Раздел 3. Каменные и армокаменные конструкции

 

Развитие каменных и армокаменных конструкций

Каменные конструкции — наиболее древние. В течение многих веков основным строительным материалом был камень. В каменном веке были сооружения из необработанных естественных камней (рис.1).

 

 

Рис. 1 Дольмен в России.

 

 

Рис.2 Южная Корея. Рис.3 Ирландия.

 

 

Рис.4 Франция. Рис.5 Бельгия.

 

 

Рис.6 Зоратц Карер в Армении. Рис.7 Каирн для отметки пути

вдоль ледника.

 

Рис.8 Мегалитическое захоронение Рис.9 Оленные камни в

в Бретани. Монголии.

 

 

Рис.10 Кромлех Свинсайд, Англия. Рис.11 Стоунхендж.

 

Рис.12 Топрак-Кала. Фергана

 

Позже для каменных конструкций применяли естественный камень, кирпич-сырец, обожженный кирпич. Многие годы кирпич был основным стеновым материалом.

 

Рис.13 Рис.14

 

Рис.15 Рис.16

 

Армокаменные конструкции впервые были использованы в XI веке в Грузии, а затем в XVI веке при строительстве храма Василия Блаженного в Москве (рис. 17). После 30х годов XX века начались исследования работы каменных и армокаменных конструкций. Проф. Л.И. Онищиком изучены физико-механические свойства каменных кладок, профессором Н.А. Поповым были разработаны основы теории прочности раствора, а профессором В.П. Некрасовым - теории прочности армокаменных конструкций, усиленные сетчатой арматурой.

В 1924 г. был опубликован первый в Советском Союзе научный труд о прочности каменной кладки (В. А. Гастев). В этой работе проанализировано напряженное состояние каменной кладки при сжатии. Большую роль в развитии теории и практики каменного строительства в СССР сыграли работы проф. Л. И. Онищика и результаты исследований, проведенных его учениками.

 

 

Рис. 17 Храм Василия

Блаженного в Москве.

 

Широкое распространение получили облегченные каменные кладки, предложенные Н. С. Поповым, Н. М. Орлянкиным и Р. Н. Поповой, С. А. Власовым. Достоинства каменных конструкций:

просты в изготовлении;

·обладают большой долговечностью;

·обладают большой огнестойкостью;

·обладают возможностью придания любых форм

архитектурным элементам.

При строительстве зданий и сооружений кроме кирпичей применяют:

·крупные кирпичные блоки;

·виброкирпичные панели.

 

Рис.18 Крупные кирпичные Рис.19 Жилой дом из

блоки. виброкирпичных панелей.

 

 

Каменные конструкции долговечны и огнестойки. В ограждающих и несущих конструкциях они выполняют:

· несущие;

·теплоизоляционные;

·звукоизоляционные и другие функции.

Малые архитектурные формы

 

 

Рис. 20 Малые архитектурные формы

 

Кирпич используют в качестве стенового заполнения для многоэтажных и высотных зданий. Часто в строительной отрасли используют керамогранит. Активное использование керамогранита в строительной отрасли началось в 80-х годах двадцатого столетия. При помощи керамогранита можно создавать вентилируемые фасады.

 

Рис.21 Использование кирпича. Рис.22 Применение керамогранита.

 

Вентилируемые фасады

 

·Вентилируемые фасады сохраняют свои свойства в любых температурных условиях.

·Естественная вентиляция здания обеспечивает благоприятный микроклимат внутри помещения.

·Используя в облицовке керамический гранит и специальный слой утеплителя, достигается эффект двойного звукопоглощения.

·Когда поверхность обдувается ветром, происходит самоочищение.

·Керамогранит не требует дополнительного ухода.

Вентилируемые фасады РФ

 

Рис.23 Торговый центр «Гименей», ул. Б. Якиманка, РФ д.22 - вентилируемый фасад и декоративные части фасада из композитного материала, 1180 м².

 

Рис.24 Современный офисный центр Riga Land, Московская обл.,

Красногорский р-н, 6-й км Новорижского шоссе.

 

 

 

 

Рис.25 Казино «ИБИЦА», ул. Исаковского, вл.33 – облицовка витражных металлоконструкций и интерьеров композитным материалом 1000 м².

