История деревянного домостроения на Руси

Дерево является одним из первых строительных материалов, которые человек применил для постройки жилищ, мостов и других сооружений. К главным преимуществам дерева относятся: малый вес, легкость транспортировки и обработки, высокая механическая прочность, малая звуко- и теплопроводность и, наконец, выразительность рисунка.

В доисторическую эпоху человек каменным топором обрабатывал дерево и использовал его для своих построек. Деревянные сооружения, которые были возведены с помощью каменного топора, известны под названием «свайных построек».

В дальнейшем дерево продолжали применять для постройки жилищ, оборонительных и других сооружений, состоящих из простейших элементов в виде балок, стоек и частокола из заостренных бревен.

С появлением специалистов — плотников, «городников» и «мостовиков», как называли их раньше, строительство все более совершенствовалось как в отношении конструкций, так и в отношении повышения темпов их постройки.

Выдающимся для своего времени примером возведения деревянных сооружений служит город-крепость Свияжск, под Казанью, осуществленный в 1551 г. Город «рубили» зимой в Угличском уезде за 1 000 км от Казани.

После пробной сборки части сооружения были отправлены сплавом по Волге к устью р. Свияги. Здесь в течение месяца на высокой горе постройка была собрана. Руководителем работ был один из основоположников сборного строительства — русский зодчий («горододелец») Иван Выродков.

Постройка свияжских укреплений представляет образец скоростного сборного строительства из дерева. Такое строительство проводилось и при Петре I.

Остатки рубленых крепостных сооружений сохранились и по настоящее время. Под г. Архангельском (рис. 1, 2) была сооружена ограда Николо-Карельского монастыря, похожая внешне на оборонительное сооружение, особенно своей башней, построенной в конце XVIII века.

Рис. 1. Главная башня Николо-Карельского монастыря. Фасад

Рис. 2. Разрез башни и ограды (по Д. В. Мнлееву)

Древнерусское деревянное зодчество, как можно судить по дошедшим до нас сооружениям, отличалось выразительностью архитектурных форм, постройки отличались высоким качеством исполнения. В великолепных храмах — шатровых, клетских, кубоватых, многоглавых, ярусных, сохранившихся в Северных районах (рис. 3, 4, 5), —воплощены наилучшие традиции русского деревянного зодчества, исключительно высокого плотничного мастерства и художественной одаренности русского народа, умение правильно решать сложные строительные задачи.

Рис 5 Внутренний интерьер

Главным орудием в те далекие времена был топор, которым бревна обрабатывали, раскалывали клиньями на доски и бруски, тесали, делали пазы и гнезда, рубили срубы. Топором рубили избы, хоромы, храмы и другие сооружения. Пилы и другие инструменты на наиболее крупных постройках начали применяться в XVI—XVII веках.

Интересным примером русского инженерного искусства первой половины XVIII века являются гидротехнические сооружения Вышневолоцкой системы, реконструированной в 1772 г. М. И. Сердюковым, деревянные шлюзы Ладожского канала, построенные в 1731 г.

Большим вкладом в развитие инженерных деревянных конструкций был проект моста через Неву, составленный выдающимся русским механиком Иваном Петровичем Кулибиным. По его проекту мост должен был представлять собой решетчатую конструкцию с пролетом 140 сажен (около 300 м). Для определения очертания арки моста и усилий в отдельных частях конструкции Кулибин провел оригинальные эксперименты, которые назвал «веревочными опытами».

Для проверки предложенного Кулибиным проекта на модели в натуральную величину моста в 1776 г. в Российской Академии наук была образована специальная комиссия, в которую вошли академики Леонард Эйлер, С. К. Котельников и др. Испытание модели полностью подтвердило техническую возможность постройки грандиозного по тому времени деревянного моста (рис. 6).

Проф. Д. И. Журавский в 1859 г. писал в «Вестнике промышленности»: «На модели моста Кулибина печать гения; она построена по системе, признаваемой новейшею наукою самой рациональной; мост поддерживает арка; изгиб ее предупреждает раскосная система, которая по неизвестности того, что делается в России, называется американскою». Проект Кулибина так и не был осуществлен. Модель моста была выставлена для обозрения в Таврическом саду в Петербурге. Общественно-экономические условия России того времени не позволили осуществить смелые замыслы Кулибина.

