Переработано 2014 июль, Кулиш Л.П.

Переработано 2014 июль, Кулиш Л.П.

ТРИ НАЧАЛА

Строительство.

Понятие «строительство».

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 ёмкое, им обозначаются разные понятия.

Во-первых: строительством мы называем гигантскую отрасль народного хозяйства, с большим количеством строительных площадок разных размеров, как в России, так и в любой другой стране.    

Во-вторых: тем же словом называется и сложный трудоёмкий процесс:

Ø возведения зданийисооружений

Ø оснащения их оборудованием, машинами и механизмами.

В-третьих: строительство это место, где этот процесс происходит, и сам объект – строящееся здание.

В четвёртых: строительство это род занятий строителей.

«Строительство» - очень важное слово. Жизнь человека нельзя представить без него.

Создание искусственной среды

Где бы не находился человек, всюду его окружает не только природная среда с полями, лесами, реками и горами, но и созданные им самим дома и заводы, города и посёлки, дороги и мосты и многое другое. Сегодня, как никогда актуально строительство в Арктике, где людей защищают от холода тёплые дома. Здания у экватора служат укрытием от палящего солнца и тропических ливней. Всё это – искусственная среда, созданная отраслью человеческой деятельности, которая называется «строительство».

Многосторонний характер современного строительства отражает процесс:

а) целенаправленного взаимодействия человека и природы,

б) рационального формирования среды его обитания.

Механизация отрасли.

Сегодня почти все тяжёлые строительно-монтажные работы выполняются машинами, механизмами и специальным оборудованием. Это:

o рытьё котлованов и траншей,

o планировка и перемещение грунта.

o приготовление и укладка бетонной смеси,

o транспортировка и монтаж многотонных конструкций из железобетона и стали.

Машины и механизмы значительно облегчают  труд людей в таких строительных работах, штукатурные и малярные, сварочные, а также помогают забивать сваи, завинчивать шурупы и гайки.

Все три начала, как они ни различны, взаимосвязаны, одно вытекает из другого. Красота входит в понятие пользы, как одна из её частей, замыкая, таким образом, круг причин и следствий. Каждое из этих начал заслуживает самого внимательного изучения.

Становление строительства

Строительное искусство – одно из древнейших на земле. Первым учителем строителей была окружающая 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. Ещё тысячи лет – прежде чем эти принципы обросли теми техническими подробностями, которые дали им силу закона, пока ещё 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.

Миллионы построек были сооружены, тысячи из них разрушились в процессе строительства, прежде чем люди научились это делать наверняка. Эксперимент в натуре нередко заканчивался трагически, и не случайно с древнейших времён строители применяли опытное моделирование.

Значение моделирования.

Модели 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 ещё не могли, хотя многие из выдающихся строителей прошлого были знамениты, как крупнейшие учёные 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 учёные VI в.

 

 

 2). Научная фундаментальность в строительстве.

 Не было таких ответов не только у строителей. Дело в том, что в строительных расчётах перекрещиваются законы разных научных дисциплин – физики, химии, математики. Но если математика оформилась в самостоятельную науку ещё в античную эпоху, то имена Галилея, Ньютона, Гука, Ломоносова, Эйлера, Лавуазье, стоявших у колыбели современной нам химии или физики, связаны с XVII-XVIII вв.

XVIII и в ещё большей степени XIX век стали переломными в истории науки и 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 исправлений совершенных по незнанию ошибок, а точных и доступных каждому специалисту методов расчёта.

«Большая наука» того времени подготовила почву для становления прикладной строительной науки, а именно:

- 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»;

- в середине века Кремона и Кульман завершают разработку методов графической статики и сооружений.

С этого времени без теоретических расчётов 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 ретрограды, отрицавшие необходимость научной основы для строительства.  Однако к началу XX в. сложились основные разделы строительной науки, обобщившие громадный фактический материал периода её становления. Опытное изучение сопротивления материалов положило основу строительному материаловедению. Появились теории точного расчёта сложных конструктивных систем. Десятки крупных учёных 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 учёности его строителя.