 

 

 

Рис.26 Реконструкция административного здания по адресу ул. Новый Арбат, д. 21 кор.1 - вентилируемый фасад из композитного материала 21 000 м²

(в процессе реализации)

 

 

Рис. 27 Дом Культуры. ООО “Вентфасад” 2000, г.Москва, ул.Складочная, д.1.

 

3.3 Армирование каменных элементов

 

При армировании столбов применяют два основных вида армирования кладок:

·поперечное (сетчатое) армирование стальными вязаными или сварными сетками, которые укладывают в горизонтальных швах кладки (рис. 28)

 

Рис.28

 

 

·продольное, которое выполняют аналогично армированию железобетонных конструкций (рис. 29) a – наружное расположение арматуры без паза и в пазах кладки; б – внутреннее расположение арматуры; 1 – продольная арматура; 2 – хомуты.

 

Рис.29 Продольное армирование.

 

 

Каменные столбы и простенки также можно армировать стальными, железобетонными и армоштукатурными обоймами. Чтобы повысить их несущую способность, кладку можно усилить железобетоном в виде комплексных конструкций (рис. 30)

а – расположение железобетона внутри кладки

б – то же, в штрабе кладки

 

Рис.30 Усиление железобетоном.

 

 

Виды кирпичных кладок

1. Кладка с трехрядными диафрагмами – продольные кирпичные стенки через пять рядов по высоте перевязываются тремя горизонтальными рядами – диафрагмой. Пространство между наружной и внутренней верстой заполняется легким бетоном или другим видом утеплителя.

(рис. 31)

2. Колодезная кладка – две параллельные (внутренняя и внешняя) кирпичные стенки соединяются между собой вертикальными диафрагмами. Пространство между стен заполняется любым утеплителем. Во избежание осадки утепляющего материала через каждые 5-6 рядов устраивают цементную стяжку, армированную проволочной сеткой.

(рис. 32)

Рис. 31 Рис. 32

 

3. Кирпично-бетонная анкерная кладка представляет собой параллельные стенки, между которыми уложен легкий бетон, тычковые ряды, выступающие во внутрь кладки обеспечивают анкеровку продольных стенок с бетоном (рис. 33).

4. Кладка с воздушной прослойкой – уширенный шов располагают с наружной поверхности. Воздушный промежуток толщиной до 50 мм исполняет роль теплоизоляции. Прослойку утеплителя разделяют через каждые 5 рядов тычковыми рядами (рис. 34).

 

Рис. 33 Рис.34

 

 

3.4 Уникальные примеры зданий и сооружений из камня

Храм Ангкор-Ват. Камбоджа. Возвели этот храм во время правления Сурьявармана II, которое пришлось на 1112-1152 гг. По периметру территория Ангкор-Вата обнесена 4,5-метровой стеной. Ее общая длина составляет больше 3,5 км – меньшая сторона прямоугольника, образованного стенами- 802 метрам, а большая – 1025. 30 метров отделяет стену ото рвов, наполненных водой, их ширина – 190 метров (рис.35).

 

 

Рис. 35

г. Мачу-Пикчу. Испания. Город был создан правителем инков Пачакутеком в 1440 году, и функционировал до 1532 года. Город расположен на вершине горного хребта на высоте 2057 метров над долиной реки Урубамбы на территории современного Перу (рис.36).

 

 

 

Рис. 36

 

 

Храмы Тамил Наду. Все храмы построены 1000-1200 лет назад. Любая колонна в храме, высотой в несколько человеческих ростов, сделана из единого куска камня, и выполнена она в виде какого-то мифического существа. А таких колонн в любом храме сотни, и огромных статуй из громадных каменных глыб тоже сотни, и все они выточены из камня вручную (рис.37).

 

 

Рис.37

 

 

Брихадесварар Темпл. Центральный храм состоит из двух частей (рис. 38). Первая располагается в низком здании, вторая в высоком. К каждой части ведет своя лестница. Внутри две маленькие комнатки, без единого окна размером 5 на 5 метров, в высоту 4 метра. Пол, стены и потолок сложены из больших каменных блоков. Никакой краски или штукатурки. Общая высота храма 65,4 метра. Верхушка увенчана монолитным камнем весом в 80 тонн. Говорят этот камень везли с расстояния 6 км.

