролетов 10—15 м почти невозможно подобрать
соответствующее дерево. Да и вес такого гигантского
бревна получается не маленький — около 2 т; era
трудно заготовить, подвезти к постройке и
установить на месте.
Заменить цельную, выполненную из «одного
куска» деревянную конструкцию могла только такая,
которую можно собирать из отдельных элементов.
Такие конструкции появились.
К их числу относятся составные конструкции,
выполненные на врубках и других соединениях,
обеспечивающих совместную работу различных эле-
64

Выдающиеся
купольные сооружении
древности
Слева —
Пантеон в Риме,
справа — схема
Софийского собора
в Константинополе
. Внизу— работа
свода.
УП
/-г -- - \
(l ч,
77
ш
ментов. Так, соединенные специальными
вставками — шпонками — два бруса, положенные друг на
друга, практически удваивают высоту рабочего
сечения, а стало быть, и пролет деревянной балки,
позволяют сделать ее из двух относительно тонких бревен,
недостаточных для перекрытия этого пролета, если
их использовать по отдельности.
Несколько сложнее различного рода висячие
стропильные покрытия, в том числе шпренгельного
типа — с подвесной несущей частью (их еще
называют подпружными). Тысячу лет назад такие кон-
65

струкции применялись на Кавказе для устройства
пешеходных мостов через глубокие ущелья. Они
состояли из двух наклонных бревен, упирающихся в
склоны ущелья. К этой простейшей «арке» за
середину подвешивался тонкий длинный ствол, слишком
слабый для перекрытия всего пролета, но вполне
пригодный для перекрытия его половины.
Похожие конструкции появились и над зданиями.
В Древнем Риме их пролет достигал 18—22 м.
Так возникали все более и более сложные
деревянные решетчатые конструкции. Сначала висячие
треугольные стропила, затем сложные подкосные
шатры из брусьев, и по форме, и по характеру
работы напоминающие купольные конструкции.
Таким, например, был деревянный купол собора в
Ново-Иерусалимском монастыре в городе Истре, под
Москвой, разрушенный фашистами в 1941 г.
Построенный из дубовых брусьев, он простоял более
полутораста лет.
В шатрах-куполах используется только одна
конструктивная способность дерева — хорошо
воспринимать сжимающие усилия. Заставить дерево
работать на растяжение трудно — надо суметь
достаточно надежно зацепить за концы растянутые
элементы конструкции. Только когда в XVI в. были
придуманы различные типы врубок, появилась
возможность сооружать из дерева безраспорные
решетчатые конструкции с растянутым нижним поясом,
работающие аналогично балочным конструкциям, но
устроенные гораздо сложнее.
Простейший пример такой конструкции —
стропильная ферма. Как известно, в любой балке при
нагрузке возникают усилия, особенно большие по
краям сечения. В верхней части балки усилия
сжимающие, в нижней — растягивающие. В
средней зоне материал не испытывает ни сжатия, ни
растяжения, но сопротивляется скалывающим напря-
66

Составные деревянные
конструкции.
жениям, необходимым для связи верхнего и нижнего
слоев; иначе каждый из этих слоев стал бы работать
как самостоятельная балочка половинного
сечения.
В фермах строители оставляют только самые
напряженные элементы конструкции — верхний и
нижний пояса, заменяя всю среднюю зону редко
расставленными наклонными и вертикальными
брусками — раскосами и стойками. Мало того, что такую
решетку можно собирать из отдельных элементов,
она получается гораздо легче, чем сплошная стенка,
т. е. значительно эффективнее в работе — ее
несущая способность расходуется на полезную нагрузку,
а не на собственный вес.
Ферменные покрытия позволили намного
увеличить размеры безопорных пролетов — уникальные
для каменных куполов и сводов пролеты стали для
деревянных ферм рядовым явлением.
Многие из них далеко перешагнули
сорокаметровый рубеж: — например покрытие московского
Манежа (ныне Центральный выставочный зал) с ферма-
67

Безраспорные
решетчатые
конструкции
ми длиной 44,8 м или знаменитый Воробьинский мост
на железной дороге Москва—Санкт-Петербург,
пролеты которого были покрыты деревянными фермами
по 54 м каждая. А наибольший реально
осуществленный в прошлом деревянный пролет — 119 м — был у
шпренгельного моста, построенного в Швейцарии
самоучками братьями Грубеман в конце XVIII в.
Но эта цифра — далеко не предел для
деревянных конструкций. В конце того же XVIII в.
замечательный русский механик-самоучка И. П. Кулибин
предложил грандиозный проект однопролетного
моста через Неву в Петербурге. Мост был задуман в
виде сплошной арки мощного сечения пролетом
298 м, собранной из пакетов деревянных брусьев и
усиленной многораскосной решеткой высотой 12,3 м
(У24 пролета). Решетчатая стенка придавала арке
жесткость, воспринимала изгибающие моменты от
временной нагрузки — проект объединил идеи
арочных и решетчатых конструкций. И общий замысел,
и детали решения на много лет опередили тогдаш-
68

Мост Кулибина
нюю строительную науку и технику. Чтобы доказать,
что его конструкция осуществима, Кулибин сделал
точную копию будущей постройки в у10
натуральной величины длиной 29,8 м. Специальная комиссия
во главе с академиком Л. Эйлером провела
испытания модели и одобрила проект; современные методы
расчета подтверждают выводы комиссии. К
сожалению, это предложение так и осталось только в
чертежах и макете.
Построить такой мост было бы непросто и сейчас.
Еще труднее было бы следить за его надежностью
при эксплуатации. Относительная мягкость дерева
делает уязвимыми самые ответственные элементы
конструкции — соединения. Именно здесь, где
возникают наибольшие усилия, может произойти смятие,
необратимая деформация сопрягаемых элементов и в
результате — нарушение всей схемы работы
конструкции.
Металл в этом отношении гораздо менее
капризен — его прочность в десятки раз превышает
прочность дерева, удельная прочность (на единицу веса),
несмотря на гораздо более высокую плотность, боль-
69

ше, чем у дерева; металл одинаково работает во всех
направлениях, сопряжение отдельных элементов в
конструкции в целом проще и намного надежнее.
Было
время, когда строители относились к металлу
довольно подозрительно — условия его выделки не
давали гарантии однородности материала, и
строители справедливо опасались случайных аварий.
Однако по мере развития металлургии в начале
XIX в. появился достаточно надежный литой чугун,
а затем, в 30-е годы XIX в., стальной прокат,
обеспечивший строительство материалом стабильного
качества.
Прокат быстро вытеснил дерево и камень из
большепролетных конструкций. Более высокая
прочность металла позволила уже к концу XIX в.
добиться таких выдающихся достижений, как
гигантские, длиной 570 м, решетчатые фермы моста
через залив Форт в Шотландии или покрытия Дворца
70

Мост через залив Форт
н Шотландии
машин на Всемирной выставке 1889 г. в Париже со
свободным пролетом 115 м.
Металл и сегодня является важнейшим
материалом большепролетных конструкций. Но некоторые
его особенности — недостаточная огнестойкость,
подверженность коррозии, дороговизна — не
позволяют ему стать монополистом в этой области. Многие
позиции металлу приходится делить с
железобетоном, появившимся на строительной арене в широких
масштабах в конце XIX в.
Совершенствование конструктивных форм всегда
сопровождалось поиском новых, подходящих для
этого материалов.
Теска камней сложной формы вручную для арок и
сводов чрезвычайно трудоемка и требует очень
высокой квалификации мастеров. Поэтому уже в Древнем
Риме строители стали выкладывать из тесаного
камня только наружные обводы свода, заполняя их
бетоном. Древнеримский бетон твердел очень долго,
иногда оставаясь пластичным даже через много лет, а
71

Бетон и железобетон
потому не мог идти в строительную конструкцию без
работающих вместе с ним несущих элементов из
тесаного камня.
Самостоятельным конструктивным материалом
бетон стал только в начале XIX в., после
изобретения достаточно прочного и быстро твердеющего
цемента. Правда, в большепролетных конструкциях
чистый бетон употребляли редко — все-таки, как и
любой камень вообще, этот искусственный камень
плохо работает на растяжение. Поэтому и
достигнутые в бетоне наибольшие размеры пролетов
практически повторяют достижения каменных
конструкций — арка моста в Вилленеве, построенного
знаменитым французским инженером Фрейссинэ,
перекрывает расстояние в 96 м.
С появлением железобетона началась новая эра в
проектировании и сооружении большепролетных
конструкций. Этот комбинированный материал
универсален — усиление опасных для бетона
растянутых зон сталью сделало эффективными такие
формы конструкций, которые недоступны ни
чистому бетону, ни камню. Железобетону одинаково
72

подвластны и безраспорные схемы — балки л
фермы, и распорные — арки, своды, купола, и
большие и маленькие пролеты.
Применение железобетона в купольных
сооружениях позволило во много раз уменьшить толщину и
вес покрытий. Так, купол диаметром 56 м над
театром в Новосибирске имеет толщину всего 8 см,
или у700 часть пролета, тогда как купола римского
Пантеона или Софийского собора в Константинополе
при значительно меньших пролетах имеют
толщину — один около 1,5 м, другой 0,6 м, т. е.
соответственно у28 и у53 от размера пролета.
В мостах железобетон сразу же позволил оставить
далеко позади уникальную для каменных
конструкций 100-метровую длину пролета — 150, 200 м стали
в мостостроении рядовым явлением.
Максимальный пролет из железобетона
спроектирован тем же Фрейссинэ в 1930 г. Это гигантская
длиной в 1 000 м мостовая арка коробчатого сечения
с высотой сечения в замке — самой верхней
точке — 15 м. Проект носит поисковый,
экспериментальный характер, направлен скорее на уточнение
границ применения этого замечательного материала,
чем на реальное осуществление, но причины того, что
он остался в чертежах, не отсутствие технических
возможностей, а соображения экономические.
При увеличении пролета вес железобетонной
конструкции растет быстрее, чем металлической.
При размерах пролета порядка 300 м
железобетонный мост получается в 5 раз тяжелее
металлического, увеличивается трудоемкость его возведения, а
стало быть, и стоимость. И с инженерной точки зрения
такая конструкция неэффективна: слишком много
сил тратится на преодоление собственного веса.
Поэтому после 300-метрового рубежа
первенство в реальных конструкциях почти всегда

