Исторический очерк развития металлических конструкций в Украине

Строительство – одна из стародавнейших сфер деятельности человечества. Во все времена строительные сооружения имели не только утилитарное назначение, но и были определенным отображением производственных отношений и общественной практики конкретной исторической эпохи.

Тысячелетия длилась эпоха камней и древесины, хотя другие материалы, в том числе и металл, применялись в строительном деле достаточно давно. Однако лишь в середине XIX ст. стало возможным говорить о металлах как о строительных материалах. Самые значительные сооружения дальнейшего периода, так или иначе, связаны с применением этого замечательного строительного материала.

Крепкая металлургическая база, которая была создана в Украине в XIX ст., сыграла роль катализатора ускорения процесса внедрения стальных конструкций в строительстве. Только в конце XIX - в начале XX ст. было построено много выдающихся объектов - заводские корпуса в Донецком и Приднепровском промышленных районах, транспортные сооружения (мосты, вокзалы), общественные здания, среди которых самыми выдающимися по праву считаются театры в городах Одессе (1884-1897 гг.), Львове (1897-1900 гг.), Киеве (1899-1901 гг.).

С развитием хозяйства Украины потребность в стальных конструкциях росла. В отличие от полукустарных способов их изготовления в начале 30-х годов вступили в строй специализированные заводы металлоконструкций в городах Днепропетровске, Донецке, Мариуполе, Запорожье, Макеевке. В этот период отстроен железнодорожный мост в г. Киеве, мосты через г. Днепр при строительстве ДнепроГЭС, через г. Лопаний в г. Харькове. Построены большие металлургические заводы (рис. 1.1), наибольшие на то время доменные печи (в г. Мариуполе печь №1 выплавляла до 1000 т чугуну за сутки), стальные надшахтные копры (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Схема поперечника главного корпуса мартеновского цеха завода Азовсталь

 

В послевоенные годы изготовление металлических конструкций неуклонно росло и на конец 60-х годов достигло 450 тыс.т. Традиционно большой объем использования стальных конструкций приходится на тяжелую индустрию, где возводится ряд уникальных объектов. На Криворожском металлургическом заводе в 1967 г. введено в строй наибольшую на то время в Европе доменную печь № 8 объемом 2700 м³, а в 1974 г. - всемирную рекордсменку - печь №9 объемом 5000 м³. На Мариупольском металлургическом заводе в 1962 г. вступила в строй первая очередь главного здания мартеновского цеха с печами объемом 900…1000 м³. Это здание пролетом 72 м и длиной 528 м, оборудованное мостовыми кранами грузоподъемностью 630 т. В 70-х г. на этом заводе завершено строительство кислородно-конвертерного комплекса, корпус прокатного стана которого имеет длину 1220 м, а в поперечном направлении - это четырехпролетное здание шириной 144 м с пролетом по 36 м. Еще более длинное здание (длиной 1260 м) было построено там же в 1984 г. - прокатный стан 3000.

Рис. 1.2. Схема надшахтных копров:

а - копер А-образной системы; б - копер станковой системы;

в- двухподъемный копер шатровой системы.

 

Стальные конструкции широко используют в больших сборочных цехах судостроительной промышленности (пролет такого цеха, который построен в г. Феодосии в 1978 г., равняется 96 м), в ангарах для самолетов, в сооружениях горнодобывающей промышленности. В 1960 г. введен в эксплуатацию первый отечественный транспортно-отвальный мост Стрижевского буроугольного карьера в Житомирской области, а самым большим является мост Шевченковского карьера (рис. 1.3) около Никополя (проекты разработаны институтом УкрНИИпроект под руководством М.М. Жербина).

Рис. 1.3. Транспортно-отвальные мосты Стрижевского (а),

Шевченковского (б) карьеров и угольного разреза "Абаканский-1" (в).

 

Уникальные объекты, возведенные в Украине, разработаны в основном инженерами двух специализированных институтов по проектированию металлических конструкций - УкрНИИпроектстальконструкция (г. Киев) и Днепрпроектстальконструкция (г. Днепропетровск). К их числу следует, в первую очередь, отнести телевизионную башню в г. Киеве (О. И. Шумицкий, И.Г. Затуловский, А.И. Калиничев и др.), высота которой 385 м - и до сих пор не превзойденная в Европе (среди стальных башен).

Среди других проектов заслуживают внимания промышленные комплексы, типичные разработки башен-труб высотой до 180 м, ряд мостов в разных городах Украины, каркасы многоэтажных зданий (рис. 1.4). В 1981 г. открыт Украинский государственный музей истории Великой Отечественной войны 1941-1945 гг., что не имеет аналогов за планировочным и конструктивным решением (рис. 1.4). Здание музейного комплекса состоит из нижней части - собственно музея диаметром 34,4 м и высотой 33,5 м - и скульптуры, которая венчает монумент, высотой от постамента к верху меча 75 м.