 

 

Рис. 38

 

Мавзолей Теодориха. Равенна. Италия. Построен в 520 году из истрийского известняка на двух десятигранных ярусах, которые венчает десятиметровый купол, вытесанный из цельного 300-тонного камня (рис 39).

 

 

Рис. 39

Пирамида Кукулькана. Мексика. Основание пирамиды представляет собой квадрат, каждая сторона которого равна 55,5 метра, а ее высота – 25 метров. Пирамида сложена из 9 уступов. С каждой стороны от подножия пирамиды к вершине идет лестница. Каждая из них состоит из 91 ступени, если сложить их все и учесть верхнюю площадку, то получается ровно 365 ступенек (рис. 40).

 

 

Рис. 40

 

 

Пирамиды. Гиза. Египет. Самая большая - пирамида Хеопса (рис. 41). Первоначально её высота составляла 147 метров, однако, из-за того, что сейчас отсутствует облицовка пирамиды, её высота к настоящему времени уменьшилась на 7,5 метров. Длина стороны пирамиды — 230 метров. Пирамида была построена в VII веке до н. э. Строительство длилось 23 года Пирамида сложена из 2,3 миллионов каменных блоков, При этом не использовался цемент или другие связующие вещества. Каждый блок весил 2 тонны. Пирамида является практически монолитным сооружением.

 

 

Рис. 41

 

“Загадка строительства Великой пирамиды решена” – такие заголовки появляются в прессе раз в два-три года. И каждый раз “сенсация” постепенно меркнет, теряется на фоне неразрешённых вопросов, уходит в тень под давлением противоречий. Поэтому к ещё одной версии “трюка”, применённого египтянами 4,5 тысячи лет назад, следует отнестись с осторожностью. Тем не менее, последние открытия в Египте придали этой гипотезе новое дыхание. Пирамиду Хеопса (Хуфу) строили 20 лет. На разных этапах её возведения в работах принимали участие до 40 тысяч человек, но в основном — порядка 14 тысяч. У специалистов давно уже сложилось вполне законченное представление о том, как именно строились Великие пирамиды. Но огромная армия исследователей не желает ставить в этом вопросе точку. Вот и французский архитектор Жан-Пьер Уден (Jean-Pierre Houdin) потратил немало сил и времени на разработку собственного варианта техники строительства. В результате в 2006-м “кристаллизовалась” оригинальная гипотеза — верхнюю часть пирамиды (примерно 70% по высоте) египтяне строили изнутри! Основным постулатом теории Удена является то, что по его мнению, пандус, по которому доставлялись блоки имел высоту не более 1/3 высоты пирамиды и был далее разобран и уложен в верхнюю часть. Выше этой отметки, по его мнению, пирамида строилась "изнутри" - блоки поднимались наверх по штопорообразному наклонному (наклон 7 градусов) коридору, проложенному внутри самой пирамиды, вдоль её наружных поверхностей. Далее этот ход был заложен (рис 42).

 

Рис.42

 

Во-первых, как полагает Уден, известняковые блоки, составлявшие пандус нижней трети пирамиды Хеопса, были в основном демонтированы и повторно использованы для постройки верхних уровней самой пирамиды. Потому, мол, нигде следов первоначального пандуса и нет. А во-вторых, и это главное, в процессе возведения новых ярусов рабочие оставляли внутри стен большой коридор, который спиралью поднимался наверх. По нему новые блоки и затаскивались на вершину сооружения. А когда оно было закончено, сам туннель полностью скрылся из виду. Так что эту “дорогу” и разбирать-то не пришлось. (Справедливости ради надо отметить — в сыром виде эта идея принадлежит отцу Жана-Пьера.) Схема внутреннего спирального туннеля по версии Удена (иллюстрация Reuters/HO). “Парадигма была ошибочна, — говорит Уден об общепринятых гипотезах. — Сама идея, что пирамида построена снаружи, — неправильна. А как вы можете решить проблему пирамиды, если первый же элемент, который вы вводите в своём мысленном построении, — уже ошибочен?”

В прошлом году Уден при помощи компании Dassault Systemes выполнил компьютерное моделирование своего метода возведения пирамиды и показал, что этот способ работает. Но гораздо интереснее, что косвенные свидетельства правоты Жана-Пьера поступили и из Египта, непосредственно от древнего памятника.

