Строители небоскрёбов с конца XIX века до середины XX века использовали примерно одну и ту же конструкцию – металлический каркас. Но благодаря технологиям (качеству стали, новым соединениям, появлению сварки) высота небоскрёбов от 55 метров выросла более чем до 400. Бывает, технологии утрачиваются. Так, на хорошо подогнанных гладких камнях античных построек появляются более грубые средневековые добавления. Или мы видим современные каменные мостовые, которые теряют свою форму через пару зим, в отличие от римских дорог, сохранившихся в течение двух тысяч лет.
Реставраторы деревянного зодчества специально воссоздают плотницкие инструменты прежних лет по старым технологиям, чтобы зарубки и сколы на поверхности дерева были похожи на реставрируемую ими эпоху. Невозможно воспроизвести нужную по шероховатостям поверхность современными инструментами.
Экспозиция «Типовая келья монаха» в Кирилло-Белозерском монастыре
Доски пола вырублены топором для создания неровностей и большего сходства с историческими полами.
Иногда мысли архитекторов опережают технологии. Так произошло с плоскими крышами в 1930-х годах. Только с изобретением пластмасс в 1950-х появляются нужные герметики для того, чтобы плоские крыши не протекали и действительно стали массово использоваться.
В понятие «прочность», кроме конструкций, материалов и технологий, входит ещё несколько довольно интересных свойств. На первый взгляд они даже могут противоречить друг другу, как, например, жёсткость и гибкость.
Фахверковые дома в историческом центре Мельзунгена, Германия
Фахверк – это конструкция из деревянного каркаса с заполнением. Промежутки между несущим каркасом могут быть заполнены чем угодно: соломой, строительным мусором. Наверняка вы видели фахверковые дома – как минимум в иллюстрациях к сказкам Братьев Гримм, как правило, это чёрный (тёмное дерево) каркас с белым (оштукатуренным и побеленным) заполнением, хотя цвета могут быть самыми разными. В конструкции каркаса обязательно есть диагональные элементы, обеспечивающие пространственную жёсткость.
Каркас Old Column Building.
Чикаго. Архитекторы Хоулберд и Роч, инженер Корридон Т. Пурди 1884 г.[2]
Чтобы обеспечить пространственную жёсткость первых небоскрёбов и при этом избежать появления диагонали на фасаде, которая бы мешала сделать нормальные окна и двери, приходилось сваривать металлический каркас с дополнительными угловыми элементами. Тут хорошо видно, сколько металла уходило на эти укрепляющие соединения арки. Зато эта конструкция точно не шаталась. Первые небоскрёбы всего лишь на 30 % были легче каменных зданий, но даже это облегчение позволило возводить 10–12 этажей вместо 5–6. Дальнейшие разработки узлов соединений, их облегчение позволили небоскрёбам вознестись уже до сотен метров.
Пространственная жёсткость – это свойство конструкции не складываться, как карточный домик. Жёсткая фигура – треугольник, а здания у нас, как правило, состоят из прямоугольных элементов. Если просто поставить колонны и положить на них балки, или поставить стены, а на них положить плоские панели (в любых сочетаниях), то конструкция будет шататься. Поэтому появляются держащие эти прямоугольники диагональные элементы. Например, их хорошо видно в фахверковых конструкциях.
Про Собор в Ковентри на английском языке
Кажется, что «гибкость» противоречит «прочности» и «жёсткости», но нет, речь идёт не про крепость всей конструкции, а про соединение деталей. Гибкость важна в сейсмоопасных районах, где здание должно выдерживать землетрясения. Для этого соединения в конструкции должны иметь возможность двигаться и возвращаться в исходное положение. Иначе, если элементы будут закреплены жёстко, здание при тряске будет ломаться. Соответственно, в сейсмоопасных районах в зданиях и сооружениях будут появляться интересные (и очень красивые) решения для обеспечения гибкости зданий. Например, в небоскрёбе Тайбей-101 висит огромный шар, гасящий колебания. А деревянные здания соединяют с помощью глубоких пазов, при землетрясении детали конструкции подпрыгивают в пазах и опускаются по ним обратно, не сломавшись.