Рис. 1.4. Стальные каркасы общественных зданий:

а, б - схема каркаса и сечения колонн гостиницы "Киев" в г. Киеве;

в - конструктивное решение рамного узла (1 - колонна поперечника; 2, 3 - основные и малонагруженные колонны высотной части; 4 - колонны; 5 - балки перекрытия; 6 - вставки коробчатого сечения); г - схема каркаса высотной части книгохранилища Центральной научной библиотеки НАН Украины в г. Киеве.

 

Весомый вклад в создании новых объектов, усовершенствовании методов их расчета и проектирования, исследовании новых конструктивных форм вносят ученые Украины, многие из которых работают в высших учебных заведениях.

Первые сведения о применении металла в каркасах гражданских зданий в Украине принадлежат к 1870 г. Это экспериментальное строительство жилищных сооружений в Инкермане (Крым), а также реконструкция Андреевского собора в Киеве (в 1892 г.) с заменой поврежденных деревянных несущих конструкций купола на металлические. Металлические конструкции покрытия были применены в больших театрах, построенных в Киеве, Львове, Одессе. Для перекрытия зала зрителей городского театра в Киеве были использованы металлические стропильные фермы пролетом 17,8 м, верхний пояс которых имел параболические очертания и состоял из двух уголков 75´100 мм (в 1901 г., арх. В.А. Шретер).

 

Рис. 1.5. Схема несущего каркаса здания и скульптуры мемориального комплекса "Украинский государственный музей истории Великой Отечественной войны 1941-1945 гг.".

 

В Одессе построен в 1903 г. дом кредитного общества, несущими конструкциями кровли которого были стальные стропильные фермы (рис. 1.6).

В 1897 г. началось строительство городского театра в Львове (арх. З. Горголевський). В перекрытиях сценической части применены решетчатые двухшарнирные арки пролетом 20 м и высотой 10 м, а для зала зрителя - стропильные фермы пролетом 20 м (рис. 1.7).

Рис. 1.6. Дом кредитного общества с металлическими конструкциями кровель в Одессе (в 1903 г.).

Рис. 1.7. Оперный театр в Львове (1897 – 1900 гг.).

 

Из металлических конструкций выполнены перекрытия Одесского оперного театра - одного из самых больших театров Европы в то время, а также перекрытия многих драматических театров Украины.

Примером оригинальных металлических конструкций рынков является Бессарабский рынок (рис. 1.8) в Киеве (в 1912 г., арх. Г.Ю. Гай). Несущие конструкции рынка - высокие стальные трехшарнирные сквозные арки пролетом 29,5 м, высотой 18 м. Сечение арок пространственное, состоит из четырех веток, соединенных в плоскости арки решеткой из легких уголков, а из плоскости - парными планками. Опорные узлы шарнирные, балансирные.

Рис. 1.8. Крытый рынок в Киеве (1902 – 1912 гг.).

 

Металлические конструкции широко применяются и в зданиях железнодорожных вокзалов. Дебаркадер Львовского железнодорожного вокзала имеет перекрытие в виде двухпролетных металлических сквозных арочных систем (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Дебаркадер Львовского железнодорожного вокзала,

сечение (в 1904 г.).

 

В первые годы Советской власти главными научными центрами были Всеукраинская Академия Наук и кафедры высших учебных заведений.

Особенно большое значение для решения технических задач строительства имели исследования института строительной механики, организованного в 1919 г. и возглавляемого в разные времена выдающимися учеными С.П. Тимошенко, А.Л. Граве, С.В. Серенсеном, К.К. Симинским. Последний создал капитальный учебник "Курс статики сооружений" (в 1913 г.), а также разработал новые методы расчета пространственных стержневых систем.

Высшее строительное образование в Украине предоставляли Киевский, Одесский политехнические институты и Харьковский технологический институт, а также архитектурный институт. Среди преподавателей инженерного факультета были выдающиеся ученые - Е.О. Патон, Я.В. Столяров, Б.С. Лысин, Н.В. Карнаухов, Н.Д. Жудин, А.Н. Бекетов.

В 1930 г. на базе факультетов технических вузов созданы инженерно-строительные институты в Киеве, Харькове, Днепропетровске, Полтаве, Одессе.