 

Тайна угловой площадки (рис. 43). Примерно на 90-метровой высоте на северо-восточной грани пирамиды Хуфу вблизи угла находится лаз, открытый археологами энное время назад. Египтологи о нём, разумеется, прекрасно осведомлены, но относительно назначения помещения, расположенного за лазом, ничего конкретного сказать не могут. Недавно Боб Брайер, ставший сторонником гипотезы Удена, забрался внутрь этого лаза вместе с командой National Geographic (впервые проведя подробную съёмку). То, что он увидел, удивительным образом укладывалось в схему с внутренним наклонным коридором. Дело в том, что для поворота поднимаемых блоков на 90 градусов, при переходе с одной грани пирамиды на другую, строители должны были оставить в углах сооружения (там, где пересекались потайные пандусы) открытые места.

 

 

 

 

Рис. 43

 

Только после того, как возведение усыпальницы фараона было закончено, можно было бы последовательно заложить эти проёмы новыми блоками, втянутыми по тому же штопорообразному коридору. Открытые до последнего момента угловые участки спирального коридора позволяли рабочим при помощи простых рычагов и верёвок поворачивать поднимаемые по наклону блоки на 90 градусов, чтобы затолкать в очередной туннель. Это похоже на железнодорожное депо с поворотным кругом, который помогает тепловозам разворачиваться в стеснённых условиях, чтобы ехать в новом направлении (иллюстрация Jean-Pierre Houdin). Так вот, Брайер увидел за лазом L-образный зал, представляющий собой остатки одного такого поворота. И находится он как раз в месте, предсказанном компьютерной моделью Удена. Теория хорошо объясняет отсутствие пандуса в настоящее время и позволяет обойтись пандусом такой высоты, который мог быть реально построен. Дело в том, что из прочностных соображений и соображений реально осуществимой транспортировки блоков волоком пандус высотой в полную высоту пирамиды построен был не мог: его объём был бы втрое больше самой пирамиды, а длина не менее 1,6 километров, в то время как карьер из которого добывался камень известняк для строительства пирамиды, расположен гораздо ближе на Плато Гиза (рис. 44).

 

Рис. 44

Недостатки теории: для осуществления её пришлось бы строить, фактически, вторую Большую Галерею длиной многие сотни метров в теле пирамиды, да ещё с наклонным полом строго определенного угла наклона. Это требует очень больших трудозатрат. В очень узком тоннеле перемещать блоки весом в 1-2 тонну - очень трудно. Не изучен вопрос размеров этого тоннеля - как минимум, он должен быть больше габаритов самого большого из блоков кладки выше уровня окончания пандуса. Вообще подобная ступенчатая структура Большой Пирамиды могла образоваться и значительно проще - пирамиду строили вначале ступенчатой, а потом обкладывали кладкой до ровной пирамиды, примеры этого есть в Дахшуре и Саккаре, где полуразрушенные пирамиды являют собой вот такую последовательную стратегию строительства.

Доказательством теории Удена может служить полость на северо-восточном ребре пирамиды на высоте около 90 метров, а также данные микрогравиметрии (рис. 45).

 

Рис. 45

 

В 1986 и 1998 годах в Гизе побывали французские археологи. Они занимались поиском скрытых полостей в пирамиде Хеопса при помощи микрогравиметрии. Среди прочего исследователи нашли пустоту под камерой царицы. Эта полость, по их предположению, является началом коридора, ведущего к подлинному месту захоронения Хеопса. Но нам в данном случае интересно другое их невольное открытие.

