Кам‘яні, дерев‘яні та пластмасові конструкції

Короткий історичний огляд та розвиток будівельних конструкцій в Україні.

Протягом тисячоліть людство поступово розвивало будівельну справу, удосконалюючи своє житло та споруджуючи складніші, унікальніші будови, основою міцності яких були несучі будівельні конструкції.

У період Київської Русі були побудовані всесвітньо відомі пам'ятки архітектури. Найбільше вражає Софія Київська, яка і сьогодні захоплює нащадків своєю величчю. Виникають зародки цехової організації майстрів будівельної справи, здобувають визнання місцеві зодчі Петро Милонет із Києва, Іван із Полоцька, Каров Яковлевіч із Новгорода, а також античні вчені Амфій Тральський, Ісідер Мілецький. У ці часи були розроблені правила будівництва, викладені в “Будівельному статуті” й у “Руській Правді”» Ярослава Мудрого (1020 р.).

Поступово у будівництві й архітектурі утверджуються раціональні ідеї використання будівельних матеріалів і конструкцій, вільний вибір стилю та застосування національних особливостей, традицій. Широко впроваджується цегляна архітектура, залізобетон, нові форми сталевих конструкцій у мостах та громадських будівлях.

Кам‘яні конструкції. Історія розвитку будівельних конструкцій починається з глибокої давнини – перші споруди із необробленого каменю зводились ще у кам’яному віці. З незапам’ятних часів започатковано використання дерев’яних конструкцій. Ці природні матеріали використовували під час будівництва житла і перших примітивних споруд – стовпів, навісів, невеликих мостів тощо. У рабовласницький і феодальний періоди було зведено велику кількість видних пам’ятників кам’яного зодчества – храмів, палат, соборів з купольними покриттями тощо. Подібні споруди у Київській Русі зводили, починаючи з Х ст. У пізніший період кам’яні будівлі були побудовані у Пенові, Суздалі, Володимирі і інших містах. У XIV–XV ст. були споруджені Архангельський собор у Московському Кремлі, кремлівські стіни і багато інших будівель. У минулому столітті появились армокам’яні конструкції, істотно розширили сфери їх застосування. Кам’яні конструкції, армовані металевими елементами, почали застосовувати під час будівництва труб, резервуарів, мостів тощо. Нині основною галуззю використання кам’яних конструкцій є стінові огородження, стовпи і стовпці, підпірні стінки. (рис. 1.1).

У першій науковій друкованій праці у Радянському Союзі про міцність кам‘яної кладки було вивчено напружено-деформований стан кам‘яної кладки при стиску. Автор В.А.Гастев довів, що при стиску кладки кожна цегла піддається згину і в ньому виникають

напруження стиску, зрізу і розтягу.

Велике значення у розвитку теорії і практики кам‘яних конструкцій мали праці проф. Л.І.Онищука і його учнів, виконані починаючи з 1932 р. у створеній ним лабораторії кам‘яних конструкцій у Центральному науково–дослідному інституті промислових споруд (ЦНІПС). У середині 30-х років методи розрахунку міцності кам‘яних конструкцій вже були засновані на великій кількості експериментальних досліджень. За період з 30-х до 50-х років відбулась істотна еволюція кам‘яних конструкцій і матеріалів. Значно розширились галузі застосування цегляних стін, було впроваджено армування кам‘яної кладки на основі теорії розрахунку армокам‘яних конструкцій. У ці роки було розроблено нові методи виконання кам‘яних робіт у зимових умовах.

a

b

Рис.1.1. Цегляні багатоповерхові житлові будівлі: a – у м.Львові; b – у м. Винники

У розвитку теорії і практики кам‘яних конструкцій велике значення належить В.П.Некрасову, Ю.М.Іванову, В.О. Камейко, А.І. Рабиновичу, І.Т. Котову, М.І. Кравчені і іншим українським та радянським вченим.

Подальший розвиток кам‘яних конструкцій відбувається по шляху засвоєння і впровадження ефективніших кам‘яних матеріалів і великорозмірних конструкцій, досліджень з розрахунку міцності і стійкості кам‘яних конструкцій і проектування на цій основі конструкцій із порівняно малою масою, які дають змогу використовувати місцеву сировинну базу і індустріальні методи будівництва.

