Пособие история отрасли и введение в специальность. Учебное пособие
 Скачать 2.97 Mb.
|
|
2.2. История строительного искусства История строительного искусства берет свое начало с древних времен. Первые грандиозные архитектурные сооружения создавались в рабовла- дельческую эпоху – в Древнем Египте, античной Греции и Риме (III - I тысяче- летия до н. э.). Дальнейшее развитие строительное дело получило в эпоху фео- дализма (IV - XIX вв.). Наиболее характерны для этого времени крепостные и культовые сооружения. Расцвет древнерусского зодчества наступил в XIV – XV вв., когда вокруг Москвы из разрозненных русских земель образовалось единое русское госу- дарство. Создаются такие уникальные сооружения, как Московский Кремль (XV в.), Смоленский Кремль (XVI в.) (рис. 27), храм Василия Блаженного на Красной площади в Москве, построенный гени- альными русскими зодчими Бармой и Посником (рис. 28). В конце XVII в. начался период усиленного гражданского и промышленного строительства. Талантливые русские зодчие XVIII - XIX вв. создали выдающиеся памятники архитектуры (в Ленинграде - здание Адмиралтейства (арх. Захаров А.Д.), Казан- ский собор и Горный институт (арх. Воронихин А.Н.); в Москве - старое здание библиотеки им. В.И. Ленина на Моховой улице (арх. Баженов В.И.), Колонный зал Дома Союзов (арх. Казаков М.Ф.), здание Большого театра). В начале XIX столетия начала развиваться оте- чественная промышленность строительных материа- лов. К этому времени относится открытие способа из- готовления исключительно важного для строительст- Рис. 27 - Смоленский Кремль XVI в. Рис. 28 - храм Василия Блаженного. Москва 56 ва материала - цемента, применяемого для изготовления бетонных и железобе- тонных конструкций. Крупные успехи были достигнуты в области мостострое- ния, теоретические основы которого разработаны русским инженером и уче- ным Д.И. Журавским. В конце XIX и начале XX вв. Россия уже располагала опытными кадрами отечественных инженеров-строителей, имеющих мировую известность. С име- нем выдающегося русского инженера В. Г. Шухова связано развитие строи- тельства сетчатых конструкций башен, арок и ферм из дерева и металла, вися- чих покрытий. Инженеры Н. Н. Бенардос и Н. Г. Славянов изобрели электроду- говую сварку металлов, которая произвела революцию в изготовлении сталь- ных конструкций. Большая заслуга в развитии железобетона в России принад- лежит профессорам Н.А. Белелюбскому и А.Ф. Лолейту. Однако в тот период в России объем строительства был невелик, и, не- смотря на высокое мастерство русских рабочих и инженеров, организация строительства обеспечивалась при слабой механизации. Строительные работы выполнялись преимущественно вручную и носили сезонный характер. Работы развертывались весной и заканчивались осенью. Положение со строительным делом в России несколько изменилось в на- чале ХХ века особенно с 30-х годов. Увеличились объёмы строительства во всех отраслях народного хозяйства, были приняты меры по организации и раз- витию строительной промышленности, созданию проектных и строительных организаций, оснащению строительных организаций машинами и механизма- ми. Широко развернулось строительство крупных промышленных предпри- ятий. Одним из первых планов организации строительства в государственном масштабе был созданный в 1920 г. под руководством В.И. Ленина план элек- трификации России (ГОЭЛРО), который предусматривал строительство целого ряда мощных электростанций. 57 Наряду с промышленным строительством, большое развитие получило жилищное строительство. Появились такие города, как: Магнитогорск, Комсо- мольск-на-Амуре и многие другие. Еще больший размах приняло строительство после окончания Великой Отечественной войны. В невиданно короткий срок были полностью восстанов- лены разрушенные города и села, введены в действие промышленные предпри- ятия. Среди строек послевоенных пятилеток следует назвать строительство крупнейших гидроэлектростанций - Куйбышевской и Волгоградской на Волге, Каховской и Кременчугской на Днепре, строительство Волго-Донского канала и другие грандиозные сооружения. Современное строительное производство характеризуется переходом на индустриальные методы ведения работ, присущие крупной машинной индуст- рии. Строительные процессы в части изготовления конструкций всё больше становятся заводскими. Работа же строителей нацелена на механизированный процесс сборки и монтажа зданий и сооружений из готовых блоков, частей и деталей, изготовленных в заводских условиях. Создание мощного