принадлежит металлу. Чаще всего большепролетные
металлические покрытия — начиная примерно с
пролетов в 200 м — конструируются в виде
подвесных систем, которые с незапамятных времен
привлекают строителей своей эффективностью (уже
примитивные лесные племена умели наводить висячие
мосты на тросах, свитых из лиан).
В этих системах в конструкции пролетного
строения возникают только растягивающие усилия,
направленные строго вдоль растянутых элементов,
что исключает, даже на предельных нагрузках,
нарушение конструктивной схемы сооружения.
Поэтому в подвесных системах практически
используется для полезных нагрузок вся несущая
способность материала — необходимые запасы
прочности «на всякий случай» минимальны по
сравнению с любыми другими конструктивными схемами.
Особенно выгодны подвесные системы для
предельно больших свободных пролетов, где каждый
«неработающий» килограмм материала тяжким
бременем ложится на своих «трудящихся» собратьев.
Висячие системы относятся к конструктивным
схемам, в которых однозначные (в данном случае
растягивающие) напряжения в собственно покрытии
должны уравновешиваться внешними усилиями
против о положного знака в опорных элементах так же,
как в сводчатых покрытиях возникающий в своде
распор должен быть погашен толщей стен или
контрфорсами. И конструкторы должны предусмотреть
решения, ликвидирующие эти нежелательные
усилия: либо погасить их в пределах всей конструкции
(как это сделано в балках и фермах), либо передать
их основаниям сооружений.
Поэтому обычно пилоны подвесных мостов, к
которым приложены опрокидывающие усилия,
расчаливаются, привязываются в противоположном от
пролета направлении к береговому массиву. Так
74

сконструирован самый большой пролет, перекрытый
сегодня, который равняется 1300 м. Это висячий
мост Верразано в Нью-Йорке, построенный в 1965 г.
Порталы моста достигают высоты 210 м, диаметр
кабелей — основной несущей конструкции — около
метра. Проектом была даже учтена кривизна земной
поверхности — чтобы опоры стояли строго
вертикально, их вершины разнесены шире оснований на
4 см.
Однако пролеты большинства мостов подвесного
типа гораздо меньше. Причем в последние годы
кабельные схемы подвесных мостов все чаще
уступают место вантовым, в которых пролетное строение
не подвешивается к провисающему тросу, а крепится
тяжами непосредственно к пилону. При этом
стараются располагать ванты симметрично по отношению
к этой опоре, чтобы уравновесить их нагрузку.
Таковы мосты в Киле, Гавре — пролеты их далеки
от максимальных, но рациональность
конструктивной схемы этих мостов выражена чрезвычайно
наглядно.
Отражаются во внешнем виде подвесных мостов
не только достоинства их конструктивной схемы, но
и ...недостатки. Речь идет о таком важном свойстве
этой конструкции, как ее относительная
неустойчивость, малая жесткость. Не случайно некоторые
висячие мосты, построенные 100—150 лет назад,
были впоследствии заменены арочными или
ферменными. Облик этих изящных построек казался
современникам слишком зыбким, хотя фактическая
прочность ненамного уступала сооружениям,
выполненным в других конструктивных схемах. Так был
разобран один из самых первых висячих мостов в
Европе — Пантелеймоновский через Фонтанку в
Петербурге, пролетом 43 м, сооруженный в 1824 г.
Дело в том, что идея подвесной конструкции
прежде всего нацелена на удержание пролетного
75

Подвесной мост через
залив Золотые ворота
в Сан-Франциско с
пролетом 1280 м
строения в вертикальной плоскости — эту работу и
выполняют ванты или кабели. Но в горизонтальной
плоскости, в направлении, перпендикулярном оси
моста, устойчивость мостового покрытия
минимальна. И чем больше пролет моста, тем больше
становится вероятность сильной «боковой качки», которая
может изменить расчетную схему сооружения и
привести к его разрушению. Что и произошло с
упоминавшимся раньше мостом в Такоме.
Покрытие должно быть достаточно жестким —
это одно из важнейших требований к такому виду
конструкций.
В висячих или вантовых системах необходимая
жесткость достигается за счет специальных
решений, чаще всего — за счет усиления жесткости
76

собственно покрытия. Например, в мостах это
делается за счет повышенной жесткости их проезжей
части. Почти во всех знаменитых большепролетных
подвесных мостах — в том же мосте Верразано, в
мосте «Золотые ворота» в Сан-Франциско и
других — проезжая часть представляет собой
мощную коробчатую балку-ферму, по верхнему поясу и
внутри которой в два яруса идет движение грузового
и пассажирского транспорта.
Прочность такой балки, разумеется, недостаточна,
чтобы самостоятельно перекрыть гигантский
километровый пролет (эту задачу выполняют кабели и
ванты, к которым она подвешена), но общую
жесткость всей конструкции эта балка обеспечивает.
Хотя даже и при этом решении размах
«нормальных», не грозящих устойчивости конструкции
поперечных колебаний в середине пролета некоторых
крупных мостов, например, того же Верразано,
достигает 4 метров.
Изучение конкретных условий применения
различных конструктивных схем и разных
строительных материалов в большепролетных мостовых
покрытиях может многое рассказать о развитии
инженерно-строительного искусства.
Мосты вообще можно считать своеобразной
энциклопедией конструктивных схем большепролетных
покрытий. Любой из них можно рассматривать как
поперечный разрез некоего условного покрытия,
наглядно иллюстрирующий принцип его работы.
Сравнивая разные формы мостов, можно судить о
пределах возможностей каждой схемы и об их
относительной эффективности. Такой анализ
показывает, что различного рода подвесные системы прочно
занимают верхнюю ступеньку пьедестала почета в
мире современных большепролетных конструкций.
Каковы перспективы даль-
77

Сравнение
эффективности
мостовых пролетов
различного типа.
нейшего развития большепролетных конструкций?
Однозначно ответить на этот вопрос нельзя.
Приходится различать теоретические возможности и
реальность.
Предельная прочность отдельных сортов стали
превышает сегодня 20000 кГс/см2. Нить из такой
стали, подвешенная вертикально, теоретически
может достигать длины в 25 км и не рваться. Если
натянуть такую нить горизонтально, как бельевую
веревку, свободный пролет в зависимости от прогиба
нити может составить от 10 до 30 км. Это — только в
расчете на собственный вес нити, без полезной
нагрузки, при предельной, а не расчетной прочности
материала.
В реальных, а не умозрительных конструкциях
наибольший запроектированный сегодня пролет
равен 5 км. Но и его осуществление пока что находится
за пределами возможностей современной
металлургии — она не в силах поставить строителям тросы
нужной прочности. Похоже, что уже построенные
пролеты длиной в 1,3 км для подвесных систем и
0,5—0,6 км для арок и ферм близки к предельным.
Перешагнуть их можно, только резко повысив
современные показатели прочности материала.
Это — самый реальный путь к новому
увеличению пролетов. Он имеет два направления:
улучшение свойств существующих материалов и создание
новых, невиданных прежде, с заранее задуманными
свойствами. Оба они связаны с одной и той же
молекулярной теорией прочности материалов и
разрабатывают предложения об искусственной ориентации
молекул в веществе. Ибо молекулярные воздействия
определенным образом зависят от расположения
79

молекул и четкая, а не хаотичная пространственная
организация последних должна соответственно
организовать и соединяющие их силы.
Первое направление уже давно вышло из
лабораторий на строительные площадки. Именно оно
позволило за счет применения в кабелях подвесных систем
особых сортов стали в 4—5 раз более прочных, чем
обычные, достичь километровых пролетов.
Протягивая стальную проволоку через мелкие отверстия,
фильеры, обделанные алмазной футеровкой,
металлурги, уменьшая диаметр проволоки, заставляли
отдельные молекулы металла «укладываться»
параллельно ее оси, что повышает молекулярные
связи, а соответственно и прочность материала.
Хорошие результаты дает закаливание (быстрое
охлаждение) материала. При закаливании прочность
обыкновенного стекла, например, повышается в
5—6 раз.
Второе направление еще только начинает
развиваться. Это искусственная кристаллизация
материала путем замедленного охлаждения расплава по
особому режиму, которое приводит к полной
перестройке структуры, например стекломассы, и
образованию совершенно нового материала, также
превосходящего по своим показателям высокопрочную
сталь. Силикатные кристаллы, или ситаллы, имеют
при плотности 2,5—2,7 кГс/дм3 прочность на
сжатие до 20 000 кГс/см2. Безусловно, этот материал
ждет очень интересное будущее. Но пока что он еще
не дошел до стройплощадки.
У ученых существуют и еще более далекие
замыслы. Они предлагают (и уже заняты этим в
лабораториях) искусственно усиливать межмолекулярные
воздействия, сжимая материалы под гигантским
давлением — до миллиона атмосфер. Предполагая, что
при этом в веществе произойдет резкое сближение
молекул, которое приведет к усилению межмолеку-
80

