Борис Николаев - Физические начала архитектурных форм

Эти вопросы ещё слишком мало разработаны в науке и почти до самого последнего времени остава¬лись в пренебрежении. Вот почему, в силу необхо¬димости, мне пришлось оставить чисто историческую почву и попутно разобрать, хотя и приблизительно, такие вопросы, которые, казалось бы, не имеют прямого отношения к. тому, что называется художественной архитектурой.

В силу необходимости также, разбирая эти во¬просы, приходилось ограничиваться лишь намёками, лишь, так сказать, общими очертаниями их решения. Современные теории механики оказались слишком гро¬моздкими для объяснения действительности; поэтому пришлось встать на другую точку зрения и данными механики пользоваться лишь как средством, для при¬ближённого указания того пути, по которому можно дойти до более точных и простых решений вопросов, предъявляемых действительностью.

Эти отступления выяснили для меня достаточно, что вопрос о хронической деформации важен не только в художественно-археологическом отношении. Так как вопрос о формах художественной архитектуры не покрывает всё в общей экономии раз-витая человеческого сознания, то обойти совершенным молчанием те выводы, к которым я пришёл при решении этих попутных вопросов, я считаю неудобным, и позволяю себе указать на них хотя бы в общих чертах.

Мною уже было замечено, что существующая теория упругости в своём практическом применении почти не считается с вопросом о деформации, как функции времени, между тем как, очевидно, никакое перемещение вне времени невозможно. Мною были ука¬заны и ошибки, могущие проистекать отсюда при определении коэффициентов. Вообще не следует забывать, что современные физические законы скорее следовало бы назвать математическими. Действительность же почти нигде, а может быть и вообще нигде,

не отвечает тем простым зависимостям, которые положены в основу современных исследований и определения различных коэффициентов. Ошибки же, происходящие отсюда в вычислениях,

могут быть довольно заметны, могут иметь на практике значение, с которым нельзя не считаться.Физики в своих теориях уже начинают считаться с этими отступлениями, но в строительной практике ввиду недостатка времени, а также и по причине сложности современных теорий эти поправки совершенно невоз¬можны. Потребность соединить все механические теории в одно целое, а главное простое и отвечающее действитель¬ности, уже давно чувствуется в технической практике.

И вот на основании рассуждений, которые помогли мне уяснить некоторые явления действительности, я пришёл к выводу, что изучение явлений хронической деформации с теоретической стороны, несмотря на кажу¬щуюся их сложность, может привести к такому упрощению существующих теорий, дать большее соответствие результатов расчётов теоретических с результатами, получаемыми в действительности.

Но даже и теперь, не дожидаясь этого счастливого времени, уже можно кое-что сделать, довольствуясь эмпи¬рическими данными и теми хотя бы приближёнными истинами, которыми обладает современная строительная механика.

С одной стороны, изучая эмпирически деформацию данной формы, как функцию времени, можно выискать наиболее выгодную в смысле долговечности и вида разрушения конструкцию, с другой – можно определить время и форму будущего разрушения зданий уже существующих.

Конечно, деформация существует и устранить её мы не имеем возможности, но далеко не всё равно, как именно будет происходить деформация и в ка¬кое время здание перестанет отвечать своим целям. В самом деле: арка, имеющая при построении своём достаточные опоры, при некоторых условиях с течением времени будет развивать всё больший и больший распор и может случиться, наконец, что этот распор опрокинет опоры и произойдёт, так сказать, ocтрое разрушение здания.

Вероятно это и было истинной причиной разрушения Венецианской колокольни Св. Марка, где разрушающую силу могли представлять ползучие, спиралеобразно идущие своды лестниц. В "St. Petersburger Zeitung", в заметке но поводу этой катастрофы было приведено, что башня со времени своего построения стала на 70 сант. короче. Уже это одно могло вызвать значительное увеличение распоров, так как горизонтальные соста-вляющие возрастают пропорционально cotg угла наклона свода, то есть при малых углах очень быстро. Несо¬мненно, что если башня будет реставрирована с её первоначальной конструкцией, то ей предстоит та же судьба, что и бывшей, как бы тщательно она ни была сделана.

