Конструкции, или почему не ломаются вещи - Гордон Джеймс Эдвард (читаем книги онлайн бесплатно без регистрации .txt) 📗

Рис. 94. В храмах V в. крышу удавалось соорудить без использования ферм.

Наиболее простым видом ферм, используемых для перекрытий, является конструкцияА-образной формы, появившаяся в Средние века. Нижнюю часть фермы, воспринимающуюгоризонтальные нагрузки, строители называют ригелем. Обычно не представляеттруда найти для ригеля достаточно длинные бревна, чтобы сделать простуютреугольную ферму (рис. 95) для небольших пролетов.

Однако уже двухэтажные дома с такими перекрытиями непропорциональныи выглядят довольно нелепо. При этом бесполезно пропадает большое пространствопод крышей. Поэтому строители стараются более высоко располагать ригель,что позволяет размещать внутри крыши комнаты, используя, где необходимо,слуховые окна. Но у ферм с высоко расположенными ригелями под действиемвеса крыши выгибаются и пружинят стропила, создавая боковую нагрузку настены (рис. 96), что в конечном счете может дорого обойтись. Чем выше расположенригель, тем, естественно, эта опасность больше.

Рис. 95. Обычный двухэтажный дом

Рис. 96. Последствия использoвания фермы с высоко поднятым ригелем(преувеличено, но не слишком).

Серьезной проблемой было сооружение крыши для средневековых залов исоборов, имевших зачастую большие пролеты. Использование в них ферм, возможно,было бы дешевле, чем сооружение арочных или куполообразных сводов. Однако,окажись даже под рукой достаточно длинные бревна для ригелей и стропил,они нависли бы почти над головой и весь архитектурный эффект зала или нефабыл бы потерян, в частности, были бы закрыты большие восточное и западноеокна. Поскольку в те времена внешнему виду придавали большее значение,чем функциональности, то строители континентальной Европы оставались вернымикаменным сводам, используя для поддержки арочных крыш изощренную и дорогуюсистему контрфорсов.

В этой связи интересно отметить, что английские строители выработаликомпромиссный вариант деревянной крыши, который можно назвать скорее гениальным,чем научно обоснованным: перекрытие с подблочником (рис. 97).

Рис. 97. Компромиссный английский вариант перекрытия.

Подобные крыши больших зданий стали в Англии довольно популярными; их можноувидеть на таких зданиях, как Вестминстер-холл, и на многих колледжах Оксфордаи Кембриджа, а также на некоторых больших частных домах. Выглядят они оченьхорошо и этим, вероятно, отчасти обязаны тем возможностям, которыепредоставляют в распоряжение резчиков по дереву многочисленные "суставы" ферм.Почитатели Дороти Сойерс вспомнят приключения Питера Вимсея среди ангелов ихерувимов, вырезанных на деревянных балках церкви св. Павла вФенчерче [78].

От обычных стропил с высоким ригелем перекрытие с подблочником отличаетсятем, что в нем точка приложения распирающего давления к наружным стенамсущественно смещается вниз, а это уменьшает опасные смещения линии давления.Хотя этот тип перекрытий хорошо себя зарекомендовал на практике, континентальныеархитекторы никогда им не увлекались и вне Англии он применялся считанноечисло раз.

В традиционных деревянных фермах соединения обычно выполнялись с помощьюдеревянных нагелей, а иногда железных хомутов. Такие соединения вообще-тоне отличаются особыми качествами, но главным требованием к таким конструкциямбыла скорее жесткость, чем прочность.

В больших современных сооружениях - заводских цехах, ангарах и складах- фермы перекрытий часто делаются из стальных деталей, например уголковогопрофиля, и в этом случае особых проблем с прочностью соединений не возникает.В небольших домах фермы перекрытия в наши дни почти всегда делают деревянными,обычно брусья выбираются минимально возможной толщины. Жесткости потолочныхбалок порой может хватать только на то, чтобы с потолка не сыпалась штукатурка.При модной сейчас переделке чердака в дополнительную комнату наибольшиеосложнения сулит недостаточная жесткость пола. Хотя балки перекрытия едвали треснут, вес людей и мебели может вызвать серьезные и дорогостоящиеповреждения дома. Мастерам-любителям это полезно иметь в виду.