лярных воздействии, а значит, к повышению
прочности материала.
Первые проведенные опыты очень обнадеживают
и одновременно настораживают. Сжатие обычного
песка под давлением 10 000 атмосфер привело к
получению образца со свойствами гранита, глина под
этим давлением стала твердой, как железо. А вот
настоящее железо не изменило своих характеристик.
Эксперименты и теоретические исследования
продолжаются — ведь у нас есть живой пример
вещества, обладающего уникальными характеристиками
прочности, которые получились, как полагают, от
особого сочетания высокого давления и высокой
температуры. Это обсидиан, или вулканическое стекло,
давно известный минерал вулканического
происхождения, прочность которого составляет от 30 до
40 тыс. кГс/см2.
Если удастся добиться таких же показателей
прочности и у строительных материалов, то можно
ожидать увеличения пролета для традиционных
конструктивных систем в 1,5—2 раза.
Видимо, большего добиться от конструкций,
рассчитанных на жесткость, сохранение исходной
формы твердых тел, не удастся — силы тяжести
материала вступят в противоречие с его
возможностями, превысят его прочность. Кроме того, пытаться
и дальше идти этим путем стало невыгодно: каждый
новый метр пролета получается буквально золотым.
Например, мост Верразано обошелся в 350 млн.
долларов — по 150 тыс. долларов за погонный метр, что
в 1,5—2 раза дороже, чем в мостах не столь
рекламного характера.
Надо сказать, что и впечатления от этих огромных
сооружений находятся на грани привычных.
Постройки-сверхгиганты перестают восприниматься
как части целого — природы, города, ландшафта.
Они сами по себе ландшафт, среда. Эти великаны,
81

вызывающие законное чувство гордости за
человечество, выразившие в своих формах полноту его
знаний о законах организации материи, вместе с тем
слишком целеустремленны, односторонни в своей
работе, выбиваются из реальных возможностей их
эстетической оценки, настолько их масштаб
нарушает «законные», тысячелетиями выработанные
представления о целесообразности и красоте. Мосты-
гиганты прекрасны, но они прекрасны предельно.
Еще чуть-чуть — и мы перестанем их замечать, как
не обращаем внимания на железную дорогу.
Для дальнейшего движения нужны
принципиально новые конструктивные идеи.
Одна из них реально осуществлена, хотя и для
сравнительно скромных пока что пролетов порядка
100 м. Это надувные конструкции, использующие в
качестве несущего элемента сжатый воздух,
например однослойные воздухоопорные сооружения. Это
как бы купол «наоборот», прикрепленная к земле
подвесная конструкция, висящая... вверх. Огромная
полусфера из газонепроницаемого материала
заполняется воздухом под давлением, чуть-чуть, на 1—2
сотых превышающим атмосферное. Его вполне
достаточно, чтобы поднять легкую оболочку,
зафиксировать общую форму купола и выдержать
нагрузку от снега и ветра. Неизбежные потери
воздуха через неплотности обшивки восполняются
непрерывно работающим насосом, а для входа и
выхода из подкупольного пространства делаются
специальные шлюзы.
Такой купол — сама его оболочка — не сжат, а
растянут, причем силы собственного веса оболочки,
давление ветра или снега, которые стремятся сжать
оболочку, уравновешиваются внутренним подпором
воздуха.
Поэтому практическая прочность оболочки может
быть очень мала — 50 кГс/пог. см при толщине
82

Схемы работы
воздухоопорных
конструкций.
около 1 мм и гораздо меньше зависит от пролета, чем
в статических конструкциях. Квадратный метр воз-
духоопорного покрытия весит всего 5—10 кг, в
40—50 раз меньше традиционного железобетонного
покрытия.
Правда, у этой конструкции есть и свои
отрицательные свойства. Она пока что недолговечна —
10—15 лет службы, не больше. Она боится
нарушений, разрывов, весьма подвижна, неустойчива,
годится только для покрытий, на которых не должны
находиться люди. Но главное— она не любит
случайного распределения нагрузок.
Пока надувной купол загружен равномерно, его
основная несущая «конструкция»— воздух— берет
на себя все усилия, оставляя на долю ткани не очень
трудоемкую обязанность — сохранять давление. Но
когда дует ветер, положение оболочки осложняется.
С одной стороны купола ветер стремится его сжать, с
другой создается так называемый «отсос»,
усиливающий растягивающие напряжения в оболочке. При
83

слабом ветре деформации не нарушают схемы
работы купола, но если скорость ветра превышает
20 м/с, подкупольного давления недостаточно,
чтобы уравновесить конструкцию, и приходится
обеспечивать форму оболочки специальными растяжками,
мачтами, превращая все сооружение в «палатку»
или тент. А это уже совсем другой тип покрытия,
работающий по законам «нормальных» подвесных
конструкций.
Если же мы хотим сохранить принцип воздухо-
опорной конструкции в чистоте, то должны
ограничить ее максимальный пролет. Впрочем, этот
максимум не так уж мал — немецкий архитектор Ф. Отто
разработал вполне реальный проект надувного
купола для города с населением 45 тыс. человек в
Арктике. Очень пологая оболочка диаметром 2 км (ее
максимальная высота 240 м, т. е. % пролета), по
мысли автора, будет хорошо обтекаться ветрами.
Делать ее должны из прозрачной синтетической
ткани, усиленной тросами из полиэфирных нитей.
Как видим, здесь не только конструкция, но и
материалы предлагаются не традиционные — выход за
грани возможных сегодня решений требует подлинно
новаторского подхода.
Видимо, и впечатление от этой полу
фантастической архитектуры будет абсолютно иным, чем от
привычных нам сооружений. Благоприятный
искусственный климат среди полярной ночи, сглаживание
разницы между интерьером и экстерьером, новое
восприятие масштаба будут совершенно
неожиданным образом складываться в сознании человека, и
особенности возникающих при этом ощущений нам
еще не известны.
Так обстоят дела с рекордными, уникальными
пролетами и сооружениями.
Разумеется, рекорды, как и всякий эксперимент,
очень дороги. Однако, оценивая их, надо помнить, что
84

для строителей рекорды не самоцель. Это
своеобразный эксперимент, проверка предельных
возможностей, поиск перспективы — дело, в наше время
совершенно необходимое.
Но не только рекорды определяют
лицо современных и даже завтрашних решений.
Подлинный облик современности — массовое
строительство, которое имеет свои задачи, свои
сложности, свои, неприметные для неспециалиста, но
важные для дела особенности.
Как всегда в строительстве, расчеты начинаются с
пользы, которую должен приносить тот или иной
проект, с уточнения его эффективности.
Когда-то, в начале нашего века, в больших
городах строились небольшие кинотеатры— на 200, 300,
400 зрителей. Залы, рассчитанные на 500—1000 мест,
становились сенсацией, их называли «Гигант»,
«Колизей», «Великан». Сегодня 1,5—2 тыс. зрителей —
стандартная емкость кинозала, таких по нескольку в
каждом крупном районе большого города.
Маленькие кинотеатрики закрываются, не выдерживая
конкуренции «тысячников» — их обслуживание
обходится значительно дороже, чем крупных
кинотеатров. Так статистика и экономика определяют
основу основ дальнейшего расчета — число и
вместимость залов, которые должны быть построены в
городе.
На каждого кинозрителя в зале приходится
0,8—1 м2 площади: стандартное кресло 50X50 см,
проходы между рядами шириной до 60 см,
распределительные и эвакуационные проходы. Каждый из
85

этих размеров не случайность, не прихоть
проектировщика, а результат длительных
антропометрических, социологических и архитектурных
исследований, обобщающих наиболее часто встречающиеся
размеры человека, особенности его поведения в
спокойной или аварийной ситуации, бесчисленные
варианты рациональной компоновки кресел и
проходов в зале.
Пропорции зала — отношение его длины к
ширине— и форму зала определяет технология показа
широкоэкранных, широкоформатных и простых
фильмов, требования акустики, необходимость
обеспечить каждого зрителя удобным обзором экрана.
Выполнение каждого из этих требований или
условий— следствие многочисленных разработок
специалистов в самых разных областях науки.
А для строителей все это — лишь
предварительные условия их решения: какие выбрать пролеты
для перекрытия зала самого обычного районного,
кинотеатра. Площадь зала вместимостью около 1300
зрителей составит примерно 1000 м2, что при
отношении ширины зала к его длине в пределах от 1:2 до
1:1 приведет к вариантам 24 Х42 или 30 Х36 м.
Другими словами, в этом зале надо поставить или б ферм
со свободным пролетом 24 м, или 5 ферм
30-метровых, по которым будут уложены 6-метровые
железобетонные плиты покрытий. Именно 24 м, а не 42
(или 30, а не 36), так как более длинная ферма
дороже короткой. Поэтому ферму— самую дорогую часть
покрытия — всегда ставят не вдоль, а поперек
зала.
Но почему 24 м, а не 25 или 26,5? И почему фермы
ставят через 6 м, а не через 5,3 или 6,5? И почему
именно фермы и плиты, а не купол или какая-нибудь
другая конструктивная форма?
Ответ на эти, казалось
86

