Железный каркас: история, применение и эволюция в строительстве
Железный каркас — это инженерное решение, которое стало важным этапом в развитии строительства. Этот термин описывает использование чугуна или кованого железа в качестве основных элементов конструкции зданий, таких как колонны и балки. В 19 веке железный каркас был популярен, но с началом 20 века его вытеснил стальной каркас, который оказался более прочным и универсальным.
Чугун: начало эры железного каркаса
Чугун стал первым материалом, который массово использовался для создания железных каркасов. Его применение началось в 1770-х годах, и первым многоэтажным зданием с чугунными колоннами и балками стала льняная фабрика Дитерингтона в Шрусбери, построенная в 1797 году.
Колонны из чугуна соединялись на уровне пола и иногда скреплялись болтами. Более длинные балки состояли из секций, которые также фиксировались болтами. Изначально жесткость конструкции достигалась за счет каменной кладки, заполнявшей проемы в каркасе. Однако с 1844 года начал применяться так называемый жесткий каркас, который был устойчив сам по себе. Примером такого подхода стала пожарная часть при Портсмутской верфи.
Чугун обладает высокой прочностью на сжатие, что делает его идеальным материалом для колонн. Сначала использовался крестообразный профиль, который позже был заменен полыми круглыми колоннами и двутавровыми балками. Однако чугун не так хорошо справляется с растяжением, что ограничивало его применение в балках. Чтобы компенсировать этот недостаток, нижнюю полку двутавровой балки делали шире, чем верхнюю, так как именно она испытывает наибольшее напряжение.
Несмотря на эти ухищрения, чугун в балках быстро уступил место кованому железу. Этот переход ускорился после катастрофы на мосту Ди в 1847 году, которая продемонстрировала недостатки чугуна в условиях высоких нагрузок.
Кованое железо: шаг вперед
Кованое железо имеет долгую историю использования в строительстве. Еще в классической античности из него изготавливали скобы и другие элементы. В 19 веке кованое железо стало активно применяться в строительстве зданий.
Первая крыша из кованого железа была установлена в 1837 году на железнодорожной станции Юстон в Лондоне. Балки и фермы изготавливались из кованого железа двутаврового сечения. Однако для колонн кованое железо использовалось редко, так как чугун был прочнее при сжатии и дешевле.
Типичное здание с железным каркасом во второй половине 19 века имело чугунные колонны и балки из кованого железа. Примером такого подхода стал Хрустальный дворец, построенный в 1851 году. Его колонны и короткие фермы были изготовлены из чугуна, а для более длинных балок использовалось кованое железо.
Еще одним интересным примером является Лодочный магазин, также известный как «Сарай 78», построенный в 1858–1860 годах. Это здание имело жесткий каркас из чугунных колонн и балок из кованого железа. Внутренние стены отсутствовали, а наружные были выполнены из листового металла. Устойчивость конструкции обеспечивалась исключительно за счет жестких соединений колонн и балок.
Преимущества и недостатки железного каркаса
Железный каркас стал важным шагом в развитии строительства, но у него были как преимущества, так и недостатки.
Преимущества:
1. Прочность. Чугун и кованое железо обладали высокой прочностью, что позволяло создавать более высокие и просторные здания.
2. Огнестойкость. Железные конструкции были менее подвержены возгоранию по сравнению с деревянными.
3. Гибкость проектирования. Использование железного каркаса позволяло архитекторам создавать более сложные и оригинальные конструкции.
Недостатки:
1. Хрупкость чугуна. Чугун, несмотря на свою прочность на сжатие, был хрупким и мог разрушаться при растяжении или ударных нагрузках.
2. Коррозия. Железо подвержено коррозии, что требовало дополнительной защиты и ухода.
3. Ограниченная длина балок. Балки из чугуна и кованого железа имели ограниченную