Дерев‘яні конструкції. Розвиток дерев’яних конструкцій відбувався паралельно з кам’яними. Перші дерев’яні мости були побудовані ще до нашої ери. У давні часи у будівництві домів і кріпосних стін широко використовувались рублені дерев’яні конструкції (зруби). Під час розвитку дерев’яні конструкції почали використовувати у складних системах зі шпоночними, цвяхами і нагельними з’єднаннями – у складених балках, рамах, склепах тощо.

Видатні пам‘ятники народного дерев‘яного зодчества – рублені кріпосні споруди і церкви – були створені у XII – XVIII ст. у Києві, Львові, Новгороді і багатьох інших містах України та Європи.

Хорошими зразками дерев‘яних конструкцій початку XIX ст. можуть слугувати, що збереглися до наших часів, трикутні ферми багаторигельної системи покриття манежу у м. Москві прольотом близько 50м (1817р.), перекриття Великого та Малого театрів у Москві тощо.

У XVII-XIX ст. дерев‘яні конструкції широко застосовують у інженерних спорудах: плотинах, шлюзах, мостах, а також під час будівництва промислових, сільськогосподарських і громадських будівель. (рис. 1.2).

В Україні було споруджено багато дерев‘яних мостів великих прольотів з підкосною балковою і арковою системами прольотних будов. Оригінальні конструкції дерев‘яних мостів створили видатні вчені Д.І.Журавський, Є.О.Патон. Подальший розвиток дерев‘яних конструкцій пов‘язаний також з іменем почесного академіка В.Г.Шухова. Він створив економічні раціональні конструкції сітчастих зводів, які використовували не тільки в Україні, Росії, але і за рубежем.

У останні десятиліття набули розповсюдження ефективні клеєні дерев’яні конструкції, металодерев’яні ферми і арки тощо. Одночасно збільшується використання конструкцій із застосуванням пластмас, зокрема, шарових плит, стінових огороджень, надувних пневматичних оболонок тощо. У розвитку дерев’яних конструкцій велике значення мали вітчизняні та зарубіжні вчені В. Г. Шухов, А. І. Отрешко, В. С. Дерев’ягін, Е.О. Патон, Г.Г. Карлсен, Ю.М. Іванов, О.Б. Губенко, В.Ф. Іванов, В.В. Большаков і ін.

Пластмасові конструкції.Науково-технічний прогрес у техніці і, зокрема, у будівництві нині не можна уявити без використання полімерних матеріалів та пластмас на основі синтетичних смол. Часто вони є ефективними замінниками традиційних матеріалів — бетону, металу, деревини.

Застосування полімерних матеріалів і пластмас в усіх галузях народного господарства дає можливість економити чорні й кольорові метали, деревину, цемент, скло тощо. У будівництві широко використовують пластмаси та полімери і конструкції із застосуванням їх.

Можна намітити такі основні напрями ефективного використання цих конструкцій: для зниження маси будівель і споруд (просторових, пневматичних тощо); для поліпшення транспортабельності легких захисних конструкцій; для світлопроникності конструкцій; для конструкцій, які працюють в агресивному середовищі; для плівково-каркасних конструкцій.

Рис.1.2. Дерев‘яна будівля. Ресторан „Гуцульщина”, м. Яремча

Рис. 1.3. Дерев‘яна церква, м. Львів

Через низький модуль пружності полімерних конструкційних матеріалів вони ефективні в конструкціях, де максимально використовуються їхні високі міцнісні характеристики і вплив їхньої незначної деформативності. Ці властивості конструкційних матеріалів використовують у конструкціях просторових форм одинарної і подвійної кривизни (куполи, оболонки тощо). Виконані в такий спосіб покриття надають архітектурної й естетичної виразності зовнішньому вигляду будівлі. Застосування полімерних матеріалів дає можливість сумістити в конструкції несучі і захисні функції. Ефективними також є будівельні конструкції із застосуванням пластмас у багатошарових або криволінійних захисних панелях, де пластмаси використовують разом з традиційними матеріалами у найвигідніших комбінаціях. Прикладом можуть бути тришарові плити покриттів і стінові панелі з внутрішнім шаром із пінопластів або у вигляді ребристого каркасу з обшивками з тонких ефективних матеріалів у будівництві промислових, громадських та житлових будівель і споруд. З розвитком виробництва пластмас, поліпшенням їхніх фізико-механічних властивостей і здешевленням тришарові конструкції дедалі більше застосовуватимуть у будівництві.