бы, разные вопросы один — массовость современного
строительства. Та самая массовость, которая
неизбежно вызывает индустриализацию строительного
производства, а стало быть, типизацию
строительных изделий.
Пролеты, примерно равные 24—30 м, удобны не
только для кинотеатров, но и для гаражей, заводских
цехов, плавательных бассейнов, вокзалов— в год
крупный город устанавливает 400—500 таких ферм.
Если каждую из них изготавливать
индивидуально — одну длиной 24,3 м, другую — 23,7; одну с одним
количеством стоек и раскосов, другую иначе, —
никакая промышленность с такой продукцией не
справится. Необходима стандартизация часто
встречающихся узлов и деталей, типизация конструктивных
решений. Для этого и установлены отвлеченные от
всякого реального значения размеры— модули,
которым должны подчиняться эти решения.
В СССР и странах СЭВ для строительства принята
единая модульная система (ЕМС), в основу которой
положен метрический ряд с исходной единицей —
модулем М, равным 10 см. Все пролеты, шаги
конструкций, их сочетания должны отвечать этому
модулю, который является базой для другого, более
крупного — ЗМ= 30 см. Этот модуль применяется для
всех важнейших размеров, встречающихся в плане
здания или сооружения, и для всех отсчетов по
высоте. Размер этой вторичной, более крупной модульной
единицы обусловлен рядом исследований, которые в
принципе сводятся к тому, что ЗМ соответствует
габаритам пространства, в котором человек может удобно
сесть, встать, вытянуть руку вверх или в сторону.
Напомним, что одна из древнейших единиц длины —
фут— соответствует размеру стопы человека. В
разных системах мер в разные времена фут менялся —
от 244 до 305 мм, но в общем оставался близким 30 см.
А по античной системе пропорций, подтвержденной
87

Античная
антропометрия и Единая
модульная система.
более поздними антропометрическими
исследованиями, размер стопы составляет в среднем % роста
человека.
Существует и следующее укрупнение элементов
модульного ряда— 1,2; 1,8; 3,0; 6,0 м,— оно удобно
для крупномерных деталей и решений, для
уточнения общих размеров зданий. Их определение связано
с изучением и обобщением геометрических
параметров самых различных технологических процессов,
протекающих в тех или иных помещениях или
зданиях, с выявлением наиболее часто встречающихся
размеров комнат, залов, цехов и т. д.
Все модульные единицы кратны исходному
модулю 10 см и его укрупненным разновидностям, и
отступление от этого закона может быть вызвано
только исключительными обстоятельствами. Именно
поэтому так трудно встретить на современной
советской стройке плиты или фермы с длиной, не кратной
6 м.
Законы массового производства ограничивают не
88

только количество типоразмеров тех или иных
конструкций, но и число возможных конструктивных
решений. Зачем перекрывать кинотеатр сводом или
куполом, если действует налаженное производство
пригодных для этой цели ферм и плит? Отказаться от
них в пользу свода можно только тогда, когда тот
дает какие-то неоспоримые преимущества или для
строителей (например, оказывается намного
дешевле, с учетом расходов на перевозку конструкций), или
для заказчиков (если нужен какой-нибудь особый
тип кинотеатра с круговым обзором).
Разумеется, принцип
ограничения диапазона строительных решений нельзя
доводить до крайности.
Практика показала, что для удовлетворения
бесчисленных потребностей общества нужен хотя и
конечный, но достаточно широкий набор и
конструктивных решений, и их типоразмеров. Причем его
широта обусловлена не только запросами общества, но и
особенностями строительства. Того самого, которое
так заинтересовано в ограничении этого набора.
Сегодня нельзя построить все из какого-нибудь
одного материала, как бы широко ни был он
распространен; надо привлекать все имеющиеся и создавать
новые.
Но материалы чрезвычайно разнообразны по
своим свойствам. Сравните одну из важнейших их
характеристик — так называемый относительный
вес, отношение объемного веса (плотности)
материала к его прочности, например к расчетному
сопротивлению на сжатие. Для стеновых материалов
относительный вес колеблется от 120 (кирпичная кладка)
до 16—12,5 (ячеистый и легкий бетоны), для
высокопрочных конструктивных материалов— от 6,8
(отдельные сорта бетона) до 0,7 (особая стальная
проволока). Этот показатель сильно влияет на вес кон-
89

Стержневые
конструкции.
струкций, выполненных из различных материалов.
Так, если вес стальных конструкций перекрытия
принять за единицу, то их железобетонный вариант
будет тяжелее в 5, а кирпичный— в 10—15 раз.
Получается, что полная нагрузка на типовое
железобетонное покрытие из ферм, по которым уложены
ребристые 6-метровые плиты, состоит на 70-—85% из
собственного веса конструкций. Только 15—30 %
мощности конструкции используется по прямому
назначению — на полезную нагрузку.
В легких металлических покрытиях положение
обратное: собственный вес колеблется от 25 до 60%
нагрузки, материал работает гораздо эффективнее.
Но, как правило, стоимость материалов и
конструкций также резко увеличивается с их прочностью —
сталь в 7—10 раз дороже бетона, а высокопрочная
проволока в 5 раз дороже (и во много раз
дефицитнее) обычной строительной стали. Таким образом,
выигрывая на общем весе конструкции за счет
применения материалов повышенной прочности, можно
сильно проиграть в стоимости (или в трудоемкости,
90

или в скорости строительства, или в каком-либо
другом показателе).
Другими словами, многообразие материалов и
условий их применения приводит к появлению
множества непохожих, но нужных и важных для
строителей решений.
Но главное— строительство не может стоять на
месте. То, что было хорошо и удобно вчера, сегодня
стареет, вытесняется более удобным, более
эффективным.
В последнее время на стройках
все чаще применяются пространственные
стержневые системы. Их собирают из металлических
трубчатых стержней одинаковой длины, которые
соединяются в узловых элементах на осевых болтах,
ввернутых в эти элементы. Правда, сборка идет вручную и
на месте, но она настолько проста, что общая
трудоемкость сборки вдвое меньше, чем при устройстве
покрытий по фермам.
Из ограниченного набора стержней — всего 8
сечений— можно собирать самые разнообразные
покрытия: плоские, сводчатые, шатровые, рамные.
Транспортировать эти конструкции несложно —
стержни и узловые элементы очень компактны и
перевозятся пачками на обычных видах транспорта.
Изготавливаются они индустриально, и пока что
только дефицит исходного материала— труб —
сдерживает распространение этих конструкций.
Пролеты таких покрытий можно делать до 80 м, а
металла идет на них примерно на 30% меньше, чем на
покрытия по фермам. Причина этого в том, что
стержневая система работает целиком; все ее
элементы постоянно включены в работу по всем
направлениям и «помогают» друг другу.
В обычных конструкциях каждый элемент
работает сам по себе, выполняя только свою задачу.
91

Пространственные
железобетонные
конструкции.
Плиты настила, образующие кровлю, передают
нагрузку на балки и ригели, те давят на фермы,
стоящие на опорах. Настил или ригель не может в
критическую минуту взять на себя даже часть
работы, которую должна выполнять ферма. Все это
увеличивает общий расход материала примерно на одну
треть.
Поэтому так приветствуются в наше время
различные пространственные конструкции,
объединяющие в общей работе все свои элементы, например
железобетонные оболочки.
Простой лист бумаги, легко изгибающийся под
действием собственного веса, становится жестким,
если его согнуть сводиком или трубочкой. Так же
•работают сложные пространственные формы
лепестков цветов, яичной скорлупы, устричных раковин,
хотя материалы, из которых природой построены
эти формы, отнюдь не отличаются большой
прочностью.
Люди издавна использовали этот конструктивный
прием в сводах и куполах. Но сегодня разнообразие
применяемых в строительстве пространственных
форм возросло во много раз — конструкторы словно
орревнуются в их изобретении. Тут и простые
цилиндрические своды, и волнистые своды, и пологие
оболочки, напоминающие паруса, и другие, гораздо
более замысловатые формы. Они позволяют весьма
экономично перекрывать пролеты до 200 м,
затрачивая материала на 20—30%, а в куполах даже на 70%
меньше, чем в традиционных «линейных»
покрытиях.
Конструктивная задача этих оболочек при всем
разнообразии их очертаний одна— заставить рабо-
93

тать покрытие целиком за счет равномерного
распределения напряжений по всей поверхности, а не за
счет концентрации усилий в массивных несущих
элементах. Поэтому толщина оболочек, как правило, не
превышает 3—4 см, а при использовании в бетоне
специально подобранных мелких заполнителей
может быть и еще тоньше.
При выборе наилучшего варианта из всех
возможных большое значение имеют не только
инженерные достоинства и экономичность
конструкции, но и ее выполнимость — условие, очень
существенное для больших пролетов. Когда-то Брунелле-
ско получил право на завершение постройки
Флорентийского собора именно потому, что доказал
возможность ведения кладки купола без устройства во
всю высоту собора подмостей и кружал,
поддерживающих незавершенную конструкцию во время
строительства.
При огромных современных пролетах эта сторона
дела стала еще труднее— возведение жесткой
опалубки для сооружения монолитного купола
диаметром 60 м удорожает конструкцию на 50%. Поэтому
даже традиционно монолитные конструкции стали
сегодня выполнять из сборного железобетона.
Например, звездчатый купол универсального
Олимпийского зала в Москве диаметром 96 м. Для монтажа
купола были возведены специальные временные
металлические опоры, поддерживавшие
предварительно собранный на земле центральный элемент
купола. К нему мощным краном «прислонялись»
боковые опорные лучи — скорлупы, прошедшие этап
укрупнительной сборки на земле. Конструктивное
решение позволило избежать устройства общей
опалубки, кружал и подмостей, вдвое ускорило сроки
строительства по сравнению с обычными для такого
рода сооружений.
Другой пример — появление трансформирующих -
94

