Зарождение и основные этапы развития промышленного дизайна как новой универсальной творческой профессии.
Споры историков искусства и культуры, архитекторов и художников, писателей и эстетов первой половины XIX в. о поиске «синтетического» стиля или использования любых стилевых достижений прошлого. Два подхода к достоинству промышленной продукции: в открытости его формы и соответствии потребностям вкуса. Два подхода к использованию орнамента. Ульям Дайс: необходимое дополнение для создания завершённого промышленного продукта, скрытия недостатков в отделке и не качественности отливок. Орнамент в промышленном искусстве – фальшь, искажение правды материала (дерева, камня) в чугунных литых изделиях. Две концепции в мире дизайна в условиях его зарождения и массовой индустриализации производства. Первая концепция: идея возврата к ремесленному производству, к целостности продукта, создаваемого одним мастером (Дж. Рескин, Уильям Моррис), как преодоление разрыва между эстетической формой и функцией в условиях промышленной революции и реформирования искусства и ремесла. Вторая концепция - поддержка промышленности путём пропаганды лучших образцов стиля и декора для рекомендации производству.
Дизайн и развитие: художественных проектных программ, массовой промышленности, инженерного проектирования и науки. Кризис художественной ситуации в области формообразования предметного мира – причина появления дизайна.
Корни промышленного дизайна уходят к началу XIX века, в эпоху появления массового машинного производства и разделения труда. До промышленной революции в труде ремесленника дизайн непосредственно сочетался с изготовлением изделия. С приходом века индустриализации дизайнер стал создавать прототипы изделий, которые с помощью машин производили другие люди. Практика раннего дизайна была весьма примитивной. Функциональностью и экономичностью производимой продукции занимались инженеры, а дизайнеры отвечали лишь за ее эстетический вид. Оказалось, что дизайнеры должны создавать прототипы массового машинного производства, предварительно изучив технологию современного производства и свойства материалов. Промышленный дизайн как самостоятельная профессия впервые появился в Соединенных Штатах, где формирование общества массового потребления началось раньше, чем в Европе. Такие потребительские товары, как автомобили, стиральные машины, холодильники, радиоприемники, бытовые электроприборы, в 20-е годы стали доступными большинству американцев. В начале 30-х годов бизнесмены стали нанимать художников, графиков и театральных декораторов для придания товарам внешнего вида, который привлекал бы покупателей. Назначению изделий и простоте обращения с ними придавали столь же важное значение, как и их внешнему виду. В скором времени дизайнерские фирмы стали набирать в штат чертежников, модельщиков, инженеров, архитекторов и специалистов по изучению рынка. В послевоенные годы в истории дизайна наметились две тенденции. Приверженцы первого направления считали, что моральный долг дизайнеров - способствовать эстетическому развитию публики, тогда как другие, придерживаясь демократических взглядов, стремились дать публике то, что она, скорее всего, желала получить и что определялось коммерческим успехом. В 50 - 60-х годах дизайнерские фирмы, стремительно развиваясь, использовали свой талант не только для оформления товара, но и для его упаковки, для оформления интерьеров торговых помещений, витрин, выставок, средств общественного транспорта, для изготовления фирменных знаков, логотипов, фирменных канцелярских бланков, для разработки общей концепции имиджа данной корпорации. Один из самых упорных и трудолюбивых мастеров из поколения основателей дизайнерской профессии Генри Драйфус стал одним из основателей науки эргономики, начав изучение человека и групп людей в целях оптимизации процесса труда.
Промышленные выставки XIX в. и их вклад в развитие дизайна.
Промышленная революция конца XVIII – начала XIX в., замена мануфактурного и ремесленного производства крупной машинной промышленностью. Появление технического мира, массового производства наукоёмкой техники, разнообразных дешёвых и высококачественных товаров. Три этапа в промышленной революции: появление машин в текстильном производстве, изобретение паровой машины, применение машин в машиностроении.
