От каменных стен до небоскребов: понимание структурной кладки
Строительство здания Монаднок в Чикаго началось в 1891 году и используется до сих пор. Здание имеет мрачный фасад без украшений и колоссальную по тем временам высоту — 16 этажей. Он считается первым небоскребом, построенным из каменной кладки из керамического кирпича и гранитного основания. Чтобы выдержать всю нагрузку здания, несущие стены первого этажа имеют толщину 1,8 метра, а верхнего — 46 сантиметров. Сто тридцать лет спустя эта строительная система остается распространенной и позволяет возводить более высокие здания с гораздо более тонкими стенами, экономично и рационально выполнять даже новые архитектурные работы. Но что такое структурная кладка и как дизайнеры могут использовать ее в архитектурных проектах? И для каких зданий эта система наиболее подходит?
Укладка камней для строительства стен использовалась в таких знаковых исторических зданиях, как пирамиды, Парфенон, Великая Китайская стена, собор Парижской Богоматери и многих других. Некоторые из этих зданий продолжают интриговать исследователей тем, как они были построены и как они до сих пор стоят. Нарисовать хронологию структурной каменной кладки — значит приблизиться к истории архитектуры и ее великим произведениям. Вкратце, кладка — это строительная система, в которой стены здания выполняют структурную функцию с использованием каменной кладки, кирпича или камней самонесущим образом. Уложенные слоями, компоненты могут быть соединены или не соединены связующим веществом (раствором), которое сильно влияет на механические свойства стены. Такие растворы могут быть изготовлены из извести, цемента или синтетических клеев.
В настоящее время каменные стены все еще строятся, но в большей степени из-за их эстетических аспектов, чем из-за того, что они являются единственным жизнеспособным структурным вариантом, как это было в древние времена. Эксперименты, исследования и новые технологии позволили дизайнерам создавать блоки достаточно прочные и легкие, простые в сборке и обладающие высокой устойчивостью. В 1940-х годах каменные блоки начали производить промышленно и продавать на рынке. Сегодня для строительства каменных зданий используются керамические, бетонные, грунтоцементные и силикатные блоки. Блоки также имеют такую форму, которая делает их устойчивыми к усилиям сжатия, и просверлены для структурной арматуры, бетона, водопровода и электрических каналов.
В отличие от более распространенной сегодня колонно-балочной системы, в каменной кладке стены будут распределять нагрузку на фундамент, а затем и на грунт. Успех конструкции определяется геометрией и расположением этих структурных стен, которые выдерживают собственный вес конструкции и нагрузки от присутствия (вертикальные нагрузки), а также боковые нагрузки, вызванные, например, ветром. Очень важно, чтобы вертикальные плоскости работали вместе, чтобы нагрузки распределялись равномерно и ни одна стена не становилась слишком хрупкой. Это достигается за счет правильного определения размеров пролетов и пространств, а также размещения проемов в подходящих местах.
Кирпичная кладка может быть структурной или несущей. Хотя первый тип немного проще, стены возводятся только из блоков и раствора, а несущая кладка армируется проволокой, стержнями или стальными экранами, рассчитанными на сопротивление действующим силам. Эту арматуру помещают в полости блоков и позднее заполняют раствором (разновидностью бетона или раствора с высокой прочностью и высокой текучестью).
Различные типы блоков выполняют определенные функции в каждом проекте. В мире существуют разные схемы, но в целом существуют общие конструктивные блоки (1 и 2), о которых уже говорилось выше, и блоки желобного типа (3), получающие горизонтальное армирование. Есть также блоки, которые позволяют плитам соединяться друг с другом, часто называемые J-каналами (4). В этой типологии плита опирается на один конец, обеспечивая структурную фиксацию и хорошую отделку. Поскольку блоки имеют большую размерную регулярность, это значительно повышает эффективность проекта и успешное выполнение работ.
Основные преимущества использования этой системы заключаются в скорости строительства; сокращение использования древесины, стали и бетона; экономия времени и средств; высокоорганизованные строительные площадки; и хорошая огнестойкость. Эта система строительства также приводит к рационализации проекта и особенно других элементов конструкции, таких как электрические и гидравлические установки. Кроме того, каменная кладка обладает высокой прочностью на сжатие и часто выглядит эстетически привлекательной, если ее оставить без покрытия.
Очевидно, что несущие стены нельзя удалять без замены другим элементом эквивалентной функции, что может быть недостатком, так как значительно снижает гибкость здания и делает практически невозможным радикальное изменение первоначального архитектурного решения. Другая проблема заключается в том, что каменные здания плохо себя чувствуют в районах с частыми землетрясениями. В таких случаях важно понимать и соблюдать местное законодательство.
Сегодня существуют примеры несущих каменных зданий высотой до 28 этажей. Система может подходить для различных типов зданий: от небольших одноквартирных домов до крупных построек. В целом проект каменной кладки предполагает интеграцию всех аспектов проектирования и строительства, и архитекторам необходимо проявлять лидерство и осуществлять контроль, чтобы работа была выполнена должным образом. Очевидно, что поддержка инженеров-строителей во время этого процесса имеет важное значение. Кладка не допускает импровизации и конструктивных изменений в ходе строительных работ. Каменная кладка — чрезвычайно старая структурная система, которая, тем не менее, благодаря последовательным технологическим достижениям может быть весьма желательной для городов будущего.