В 1935-1941 гг. значительные исследования в отрасли прочности металлических конструкций выполнены под руководством Н.В. Карнаухова. В середине 30-х годов заведующий кафедрой металлических конструкций КИСИ Н.Д. Жудин, известный ученый в отрасли строительной механики и конструкций, предложил расчет стальных конструкций с учетом развития пластических деформаций.

В послевоенные годы в Украине научное и кадровое обеспечение капитального строительства до 1963 г. осуществлялось Академией строительства и архитектуры Украины, а в следующие годы - научно-исследовательскими институтами Госстроя, высшими и средними специальными учебными заведениями.

Институт строительной механики (а с 1959 г. Институт механики) еще в годы Великой Отечественной войны решал задачи прочности при нестандартных нагрузках относительно оборонной промышленности (Е.О.Патон, Б.Н.Горбунов, С.В. Серенсен, Г.С.Писарь). С середины 40-х годов разрабатывались методы расчета металлических рам из тонкостенных стержней как в пределах, так и вне пределов упругости (Б.Н. Горбунов, Н.Д. Жудин, А.И. Стрельбицкая), а также общая теория расчета на прочность и стойкость стержневых систем (Н.В. Карнаухов).

Зональный научно-исследовательский институт экспериментального проектирования (КиївЗНИИЭП) является базовой организацией стандартизации конструкций и изделий из тяжелого и легкого железобетона, легких стальных конструкций и алюминиевых сплавов для гражданского строительства.

Одним из основных направлений исследований института есть внедрение в проектирование математических методов расчета на ЭВМ, разработка и применение систем автоматизированного проектирования.

Значительному развитию исследований и внедрению строительных материалов и конструкций содействовала деятельность таких институтов, как ИЭС им. Патона АН Украины, УкрНИИпроектстальконструкция, Днепрпроектстальконструкция, НИИСК, КиевЗНИИЭП, а также кафедр металлических, железобетонных и строительных конструкций ведущих строительных вузов и факультетов.

В КИСИ выполнены исследования и разработки новых конструктивных форм металлических конструкций, в том числе из высокопрочных сталей и тонкостенных оболочек (М.М. Жербин), а также легких стальных конструкций, созданна теория оптимизации вантовых систем (В.В. Трофимович, В.О. Пермяков, В.О. Владимирский), сквозных и навесных систем (В.М. Шимановский).

Повышению технологичности металлоконструкций посвящены труды М.М. Сахновского (Днепропетровский ИЗТ), экономике и оптимальному проектированию - Я.М. Лихтарникова, Д.В. Ладыженского (МакИСИ).

Значительные исследования поведения металлических конструкций при динамических нагрузках выполнены Казакевичем М.И. и Кулябко В.В. В Одессе рассмотрены вопросы проектирования конструкций с учетом ограниченных пластических деформаций (Чернов Н.Л.) и металлодеревянных конструкций (Стоянов В.В.), исследование и внедрение электросетевого строительства происходит в Харькове.

Проводятся исследование и разработка конструкций из малоуглеродистых термоупрочненных сталей, предложенная теория надежности стальных резервуаров (А.В. Сильвестров, ДИСИ), разрабатываются и совершенствуются методы повышения надежности и долговечности стальных конструкций (Є.В. Горохов, В.П. Королев, В.П. Мущанов ДонНАСА) и другие.

Разработке нового направления конструкций сталебетонов с внешним ленточным армированием и их внедрению в строительство посвящен многолетний труд Ф.Е. Клименка (государственный университет "Львовская политехника").

Многогранные исследования трубобетонных конструкций, выполненные Л. И. Стороженко, получили признание и применение в строительстве (ИСИ, Полтава).

Современный уровень строительной науки и техники в Украине - результат творческого труда ученых, инженеров, архитекторов в содружестве со специалистами других стран.

Благодаря усилиям ученых, проектантов и строителей Украина превратилась в государство с высоким промышленным потенциалом. Это угольные шахты Донбасса, горно-обогатительные комбинаты Криворожья, металлургические заводы-великаны Запорожья и Приазовья, машиностроительные заводы Харькова, Днепропетровска, Львова, Донбасса, химические предприятия.

Построены тепловые, атомные и гидроэлектростанции, транспортные сооружения, в том числе целый ряд больших металлических и железобетонных мостов через Днепр, метрополитены в Киеве и Харькове.

В отрасли градостроения и архитектуры построены большие здания - дворцы культуры, театры, гостиницы, музейно-мемориальные комплексы, сооружения спортивного назначения, построены высотные дома административного назначения. В жилищном строительстве, кроме домов массовой застройки, сооружались дома с увеличенным количеством этажей и улучшенным планированием.

Украина за своим экономическим, трудовым и производственным потенциалом, а также за научными разработками занимает одно из ведущих мест.