Промышленная революция и начало дизайна как особого вида проектно-художественной деятельности в условиях массового индустриального производства.
Хрустальный дворец, построенный в Англии в викторианскую эпоху, был одним из тех сооружений, которые оказали заметное влияние на последующее развитие архитектуры. Новаторские архитектурные приемы, необычность назначения и форм, поражающие воображение размеры - все это ставит его в один ряд с выдающимися памятниками архитектуры, такими, как Пантеон, храм Св. Софии в Стамбуле и храм Сен-Дени аббата Сугерия. Как и у этих более ранних сооружений, конструкция Хрустального дворца выходила за рамки традиционной для того времени строительной практики, что породило в архитектуре новые формы и эстетические принципы.
Большинство современников, однако, воспринимали Хрустальный дворец не как архитектурное творение, а как рядовую постройку, лишенную стиля и красоты. Для Англии викторианской эпохи привычными были массивные, монументальные формы, воплощенные в дереве и камне.
В наше время архитекторы и искусствоведы восхищаются как раз той простотой внешнего облика Хрустального дворца, которая предвосхитила "фабричную эстетику" начала XX в. и ясность формы, характерную для современной архитектуры многих стран. В то же время усиленное подчеркивание таких формальных черт в архитектуре дворца заслоняет значительность использовавшихся при его создании конструктивных новшеств, которые оказали более сильное влияние на последующее развитие строительной техники, чем внешние формы.
Хрустальный дворец был построен в 1851 г. в лондонском Гайд-парке и предназначался для размещения Первой всемирной выставки промышленной продукции. В 1852 г. он был разобран и перенесен на восточные склоны Сайденхемского холма, где простоял с 1854 по 1936 г., когда был уничтожен пожаром. Для четырех поколений англичан он был местом развлечения, центром демонстраций достижений техники и искусства; в нем устраивались концерты и давались обеды,
Огромное внутреннее помещение построенного в Гайд-парке дворца было лишено перегородок. В нем свободно размещались для показа образцы всех видов промышленной продукции развитых стран. Инициатором проведения выставок был Генри Коул, видный государственный деятель, неутомимый предприниматель и незаурядный конструктор. Проведение этого грандиозного мероприятия было санкционировано принцем Альбертом, и в его организации принимало участие Королевское общество искусств Автором проекта самого здания был Джозеф Пакстон, сын фермера, который с 1826 г. служил управляющим садов у герцога Девонширского. Судьба свела Пакстона с Коулом, принцем Альбертом и членами Королевского общества искусств. Сам Пакстон был малообразованным человеком, но отличался незаурядными организаторскими способностями. Сооружение Хрустального дворца обеспечило ему дворянское звание и место в парламенте.
13 марта 1850 г., примерно за год до открытия выставки, комиссия по ее строительству объявила конкурс на лучший проект выставочного павильона. По условиям конкурса это временное здание должно иметь простую планировку и экономичную конструкцию, допускающие его быстрое возведение, разборку и увеличение полезной площади, Здание должно быть одноэтажным, собрано из огнестойких материалов, с освещением через крышу и занимать площадь около 8 га.
Предельный срок для представления проектов был назначен на апрель 1850 г. Из 245 проектов, предложенных к тому времени, ни один не был признан подходящим. Комиссия приступила к разработке собственного проекта. Проектируемый павильон представлял собой здание из кирпича усложненной конструкции с большим металлическим куполом в центре. Но и этот проект не удовлетворял условиям конкурса. И все же его представили на рассмотрение. В тот момент, когда шло его активное обсуждение с участием членов парламента, в спор вмешался Пакстон. Он получил заверение 7 июня, что еще одно предложение будет рассмотрено при условии, если оно будет отвечать всем требованиям комиссии. Вместе со своими сотрудниками в Чатсворте (резиденции герцога Девонширского) и инженером по строительству железных дорог Пакстон за восемь дней спроектировал здание принципиально новой конструкции, отвечавшей всем требованиям комиссии.
