Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Поэтому архитекторы и инженеры всячески стремятся сделать здания максимально привлекательными и удобными для нахождения в них. Когда Чикагская страховая компания поручила Уильяму Ле Барону Дженни в 1883 году построить новое офисное здание, она определила, чтобы здание было пожаробезопасным и имело хорошее естественное освещение в каждой комнате (рис. 14.1). Именно необходимость в безопасном и комфортабельном здании привела, в конце концов, к появлению небоскребов. В главе 10 мы уже упоминали о трех главных факторах, сделавших современные небоскребы возможными: лифты, каркасная основа и относительно дешевая сталь. Можно утверждать, что ограничение высоты небоскребов является вопросом экономики, а не инженерии.

Гидравлические подъемники, описанные в главе 10, работали во многих старых высотных сооружениях, таких как, скажем, здание Пулитцера в Нью-Йорке. Они продолжали использоваться в высотных зданиях и в XX веке, то есть работали долгое время после того, как широко распространились электродвигатели. Первые электрические лифты датируются примерно 1889 годом. В самых ранних из них для вращения барабанов использовались червячные передачи. Двигатель вращал их, чтобы лифт двигался. Но если энергия отключалась, лифт не падал, потому что барабан не мог вращаться в обратном направлении при червячной передаче. Более позднее устройство безопасности – электромагнитный тормоз, в котором тормозной башмак, обычно удаленный от барабана, устанавливался автоматически в случае отключения энергии или других проблем. Впоследствии вносилось еще много изменений в подъемный механизм, но основные принципы конструкции сохранились. Первые эскалаторы датируются 1900 годом. Они обладают большими возможностями, чем лифты, для зданий из нескольких этажей.

Первые девять этажей Чикагской страховой компании были достроены в 1885 году. В этом здании впервые было использовано заметное количество стали для каркаса. Кроме того, большая часть внешней стороны являлась всего лишь навесной стеной, которая не поддерживала даже саму себя и опиралась только на каркас. По крайней мере, это было справедливо для всех этажей, кроме нижних этажей Ла-Саль и фасадов Адамс-стрит, которые вместе с задними стенами были в виде сплошной каменной кладки. Колонны использовали двух типов: круглые чугунные и сборные железные. Правда, на некоторых верхних этажах железо заменила бессемеровская сталь. Здание, несмотря на умеренную высоту – 10 этажей, явилось первым в мире небоскребом. Оно было снесено в 1931 году, и техническая экспертиза показала, что, хотя при его строительстве не были выполнены все требования к зданию каркасного типа, это весьма достойный пример. Это было первое офисное здание, где использована, по крайней мере частично, каркасная конструкция.

Примерно четырьмя годами позже, в 1889 году, к северу от улицы Ла-Саль было построено здание Такома аналогичной конструкции. Жители Чикаго по праву гордились этим зданием. В путеводителе того времени, изданном к Колумбийской выставке 1893 года, сказано, что «оно возвышается над окрестностями на головокружительной высоте двенадцати этажей» (на самом деле в здании было 14 этажей). Внешние стены из кирпича и терракоты с большими окнами были ненесущими. Они служили только для защиты от атмосферных явлений и допуска света. Стены здания Такома могли возводиться на разных этажах, а не строго снизу вверх. Колонны и перемычки были чугунными. В каркасе использовались и кованое железо, и бессемеровская сталь, при этом он был клепаный, а не скрепленный болтами. Многие считают первым небоскребом именно здание Такома. В нем было пять гидравлических пассажирских лифтов. После него было построено сразу несколько каркасных зданий. Здание компании Рэнд Макнелли, завершенное в 1890 году, было первым, в котором каркас был полностью стальным. 14-этажный отель Great Northern принимал постояльцев с 1891 до 1940 года. А законченный в 1892 году, как раз перед Колумбийской выставкой, 21-этажный Масоник-Холл стал самым высоким сооружением этого периода. Чикагцы искренне считали его самым красивым в мире.

Фундамент с расширенным основанием для распределения нагрузки уходит корнями в далекое прошлое. В ранних чикагских зданиях плитный фундамент постепенно вытеснил традиционный фундамент с расширенным основанием. Такой фундамент часто состоит из нескольких слоев железнодорожных рельсов, скрещенных под прямым углом, для усиления бетонного фундамента. Во многих из этих зданий ожидалось оседание на несколько дюймов, и потому их строили немного выше, чем было необходимо. Деревянные, а позднее бетонные сваи, уходящие в землю на 50–75 футов, постепенно заменили плитный фундамент в Чикаго.

Первой каркасной конструкцией в городе Нью-Йорк стал Тауэр. Он был построен в 1889 году. На табличке в его вестибюле сказано, что это «самый ранний пример каркасной конструкции». Первым небоскребом Нью-Йорка было здание Манхэттенской страховой компании на Бродвее, напротив церкви Святой Троицы. Оно было построено в 1894 году, имело высоту 347 футов. При строительстве фундамента этого здания инженеры впервые использовали сжатый воздух для установки пневматических кессонов. Было использовано пятнадцать кессонов разных форм и размеров, что позволило пройти сквозь 50 футов глинистой массы и песка до коренной породы. После этого кессоны были заполнены бетоном, поверх которого уложены железные балки для поддержки кирпичных столбов. Здание Манхэттенской страховой компании также было первым, в котором использовалась обширная система ветровых связей – дополнительные металлические связи в каркасе, чтобы предохранить высокую конструкцию от разрушения при сильных ветрах.

В 1902 году на Бродвее появилось еще более известное здание – Фуллер-Билдинг. В нем было установлено шесть гидравлических лифтов, которые в 1950-х годах еще эксплуатировались. Среди многих других небоскребов города Нью-Йорк наиболее известны Эквитабл-Билдинг и Вулворт-Бил-динг, построенные в 1913 году. В течение 15 лет 760-футовое здание Вулворт-Билдинг было самым высоким сооружением в мире, за исключением Эйфелевой башни, которая «обогнала» его на 200 футов. В 1950-х годах в Нью-Йорке насчитывалось более 30 зданий, высота которых превышала 500 футов, в Чикаго – 9, в других американских городах – 10. Эти здания в разной степени иллюстрируют определенные инженерные проблемы, которые только начали вырисовываться в конце XIX века. Речь идет о проблемах фундаментов, устойчивости при сильных ветровых нагрузках, лифтов, водоснабжения, канализации, обогрева, вентиляции и распределения электроэнергии. В самых ранних небоскребах почти не было бетона. На пороге нового столетия, когда стал доступным американский портландцемент, американские архитекторы и инженеры начали строить здания из железобетона. Железобетонные небоскребы успешно конкурируют со стальными каркасами в зданиях умеренной высоты.