Сборный купол
большого диаметра из
железобетонных
скорлуп.
ся конструктивных систем на основе тканевых сетей
(математики называют их сетями Чебышева, по
имени академика П. Л. Чебышева, который показал,
что такая сеть может быть построена как на
плоскости, так и на любой кривой поверхности). Эти сети,
образованные переплетением наложенных поперек
линий-нитей, имеют непрерывный рисунок из почти
одинаковых четырехугольников, стороны которых
равны — таково очевидное свойство тканевой вязки.
В строительстве решетчатая основа такой
поверхности, выполненная из гибких тросов или жестких
стержней, может быть затянута пленкой или
заполнена жесткими плитами, имеющими форму ячеек
решетки (см. с. 96).
Современные исследования подсказали разные
способы, при которых плоская поверхность такой
сети может быть преобразована в пространственную
форму, а главное— как эта форма может быть
закреплена.
Так, каркас сетчатой оболочки выставочного
95

Тканевые сети (сети
Чебышева)
в конструкциях.
павильона в Казани с пролетом 18 м был установлен
методом «гравитационного формования». Заранее
заготовленная плоская решетка размером 19,3 X 19,3 м
из труб диаметром 42 мм была разложена по земле и
потом поднята на траверсе, прикрепленной к
определенным узлам сетки. Под действием сил тяжести
конструкция «обвисла», приобрела задуманную
купольную форму, которую потом закрепили,
установив в каждой четырехугольной ячейке
дополнительные диагональные стержни. С их установкой
четырехугольники превратились в пару треугольников,
которые, как известно, являются геометрически
неизменяемой фигурой, что сообщило жесткость,
«стабилизировало» всю конструкцию.
в - - Рассказ о большепролетных
конструкциях помогает понять некоторые
особенности развития научных исследований в
строительстве.
Сначала, еще на заре своего развития, человек
подмечает в природе конструктивную идею, напри-
96

мер, свода и начинает ее применять в скромных по
масштабу пролетах— 3, 5, 8 м. Затем после
множества опытов устанавливает эмпирические правила
возведения этих конструкций, позволяющие избе-
жать грубых ошибок при больших размерах свода —
порядка 40, даже 70 м.
Следующий этап наступает с развитием
настоящей строительной науки, которая тесно связана с
уровнем смежных отраслей знания. На этом этапе
конструктивная идея подробно анализируется,
всесторонне просчитывается и с помощью
теоретических обоснований воплощается в предельных для нее
габаритах, например в арочных мостах пролетом
500 м.
Примерно в это же время начинается новый тур
исследований — поиски наилучших вариантов
применения идеи в различных условиях, не обязательно
экстремальных, т. е. предельных, но обязательно
эффективных. Это ярко выраженный период
всестороннего приложения научных исследований в жизни.
Бесчисленны разновидности современных
большепролетных конструкций, инженерная мысль
чрезвычайно обогатила практическую палитру решений
вековой проблемы прочности таких конструкций.
Тентовые покрытия, зонтики, воронки, оболочки
двоякой отрицательной кривизны (в одном направлении
они имеют сечение в виде свода, а в поперечном —
висячего каната), плоские решетчатые плиты,
ребристые, сетчатые и гладкие купола. Они пригодны и для
капитальных зданий— промышленных цехов,
спортзалов, и для временных сооружений — складов,
выставочных павильонов; они рассчитаны и на
относительно небольшие — 20—30 м, и на гигантские —
200—300 м пролеты; они выполняются из пластика,
дерева, железобетона, профильного и листового
металла, прорезиненной материи. И всякий раз
основой конструктивного решения является какая-ни-
97

Разнообразие
современных
конструкций.
будь научно обоснованная «изюминка»— удачное
распределение усилий, удобство возведения объекта,
использование новых эффективных материалов,
новый метод расчета.
Все учитывается в расчетах на эффективность.
Снова и снова изучается под разными углами зрения
сама идея конструкции, анализируются ее
возможности, казалось бы, уже исчерпанные многообразием ее
применения.
И тогда первичная идея может вдруг
преобразиться, приобрести совершенно неожиданный
характер — как это получилось с надувными куполами.
Новый угол зрения дал начало новой концепции,
возникшей от союза практики и науки. Поэтому так
важна работа по совершенствованию всех видов
современных большепролетных конструкций.
Таковы результаты современных исследований
вековой проблемы прочности, обеспечивающей
многообразием и целесообразностью надежных
строительных конструкций неисчислимые требования
пользы.
Но есть еще одна сторона современного решения
проблемы прочности, которую следует особо
подчеркнуть.
Разнообразие конструктивных предложений
изменило сегодняшнее отношение к одному из
результатов работы строителей — к красоте сооружения.
Пока конструктивных схем и материалов было
немного, возможности собственно конструкций в
создании индивидуального художественного образа
сооружения приходилось зачастую усиливать за счет
тщательной прорисовки деталей, в том числе
декоративных. Стена «одевалась» накладной декорацией из
98

Усиление
архитектурной
выразительности
исходной
конструктивной
основы
лепных украшений и изображений карнизов,
полуколонн и плоских колонн (пилястр). Арки
обрамлялись системой тяг и наличников — архивольтов,
своды членились на кессоны, украшались розетками.
Главным элементом вертикальных несущих
конструкций — колонн — становились их декоративные
символические завершения — капители,
«изображавшие» характер опирания балочной части
конструкции на ее стоечные элементы. Одно время даже
считалось, по крайней мере некоторыми
искусствоведами и значительной частью малокомпетентной
«широкой публики», что главное в красоте сооружения —
система украшений, наложенных на конструкцию.
Сегодня строители — и архитекторы вместе с
ними — сильно обесценили роль архитектурного
декора. Преждевременно было бы давать оценку
этому историческому явлению. Однако бесспорно, что
главными сейчас стали те ощущения, которые
создает у нас размер конструкции, ее общее очерта-
100

ние, характер материалов Потому что
разнообразных индивидуальных конструкций в современном
городе появилось великое множество. И их общая
живописная панорама стала важнее, чем
рафинированная игра скульптурных накладных деталей.
Давно замечено, что красота
играет в нашей жизни огромную роль. Красивое как
бы властвует над нами, влияет на наше отношение к
людям, вещам и событиям, подчиняя, организуя его
неким особым, не всегда ясным нам способом.
Законы создания прекрасного в искусстве изучает
специальная наука — эстетика. В строительстве она
составляет одно из направлений более общего
комплекса архитектурных наук. Ученые-архитекторы
исследуют законы построения (композиции)
произведений зодчества, их структуру (состав), тектонику
(соподчинение частей и целого). Особые разделы
архитектурной теории посвящены ритму — порядку
чередования элементов сооружения, симметрии и
асимметрии, законам применения цвета в
композиции, масштабности построек — зрительному соотно-
„шению их размеров с человеком и друг с другом.
Почти все эти термины пришли к нам из Древней
Греции, даже само слово «архитектор» греческого
происхождения и означает «главный строитель», что
свидетельствует о солидном возрасте науки о красоте
в строительстве.
Сегодня архитекторам помогают постигать законы
прекрасного многие: и психологи, изучающие,
например, нашу реакцию на то или иное сочетание
объемов; и физики, вскрывающие особенности образова-
101

Фойе Дворца культуры
ЗИЛ — новый тип
архитектурного
пространства.
ния цветовых отношений; и физиологи,
объясняющие их действие.
Однако теоретические разработки прекрасного
в архитектуре далеко не всегда приобретают силу
самостоятельного закона, и некоторые из них всякий
раз должны заново доказываться конкретной
практикой. Не случайно крупнейшие
ученые-архитекторы почти всегда работают и в натуре, воплощая свои
идеи в реальных сооружениях, в крайнем случае —
в проектах.
Так, братья Веснины, стоявшие, как и многие
другие советские зодчие, у колыбели современной
архитектуры, доказывали своими творениями
художественные возможности лаконичной,
конструктивно и функционально оправданной архитектурной
формы, которую они пропагандировали. «Нам
хотелось, чтобы в этом дворце дышалось полной грудью,
легко и свободно», — писали они про построенный
ими Дворец культуры в Москве. И объясняли, как
они это сделали: зрительно расширили небольшое
по абсолютным размерам фойе, открыв в него
прилегающие помещения, заменив наружную стену
огромным витражом, связывающим внутреннее
пространство здания с окружающей природой.
102

Эмпирический характер отдельных
архитектурных теорий имеет много причин: и отставание
смежных наук, которые еще не могут дать нам точного
представления о том, как складывается у человека то
или иное впечатление или ощущение, и особый
характер архитектурных исследований, где тесно
связаны положения и науки и искусства.
Так, например, проблема прекрасного в
архитектуре имеет два уровня. В любом сооружении
исследователи различают просто красивое: цельность,
завершённость, привлекательность — то, что Н. Г.
Чернышевский называл формальной красотой, и
прекрасное, высшую форму впечатления. Первый уровень
может быть присущ всем предметам окружающего
нас мира: мебели, мотоциклам, посуде, — он
определяется соразмерностью их частей, цветовой гаммой
и т. д. Второй достижим в тех случаях, когда к этому
ощущению прибавляется мысль, неповторимость
производимого впечатления. Понятие о прекрасном в
архитектуре, таким образом, обязательно включает в
себя представление о смысле, общественном
характере произведения зодчества.
Раскрываются законы построения истинно
прекрасных сооружений далеко не просто, несмотря на
то что в основе наших представлений о красивом
лежат, в общем, одни и те же ритмические,
гармонические и цветовые закономерности, присущие при-
,роде.
Возьмем, к примеру, один из
интереснейших вопросов архитектурной теории — о
пропорциях, геометрических соотношениях частей и
целого в зданиях и сооружениях.
Сравните всемирно прославленные за их красоту
здания различных эпох. Они абсолютно непохожи
друг на друга ни по деталям, ни по масштабу, ни по
композиции, построены из разных материалов, отли-
103