 

Широкая практика.

С тех пор наступил период быстрого развития науки о строительстве, вернее, не одной, а многих самых несхожих наук. Каждая из них имеет:

ü свой собственный предмет  изучения,

ü свои методики исследования,

ü своей системой воззрений,

ü свои  результаты.

Некоторые из этих наук и научных направлений связаны со строительством косвенно. Это для  них   один из полигонов применения родившихся независимо от строительства общих принципов и методов. Таковы некоторые разделы физики твёрдых тел, сейсмологии, мерзлотоведение. Другие целиком устремлены на решение задач, поставленных строительством, например строительная климатология. По возрасту строительные науки можно ранжировать так:

v науки ветераны – теоретическая механика, статика сооружений;  

v относительно «пожилые» науки – экономика строительства, материаловедение;

v достаточно зрелые науки, вроде строительной акустики, теплофизики и светотехники;

v совсем молодые, открывающие неведомые пути и возможности, например строительная бионика, отыскивающая в природных процессах и явлениях принципы, которые могли бы обогатить строительство новыми идеями.

Научно технический прогресс позволит развитие самых современных направлений науки для строительства таких как: композитные материалы, маркетинга  и других

Часто новые направления развиваются в недрах традиционных научных дисциплин, видоизменяя их за счёт 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 расчёта сложных пространственных конструкций.

Но как бы ни различались все эти научные дисциплины между собой – эти и ещё десятки других – все они принадлежат к обширному классу прикладных исследований и обладают одной особенностью, подмеченной ещё Витрувием. Он отмечал: «наука архитектора…… образуется из практики и теории», т.е. из постоянного и обдуманного «применения опыта» и обоснования исполнения в соответствии с требованиями искусства и целесообразности.

Практика, как эксперимент.

В строительных науках, как и в любой прикладной науке, практика имеет и другую форму. Это – эксперимент  в пределах самой науки, подтверждающий (опровергающий) теоретические расчёты. Настоящая наука пришла в строительство именно тогда, когда теория соединилась с экспериментом в процессе исследования. До этого почти единственным полем для эксперимента была сама строительная площадка.

Парадоксы пользы

Сложное понятие «польза».

Понятие «польза» далеко не однозначно. (Пример: строительство Версаля Людовиком 16-ым; с одной стороны – королевская затея обошлась дорого французскому народу, а с другой – водоёмы Версаля это отлично продуманная мелиорационная система; кроме того сегодня это национальная гордость народа и немалая статья доходов от туризма.)

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. (Примеры: строительство гидроэлектростанций – затопление территорий; добыча алмазов – расчистка лесов и отвод рек; рост городов – исчезновение зелёных рощ и ручьев, необходимых для отдыха их жителей.)

 В современном строительстве можно выделить несколько аспектов пользы.

1) Здание /сооружение должно быть:

ü недорогим,

ü оправданно затратным при эксплуатации,

ü комфортным, т.е. удобным, тёплым светлым, проветриваемым;

ü соответствующим той технологии, для которой оно предназначено;

ü гибким, т.е. предусматривать возможность замены этой технологии на более совершенную;

ü удобным для индустриального строительства;

ü из таких конструкций, габариты которых удобные для перевозки по городским улицам и железной дороге;

ü красивым,  и вписываться в ландшафт/окружающую застройку.

Всеобщий критерий пользы

  Решение одной проблемы в строительстве (например - инсоляции) порождает новые, иногда более сложные и ведёт за собой целый ряд неожиданных следствий. Поэтому при разработке проблем пользы,   рациональности архитектурно - строительных приёмов ипредложений необходим капитальный, всеобщий инструмент, с помощью которого можно было бы оценить 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». Все эти вопросы рассматривает и исследует «Экономика строительства» - наука об оптимальном, т. е. наилучшем в конкретных условиях, использовании всех строительных ресурсов.