парка строительных машин в настоящее время позво- ляет осуществлять комплексную механизацию работ непосредственно на строительной площадке, при которой ручной труд все более вытесняется из звеньев технологического процесса и заменяется работой машин. В России в ХХ веке были достигнуты большие успехи в применении сборных конструкций и комплексной механизации в строительстве. При возведении промышленных зданий массовое применение получили сборные заводского изготовления стальные и железобетонные колонны, балки, фермы, плиты и панели. Широкое распространение получил монтаж сооруже- ний укрупненными блоками. Значительно расширилось применение сборных элементов в жилищном строительстве в виде крупных стеновых блоков и панелей размером на комна- ту. В 60-х годах ХХ века при строительстве жилых кварталов в Черемушках 58 под Москвой применен способ возведения зданий из готовых комнат, собирае- мых в виде пространственных блоков на домостроительном комбинате. Даль- нейшим этапом в развитии сборного строительства является монтаж зданий из блок - квартир в виде спаренных комнат. Возведение зданий из крупных элементов имеет большие преимущества. Оно способствует резкому сокращению сроков производства строительно- монтажных работ непосредственно на строительной площадке и снижению стоимости строительства. Благодаря применению эффективных конструкций достигается снижение их веса. Переход на полносборное строительство зданий привел к созданию крупных домостроительных комбинатов, которые изготов- ляют, поставляют на стройки, своими силами монтируют и отделывают жилые дома. Такие комбинаты организованы в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Краснодаре и других городах. Для решения научных проблем в области строительства в России создан ряд научно-исследовательских институтов, которые работают в области иссле- дования строительных материалов; расчета и проектирования инженерных кон- струкций, зданий и сооружений; организации, механизации и экономики строи- тельного производства. Масштабы капитального строительства и реконструкции зданий и соору- жений, дальнейший рост технического прогресса в строительной индустрии не- разрывно связаны с развитием строительной науки и техники, с совершенство- ванием материалов конструкций и их соединений, а именно: - совершенствованием методов расчёта и на их основе норм проектирова- ния; - совершенствованием конструктивных решений; - развитием эффективных видов строительных конструкций и изделий; - увеличением экспериментальных исследований отдельных конструкций, материалов, изделий; 59 - изучением вопросов долговечности зданий и сооружений на основе ис- следований их технического состояния и соответствия требованиям промыш- ленной и экологической безопасности; - подготовкой всесторонне развитых и высококультурных специалистов в области строительства и производства строительных материалов и изделий. 2.3. История развития расчётов строительных материалов и конст- рукций Современное значения слов «архитектор» и «инженер» появилось в кон- це 19 века. Греческое слово «архитектор», которое означало «старший строи- тель», относилось как к строителям мостов, так и к создателям театров и хра- мов. Поэтому в архитектуре зданий конструкции издавна рассматривались как чрезвычайно существенная и основная сторона проектирование, т.е. конст- рукции не могут быть чем-то второстепенным, что добавляется инженером в проект архитектора. Эту задачу проектирования требовалось сделать для архи- тектора доступной, несмотря на сложности технических расчётов. Включение в проект зданий вопросов, связанных с окружающей средой (защита от шума, теплоизоляция, вентиляция, водоснабжение и канализация, электроснабжение и газоснабжение), исторически появилось недавно. Это яв- ляется одной из причин, по которой строительная наука занялась вопросами, связанными с окружающей средой, значительно позднее, чем расчётами и про- ектированием конструкций. Другой важной причиной был тот факт, что здание, которое обрушается, перестаёт существовать. Зданием же, в котором жарко или холодно, шумно или недостаточно света, можно продолжать пользоваться. Есть много старинных шедевров архитектуры, совершенно неудовлетворительных с точки зрения соответствия окружающей среде, но жизнь в которых продолжа- ется и сегодня. 