чаются назначением и характером. Так, в греческих
храмах ведущей темой была величественная
колоннада, окружавшая помещения для священных
обрядов. В итальянских палаццо эффект достигался за
счет продуманных горизонтальных членений
мощной каменной стены, увенчанной богато украшенным
карнизом. Русские классические ансамбли покоряют
четким силуэтом, сложным ритмом подчеркивающих
композицию колонн, пилястр, обрамлений окон.
Многие современные здания производят впечатление
смелой неожиданной игрой составляющих его
нарочито упрощенных, почти грубых объемов.
Но все они обладают общим свойством — они
гармоничны. Иначе говоря, каждый элемент их
архитектуры увязан с другими деталями, с сооружением в
целом. '
Достигается это, говорят исследователи, за счет
применения при выборе размеров здания и его
элементов специальной системы соотношений этих
размеров, системы строго выверенных пропорций.
Одна из древнейших дошедших до нас
архитектурных систем — ордерная, сложившаяся в V в. до
н. э. в Греции (от латинского слова «ордер» —
порядок, приказ).
Греки пользовались при строительстве своих
храмов стоечно-балочной конструкцией, выложенной из
камня. Этому материалу присущи определенные
соотношения ширины и высоты колонн, высоты
балки и ширины пролета, ограниченный диапазон
размеров отдельных камней — деталей, из которых
складывали здание и его элементы. Все факторы,
определившие примерные размеры колоннады, были
интуитивно учтены греками в их постройках. И
уточнены в соответствии с тем впечатлением, которое
строители хотели получить от своих сооружений.
Многовековой опыт возведения такого рода храмов
отложился в сознании человека в форме представле-
104

Античная ордерная
система (размеры
даны в модулях
и партах, парта —
'Л,, модуля)
ний об устойчивой, надежной, целесообразной
системе размеров — лучшие образцы стали
эстетическим эталоном общества.
Мощные, строгие формы так называемого
дорического ордера (иногда говорят — стиля) вызывали у
греков представление о мужской красоте и силе.
Более стройные, более изысканные пропорции и
украшения ионического стиля отождествлялись с
зрелой красотой женщины; утонченность и богатство
наряда коринфского ордера олицетворяли юность,
девичью хрупкость.
Каждому ордеру соответствовали определенные
пределы геометрических отношений их элементов.
Так, в дорическом ордере рекомендовалось делать
высоту колонны равной 4—5,5 диаметрам, высоту
покрытия от колонны до верха карниза (антамбле-
мент) — 1,5—2 диаметрам колонн. Свои
рекомендации пропорциональных построений существовали и
для ионического, и для коринфского стилей.
105

Архитектурные
решения разных
эпох. Вверху —
Парфенон. Афины.
IV в до н. э. и Палаццо
Медичи-Рикарди.
Флоренция XIX в.
Слева— «Дом над
водопадом . США
Справа —
Адмиралтейство.
Петербург. XIX в.

Именно тогда впервые сформировалось понятие
о модуле (латинское слово «модулус» — мера) как
исходной единице продуманного ряда геометрических
соотношений, определявших пропорции храмов. За
модуль принимали радиус колонны в самом мощном
ее сечении. Каждый модуль делился на 30 частей —
парт (латинское слово), которыми измерялись более
мелкие членения и детали. При этом высота ордера
в абсолютных размерах могла быть самой разной —
от 5,5 до 20 м. Как видите, пропорциональные
единицы Греции ничего общего не имели с системой мер.
Их назначение в другом— указывать порядок
членений, соразмерных представлению о красивом.
И еще одну особенность
подметили исследователи, изучая пропорции
древнегреческих построек, — частое применение некоторых
особо прекрасных, по мнению греков, соотношений.
Одно из самых распространенных среди них — так
называемое золотое сечение, при котором отрезок,
равный единице, делится на две части в отношении
0,618:0,382. При этом общая длина отрезка, в свою
очередь, относится к его большей части снова, как
0,618:0,382, и это пропорциональное деление можно
продолжать «в обе стороны», наращивая отрезок в
тех же отношениях или продолжая членить его в той
же пропорции. Математически эта закономерность
нашла свое подобие в ряде Фибоначчи, названном в
честь итальянского математика XIII в. (его другое
имя — Леонардо из Пизы). Ряд Фибоначчи состоит из
чисел 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377...
и т. д., каждое из которых, начиная с 2, является
суммой двух предыдущих, причем отношения любых
двух смежных членов ряда — чем дальше, тем
точнее— приближаются к отношению золотого сечения.
Числа, лежащие в основе «золота», вообще очень
интересны. Например, число 1,618, возведенное в
108

Золотое сечение
квадрат, равно 2,618, т. е. увеличивается ровно на
единицу — других таких положительных чисел в
т/5" 1
арифметике нет. j 518=-^—by;
т. е. эту величину можно построить геометрически,
прибавляя к половине стороны квадрата диагональ
прямоугольника, образованного делением этого
квадрата пополам.
Однако для архитекторов интересны не
математические особенности этой пропорции, а то
чрезвычайно гармоничное впечатление, которое она
производит. Изощренное художественное чутье зодчего
или живописца почти всегда выбирает из многих
вариантов членения плоскости фасада или картины
именно те, которые ближе к пропорции золотого
сечения. Сотни теоретических работ посвящены
пропорциональному анализу лучших архитектурных
произведений мира. И независимо от того, какая
конструктивная схема лежит в основе этих сооружений,
всегда оказывалось, что членения их так или иначе
подчиняются законам золотого сечения. Эта
магическая пропорция обнаружена в построении плана
109

ансамбля египетских пирамид, построенных в Гизе
более 4 тыс. лет назад, в решении фасада Парфенона,
в рисунке аркад Гардского моста-акведука,
построенного римлянами недалеко от современного
французского города Нима. Планы купольных русских
церквей XII—XIV вв., ажурные готические соборы
средневековья, виллы эпохи Возрождения, храмы Индии и
Китая выдерживают проверку «на золото».
Казалось бы, уже этих двух пропорциональных
систем — ордерного модулирования и золотого
сечения — достаточно, чтобы выработать если не
теоретические, то хотя бы эмпирические правила пропор-
ционирования архитектурных и инженерных
сооружений. Поскольку многовековая устойчивость
впечатления гармонии и красоты от тех построек, в
строении которых обнаружены эти системы, — лучшая
для них рекомендация.
К сожалению, реальных
предложений по внедрению описанных систем пропорцио-
нирования в современную практику пока что не
существует. Причин для этого много.
Во-первых, даже в греческих, а впоследствии в
созданных по их образцу римских ордерных
построениях практически невозможно найти двух
одинаковых — ни в одном типе ордера. Каждый мастер чуть-
чуть изменял в своей постройке канонические
пропорции, сообразуясь с одному ему известными
причинами, и установить сегодня эти причины — а
только они могут стать основой системы
рекомендаций — не удается.
Во-вторых, строгий научный анализ пропорций
лучших сооружений мировой архитектуры
относится, как правило, к недавнему времени — к XIX,
XX вв. — и только к уже построенным объектам. В
каждом отдельном случае методика анализа — по
тем или иным причинам — меняется, и единого
110

порядка для его проведения нет. Правда, точно
известно, что древние зодчие знали о существовании
золотого сечения — правила его построения
изображены на древнеегипетских рельефах, о нем есть
упоминания в греческих и римских трактатах, но
исторических примеров пропорционального анализа,
выполненного еще на стадии проектирования, у нас нет.
В-третьих, и это, наверное, самое главное, пока
что не очень ясен механизм действия этих систем на
человека. Мы знаем, что они существуют и работают,
но как и почему — объяснить не можем.
Особенно это относится к тайне золотого сечения.
Система ордерных отношений, как можно
подозревать, еще находит какое-то обоснование в законах
строительной механики. Но почему из тысяч
возможных сочетаний наш глаз безошибочно одобряет
именно «золотое», неизвестно, хотя физиологи и
психологи изучают этот вопрос. Не исключено,
что в основе такой избирательности наших чувств,
так же как в основе инженерных свойств
материалов, лежат еще не раскрытые закономерности
молекулярного или даже ядерного типа. Какие — сегодня
можно только гадать. Но ведь открытие — самая
интересная часть научной деятельности — тем и
отличается, что егоневозможно заранее предсказать.
Тем не менее сегодня
архитектурная теория успешно решает эти сложнейшие
вопросы.
Правильно, сегодня нет еще твердых законов и
«формул красоты», по которым каждый из нас мог
бы в любой момент безошибочно создать эстетически
совершенное произведение архитектуры. Однако
общие предпосылки получения истинно прекрасных
сооружений нам известны достаточно хорошо.
Первая из них — обязательное соответствие
назначения постройки и принципов ее простран-
111