Методика подсчётов экономической эффективности тех или иных вариантов в строительстве достаточно сложная. Для этого эксперты, особенно для ответственных объектов строительства, составляют технико - экономическое обоснование (ТЭО) будущих проектов, где учитываются все сочетания «пользы». Некоторые компоненты из этих сочетаний:

Ø площадь застройки

Ø стоимость 1м2 общей площади

Ø сметная стоимость строительства

Ø удалённость строительства

Ø наличие местных строительных материалов

Ø экология

Ø другое

Основное назначение экономических исследований анализ, а именно проверка всех составляющих аспектов будущих строек.

 

Прочность.

Теория

Учёные, разрабатывающие задачи прочности, заняты другой стороной проблемы. Они решают, как строить, из каких материалов, как использовать конструктивные идеи. Их цель – обеспечить долговечность существования, высокую надёжность работы зданий/сооружений. Для этого строители - конструкторы должны предложить такие конструктивные решения, при которых эксплуатация построек была бы возможна и безопасна при любых мыслимых обстоятельствах. (Например: здание успешно противостояло колебаниям земной коры, стены жилых домов надёжно выдерживали внешние условия воздействия климата, и т.д.).

Говоря профессиональным языком, 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.

Вес людей, предметов любого вида (оборудование и т.п.), находящихся на конструкции воздействие ветра и других сил и т.д. – это та временная или полезная нагрузка, ради которой строится здание или рассчитывается его элемент.

Все нагрузки стремятся изменить форму конструктивного элемента - сжать, изогнуть, вытянуть, скрутить или, если достаточно велики, то и полностью разрушить.

Противостоит приложенной силе материал конструкции – в нём возникают внутренние напряжения, которые сопротивляются внешним воздействиям и при их исчезновении стремятся восстановить первоначальную форму тела (например: доска, перекинутая через канаву). Это называется упругостью. Все строительные материалы в большей или меньшей степени обладают ею.

Многие другие свойства строительных материалов изучает строительная механика, выполняет расчёты, связанные с ними, графически показывает состояние той или иной конструкции здания.

3.3Практика

Большие помещения, свободные от внутренних опор, были нужны всегда. В них укрывали от непогоды скот, они были нужны для собраний, культовых и спортивных мероприятий, для торговли, для устройства складов и тренировочных манежей. Во все времена проблема больших пролётов волновала строителей мостов, цехов заводов, вокзалов и т.п. С древних времён известны три конструктивные схемы, каждая из которых наиболее полно использует какую-то одну из способностей материала сопротивляться нагрузке. Это и многое другое с практической точки зрения рассматривают различные науки в строительстве.

     

Про красоту.

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 способом.

Законы создания прекрасного в искусстве изучает специальная наука – эстетика. В строительстве она составляет одно из направлений более общего комплекса архитектурных наук. Учёные – архитекторы исследуют:

v законы построения (композиции) произведений зодчества,

v структуру (состав) произведений,

v тектонику (соподчинение частей и целого)

Особые разделы архитектурной теории посвящены:

Ø ритму – порядку чередования элементов сооружения,

Ø симметрии и асимметрии,

Ø законам применения цвета в композиции,

Ø масштабности построек – зрительному соотношению их размеров с человеком и друг с другом.

Сегодня архитекторам помогают постигать законы прекрасного многие, это и:

o психологи, изучающие нашу реакцию на то или иное сочетание объёмов

o физики, вскрывающие особенности образования цветовых отношений

o физиологи, объясняющие действие цветовых факторов.

  Однако теоретические разработки прекрасного в архитектуре часто не приобретают силу закона, и некоторые из них всякий раз должны заново доказываться конкретной практикой. Неслучайно крупнейшие учёные – архитекторы почти всегда работают в натуре, воплощая свои идеи в реальных сооружениях, в крайнем случае – в проектах.