Пакстон действовал обдуманно. Он завоевал расположение влиятельных членов парламента и комиссии, а также широкой публики, с тем чтобы к его проекту отнеслись благосклонно. Комиссия официально приняла его проект 26 июля 1850 г. и заявку на подряд от фирмы Fox and Henderson.
В течение нескольких последующих недель подрядчики доработали проект, рассчитали нагрузки в каждом элементе конструкции, определили форму этих элементов, провели испытания на моделях в натуральную величину и приступили к возведению здания. Хрустальный дворец был построен в неслыханно короткое время - за 4 месяца. Всемирная выставка, как и было запланировано, открылась 1 мая 1851 г., и здание, в котором она проходила, многие воспринимали как главный ее экспонат. Дворец производил впечатление чего-то совершенно нового. Снаружи казалось, что тонкие металлические колонны, несущие арочные перекрытия пролетов (см. рисунки ниже) и обрамляющие стеклянное заполнение, образуют ряд бесконечно повторяющихся заглублений, каждое шириной около 2,4 м. Блестящее конструктивное решение дворца соответствовало особым требованиям, предъявленным к выставочному павильону.
Хрустальный дворец первоначально стоял в Гайд-парке; в 1851 г. В нем разместилась 1-я Всемирная выставка промышленной продукции. Построенное по проекту Дж. Пакстона, садовода герцога Девонширского, это здание предвосхитило современные эстетические и конструктивные принципы в архитектуре и строительной технике. Хрустальный дворец показан с северной стороны. На заднем плане р.Темза, через которую на восточной стороне (слева) перекинут мост Воксхолл, а на западной - мост Баттерси. Позади дворца видны Найтсбриджские казармы конной гвардии, а еще дальше на восток - площадь Гайд-парк-корнер. На панораме видны также некоторые соборы, среди них собор Св. Троицы (в центре), Сент-Питерз (слева) и Сент-Льюкс (справа).
В задании участникам конкурса на лучший проект главного здания выставки указывалось, что его конструкция должна отличаться "такой особенностью, которая отражала бы современный уровень развития строительной техники в Англии". Судя по проекту, разработанному и предложенному самой комиссией, в котором предметом гордости был неуклюжий чугунный купол диаметром около 60 м, было очевидно, что комиссия стремилась к монументальному выражению этой конструктивной особенности.
Ни один архитектурный элемент Хрустального дворца не был поистине монументальным; сам по себе дворец был монументален в чисто количественном смысле. Он занимал площадь чуть меньше 72000 м2. Его длина была 555 м, ширина 124 м, а с северной стороны он имел пристройку размером в плане 285 х 14,6 м. Центральный продольный неф, или "главный проспект", имел ширину 22 и высоту 20 м, а сводчатый трансепт (поперечный неф) - соответственно 22 и 32,9 м. Почти 84000 м2 стекла, т.е. около одной трети всего объема стекла, произведенного в Англии в 1840 г., потребовалось для застекления стен и крыши дворца. Опорами служили 3300 пустотелых чугунных колонн и 2224 несущие балки (как чугунные, так и деревянные). Общая протяженность желобов, на которых покоились своды, составляла около 40 км. Длина всех деревянных переплетов рам стеклянной крыши была 330 км. Объем дворца был немногим меньше 1 млн. м3 Можно себе представить, во что обошлось строительство дворца, если затраты на каждый кубический метр составляли 28 пенсов.
Главный зал Хрустального дворца (копия с гравюры, помещенная в одном из номеров журнала "Scientific American" за 1851 г.) Видны некоторые конструктивные элементы дворца - фермы (под крышей) и диагональные связи (в своде трансепта). Обнаженность этих элементов являлась основным отступлением от принятых архитектурных норм викторианской эпохи. Сквозь складчатую поверхность крыши можно видеть сводчатое завершение центрального трансепта.
