ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

Наука-строительству

Опыт прошлого - настоящему

Среди многочисленных отраслей науки есть и такие, которые целиком поставлены на службу строительству. Так, инженерная геология устанавливает механические свойства различных грунтов - оснований зданий и сооружений; сейсмология изучает, как ведут себя постройки при землетрясениях. А в связи с необходимостью строительства крупных сооружений на грунтах, скованных вечной мерзлотой, возникла новая наука - мерзлотоведение.

260 лет назад замечательный русский изобретатель И. П. Кулибин проверил на модели прочность предложенного им 300-метрового арочного моста через Неву. Современники с недоверием отнеслись к его работе. А сегодня строители уверенно воздвигают в натуре самые сложные конструкции, рассчитанные и проверенные электронными машинами с помощью моделей. На снимке справа: испытания модели покрытия крупного цеха.

Особое место среди этих наук занимает строительная механика, изучающая принципы и методы расчета сооружений на прочность и устойчивость, без которых невозможно обеспечить ни надежность, ни долговечность наших построек. О расчетах сооружений на прочность уже говорилось в разделе о конструкциях. Проблема устойчивости - сохранения расчетной схемы сооружения в процессе его строительства и эксплуатации - встала перед строителями сравнительно недавно. В древности здания и сооружения строились не по расчету, а только на основании накопленного опыта, с очень большими запасами прочности. Конструкции получались в сотни раз прочнее, чем требовалось, а потому непредвиденные, случайные воздействия в большинстве случаев проходили для конструкций незаметно, не вредили им. Но когда начали строить более рационально, без 'излишних запасов прочности, любые ошибки, неумение предвидеть, как будет работать сооружение в тех или иных условиях, приводили к аварийному состоянию и даже разрушению конструкций. Так, в 1879 г. в Англии обрушился металлический мост через реку Тей, конструкторы которого предусмотрели 20-кратный запас прочности на действие полезной нагрузки, но не учли скорости и силы постоянно дующих в тех местах ветров. А они за 4 месяца расшатали мост настолько, что пришлось усиливать его конструкцию, и все-таки через полтора года он рухнул.

Различные аварии и катастрофы вообще были поучительны для развития строительной науки. Например, то, что высокие температуры резко снижают прочность металлических конструкций, обнаружилось... во время грандиозного пожара 1904 г. в американском городе Балтиморе. Опасность применения излишнего количества воды при приготовлении бетонной смеси стала очевидной после того, как в 1902 г. обрушилось железобетонное здание в Вазеле.

А в 1958 г. в Рио-де-Жанейро рухнуло 10-этажное каркасное здание: оказалось, что в расчете фундаментов были допущены ошибки, которые и привели к неравномерным осадкам разных частей здания.

В наши дни ученые большую часть своих расчетов проверяют, испытывая или опытные образцы конструкций, или модели будущего здания или сооружения, выполненные во много раз меньше натуральной величины. Процесс испытания называется экспериментальной проверкой. Опытный образец или модель подвергается таким воздействиям, которые достаточно точно воспроизводят всевозможные реальные условия работы. А математики разработали методы теоретического моделирования различных процессов, и сегодня некоторые эксперименты ведутся не на стендах и полигонах, а на ЭВМ.

Часто ошибки в расчетах не ведут к авариям, но значительно удорожают строительство или ухудшают условия эксплуатации готовых зданий. Избежать их помогают, например, такие разделы строительной физики, как теплотехника, акустика, светотехника.

Существуют дисциплины, изучающие вопросы экономики строительства. Затраты на строительство в нашей стране настолько велики, что, сэкономив, например, только 5% при выполнении программы жилищного строительства в девятой пятилетке, можно обеспечить дополнительно жильем 2 млн. человек. Все достижения ученых обобщены и закреплены в нашей стране в многотомном сборнике "Строительные нормы и правила", который сокращенно называется СНиП. На страницах СНиПа подробно рассказывается о методах расчета конструкций, о свойствах материалов, о стоимости строительства и о многом, многом другом. СНиП - это свод законов строительства.

Сборочный цех-автомат под открытым небом - так представляют строители стройку будущего. Оператор координационного центра отдает указания самоподъемному крану 1, который собирает центральный опорный ствол 13 я подвесные конструкции 2, устанавливает на них квартирные блоки 3.

Вертолет монтирует опорные колонны 4 и фермы 5 дома-"этажерки", на "полку" которого портальный кран в ставит очередную блок-квартиру 7. А телеэкраны показывают оператору моменты монтажных работ 8, 9, 11, прокладку подземных коммуникаций 10, связывают его с соседними стройками 12.