Но могут быть случаи, когда деформация не даст разрушения такого острого характера. При некоторых условиях, понятных из того, что было сказано по поводу образования стрельчатой или вытянутой кверху формы арки, арка с течением времени может уменьшать свой распор, причём опоры будут принимать посте¬пенно направление, приближающееся к кривой давления. Такая арка будет деформироваться вполне плавно вплоть до своего совмещения с землёй. Таким образом, острого разрушения, а следовательно и опасности, свя¬занной с ним, в этом случае не будет; кроме того, очевидно, такая форма будет более долговечна.

Эти соображения важны не только при возведении новых зданий, но и для сохранения зданий уже существующих, а особенно памятников, имеющих исто¬рическое значение. В существующих зданиях соот¬ветственным ремонтом мы имеем возможность пере¬вести начавшийся острый вид деформации в плавный, и тем самым не только предотвратить опасности неожиданной катастрофы, но и сохранить само здание на более продолжительное время.

Для изучения же изменения формы в существующих зданиях можно, например, прибегнуть к сле¬дующему способу: выбрав несколько или хоть две определённые точки на здании и измерив тщательно расстояния между ними, можно повторять эти измерения через определённые промежутки времени. Нанеся ре¬зультаты полученных измерений на график, как функцию времени, по характеру кривой, которая полу¬чится при этом, можно будет судить о ходе деформации в данном сооружении и даже, экстраполируя, можно определить, хотя бы приблизительно, время разрушения.

Например, определив расчётом, при каком имен¬но наклоне башни равнодействующая её веса выйдет из площади (точнее из ядра сечения). основания, и получив вышеуказанным способом график этого уклона, мы определим то время, дольше которого башня не выстоит ни в каком случае. Подобный расчёт можно было бы сделать, например, относительно московской колокольни Ивана Великого, наклон кото¬рой становится уже весьма заметным.

Такой эмпирический способ непосредственного измерения зданий удобен ещё тем, что он обнимает со¬бою все происходящие в здании деформации, от какой бы причины они не происходили: от колебаний ли тем¬пературы, от осадки, выветривания, химических изменений материала или ещё от каких либо причин. Точно также при этом способе не играет роли и разнород¬ность материалов, входящих в состав конструкций.

Об этой разнородности следует сказать несколько слов. Как и следовало ожидать, различные материалы обладают различной способностью к деформации: одни деформируются быстрее, другие медленнее, причём это свойство не находится в определённом отношении ни с их твёрдостью, ни с их коэффициентами упру¬гости или теплового расширения, ни с их плотностью.

Например, канифоль деформируется быстрее воска, хотя твёрже его, а бетон деформируется значительно быстрее железа, хотя обладает почти равным ему коэффициентом теплового расширения. Это последнее свойство бетона, как известно, дало начало особым железобетонным конструкциям, так распространённым в настоящее время. При расчёте их совершенно не принимается во внимание хроническая деформация того и другого материала. Весьма вероятно, что сравни¬тельно нередкие случаи загадочного по условиям разрушения железобетонных конструкций имеют именно эту причину.

При повышении же температуры способность железа деформироваться, по-видимому, возрастает весьма быстро, что и объясняет такую малую огнестойкость железобетонных сооружений. Практика уже давно отметила это и выработала средства для борьбы с этим недостатком, состоящие главным образом в возможно лучшем укрытии железа от непосредственного действия огня. Не входя в дальнейшие рассуждения, всё-таки следует сказать, что железобетонные сооружения никогда не оправдают их расчётной прочности, если при расчёте не принято во внимание медленное, но постоянное изменение их формы, которое весьма раз¬лично у железа и бетона.

Вообще следует по мере возможности избегать смешения материалов в тех случаях, где совокуп¬ность их играет роль целого, как например в облицованных другим материалом кирпичных стенах, железобетонных балках и тому подобных конструкциях. Но даже и тогда, когда другой материал играет вполне определённую роль, как например в связях, вводит его следует с большой осторожностью. Если, действительно, умелым распределением связей можно остановить начавшуюся острую деформацию в здании, то наоборот, неумелое распределение их может создать таковую.