ственного и конструктивного решения. Особенно
наглядно эта закономерность раскрывается на
инженерных сооружениях, тех же мостах, в которых
единство цели, материала и формы почти всегда
приводит к достижению эстетического результата.
Вторая — совершенство, продуманность всех
деталей архитектурного сооружения — основа
наших первичных представлений о красивом.
Точный расчет, отбрасывающий излишки, не
позволяющий ослабить критические точки конструкции или
композиции, совершенство исполнения — основа
такого решения, про которое говорят «в нем нельзя
ничего отнять, к нему нельзя ничего прибавить».
Третья — новаторство. Бесконечное разнообразие
условий, в которых возводятся наши постройки,
требует творческого применения того огромного
арсенала приемов и средств, которым вооружены сегодня
строители. И оно лее определяет необходимость
поисков новых путей, которые обеспечат неповторимость
сегодняшних и завтрашних строительных, а значит,
и архитектурных решений.
В этом пункте происходит своеобразное
пересечение научного и художественного начал в
строительстве. Дело в том, что именно полная
воспроизводимость результатов корректно поставленного
эксперимента считается сегодня главным признаком
научности исследования. При этом суть открытия в науке
состоит в том, что им — если оно сделано — может
воспользоваться каждый. Каждый может
воспроизвести открытие в опыте или в реальной
конструкции — ив этом доказательство его истинности.
В области красоты пока что положительный
результат — всегда следствие индивидуальной
работы, творчества, не повторяющий предыдущего, а
создающий новое. Открытие в искусстве —
индивидуальный художественный образ — принципиально
невоспроизводимо. Буквальное повторение удачной
112

постройки в другом месте, в другое время не даст тех
же результатов — нельзя дважды сорвать один и тот
же плод, хотя любоваться им можно бесконечно.
Поэтому так трудно искать закономерности,
определяющие глубинные, изначальные причины
строения архитектурного организма.
В свете сказанного становятся более понятными
роль и значение сегодняшних исследований
пропорциональных систем в строительстве.
О первой и самой распространенной сегодня —
модульной координации всех размеров строительных
конструкций на базе исходного модуля, равного 10 см,
мы уже говорили. Заложенный в каждой хорошей
постройке закон единства пользы, прочности и
красоты проявляется и в положениях Единой модульной
системы (ЕМС). Она не мешает архитектору при
решении художественных задач, даже облегчает их,
заменяя детали второго плана готовыми рационально
организованными композиционными блоками,
придавая строгость и стройность целому.
Однако ЕМС и аналогичные ей модульные
системы, принятые в других странах, имеют узкое,
утилитарное назначение и не могут существенно перерасти
свои рамки.
Другое дело — специальные предложения о
гармонизации пропорций в строительстве. Наиболее
известна среди них система «Модулор», созданная в
мастерской французского архитектора Ле Корбюзье.
В этой системе соединены математические принципы
золотого сечения и представления о пропорциях
человеческого тела, которые, по мнению авторов,
должны лежать в основе всех
архитектурно-строительных решений.
Корбюзье взял за основу своих расчетов фигуру
человека ростом 6 футов (72 дюйма, или 183 см) с
поднятой рукой. Высота кончиков пальцев
вытянутой руки над полом получается 226 см (89 дюймов),
113

Модулор и габариты Жилой дом в Марселе,
удобного для человека
пространства
что ровно вдвое выше солнечного сплетения— 113 см
(44,5 дюйма). Разница между 183 и 113 см равна 70
(уровень локтя нормально сидящего человека, или
типовая высота стола в современной мебели).
Удваивая 70, получаем 140 см (упор для локтя стоящего
человека).
Все эти числовые значения связаны между собой
математическими отношениями, основанными на
правиле золотого сечения (226:140 =183:113 =113:70 =
0,618:0,382), и одновременно отражают
закономерности строения человеческого тела в габаритах
пространства, необходимого для его деятельности.
Продолжая пропорциональное уменьшение или
увеличение полученных отрезков, Корбюзье
получил длинный двойной ряд числовых значений,
каждое из которых входит в гармонический
пропорциональный «золотой» строй и имеет основой
антропометрические исследования. Этот ряд, включающий
отрезки длиной и в километры, и в миллиметры, и
назван Модулором. Разнообразие составляющих
его величин позволяет членить любую плоскость,
114

любое пространство в бесконечном количестве
вариантов, каждый из которых, по-видимому, будет
обладать гармоническими свойствами, образовавших
его элементов.
Корбюзье полагает, что при разработке проекта
надо просто назначать для той или иной детали
соответствующий размер из Моду лора, подгоняя
интуитивные или расчетные размеры архитектурных (а
может быть, и конструктивных) элементов или
фрагментов композиции к найденным им условным
величинам.
Многочисленные построенные по этой системе им
самим или его последователями здания
действительно получились удачными, имеют гармонически
спропорционированные фасады, детали. Например,
крупный жилой дом в Марселе. Интересно, что его
очень богатая в пластическом отношении
композиция задумана на базе всего 15 исходных размерных
величин, которые легли в основу всех
архитектурных чертежей — планов фасадов и разрезов здания.
Великий ученый Альберт Эйнштейн,
ознакомившись с Модулором, заметил: «Это гамма пропорций,
115

которая делает плохое трудным и хорошее легко
достижимым». Но...
Модулор плохо согласуется с метрической
системой мер, что сильно затрудняет его применение там,
где она принята. Он плохо увязывается с другими
модульными системами, регламентирующими
строительство, в том числе и теми, в основе которых
лежит футодюймовая система мер.
Реальную основу современных сборных
сооружений составляет простое повторение деталей
одинаковых размеров (панели, блоки и т. д.). Пропорции
Модулора не предусматривают таких простых
кратных отношений.
Есть у Модулора еще одно свойство, присущее,
впрочем, не только ему. Это система членений на
плоскости, а не в пространстве. Тогда как
архитектура — искусство пластическое, имеющее глубину,
объем, что чрезвычайно осложняет наше восприятие
архитектурных сооружений и ансамблей. Например,
наше ощущение от высокой многоярусной башни в
натуре совершенно иное, чем при изучении
ортогонального чертежа. Во-первых, нижние объемы
загораживают часть высоты верхних ярусов, которые
при этом зрительно «проседают», искажая и
пропорции и замысел зодчего. Во-вторых, глаз
воспринимает в натуре не плоскую, а сферическую картину,
работает по принципу кругового обзора, что еще
больше меняет «чертежные» пропорции. Опытные
архитекторы всегда учитывают в реальной постройке
эти — и многие другие — тонкости нашего способа
видения, корректируя найденные в ортогонали
членения рабочими чертежами.
Но главное — эта система пропорций отнюдь не
универсальна. Модулор «не способен превратить
грубое в тонкое, только помогает выбрать и назначить
наиболее правильные размеры. Но выбор из
неограниченного числа возможных сочетаний должен при-
116

Восприятие объекта
в чертеже и в натуре
надлежать вам самим», — говорит Корбюзье.
Поэтому отнюдь не редкость плохие проекты,
сделанные с помощью Модулора. Снова та же проблема —
перед нами прекрасный инструмент, на котором мало
кто умеет играть. А если и играет, то не может научить
этому других. Однако учиться надо — хотя бы потому,
что слишком много мы строим, чтобы позволить себе
роскошь строить некрасиво.
Было бы очень просто (и было время, всего 30—40
лет назад, когда функционалисты и конструктивисты
так и пытались сделать) свести законы красоты к тем
же формулам, которые определяют прочность и
пользу.
Сегодня мы уже хорошо знаем, что это не так.
Исторический опыт наглядно доказывает это. Детали,
украшения могут осыпаться, снесенные ветрами
столетий, но стены, проемы, своды — тело сооружения,
его главные пропорции, определенные идеями
пользы и прочности, производят впечатление и без
утраченного декора. Но не совсем то, на которое
расчитывали их авторы.
117

Мавзолей В. И Ленина.
Анализ композиции.
Красота архитектурного произведения
действительно неразрывно связана с целесообразностью
конструктивного расчета, рациональностью
организации архитектурного пространства. И в то же время
есть свои собственные законы у красоты в
архитектуре, присутствие которых мы чувствуем и даже
выражаем — в философских категориях, в общих
положениях, в отдельных правилах и приемах, — но
еще не научились использовать безошибочно.
Может быть, когда-нибудь человечество будет
создавать красивое в архитектуре по каким-нибудь
элементарным или очень сложным, это не так уж
важно, формулам.
А может быть, это принципиально невозможно —
угадать индивидуальную форму выражения для
архитектурного закона, и она всегда была и останется
актом творчества, неповторимым и непредсказуемым,
как поведение человека или научное открытие?
Ведь на деле красота никогда не
программировалась, а получалась, носила характер неожиданного
изобретения, а не завершения научной работы. Хотя,
как правило, в лице хорошего зодчего всегда
соединены черты ученого и художника.
Напомним, что известнейший советский
архитектор А. В. Щусев был крупным ученым,
действительным членом Академии наук СССР. И его лучшее
произведение — Мавзолей В. И. Ленина —
чрезвычайно яркий пример органичного слияния глубокого
знания закономерностей построения архитектурного
организма, тончайшего чувства исторического
ансамбля и высокого творческого вдохновения.
Силуэт Мавзолея вписан в треугольник с
основанием, равным его удвоенной высоте. Ширина
сооружения вдвое превышает его высоту, отношение 2:1

определяет пропорции и других членений фасада.
Его симметричность поддержана симметрией
украшенной башнями кремлевской стены, с которой
Мавзолей составляет единую композицию, по праву
принадлежащую к числу самых ярких страниц
современной архитектуры.
119

