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

Первые гидравлические лифты были простого плунжерного типа. Вода подавалась насосом на вертикальный цилиндр, с вехушки которого тянулась через сальник вертикальная стальная колонна – плунжер, собственно, и поднимавший лифт. Сбрасывание давления позволяло лифту опуститься. С помощью канатов обеспечивалось уравновешивающее действие, так что давление воды не должно было поднимать вес лифта и груза целиком. Однако плунжер требовал наличия ямы под зданием, глубина которой равнялась высоте здания. Поэтому, по мере роста этажности, появились лифты другого типа – гидравлические подъемники с канатной передачей, имевшие мультиребристые ролики. Движение кабины по отношению к поршню увеличивалось пропорционально количеству оборотов каната вокруг ролика. Гидравлические лифты Густава Эйфеля, продемонстрированные в 1889 году, привлекли внимание всего мира, как и его башня. Лифты были трех моделей. Одна – американца Отиса, две другие – французские. Вместе они составляли систему, которая поднимала зрителей на вершину платформы в три этапа. Весь подъем занимал семь минут. Около 2350 пассажиров поднималось наверх и через час опускалось вниз.

Рис. 10.11. Здание Пулитцера в Нью-Йорке Гидравлические лифты, при всей своей плавности хода и надежности, были медленными.

Почти сразу после изобретения лифтов возникла идея, модифицировавшая практику строительства высотных зданий и изменившая первичную функцию стен. С древнейших времен стены поддерживали каркас и крыши зданий, хотя средневековые инженеры строили соборы так, что стены поддерживали только самих себя. Теперь каркас должен был поддерживать стены. Строители высоких зданий опирали стены независимо, один этаж за другим, на сложный самонесущий каркас. Стены можно было при желании строить сверху вниз, поскольку они больше не поддерживали конструкцию, а только окружали ее. Такой поворот в строительной практике произошел не одномоментно. В 1880-х годах многие здания, оборудованные лифтами, строили выше пяти этажей и без каркаса. Одна из самых примечательных построек такого типа – здание Пулитцера в Нью-Йорке (рис. 10.11). Эта 14-этажная постройка была возведена в 1890 году как последнее из зданий, стены которого несут свой собственный вес. Внешние стены здания в основании имеют толщину более 9 футов.

В 1850-х годах Джеймс Богардус подошел очень близко к строительству каркаса, но похоже, не осознал этого. Его чугунные каркасы, в некоторых случаях достигавшие высоты 70 футов, были описаны в Illustrated London News от 12 апреля 1851 года (рис. 10.12) еще до того, как Уильям Фейрберн опубликовал свою книгу о строительстве с использованием железа. Сам Богардус хвастался, что большая часть его металлоконструкции может быть уничтожена, но каркас все равно останется прочным. Вместе со своим современником из Англии Джозефом Пэкстоном, создателем Хрустального дворца 1851 года (рис. 8.12), Богардус является автором архитектурного достижения – эффективного совмещения в строительстве стекла и железа. В 1854 году он построил для нью-йоркского издательства Harper & Brothers здание с фасадом практически полностью из стекла и железа. Стекло поддерживалось независимо на каждом этаже, но стены продолжали поддерживать только самих себя между чугунными колоннами на каждом этаже. Их вес не передавался на фундамент каркасом. Поэтому едва ли можно сказать, что это Джеймс Богардус изменил функцию стен.

Рис. 10.12. Чугунное здание Богардуса в Нью-Йорке, на пересечении Центральной и Дуэйн-стрит

Французский строитель Жюль Солнье сделал еще один шаг вперед, соорудив каркасное здание с ненесущими стенами. Конструкция, которую он возвел в 1871–1872 годах для шоколадной фабрики Менье (рис. 10.13), нависала над рекой на четырех каменных опорах – так можно было использовать энергию воды. Выбор площадки для строительства также побудил Солнье использовать практики, применявшиеся в мостостроении из дерева и железа; диагональная связь давала такую возможность. В любом случае результатом стал металлический каркас, переносивший на опоры весь вес конструкции. Стены из пустотного кирпича были не более чем занавесками. Новая строительная практика, хотя и подробно описанная во французских журналах, очевидно, в Америке не была известна. Предположительно открытие было совершено независимо и применено к строительству высотных зданий Нового Света.

Рис. 10.13. Самый ранний каркас шоколадной фабрики Менье, построенной Жюлем Солнье

Заслуга создания первого небоскреба приписывается Уильяму Ле Барону Дженни (1832–1907), который спроектировал и построил его для Чикагской страховой компании в 1883–1885 годах (рис. 14.1). Компания Carnegie, Phipps & C oпопросила разрешения использовать балки из бессемеровской стали вместо железных при строительстве здания страховой компании, когда оно уже было возведено до шестого этажа. Эти балки стали первой поставкой конструкционной стали для зданий в современном коммерческом смысле. Третий важный фактор в строительстве небоскребов – сталь. После изобретения лифтов и прочного каркаса стал доступным этот сравнительно легкий, прочный и дешевый строительный материал.

Уроженец Фэрхейвена, Массачусетс, получивший образование в академии Филлипса и в научной школе Гарварда, Дженни в 1856 году с прекрасными результатами окончил Ecole Centrale des Arts et Manufectures в Париже. В 1868 году он обосновался в Чикаго, где Луис Салливан, впоследствии прославившийся своими достижениями в области архитектуры, работал в его офисе скромным ассистентом. Юноша не увидел в Дженни архитектора и счел, что в «сердце своем он даже не инженер», а «гуляка и гурман», который прекрасно знает только вина и соусы. Empire State Building, здание Крайслера и другие сегодняшние небоскребы в Нью-Йорке, Чикаго, Далласе, Сиэтле и других городах ведут свое происхождение от 10-этажного здания страховой компании, построенного Дженни в 1883–1884 годах, или даже от здания шоколадной фабрики Менье, построенного Солнье в 1871–1872 годах.

До постройки Солнье здания шоколадной фабрики, как уже говорилось, первичной функцией стен высоких зданий была поддержка всего здания или, по крайней мере, самих себя. В то же время веками существовали каркасные дома, в которых каркас поддерживал дом и стены, «навешенные» на каркас. До изобретения Джорджем Вашингтоном Сноу (1797–1870) балочно-стоечного каркаса деревянный каркас с тяжелыми столбами, обвязками, балками и подкосами удерживались вместе соединениями с гнездами и шипами. Сноу революционизировал строительство каркасов, заменив тяжелые столбы и балки с дорогими и со временем ослабляющимися соединениями досками и брусками, соединенными гвоздями. Сноу изобрел балочно-стоечный каркас в Чикаго, и первым зданием, построенным по такому принципу, была церковь Святой Девы, возведенная в Чикаго в 1833 году. Балочно-стоечный каркас после 1833 года широко использовался в Чикаго и быстро распространился по всему Среднему Западу. Успешное использование балочно-стоечных каркасов напрямую зависело от массового производства гвоздей и усовершенствования машин для пилки леса. В свою очередь, изготовление шпилек и штампованных гвоздей из железа и стали зависело от усовершенствования металлургических процессов и оборудования.