Эта находка не вписывалась в существующие теории, так что исследователи никак её не объясняли. Но несколько лет назад на некой конференции, посвящённой пирамидам, Уден подошёл к одному из участников команды “гравиметристов”, инженеру Хуэю Дону Буи (Hui Duong Bui). Тот показал ему схемы, отражающие колебания плотности материала внутри пирамиды. На одном из рисунков прослеживалась спиралеобразная структура, идущая вдоль наружных стен на некоторой глубине. Жан-Пьер сразу понял, что это. А чтобы найти новые веские доказательства, говорит Жан-Пьер, вовсе не потребуется бурить пирамиду и вообще — проникать внутрь. Для начала достаточно будет показать эти “фантомные” коридоры на тепловых изображениях пирамиды. Один такой кадр никаких линий под толщей стен не покажет, но компьютер может проявить их, если учтёт тонкую разность в нагреве и охлаждении разных участков стен в течение дня и ночи. Ведь полые коридоры отстоят от наружной поверхности монумента не так уж глубоко. Для того чтобы их выявить, нужно установить высокочувствительные ИК-камеры против трёх граней пирамиды Хеопса, на расстоянии порядка 50 метров от неё, а затем выполнять каждый час по одному снимку в течение 18 часов.

Разрешения на такой опыт пока нет. А жаль. “Достаточно получить “зелёный свет” из Каира, — уверен Жан-Пьер, — и тайна пирамиды будет разгадана”.

Храм Сан Франческо, Римини, Италия, построен XV веке по приказу тирана Сиджизмондо Малатеста. Здание облицовано плитами из белого мрамора (рис. 46).

 

Рис.46

 

Пирамида Цестия, Рим, Италия — древнеримский мавзолей в форме неправильной пирамиды на Авентине в Риме (рис.47). Построен между 18 и 12 гг. до н. э. для Гая Цестия Эпулона. Представляет собой прекрасно сохранившееся сооружение из бетона, облицованного кирпичом и мрамором. Высота составляет 125 римских футов (или 36,4 метра), длина основания — 100 римских футов (30 метров).

 

Рис. 47

 

 

Китайская стена. Китай. Это крепостное сооружение высотой 6,5 м и шириной у основания 6 м (к верхней части оно суживалось на 1 м), включавшее оборонительный вал и сторожевые башни, поставленные через каждые 120 м. (рис.48). Наружная облицовка сделана из камня и кирпича, а внутренняя часть заполнена утрамбованной глиной, общий объем которой составляет около 180 млн. м². Общая длина стены превышает 5 тыс. км.

 

 

 

 

Рис. 48

 

 

Замок Кастель дель Монте. Италия.Император Фридрих II Штауфен построил замок Кастель-дель-Монте в 1240 г (рис.49). Большие углы 8-угольника (в плане) превращаются в круг, а выступающие угловые 8-угольные башни предстают в виде зубцов каменной короны. Изнутри стены были украшены мраморной отделкой и другим дорогим материалом.

 

 

Рис.49

 

 

Собор Санта Мария дель Фьоре, Италия, Флоренция. Его постройку начал в 90-х годах XIII столетия Арнольфо ди Камбио, в 1420–1434 годах Брунеллески возвёл купол; фасад же облицевали только в XIX веке. Купол (диаметром около 43 метров при общей высоте собора 107 метров) выложен черепицей и расчленён на 8 лопастей белыми каменными рёбрами (рис.50).

 

Рис.50

 

Дворец Топкапы, Турция возведен на руинах дворца императора Константина в 1459 году. В 1465-м замечательное сооружение было готово. Теперь это самый посещаемый музей Стамбула. Древние стены, отделанные мрамором и золотом, украшены изразцами и мозаиками (рис 51, 52).

 

 

Рис.51 Рис.52

 

Мечеть Баязид, Турция, Стамбул, построена по приказу Султана Мехмеда Завоевателя. Архитектурные особенности мечети Баязид совмещают смешанный стиль оригинальных мечетей Бурсы и мечетей позднего османского периода (рис. 53). Архитектурный план мечети, построен по приказу Баязида (годы правления: 1481- 1512) зодчим Якуб шахом или Хайреддин Пашой (между 1501- 1506 гг.). На востоке и западе парадного купола, размещены полукупола, поддерживаемые четырьмя колоннами в форме слоновой ступни и 2-х колонн из порфирного мрамора.

 

 

Рис. 53

 

 

Мечеть Селимие, Эдирне, Турция, построена между 1569 и 1574 гг., архитектором Синаном для султана Селима II (1566-1574 гг.). Эдирнейский красный песчаник использован в декоративном оформлении внутреннего двора за аркадами. Огромный купол, поддерживается восемью колоннами, расположенными по кругу. Незаметно, что мечеть имеет прямоугольную планировку. Прямоугольный план мечети замаскирован благодаря архитектурному решению, при котором нижний ярус боковых галерей открыт наружу, а верхний ярус - внутрь, разбивая, таким образом, массив внутреннего пространства (рис 54).