Примерно распределив в начале нашей
книги все науки на группы «пользы», «прочности» и
«красоты» соответственно их связям со
строительными делами, мы в этой последовательности и
повели свой рассказ, анализируя успехи и трудности
каждой группы.
Как мы и предполагали, выяснилось, что роль
разных наук в строительной иерархии непостоянна.
Соображения прочности и эффективности, самые
объективные в строительных исследованиях,
являются не истиной в последней инстанции, а базой
принимаемых архитектором решений. Бывает и
наоборот— архитектурные каноны отступают перед
инженерными законами; больше того, эти законы
становятся фундаментом новых представлений о
красоте. Или другой пример: расход
стройматериалов, основу стоимости сооружения, определяют
формулы прочности. Но окончательную оценку
эффективности конструктивного решения выносит одна из
наук о пользе— экономика, иногда принимающая во
внимание доводы, весьма далеко отстоящие от
прочности.
Получается, что некоторые виды исследований
«перерастают» свою специализацию.
Например, все чаще и чаще главными авторами
многих сооружений, определяющих лицо современ-,
ного строительства, становятся инженеры.
Замечательный эллинг для дирижаблей, построенный в
аэропорту Орли французским инженером Э. Фрей-
сине, ажурная радиобашня, спроектированная
русским конструктором В. Г. Шуховым, кружева
ребристых покрытий спортивных и выставочных залов
итальянца П. Нерви, железобетонные оболочки,
рассчитанные мексиканцем Ф. Канделой, — ничтожная
часть примеров успешного вторжения конструкторов
120

в архитектуру. Существует и обратное явление: мне
гие сегодняшние конструктивные схемы и иде.
предложены и разработаны, что называется, «д<
гвоздя» архитекторами. Например, купола из стерж
невых конструкций связаны с именами нашего сооте
чественника М. А. Туполева и американца Б. Фул
лера.
Но и в пределах «своих» проблем строительные
науки отнюдь нельзя обвинить в ограниченности
диапазона. К примеру, архитектурные исследование
накладывают свой отпечаток на все области
строительства. Типология сооружений устанавливает
какие нам нужны жилые дома и общественные
здания. Градостроительство рекомендует, сколько, где
и в какой последовательности их возводить.
Специальные исследования устанавливают законы
строения архитектурного организма — из каких частей,
объемов, помещений должно состоять здание, как их
надо соединять между собой. Архитекторы
назначают конструкторам общие принципы, которым
должно подчиняться сооружение: лучше ли сделать
плоское покрытие по стенам, или увенчать его куполом,
или воспользоваться канонами стоечно-балочных
решений. Даже размеры конструктивных элементов
они закрепляют в своих представлениях о красоте и
гармоничности формы, далеко не всегда объяснимых
законами и формулами строительной механики.
Таким образом, даже беглое описание задач
архитектуры показывает, что она делится на ряд
специализированных направлений, хорошо отвечающих
нашему изначальному положению о пользе,
прочности и красоте. А если по тому же принципу
расчленить и другие, даже самые «узкие» строительные
науки? Тогда схематически структура всей
строительной науки может быть представлена в таблице,
где по горизонтали (слева направо) расположены
научные проблемы по порядку «польза—прочность—
121

Инженерные решения
и новая эстетика.
Слева — Останкинская
телебашня. Инж.
Н. В. Никитин. Внизу —
эллинг в Орли.
Инж. Э. Фрейсине.
Справа — покрытие
выставочного павильона
в Турине.
Инж. П. Нерви. Справа
внизу — рынок
в Ройане.
Инж. Р. Саржер

Общая структура
научных исследований,
связанных со
строительством
комплекс
строи •
тельных
наук.
Мау/сс< С
красота», а по вертикали — специализированные по
отраслям группировки конкретных научных
дисциплин.
Такая схема не только наглядно демонстрирует
неразрывность всех трех задач строительства, но и
раскрывает особую направленность различных
разделов каждой из множества строительных наук.
Получается, по образному выражению известного
советского искусствоведа К. Н. Афанасьева, что
архитектура изучает не просто прочность или пользу,
но «красоту прочности», «красоту пользы» —
анализирует, как влияют инженерные решения или
расчеты, оправдывающие целесообразность
строительства, на эстетическое качество наших зданий и соору-
124

жений. Продолжая эту мысль, можно сказать, что
инженеры своими разработками добиваются
«прочности красоты» и «прочности пользы», обеспечивая
надежность работы экономистов и архитекторов.
А исследования, связанные с пользой, обязательно
должны включать особые аспекты «пользы
прочности» и «пользы красоты». Это хорошо доказывается
«рентабельностью» действительно красивых,
эстетически ценных объектов, давным-давно переставших
приносить когда-то заключавшуюся в них пользу.
Так привлекают сегодня людей развалины
египетских пирамид, так гармонично включаются в
городской ансамбль когда-то грозные крепостные
стены исторических городов.
Другими словами, наш рассказ наглядно раскрыл
тезис о теснейшей взаимосвязи всех строительных
наук, желательности и необходимости их
согласованной деятельности, дальнейшего развития.
Именно так— с всесторонним
охватом всех важнейших проблем строительства —
ведется в нашей стране планирование научных
исследований в этой области. Среди научных
институтов и лабораторий, посвятивших свой труд
строительным проблемам, представлены все
направления, волнующие строителей в наши дни.
Свыше 60 тыс. сотрудников работают в этих
учреждениях, общее число которых в нашей стране
перевалило за 180, в том числе 130 крупных
специализированных научно-исследовательских
институтов. Сотни докторов наук, тысячи кандидатов наук
ведут исследовательскую работу по строительству.
Но самое главное— работа эта идет по общему
согласованному плану, в котором отражена единая
для всей страны научно-техническая политика,
нацеленная на совершенствование строительного
производства, повышение качества архитектуры, повыше-
125

ние эффективности строительства. Составляется
такой план из ряда долгосрочных комплексных
программ, которые содержат конкретные задания для
научных учреждений различного профиля. Каждое
из них разрабатывает свой раздел, а достижения
отдельных организаций обобщаются головными
институтами, специально выделенными из числа
наиболее квалифицированных и авторитетных в стране.
Так получается, что усилия десятков разных
организаций, тысяч ученых концентрируются на решении
определенных важнейших задач современного
строительства.
Именно так ведутся исследования по программе,
включающей дальнейшее совершенствование
методов расчета строительных конструкций.
Существующая методика предусматривает поэлементный
расчет, при котором каждая деталь здания или
сооружения работает самостоятельно, не учитывая
ни возможных перегрузок соседних конструкций при1
критических состояниях, ни возможности передать
«в трудную минуту» часть своих нагрузок «соседям».
Новая методика рассматривает сооружение не как
механическую сумму самостоятельных
конструктивных элементов — балок, стоек, перекрытий, связей и
т. д.,— а как единую пространственную систему, в
которой каждый из этих элементов — неотъемлемая
часть целого, и работают они все совместно.
Ожидается, что успешное решение этой задачи позволит
сократить расходы материалов в строительстве
примерно на 4—5%. Но достижение этой цели требует
напряженного труда многих институтов и
лабораторий. Достаточно сказать, что новая методика связана
не только с разработкой нетрадиционного понимания
существа расчета, ломкой многих представлений в
строительной механике, но и с широким внедрением
в проектирование современной вычислительной
техники, без которой этот метод был бы невозможен, с
126

исследованиями в области прикладной математики,
анализом свойств новых, распространившихся
повсеместно материалов (пластмасс, асбоцемента,
высокопрочных бетонов и сталей), дальнейшим изучением
свойств грунтов и оснований, с которыми сооружение
составляет единое целое, и с другими вопросами,
каждый из которых является предметом серьезного
многостороннего изучения.
Таким же образом построены и другие
комплексные программы, направляющие научную
деятельность многих учреждений на достижение
важнейших, главнейших для нашего строительства целей: в
области совершенствования типового
проектирования, решения проблем управления ростом и
развитием городов, вопросов технологии строительства в
суровых климатических условиях и т. д.
Строительство давно уже тесно связано с
наукой— его сегодняшние успехи были бы
немыслимы без этого. Строительство настоятельно требует
дальнейшего развития всяких научных
исследований, посвященных его нуждам,— и специальных
разработок, и крупных обобщений. Ибо не может
отрасль народного хозяйства, составляющая
десятую его часть, развиваться
без тщательно
выверенных всесторонних
обоснований.

Содержание
Три начала
Парадоксы пользы
Прочность (теория)
Прочность
(практика)
Маленькие большие
пролеты
Про красоту
Задачи (вместо
заключения)
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ПЕДАГОГИКА»

35 коп
Выдающийся ученый В. В.
Петров, открывший новый
электрический разряд в газах, указал на
возможность применения дуги
для плавления металлов. Но
только 80 лет спустя Н. Н. Бс-
нардосу удалось разработать
первый способ дуговой сварки.
В зоне сварки встречаются сразу
четыре состояния вещества.
Преодолевая «несовместимость»
плазмы и твердого металла,
ученые и изобретатели многих стран
внесли свой вклад в науку о
создании сварных конструкций.
О том, как сварщии - покоряют
металл и плазму, о том что
изучает сварочная н '\ ка, о
достижениях современной сварочной
техники вы сможете рочитат» в
книге академика ь. г Патока и
кандидата техни- чки < раук
А. Н. Корниенко ' пнь сшивает
металл».
«Танковым доктором» называли
советские воины академика
Е. О. Патона, сумевшего
соединить броню самым прочным свар
ным швом. В .созданном им
научно-исследовательском инстит> -
те решены многие сложнейшие
проблемы сварочной науки,
разработаны способы сварки и
микроскопических деталей
радиоэлектроники, и тысячетонных
турбин и кораблей.
ИЗДАТЕЛЬСТВО
«ПЕДАГОГИКА