История применения и материалы

Строительные материалы являются главным элементом при осуществлении строительно-монтажных работ, так как без строительных материалов мы бы не смогли построить ни одного дома. Сегодня с развитием технического и технологического прогресса производство материалов для строительства растет достаточно высокими темпами, которые даже опережают темп роста объема строительных и монтажных работ.

В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды. Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами.

П риродный камень - широко распространенный материал - благодаря своей долговечности, прочности и декоративности имел преимущества перед другими природными материалами (деревом и глиной). Особенности камня - хорошая работа на сжатие и слабое сопротивление изгибу - предопределили области его применения: конструкции отдельных опор (столбов), стен, арочно-сводчатые конструкции. Камень монументальных зданий стал материалом, который в государствах с деспотической формой правления лучше всего выразил идеи величия и вечности.

В Вавилоне строили дома в три и даже в четыре этажа с террасами. Легендарные «висячие сады» - не что иное, как засаженные растениями террасы царского дворца, которые греки считали вторым чудом света. Сады возводились уступами в несколько ярусов, массивные перекрытия из двух рядов кирпичной кладки поддерживались мощными кирпичными сводами на колоннах.

В V в. до н.э. Афины стали центром греческой науки и архитектуры. Греки заложили основы геометрии, механики, статики, что явилось впоследствии основой развития инженерии. Конструкции общественных зданий и жилья в Греции оставались сравнительно примитивными: стена и стоечно-балочная система.

В императорском Риме высокий технический уровень имело строительство из бетона. Пески вулканического происхождения, обладающие цементирующим свойством, при смешивании с известью позволяли получать раствор, напоминающий современное цементное вяжущее. В качестве заполнителя использовались дробленая керамика или кирпич, природный камень или бут от разрушенных строений. Постоянная опалубка выполнялась из сплошной каменной кладки. Прочность бетонных сооружений после отвердевания бетонной массы не вызывала сомнений. Конструкции отличались массивностью: толщина стен иногда достигала нескольких метров.

М еталл - один из наиболее старых искусственных материалов. В 5-4-м тысячелетиях до н.э. человек начал выплавку меди, олова и свинца из руд, а с 3-го тысячелетия до н.э. стала применяться бронза. Металлургия железа появилась в Египте, Месопотамии, Индии, а к концу 2-го тысячелетия до н.э. она проникла в Древнюю Грецию, Закавказье, Малую Азию, позднее - в Китай. Кричное и сварочное железо из-за своей мягкости и трудоемкости производства не могло получить применения в несущих конструкциях. На протяжении столетий железо применялось только для отдельных деталей в виде штырей, скоб, закрепов и т.п.

В русской средневековой архитектуре деревянные конструкции имели огромное значение. Дерево как строительный материал было широко доступно в связи с лесными богатствами Руси. Популярности дерева способствовала легкость его обработки, малая теплопроводность, быстрота возведения построек, несмотря на то, что они страдали от гнили и были пожароопасными. Из дерева на Руси строились не только жилые дома для народа, но и богатые дворцы князей и бояр, культовые здания, оборонительные сооружения.

Еще в начале XIII в. привлек к себе внимание более твердый, чем железо, металл - чугун, получаемый при производстве железа. Из чугуна стали отливать различные изделия, а спустя пять веков - строительные конструкции в виде столбов и балок. В 1725 г. при строительстве башни Невьянского завода на Урале были применены чугунные балки с усилением понизу железными полосами — тем самым была учтена высокая прочность чугуна на сжатие, а железа — на растяжение. Как в России, так и за рубежом применялись отлитые из чугуна фермы, пояса которых соединялись между собой кольцами.

Распространение в строительстве металлических конструкций определило формообразование в архитектуре, особенно в новых типах зданий - вокзалов, универмагов. Определились характерные конструктивные, композиционные и эстетические достоинства металла. Однако подлинное утверждение металла в архитектуре связано с развитием стальных конструкций. Быстрому распространению в строительстве металлоконструкций способствовало открытие промышленных способов получения стали: бессемеровского (1855), мартеновского (1865), томасовского (1878), электрометаллургического (1900). Более прочная промышленная сталь полностью вытесняет из строительства низкокачественные железо и чугун, а кузнечный способ соединения элементов конструкций заменяется клепкой. Важную роль в процессе освоения строительной стали сыграли успехи в развитии строительной механики и методов расчета конструкций.

С середины XX в. развиваются новые системы - конструкции с использованием гибких растянутых элементов. В 1937 г. было возведено висячее покрытие в виде усеченного конуса, подвешенного в основании к опорному кольцу диаметром 30 м (павильон Франции на выставке в Загребе). В 1952 г. по проекту М. Новицкого и Ф. Северуда в США в г. Роули была сооружена арена, перекрытая растянутой тросовой сеткой. Позднее конструкции с растянутыми криволинейными поверхностями привлекли внимание архитекторов и инженеров и стали одним из популярных направлений формообразования в современной архитектуре.

Возрождение бетона, а точнее, вторичное его открытие, относится к концу XVIII в. К тому времени в Европе возникает социальный заказ на гидравлическое вяжущее и на бетон как на необходимые материалы для гидротехнического, дорожного и промышленного строительства (для устройства фундаментов).

Россия в конце XIX - начале XX в. занимала одно из ведущих мест в научном изучении бетона и его практическом применении. Исследования бетона учеными способствовали его широкому использованию в качестве конструкционного материала, состав и свойства которого заранее рассчитываются и проектируются. Были улучшены положительные качества бетона: высокая прочность на сжатие, способность увеличивать прочность с временем и др. Вместе с тем бетон обнаружил немало отрицательных свойств: он плохо работал на изгиб и растяжение, давал усадку, обладал деформацией при длительном воздействии нагрузки (ползучесть). Эти недостатки, еще и по сей день не до конца изученные, ограничивали возможности применения бетона в некоторых конструкциях.

Идея армирования бетона родилась из наблюдения за отдельными клетками или частями организмов животного и растительного мира, выполняющими различные функции. Неудивительно, что идея армирования бетона пришла в голову почти одновременно нескольким изобретателям. Решая утилитарные задачи (увеличение прочности, огнестойкости, водонепроницаемости и др.), изобретатели в разных странах опытным путем пришли к созданию нового конструкционного материала - железобетона. В начале XX в. серьезный вклад в теоретическое освоение железобетона внесли ученые России. Они изучили сущность совместной работы бетона и арматуры, определили характер деформаций, дали приближенные методы расчета, создали первые нормы и технические условия.

Древесина, несмотря на свои положительные качества, стала терять свою значимость в архитектурной практике, превращаясь во «второсортный» материал с применением там, где невозможно использование других материалов. В некоторой степени этому способствовало совершенствование металлических и железобетонных конструкций, их вовлечение в сферу индустриального строительного производства. Существовало даже мнение, что деревянные конструкции не отвечают требованиям индустриального строительства.

С развитием науки и техники, к середине XX столетия, это необоснованное предположение было опровергнуто появлением клееных деревянных конструкций. Технология изготовления таких конструкций позволяет организовать их массовый выпуск индустриальным методом в механизированных цехах. Развитию клееных конструкций способствовали достижения химической отрасли, производящей высококачественные клеи и средства защиты древесины, которая, соединенная в крупноразмерные элементы синтетическими клеями в условиях высокомеханизированной заводской базы, дала принципиально новый по качеству конструкционный материал, сохранив при этом все свойственные древесине положительные качества.