Наше завтра решается сегодня
Наука не только помогает строителям справиться .с их сегодняшними трудностями, но и решает, как мы будем строить завтра. Уже намечены основные пути: полная индустриализация строительства, механизация всех производственных процессов, автоматизация, применение электронной вычислительной техники, новые принципы конструирования...

Есть еще и нерешенные проблемы. Одна из них -из чего мы будем строить. На 1 м³ обычного кирпичного дома расходуется около 700 кг различных материалов. При каркасно-панельном строительстве эта цифра уменьшается до 300 кг. А при применении пластмасс и эффективных теплоизоляционных материалов на 1 м³ здания расходуется только 25 кг материалов. В результате 28 квартир будут весить столько же, сколько одна,- при традиционных методах строительства. Это значит: возрастет в десятки раз производительность грузоподъемных машин, меньше потребуется транспортных средств, уменьшится количество людей, занятых на стройке.

Или такая проблема: как наиболее полно использовать все заложенные в том или ином материале возможности? Оказывается, сталь при особых методах ее изготовления и обработки может стать в десятки раз прочнее. Легко понять, какие выгоды это сулит строителям.

И решать эти проблемы надо быстро, чтобы уже сегодня можно было начать возводить те заводы, которые понадобятся строителям завтра, чтобы уже сегодня начать по-новому учить тех, кто завтра придёт на стройку. Именно поэтому в чертежах, в математических расчетах, в лабораториях ученых уже сегодня разрабатывают необыкновенные конструкции, неслыханные приемы работ, невиданные материалы будущего. Пройдет время, и мы, возможно, увидим, как...

Как и сегодня, стройка нового городе, будет начинаться с земляных работ. Но как непохожи они на нынешние! Вместо экскаваторов и бульдозеров -бесшумные ультразвуковые, электроискровые, лазерные установки. Вместо самосвалов - трубопроводы и транспортеры. И никаких траншей - машины-кроты пробивают туннели коммуникаций прямо под землей и сами же прокладывают в них трубы и кабели.

Химия - один из основных работников стройки будущего. С ее помощью вспучивают грунты в выемках, выравнивая их без дополнительного подвоза земли, закрепляют слабые, сыпучие породы, нагнетая в их толщу цементирующие добавки с помощью специальных устройств - иглонасосов.

Людей на площадке почти не видно - все работы выполняют машины, которые или действуют самостоятельно, или управляются по радио. Самое оживленное место стройки - координационно-вычислительный центр, где диспетчер и его помощники -операторы руководят всеми делами строительства.

Конструкции зданий и сооружений и методы их возведения самые разнообразные.

Некоторые дома "растут", как необыкновенные фантастические растения: сначала поднимается опорный ствол с лестницами, лифтами и другими коммуникациями, а потом он "обрастает" объемными блоками комнат и квартир. Эти дома задуманы таким образом, что жилые этажи не опираются друг на друга, а подвещены к центральному стволу, как игрушки на елке. Такие подвесные конструкции можно формовать из легких синтетических материалов. Ведь основные нагрузки несут не стенки блоков, а тросы, на которых они подвешены.

Другие сооружения - каркасные. Они похожи на гигантскую этажерку, на полках которой стоят не книги, а те же объемные блоки - изготовленные на заводе комнаты или квартиры. И если такой блок устареет или выйдет из строя, его можно вынуть и заменить новым.

Здания и сооружения будут не только собираться из готовых элементов. Некоторые из них будут... шить, как костюмы. Из специальных материй точно по форме будущего здания раскраивается и сшивается оболочка. На стройплощадке она расстилается, крепится к земле и заполняется под давлением вспенивающейся и быстро твердеющей пластмассой. Такая оболочка легка, удобна в работе и выполняет одновременно роль и формы, и отделочного слоя.

И наконец, еще более оригинальное сооружение -спортзал без... стен и крыши. Защищают болельщиков и спортсменов от дождя и снега воздушные струи - мощные насосы-компрессоры в непогоду устраивают над трибунами и спортплощадкой воздушную завесу. А зимой этот "воздушный замок" обогревается инфракрасными излучателями. В таком строительстве главная работа не возведение конструкций, а монтаж оборудования.

Сооружения самых разнообразных и непривычных форм, легкие, многоцветные, утопающие в зелени, отражающиеся в живописных водоемах; дома, напоминающие покрытые садами холмы или раскрытые к небу и солнцу гигантские воронки, дома-мосты и другие причудливые здания - таким .представляется сегодня яркий мир города будущего архитекторам и конструкторам.