Рис. 6. Общий вид деревянного моста через р. Иску в Петербурге по проекту И. П. Кулибина

В дореволюционной России многие несущие деревянные конструкции, не исключая и мостов, строились преимущественно из бревен и брусьев в виде балочных, подкосных и шпренгельных систем, а также в виде арок из брусьев и досок. Примером наиболее крупных конструкций, на которых лежит печать высокого мастерства русских плотников конца XVIII и начала XIX веков, служат сохранившиеся до нашего времени покрытия манежей.

Покрытие б. Михайловского манежа (ныне Зимнего стадиона в Ленинграде), построенное по проекту архитектора Е. Т. Соколова в конце XVIII века, было основано на двускатных деревянных фермах пролетом 38,60 м, представляющих сложные подвесные системы с перекрестными раскосами (рис. 7).

Рис. 7. Деревянное покрытие б. Михайловского манежа в Ленинграде (ныне Зимний стадион)

Конструкция покрытия манежа в Москве была построена в начале XIX века (в 1817 г.) в виде подвесной системы с пролетом 49,6 М (рис. 8).
Подобные конструкции встречаются и в других манежах, в нескольких залах здания Горного института в Ленинграде, построенного в 1806 г. архитектором А. Н. Воропихнным. Подобные конструкции применены для покрытия Колонного зала Дома Союзов в Москве и др.

Рис. 8. Деревянное покрытие Московского манежа

Выдающимся образцом пространственной деревянной конструкции, выполненной из брусьев, служит шпиль здания Адмиралтейства в Ленинграде высотой 72 м, сооруженный по проекту архитектора И. К. Коробова в 30-х годах XVIII века.

Конструкция шпиля Петропавловского собора, построенного в 1722 г., после пожара, вызванного ударом молнии в 1756 г., была заменена деревянной конструкцией, выполненной по проекту архитектора Баусра, и простояла около 100 лет, пока не была заменена металлической.

При сооружении Исаакиевского собора и Александровской колонны в Петербурге потребовались специальные леса и конструкции портальных кранов для подъема и установки тяжелых, до 100 т каждая, гранитных колонн Исаакиевского собора и Александровской колонны весом в 600 т.

Дальнейшее развитие деревянных конструкций связано с именем известного русского инженера и ученого Дмитрия Ивановича Журавского (1821 —1891 гг.), который разработал теорию расчета деревянных мостовых ферм с металлическими тяжами по образцу ферм Гау. Эту теорию Журавский применил при проектировании мостов на железнодорожной магистрали между Петербургом и Москвой (1845—1848 гг.). Он улучшил конструкцию ферм, установил, как распределяются усилия между шпонками в составных балках, вывел формулу для расчета изгибаемых брусьев на скалывание. Свои теоретические выводы Д. И. Журавский подкреплял обстоятельно проведенными исследованиями механических характеристик древесины сосны, а также испытаниями моделей конструкций.

Идею создания неразрезных деревянных ферм Журавский блестяще осуществил при сооружении деревянных большепролетных мостов и, в особенности при постройке знаменитого Мстинского моста, применив неразрезные девятипролетные решетчатые деревянные фермы каждая пролетом 61 м.

Мстинскнй мост является выдающимся сооружением как по величине пролета, так и по высоте деревянных с наружной обшивкой опор.

Многое сделал для развития пространственных систем деревянных конструкций видный представитель русской науки и техники Владимир Григорьевич Шухов (1853—1939 гг.). Он впервые спроектировал и построил легкие и экономичные деревянные сетчатые своды в нескольких павильонах Нижегородской промышленной выставки в 1896 г.

Эта оригинальная конструкция состояла из нескольких взаимно пересекающихся под углом слоев топких гнутых досок, уложенных плашмя и связанных между собой гвоздями. Устойчивость сводов была обеспечена стальными затяжками и тяжами, установленными в направлении хорд.
Подвергнутая дальнейшему совершенствованию, указанная конструкция получила затем широкое применение в отечественном и зарубежном строительстве в виде двойных гнутых и сетчатых сводов.

Изобретенная Шуховым оригинальная конструкция водонапорной башни в виде гиперболоида выполнялась затем не только из стали, но и из дерева (при постройке водонапорных башен и градирен).

В. Г. Шухов умело использовал дерево для постройки различных сооружений, достигая при этом значительной экономии материала и снижения затрат труда. Следует отмстить, что в 1921 г. В. Г. Шухов впервые провел эксперимент с деревянными трубами клепочной системы, скрепленных стальными хомутами, в ходе которого он в простой и доступной форме установил закон сопротивления деревянных труб раньше, чем в других странах, наметил пути практического применения их в строительстве.