 

 

Рис.54

 

 

Форт Агры, Индия. В 1595 году императором Акбаром был заложен первый камень. Великолепные храмы, дворцы и пристройки Форт Агры, опоясаны стеной красного песчаника длиной 2,5 км и высотой 9 метров (рис.55, 56).

 

 

Рис. 55 Рис. 56

 

Мавзолей Тадж-Махал, Агра, Индия. Мавзолей построен монгольским султаном Шах-Джаханом. Примерно с 1632 г. началось строительств и продолжалось 22 года. Весь комплекс – прямоугольник, вытянувшееся с севера на юг, размером 580*305 м. В центре – квадратный сад с стороной 305 м. Комплекс огорожен стеной из красного песчаника, с четырьмя входными воротами и четырьмя минаретами по углам (рис.57).

Фасад выполнен из сверкающего белого мрамора, а внутренние поверхности стен облицованы цветным мрамором.

 

 

Рис.57

 

Колизей, Рим, Италия. Это самый грандиозный античный амфитеатр (рис.58): длина его наружного эллипса равняется 524 м, большая ось — 187,77 м, малая ось — 155,64 м, длина арены — 85,75 м, её ширина 53,62 м; высота его стен — от 48 до 50 метров. При таких размерах он мог вместить в себя до 87000 зрителей. Амфитеатр построен из крупных кусков травертинского камня, для внутренних частей употреблены местный туф и кирпич.

 

Рис. 58

 

 

Каменный ж/д мост в поселке городского типа Ворохта.В 1774—1778 годах был построен однопролетный, арочный мост по проекту инженера В. И. Назимова (рис 59.). Строительством руководил инженер И. Н. Борисов. Свод моста параболического очертания выложен из гранита, устои — из бутовой плиты. Фасады моста облицованы гранитом. Мост имел четыре полукруглых лестничных спуска к воде, которые в конце XIX века были ликвидированы.

 

 

Рис.59

 

Казанский мост.В 1765-1766 годах был построен однопролетный арочный каменный мост, фасадные части которого были выложены из кирпича, а устои из бута и облицованы гранитными блоками (рис.60).
Мост сооружался под руководством военных инженеров И. М. Голенищева-Кутузова (отца полководца М. И. Кутузова) и В. И. Назимова.
В 1805-1806 годах в связи со строительством Казанского собора мост был перестроен по проекту архитектора Л. И. Руска. В 1880 году по мосту проложили рельсы конно-железной дороги, а тротуары выложили гранитными плитами. В 1934 году неизолированный кирпичный свод был усилен бетонным покрытием.

Длина моста 17, 5 метров,

Ширина — 95 метра.

 

 

Рис.60

 

Плотина Вайонт, Италия. Монолитная арочная бетонная плотина рядом с горой Монте Ток на реке Вайонт, построена в 1961 году, в основном, для выработки электроэнергии (рис.61). Имеет высоту 261,6 м, длину по гребню 190 м, ширину по основанию 23 м и ширину по гребню, равную 3,9 м, за что считается одной из самых «изящных» плотин в мире.

 

 

Рис.61

 

Асуанская плотина, Египет. «Пирамида XX века». Для постройки плотины использовали в 17 раз больше камня, чем для пирамиды Хеопса. И участвовали в постройке разные страны мира. 1-ую, небольшую дамбу построила Великобритания к 1902 году. За строительство 2-ой дамбы, взялся Советский Союз. Длина построенной на Ниле в 1964 году плотины – 3600 метров. Плотина была построена за 4 года. Ширина плотины у основания – 980 метров, а кверху она сужается до 40 метров (рис. 62,63).

 

 

 

Рис.62 Рис.63

 

Собор Святой Софии, Турция. Архитекторы – Исидор Милетский и Анфимия из Тралл. Строительство продолжалось 5 лет. Высота купола - 55 метров, диаметр - 31 метр. Стены собора украшены мозаиками, росписями и позолотой, пол выложен мраморными плитами, по обеим сторонам строительной площади высились по четыре колонны из зеленого гранита (рис. 64).

 

Рис.64