60 Долгое время человечество не имело в своём распоряжении никаких ме- тодов прочностного расчёта материалов и сооружений из них. Несмотря на это, средневековым каменщикам удавалось возводить грандиозные по тому времени и совершенные в конструктивном отношении памятники архитектуры. Может показаться, что они знали, как строить церкви и соборы, а поэтому им это бле- стяще удавалось. Это, однако, зависело от особого таланта зодчих мастеров, ко- торые интуитивно чувствовали работу сооружений и умели безошибочно нахо- дить нужные размеры элементов зданий. Недаром с давних времён архитекту- ра, включающая строительное дело, считалась одним из видов искусств. Мно- гим дерзким замыслам не суждено было осуществиться: постройки рушились и в процессе строительства, и вскоре после его окончания. Однако эти катастро- фы обычно считались наказанием свыше, а не следствием технического неве- жества. Успехи механики (сопротивления материалов, теории упругости и строи- тельной механики), начиная с работ Г. Галилея (1564 – 1642 гг.), создали осно- ву для разработки расчётов на прочность. Большой вклад в науку о прочности внёс выдающийся инженер и учёный того времени англичанин Р. Гук (1635 – 1702 гг.), который в 1679 году опубли- ковал результаты своих экспериментов в работе под названием «Сила сопро- тивления, или упругость», где впервые прозвучало знаменитое утверждение – «каково растяжение, такова и сила». Вот уже более 300 лет этот принцип извес- тен как закон Гука и сослужил инженерам 19 и 20 веков очень большую служ- бу. Главной причиной долгого застоя в создании методики расчёта конст- рукций было то, что не рассматривались в проводимых исследованиях силы и деформации внутри материала конструкций. И только после выхода работы французского инженера и учёного О. Коши (1789 – 1857 гг.) в 1822 году, в ко- торой были сформулированы понятия о напряжении и деформации внутри ма- териала, «появилась надежда, что наука станет орудием в руках инженера». 61 В 1826 году французским инженером и учёным Л. Навье (1785 – 1836 гг.) были опубликованы работы о сопротивлении материалов под названием «Кон- спект лекций» и «Выводы из уроков», в которых впервые был сформулирован метод расчёта по допускаемым напряжениям. С этих пор было исследовано поведение самых разных конструкций при их нагружении. Пользуясь разрабо- танной методикой, исследователи вычисляли наибольшие возможные напряже- ния в конструкциях и следили за тем, чтобы они не превышали некоторой уза- коненной официальными нормами прочности материала на разрыв. В 19 веке строительная наука применила в расчётах конструкций не толь- ко результаты работ Р. Гука и О. Коши, но и исследования по устойчивости знаменитого учёного 18 века Л. Эйлера (1707 – 1783 гг.), швейцарца и немца по происхождению, но посвятившего 17 лет своей жизни России. Он заявил себя во многих разделах математики, механики и физики. За время своей жизни в России с 1776 года по 1783 год Эйлер издал в России более 200 работ. Известно влияние Эйлера на механика и изобретателя И.П. Кулибина (1735 – 1818 гг.), который часто с ним беседовал об изобретаемых приборах, проектах и моделях. Достаточно сказать, что Л. Эйлер был председателем комиссии по испытаниям модели арочного моста, изобретённого И.П. Кулибиным. Метод расчёта строительных конструкций по допускаемым напряжениям постепенно стал господствующим, так как получил тесную связь с методикой сопротивления материалов. Параллельно с ним в строительной механике развивался метод расчёта по предельному равновесию, который и сегодня является важным для оценки истинных запасов прочности конструкций. По мере развития строительства в конструкциях зданий, рассчитанных по методу допускаемых напряжений, стали накапливаться необъяснимые вопросы поведения, несоответствующие принятой методике. К середине 20 века допус- каемые напряжения для стальных конструкций выросли в 2 раза, для железобе- тонных и каменных конструкций – в 1,5 раза. При этом уточнённые расчёты 62 показывали, что в конструкциях существуют зоны, где напряжения достигают предельных величин, но, несмотря на это, конструкции благополучно сущест- вуют. Именно такой случай имел место в результате усовершенствования рас- чёта ферм; в заклёпочных соединениях; в арматуре железобетонных колонн и т.