Нельзя не упомянуть о русском инженере В. А. Защуке, который накануне первой мировой войны спроектировал и построил самые большие для того времени деревянные эллинги пролетом 40 и длиной 123 м. Конструкция состояла из трехшарнирных деревянных решетчатых арок, установленных на деревянные козлы.

Грандиозный масштаб и небывалые темпы промышленного, гражданского и сельского строительства, начавшегося в нашей стране после победы Великой Октябрьской социалистической революции и особенно в годы первых пятилеток, потребовали от ученых и инженеров разработки новых видов деревянных конструкций и способов соединения их элементов, а также глубокого изучения физико-механических характеристик древесины, создания рациональных методов расчета сооружений, конструирования и составления норм.

В развитии деревянных конструкций в СССР большая роль принадлежит коллективам многих научно-исследовательских институтов (Центрального научно-исследовательского института промышленных сооружений, Центрального научно-исследовательского института механической обработки древесины, Академии наук УССР и др.), высших учебных заведений (Московский и Ленинградский инженерно-строительные институты, Военноинженерная академия и др.), проектных и строительных организаций (Промстройпроект и др.) и отдельным ученым (П. Я. Каменцеву, Г. Г. Карлсену, Ф. П. Белянкипу, Ю. М. Иванову и др.).

В 1923—1925 гг. в Москве, Ленинграде и других городах Советского Союза появились первые конструкции из досок, скрепленных гвоздями.

Следует при этом отметить, что деревянные конструкции выполнялись в тот период преимущественно с узловыми соединениями па гладких кольцевых шпонках. Несколько позже появились конструкции из досок на гвоздях в виде двутавровых балок и рам с перекрестной дощатой стенкой.

Широкое распространение получили также фермы из досок на гвоздях с криволинейным верхним поясом и дощатые арки различных систем.

Развитие указанных конструкций решетчатых ферм на гладких кольцевых шпонках и сегментных ферм на гвоздях позволило создать трехшарнирные арки пролетом до 60 м.

В 1930 г. инженер В. М. Скворцов предложил комбинированные металлодеревянные фермы арочного типа. С 1932 г. получили распространение брусчатые составные балки на пластинчатых нагелях, а затем разработанные В. С. Деревягиным и сборные металлодеревянные фермы с верхним поясом, составленным из таких балок.

В 1930—1935 гг. появились пространственные деревянные конструкции из досок на гвоздях в виде двойных гнутых сводов, а также тонкостенных и ребристых оболочек, цилиндрических и складчатых покрытий, башен и куполов. Эти новые виды деревянных конструкций были созданы благодаря трудам советских ученых В. 3. Власова, А. А. Гвоздева, развивших технику расчета оболочек, что дало возможность на этой основе ввести новые принципы конструирования пространственных систем деревянных конструкций, разработанных Г. Г. Карлсеном, М. Е. Каганом, П. И. Ершовым и др.

Несмотря на большой интерес, который вызвали эти конструкции оболочек, в дальнейшем они все же не получили широкого распространения.

При пролетах в 50— 100 м влияние собственного веса конструкции оказалось настолько значительным, что применение в ней гвоздевых соединений вследствие ползучести и больших прогибов было нецелесообразным.

Большая трудоемкость постройки оболочек, возможность загнивания и трудность расчета также ограничивала широкое их применение в строительстве.

Опыт эксплуатации деревянных конструкций, построенных в годы первых пятилеток, показал, что некоторые из них вследствие применения недоброкачественного лесоматериала и неквалифицированного исполнения оказались недостаточно прочными и долговечными.

Большой опыт проектирования, строительства и эксплуатации позволил определить пути повышения качества различных деревянных конструкций и область их оптимального применения.

Этому способствовало и другое важное обстоятельство. В результате большой работы, проделанной по оснащению строительства разносторонней техникой, а также благодаря реконструкции на широкой технической основе деревообрабатывающей и лесной промышленности качество и обработка лесоматериала повысились, появилась возможность перехода к индустриальным методам изготовления деревянных конструкций.

В Советском Союзе стали широко применяться составные балки и фермы системы В. С. Деревягина, конструкции сетчатых сводов с узлами на врубках системы С. И. Песельника, каркасные и щитовые деревянные конструкции. Благодаря работам Г. Г. Карлсена, А. В. Губенко и др. внедрены в СССР клееные конструкции (на водостойких клеях) в виде двутавровых балок из досок и балок с фанерной стенкой, а также арок и ферм с элементами из клееных блоков, с использованием в них обычного и маломерного пиломатериала. Эти конструкции лучше других были приспособлены к условиям заводского изготовления.