Фермы в кораблестроении

Корабелы использовали фермы разных типов за много столетий до того, как к тойже идее пришли строители и архитекторы. Почти все трактаты по историисудостроения начинаются с древнеегипетских лодок, предназначенных для плаванияпо Нилу. Как уже было известно пророку Исайе, они делались из плотно связанныхвоедино снопов тростника. Их возникновение относится к временам более древним,чем времена Исайи (около 740 г. до н. э.) - IV-III тысячелетиям до нашей эры.Подобные лодки используются и сейчас на Белом Ниле, а также на озере Титикака вЮжной Америке. Эти лодки приобретали нужную форму, если можно так выразиться,естественным путем - за счет того, что снопы тростника суживаются к концам. Ихдлинные концы часто стягивались так, что они загибались кверху и служилиукрашением носа и кормы. С незначительными изменениями эта форма сохранилась идо наших дней у средиземноморских гребных лодок, в частности у венецианскихгондол и мальтийских джайс.

Хотя плавучесть судна обеспечивается в основном средней частью корпусаи в меньшей степени его суживающимися концами, сознание этого никак неслужит препятствием для установки тяжелых грузов на носу и корме корабля.В результате судно выгибается - середина его корпуса поднимается, а носи корма погружаются в воду - в противоположность фермам и мостам, где серединафермы, наоборот, провисает ниже уровня ее концов. И хотя выгибание и провисаниеотличаются прямо противоположными направлениями нагрузок и прогибов, кобоим случаям применимы одни и те же законы и рассуждения.

С конструктивной точки зрения корпус судна - это та же балка, и результатдействия выгибающих сил на податливый корпус тростниковой египетской лодкисовершенно очевиден. Выгнутая лодка производит не лучшее впечатление, даи многие другие не менее важные причины не позволяли с этим мириться, такчто уже в 3000 г. до н. э. приходилось принимать какие-то меры. Египтянерешили эту проблему чрезвычайно остроумно. Они придумали систему, котораясостояла в следующем. Крепкий канат протягивали по верху вертикальных стоек,а петлями на его концах охватывали нос и корму. Канат можно было натягиватьс помощью некоторой разновидности "испанского ворота", скручивая его (иукорачивая там самым) с помощью продетого в петлю рычага. Таким способомможно было придать большой тростниковой лодке ту степень кривизны (или"прямизны"), которую захочет шкипер (рис. 98).

Рис. 98. Египетское морское судно (2500 г. до н. э.). Оно сделано из дерева,но сохранило характерные для тростниковых лодок вертикальные детали на носу икорме. Отдельные доски очень коротки и плохо соединены между собой, поэтомукорабль сохранил также традиционную египетскую выгнутую форму (обратитевнимание на А-образную мачту).

По мере развития кораблестроительного искусства египтяне, оставив тростник,принялись строить свои корабли из дерева. Поскольку доски были достаточнокороткими, а соединения довольно хлипкими, описанное выше изгибающее устройствооставалось по-прежнему необходимым.

Греческие корабелы оказались искуснее египетских, они строили превосходныетриремы, боевые галеры, составляющие основу морской мощи Афин. Но делалисьони из таких же коротких досок, их корпуса легко прогибались и давали течь.Для борьбы с этим греки использовали устройство, основанное на том же принципе,но в несколько усложненном виде. Они изобрели так называемую гипосому.Прочный канат проходит снаружи вокруг всего корпуса корабля чуть ниже палубыи стягивается все тем же испанским воротом в той мере, в какой это нужнокормчему.