История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

В 1902 году на Бродвее появилось еще более известное здание – Фуллер-Билдинг. В нем было установлено шесть гидравлических лифтов, которые в 1950-х годах еще эксплуатировались. Среди многих других небоскребов города Нью-Йорк наиболее известны Эквитабл-Билдинг и Вулворт-Бил-динг, построенные в 1913 году. В течение 15 лет 760-футовое здание Вулворт-Билдинг было самым высоким сооружением в мире, за исключением Эйфелевой башни, которая «обогнала» его на 200 футов. В 1950-х годах в Нью-Йорке насчитывалось более 30 зданий, высота которых превышала 500 футов, в Чикаго – 9, в других американских городах – 10. Эти здания в разной степени иллюстрируют определенные инженерные проблемы, которые только начали вырисовываться в конце XIX века. Речь идет о проблемах фундаментов, устойчивости при сильных ветровых нагрузках, лифтов, водоснабжения, канализации, обогрева, вентиляции и распределения электроэнергии. В самых ранних небоскребах почти не было бетона. На пороге нового столетия, когда стал доступным американский портландцемент, американские архитекторы и инженеры начали строить здания из железобетона. Железобетонные небоскребы успешно конкурируют со стальными каркасами в зданиях умеренной высоты.

С 1931 года Эмпайр-Стейт-Билдинг (рис. 14.2) В Нью-Йорке стал самым высоким зданием в мире – 1250 футов. Он превзошел здание компании «Крайслер» в Нью-Йорке более чем на 200 футов. Высота этих двух зданий превысила высоту Эйфелевой башни. Эмпайр-Стейт-Билдинг определенно стал важной вехой в создании небоскребов, кульминацией развития строительной отрасли, которое началось пятью десятилетиями раньше.

Рис. 14.2. Эмпайр-Стейт-Билдинг

Его беспрецедентная высота породила ряд проблем, связанных с устойчивостью здания. Его фундамент опирается на коренную породу на глубине более 50 футов под уровнем земли. Площадь фундамента – более двух акров. Его общий вес – 302 000 тонн – распределен на более чем сотню катаных стальных колонн, самая крупная из которых передает нагрузку 5000 тонн вниз на фундамент. Колонны опираются на широкий и прочный железобетонный фундамент, установленный на коренной породе. Каркас гибкий и имеет достаточные ветровые связи. Вершина здания отклонялась в сторону на 1½ дюйма при ветре, достигающем 100 миль в час. Стальные колонны подвергались постоянному сжимающему напряжению от веса конструкции, поэтому 85-й этаж на 6½ дюйма ниже, чем если бы не было напряжения сжатия.

Система водоснабжения состояла из ряда резервуаров для воды, расположенных на разных уровнях. Если бы она не была разделена таким образом, водопроводный кран на нижнем этаже находился бы под давлением 600 футов на квадратный дюйм, что слишком много даже для современного водопровода. В здании установлены собственные водяные насосы. Вода Кэтскилла, текущая под действием силы тяжести, могла бы обеспечить только первые этажи. Паровые трубы также породили проблемы, поскольку расширялись при нагревании. Радиаторы на верхних этажах, при жестком прикреплении к вертикальным подающим трубам без возможности расширения, поднялись бы больше чем на фут от пола, когда трубы горячие. В здании 69 электрических лифтов, из них 63 предназначены для пассажиров. Их максимальная скорость 1000 футов в минуту. Эмпайр-Стейт-Билдинг был полностью готов к сдаче 1 мая 1931 года, через 14 месяцев после начала строительства – воистину рекордная скорость. В разгар работ в них участвовало 3400 рабочих 50 различных специальностей. Работы велись одновременно на 104 этажах.

Подвесные (висячие) мосты

В большинстве мостов, как и в небоскребах, много конструкционной стали. Первые стальные мосты, описанные в главе 10, появились раньше небоскребов. Как и небоскребы, крупные стальные мосты XX века являются настоящими инженерными достижениями; в их проектировании и строительстве задействован большой инженерный, научный, административный опыт. Бруклинский мост датирован 1883 годом. Его пролет – 1595½ фута был превзойден консольными пролетами Форт-Бридж в Шотландии, но не подвесными мостами. Более длинный подвесной Вильямсбургский мост был построен только в 1903 году через Ист-Ривер. Его пролет всего на несколько футов больше, чем Бруклинского моста. В 1924 году был построен несколько более длинный, но намного более легкий мост Бир-Маунтин-Бридж, который пересек Гудзон в 40 милях к северу от Нью-Йорка.