Всемерно развивающаяся промышленность домостроения (строительство деревянных домов) вместе с многочисленными цехами для изготовления различных теплоизоляционных материалов должна послужить базой и для организации производства инженерных деревянных конструкций.

При выборе деревянных конструкций следует считаться с местными условиями. В тех районах, где древесина имеется в изобилии, могут и сейчас найти применение деревянные конструкции. Для центральных безлесных районов следует выбирать транспортабельные конструкции заводского изготовления, выполненные из досок, брусьев и клееных блоков.

За последние двадцать-тридцать лет построены многие уникальные зда­ния и сооружения с применением деревянных конструкций. В первую оче­редь это арочные конструкции с различными конструктивными решениями восприятия распора.

Дворец спорта в г. Архангельске перекрыт трехшарнирными клееными деревянными арками пролетом 63 м. Шаг арок 6 м, сечение 320x1600 мм. Распор воспринимается железобетонными конструкциями примыкающих помещений.

Дворец спорта в г. Твери перекрыт клееными деревянными рамами, со­стоящими из одного криволинейного и двух прямолинейных элементов се­чением 400x1650 мм. Шаг рам 6 м. Распор воспринимается железобетонны­ми конструкциями примыкающих помещений (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид дворца спорта в Твери.

Олимпийский тренировочный манеж в Минске перекрыт трехшарнир­ными клееными деревянными арками пролетом 49 м. Шаг арок 6 м, сечение 220x1100 мм. Распор воспринимается железобетонными контрофорсами.

Тренировочный каток с искусственным льдом на Центральном стадионе "Локомотив" в г. Москве, пролет здания 42 м. Покрытие выполнено в виде цилиндрической оболочки из клееных деревянных конструкций. Шаг диа­фрагм оболочки 12 м. Диафрагмы состоят из верхнего пояса сечением 270x1000 м и нижнего пояса из металлических швеллеров.

Цех щитового паркета в г. Волоколамске Московской области. Размер здания 20x60 м. Покрытие представляет собой три пологие оболочки двоя­кой кривизны размером 20x20 м (рис. 2).

Широкое применение в массовом строительстве нашли треугольные ме-таллодеревянные безраскосные фермы с верхним поясом из клееной древе­сины пролетом 18 м, треугольные металлодеревянные брусчатые фермы пролетом 12м, стрельчатые клееные деревянные арки и рамы пролетом от 18 до 62 м для складских зданий хранения сыпучих материалов и, в первую очередь, для химически агрессивных минеральных удобрений (рис. 3).

В последние 20 лет группой специалистов под руководством С. Б. Турковского разработаны жесткие соединения клееных деревянных элементов (по аналогии с закладными деталями железобетонных конструкций), что послужило открытию нового направления сборных клееных деревянных конструкций. В практике строительства в России и за рубежом реализовано большое количество большепролетных зданий и сооружений из сборных клееных деревянных конструкций. Сочетание узловых вклееных стержней с линейным армированием клееных деревянных элементов, исследования которых проводятся под руководством В. Ю. Щуко, является дальнейшим этапом в развитии клееных деревянных конструкций для зданий очень боль­ших пролетов.

Рис. 2. Цех щитового проекта в г. Волоколамске

Рис. 3. Склад антигололедных реагентов в г. Москве.

Многолетний опыт строительства зданий различного назначения позво­лил определить рациональные области применения деревянных конструк­ций:

1. Зрительные и общественные здания, спортивные сооружения, выста­вочные павильоны, рынки и другие пролетом от 18 до 100 м.

2. Здания с химически агрессивной средой. В первую очередь, склад­ские здания пролетом до 45 м для перегрузки и хранения минеральных удо­брений.

3. Малоэтажное деревянное домостроение.

4. Производственные сельскохозяйственные здания.

5. Неотапливаемые здания производственно-вспомогательного назна­чения промышленных предприятий.

6. Неотапливаемые здания и навесы для хранения и переработки сель­скохозяйственной продукции.

7. Быстровозводимые здания комплектной поставки небольших' проле­тов для поставки в отдаленные районы Севера.

8. Инженерные сооружения - опоры линий электропередачи, триангуля­ционные и радиопрозрачные мачты и башни (градирни, радиомачты), мосты небольшой грузоподъ­емности, пешеходные мосты, в гидротехническом и портовом строительстве (сваи, малые плотины).

Дата добавления: 2015-08-02