д. Таким образом, величина наибольшего напряжения далеко не всегда харак- теризовала прочность сооружения. В ряде случаев при обследовании сущест- вующих конструкций зданий проверочный расчёт их по методу допускаемых напряжений указывал на необходимость усиления ряда элементов, несмотря на то, что эти конструкции благополучно существовали в течение многих лет. В связи с этим стали появляться работы, в которых предлагался принци- пиально новый подход к расчёту строительных конструкций на прочность и ус- тойчивость по методу разрушающих нагрузок. Впервые это было осуществле- но в 1938 году в СССР в отношении железобетонных конструкций, для которых недостатки метода допускаемых напряжений сказывались особенно резко. В дальнейшем этот переход был осуществлён на бетонные каменные и армока- менные конструкции. Основные идеи и отдельные приёмы метода расчета строительных конст- рукций по методу разрушающих нагрузок были разработаны советскими учё- ными. Особого упоминания заслуживают работы по железобетонным и камен- ным конструкциям профессоров: А.Ф. Лолейта, А.А. Гвоздева, Л.И. Онищенко. Много было сделано советскими учёными и инженерами в области изу- чения действительной работы стальных и деревянных конструкций профессо- рами: Н.С. Стрелецким, С.А. Бернштейном, Б.Н. Горбуновым, Ю.М. Ивановым, Г.Г. Карлсеном. Однако эти работы в то время ещё не дали возможности пере- смотреть методику расчёта стальных и деревянных конструкций по допускае- мым напряжениям. Одновременно с развитием науки о поведении строительных конструкций под воздействием нагрузки вплоть до их разрушения, устремления советских учёных были направлены на дальнейшую расшифровку и уточнение коэффици- 63 ента запаса. С этой точки зрения даже метод расчёта по разрушающим нагруз- кам ещё был далёк от совершенства. Неожиданно новые задачи встали перед строителями в период Великой Отечественной войны: на освобождаемых от немцев территориях необходимо было восстанавливать фабрики и заводы. В 1943 году при Техническом совете Наркомстроя была организована комиссия по унификации методов расчёта строительных конструкций из всех материалов и научному обоснованию вели- чин коэффициентов запасов прочности. В 1944 году было утверждено предло- жение ряда учёных о замене единого коэффициента запаса системой коэффици- ентов: перегрузки, качества материалов и условий работы конструкций. Боль- шое значение для разработки унифицированного метода расчёта имели работы д.т.н. профессора Н.С. Стрелецкого по вопросам анализа коэффициентов запаса и неразрушимости конструкций, а также выбора и назначения величин этих ко- эффициентов, обеспечивающих требуемую величину неразрушимости. Новый метод расчёта, названный методом расчёта по предельным со- стояниям, который имеет место по сегодняшний день, был к началу 50 – х го- дов 20 века разработан советской школой учёных и введён в действие с 1.01.1955 года с выходом новых норм проектирования строительных конструк- ций. В последние годы в теорию расчёта строительных конструкций стали внедряться вероятностные методы. Одновременно с корректировкой сущест- вующих норм расчёта конструкций по методу предельных состояний, вероят- ностные методы предлагают новое содержание критерия качества – вероят- ность безотказной работы или надёжность конструкций. Теория надёжности строительных конструкций является новым сло- вом в строительной механике. Она учитывает случайные (вероятностные) от- клонения расчётных величин от их средних значений. При этом детерминиро- ванные величины и зависимости заменяются вероятностными. Такая постанов- ка задачи была применена ещё в 1935 году Стрелецким Н.С. при исследовании 64 коэффициентов запаса в расчёте сооружений. Ему принадлежит выдающаяся роль во внедрение этих процессов в строительную механику. Большая заслуга в изучении статистической природы коэффициентов за- паса и применении теории надёжности к расчёту строительных конструкций принадлежит Ржаницину А.Р. Для его работ характерно стремление упростить весьма сложный математический аппарат вероятностных методов, довести его до стадии инженерного расчёта. Важная роль в развитии вероятностных методов расчёта принадлежит Болотину В.В. Теория надёжности, развитая в его трудах, основана на понятиях отказа как случайного выброса. Зарубежные исследования также внесли значительный вклад в развитие вероятностных методов расчёта строительных элементов и систем. В этом пла- не достаточно обратить внимание на работу итальянских авторов, которая ох- ватывает практически все аспекты применения теории вероятности в области строительства. В настоящее время вероятностные методы и теория надёжности строи- тельных конструкций служат основой для назначения расчётных величин в нормативных документах, а во многих случаях уже непосредственно применя- ют в практике проектирования. 2.4. Выдающиеся инженеры и учёные в области строительных наук |