В архитектурных исследованиях сегодня тесно связаны положения и науки и искусства. Например, аспект прекрасного в архитектуре имеет два уровня. В любом сооружении исследователи различают просто красивое (цельность, завершённость, привлекательность – по Чернышевскому Н.Г.- формальная красота) и прекрасное, а именно высшую форму впечатления.

Первый уровень: может быть присущ всем предметам окружающего мира (мебели, посуде, мотоциклам); определяется соразмерностью их частей, цветовой гаммой и т.д.

Второй уровень: характеризуется прибавлением мысли, неповторимости производимого впечатления.

Правила красоты.

Раскрываются законы и правила построения истинно прекрасных сооружений далеко не просто, несмотря на то, что в основе наших представлений о красивом,  лежат одни и те же закономерности, присущие природе, такие как:

v ритмические

v гармонические

v цветовые

Одним из примеров вышесказанного служит интереснейший вопрос архитектурной теории – о пропорциях, геометрических соотношениях частей и целого в зданиях и сооружениях.

  Сравнивая всемирно прославленные за и х красоту здания различных эпох, обнаруживаем, что они не похожи др. на др. ни по деталям, ни по масштабу, ни по материалам, а также отличаются назначением и характером.

Но все они обладают общим свойством – они гармоничны, т.е. каждый элемент их архитектуры увязан с другими деталями, с сооружением в целом. Примером может служить одна из древнейших систем – ордерная, сложившаяся в 5 веке до н.э. в Греции («ордер» - с латинского порядок, приказ). В те же времена сформировалась понятие и о модуле (лат слово «модулус» - мера).Эти вопросы изучает история архитектуры.

 

Волшебное Соотношение.

Исследователи, подметили ещё одну особенность, изучая пропорции древнегреческих построек, - частое применение некоторых особо прекрасных, по мнению греков, соотношений. Одно из самых распространённых среди них золотое сечение, при котором отрезок равный единице, делится на две части в соотношении 0,618: 0,382.

Эта закономерность хорошо отображена в математике. А для архитектуры интересны не математические особенности этой пропорции, а то чрезвычайно гармоничное впечатление, которое она производит. Этому посвящено много теоретических работ. Эта магическая пропорция обнаружена в построении планов многих зданий и сооружений, в т.ч.:

v ансамбля египетских пирамид в Гизе (более 4 тыс. лет назад),

v фасада Парфенона

v Гардского моста – акведука

v купольных русских церквей

v храмов Индии и т.д.

Однако реальных предложений по внедрению пропорциональных систем в современную практику пока не существует. Причин для этого много.

Заключение

Известный советский искусствовед  К.Н. Афанасьев образно изложил следующее: «Архитектура изучает не просто прочность или пользу,  но «красоту прочности», «красоту пользы» - анализирует, как влияют   инженерные решения или расчёты, оправдывающие целесообразность строительства, на эстетическое качество наших зданий и сооружений».  

Продолжая эту мысль, можно сказать, что инженеры своими разработками добиваются «прочности красоты» и «прочности пользы», обеспечивая надёжность 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.

Переработано 2014 июль, Кулиш Л.П.

ТРИ НАЧАЛА

Строительство.

Понятие «строительство».

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 ёмкое, им обозначаются разные понятия.

Во-первых: строительством мы называем гигантскую отрасль народного хозяйства, с большим количеством строительных площадок разных размеров, как в России, так и в любой другой стране.    

Во-вторых: тем же словом называется и сложный трудоёмкий процесс:

Ø возведения зданийисооружений

Ø оснащения их оборудованием, машинами и механизмами.

В-третьих: строительство это место, где этот процесс происходит, и сам объект – строящееся здание.

В четвёртых: строительство это род занятий строителей.

«Строительство» - очень важное слово. Жизнь человека нельзя представить без него.