Людмил Оксанович - Невидимый конфликт

Здания и сооружения, гак сказать, «по условиям игры» должны отвечать сложному комплексу требований, которые к ним предъявляются. Отсюда вытекает необходимость в очень точной системе методов «передвижения» всего: нагрузок, эксплуатационных условий, самых различных экстремальных состояний, которых в данный момент может и не быть, размеров отдельных несущих элементов и связей между ними, обеспечивающих достаточную надежность при минимальных затратах материала, труда и вообще средств. Ясно, что аппарат строительного «ясновидения» может быть в основном теоретическим.

Воспользуемся примером авиации. Каждый новый двигатель для выяснения его моторесурса испытывается на специальных стендах чуть ли не до полного выхода из строя. Излишне производить сложные теоретические расчеты, когда можно быстрее и проще получить более точные результаты путем непосредственных испытаний, даже если затраты при этом будут несколько больше. Каждая опытная модель самолета многократно «облетывается» пилотами-испытателями, и путем непосредственных измерений устанавливается величина всех характеристик — нагрузок, напряжений и деформаций, которые до этого были определены теоретически. Если возникает необходимость, в конструкцию вносятся изменения, соответствующие реальным условиям, реальным параметрам и пусть более тяжелому, но реальному режиму работы.

В строительстве такие «удобства» отсутствуют. Да вряд ли они и могут быть. Никто не может позволить себе построить 30-этажное здание в качестве опытной модели для генеральной репетиции «настоящего» строительства, для наблюдения за тем, как оно будет вести себя во время ураганного ветра или землетрясения. Все должно быть предусмотрено в проектной мастерской.

Разумеется, весьма ценен опыт наблюдения за уже построенными зданиями и сооружениями подобного типа. Анализ типичного, закономерного служит как бы основой для последующего проектирования конструкций данного рода при близких условиях работы. С другой стороны, ценная информация о многих явлениях и процессах в сложных сооружениях может быть получена путем исследования моделей и макетов. Но, поскольку полного подобия во всем достичь невозможно, такие исследования не могут решить основных проблем строительства.

Вопрос еще более усложняется в связи с одной сильной тенденцией современности — стремлением к экономичному строительству. В прошлом, когда не существовало еще теоретического аппарата строительного «ясновидения», люди строили безумно расточительным образом. Сохранившиеся до наших дней памятники древнего строительства замечательны не только своим архитектурным обликом, но и характером разрешения конфликта между конструкцией и нагрузкой: только чудовищный перерасход материала и человеческого труда обеспечивал их многовековую прочность и непоколебимость.

Подобного строительства сейчас — при его массовых масштабах — не может себе позволить ни одно государство. Да это и не нужно: морально и функционально здания устаревают очень быстро. Выход — в минимальных затратах на строительство зданий и сооружений при степени надежности, приемлемой как с моральной, так и с экономической точки зрения. Но именно это балансирование «на краю пропасти» требует особо точного теоретического аппарата.

Поскольку результаты строительства обусловлены такими факторами, как расходы материалов, затраты труда, сроки сооружения, объем капиталовложений и т. д., решение вопроса «каким будет здание?» (или сооружение) является неоднозначным, вернее, решений может быть много. В этой деликатной области мировая практика представлена тремя школами — советской, европейской и американской.

Советская конструктивная школа комплексно рассматривает все факторы, влияющие на конечный продукт строительства. Решения оптимизируются по обобщенным показателям и, по-видимому, учитывают характерные особенности планового хозяйства социалистического общества на данном этапе его развития в общегосударственном масштабе.

Позиция европейской конструктивной школы может быть приемлема как одно из возможных решений задачи, условием которой является минимальный расход материала. Каждое сооружение рассматривается чуть ли не как уникальное, и путем тщательных расчетов от него «отсекается» каждый лишний килограмм, благодаря чему конструкция получается максимально легкой. Конструктивные решения американской школы ориентированы на условие минимальных затрат человеческого труда с учетом килограммов сооружения. Очевидно, что в различных случаях немалое значение имеют и основные социально-экономические особенности стран, обусловленные их общественным строем. Очевидно и то, что планомерность и гуманность социалистической системы не может не оказать благотворного влияния на конструктивные решения и их реализацию.

Конструкторы середины минувшего столетия имели в своем арсенале только науку о сопротивлении материалов. Она позволяла им определять с достаточной для того времени точностью напряжения и деформации в элементах линейного, балочного и стержневого типа, т. е. в элементах (или конструкциях), у которых один размер (длина) намного больше двух других. Однако в практике строительства начали появляться и плоскостные (пространственные) конструктивные формы, такие, как плиты, своды, оболочки, а также сложные пространственные конструкции, состоящие из линейных элементов. Все они выходили за рамки области, на которую распространялся радиус действия такого «дальнобойного оружия», как сопромат.

Это вызвало необходимость выделения и обособления специальной науки, которая называется «строительная статика». Ее задача заключается в разработке методов определения усилий и деформаций в конструкциях всех видов. Параллельно с ней развивается методологический фундамент строительной механики — теория упругости. Это «тяжелая артиллерия» механики, законы которой периодически «простреливают» ее прикладные области, чтобы скорректировать их результаты; в сущности, она дает наиболее общие решения, распространяющиеся и на самые сложные реальные конструкции.

Но, как мы уже знаем, в действительности строительные материалы не являются ни идеально упругими, ни изотропными. Поэтому постепенно выделились научные направления, изучающие работу упругопластичных тел при различных силовых воздействиях и в составе различных конструктивных форм. Более того, в последние десятилетия теория «взяла в работу» и фактор времени. Зависимость напряжений и деформаций от времени для нас уже не тайна; она не была тайной для специалистов и сорок лет назад. Однако гораздо труднее было создать механико-математические модели явлений, которые еще не были достаточно хорошо изучены. Математической интерпретацией таких явлений в строительных материалах и конструкциях занимается специализированная отрасль науки.