Несмотря на эти внушительные размеры здания, его конструкция была поразительно простой. Основными ее элементами служили пустотелые чугунные колонны, соединенные связующими сквозными фермами, на которых держалась плоская крыша из застекленных панелей, образующих складчатый профиль. Иными словами, крыша была образована гребнями и впадинами, чередующимися через каждые 1,2 м.
Каркас здания образовывали опорные плиты для колонн, выступающие на 10 см над уровнем пола; сами колонны, возвышающиеся на 5,6 м над плитами; связующие звенья - каждое длиной около 1 м - для соединения колонн с фермами и желоба глубиной 15 см, расположенные на расстоянии 2,4 м друг от друга и поддерживающие остекленные листы размером 125 х 25 см, которые устанавливались на крыше с уклоном 2,5:1.
Вдоль главного нефа здание имело два яруса, причем конструкция верхнего яруса отличалась только тем, что колонны в нем были на 61 см короче, чем в нижнем ярусе. Там, где продольные пролеты и главный неф расширялись, поперечные балки соответственно удлинялись - в разных частях здания их длина составляла 7,3, 14,6 и 22 м.
Единственными сложными элементами этой простой каркасной конструкции были сводчатое перекрытие трансепта и диагональные стержни из ковкого железа, служившие для повышения жесткости всего сооружения. Эти стержни диаметром 24 и 19,4 мм закреплялись соответственно между колоннами на наружных стенах и между основными арочными ребрами свода трансепта. В середине стержни стягивались железными кольцами, и благодаря этому они придавали жесткость каркасу всего здания, не имевшего внутренних перегородок.
Вверху - стержни из ковкого железа обеспечивали жесткость наружным стенам Хрустального дворца, не имевшего внутренних стен. Видимые снаружи и изнутри, эти стержни-стяжки придавали зданию современный вид.
Внизу - отвесные стены - это еще одно новшество, введенное Пакстоном и его коллегами. Панели из стекла размером 125 х 25 см устанавливались за тонкими обрамляющими арками. Такие панели использовались для остекления как стен, так и крыши. На весь дворец потребовалось примерно400 т стекла. Прозрачная "оболочка" Хрустального дворца послужила прототипом для многих современных зданий.
Такая диагональная филигранная связь, видимая в оконных пролетах между колоннами, как снаружи, так и изнутри, была новым эстетическим элементом в архитектуре. Даже в наши дни нелегко привыкнуть к пересечению просветов окон диагональными раскосами, как, например, в здании Центра Джона Хэнкока в Чикаго.
Хрустальный дворец, как о нем писали современники, был "замечательным достижением строительной техники Англии". Его конструкция безусловно предвосхитила многие особенности, характерные для архитектуры XX в., но тогда, в XIX в., эти особенности нельзя было встретить ни в одном другом здании. Таким образом, Хрустальный дворец стал первым в мире большим металлокаркасным зданием и первым зданием со стеклянными стенами. В его конструкции применена не виданная ранее система портальных связей для компенсации возникающих при ветре боковых усилий, и кроме того, впервые в мире крупнейшее сооружение было возведено из заранее изготовленных модулей.
Хрустальный дворец не мог быть построен до 1845 г., когда парламент отменил акцизный сбор на стекло. Поскольку дворец должен был служить выставочным павильоном, то использование стекла в его конструкции играло особо важную роль. На оформление внутренних помещений, постройку крыши и купола потребовалось 400 т листового стекла, которое было изготовлено фирмой Chance Brothers and Со. в Бирмингеме. Пакстон заказывал стекла самых больших размеров. Для их получения сначала выдували пустотелый стеклянный цилиндр, который затем разрезали вдоль, и свернутый лист помещали в печь, где он распрямлялся. По проекту Пакстона, эти листы длиной 125 см устанавливали с наклоном, под углом один к другому так, что они образовывали складчатый профиль при расстоянии между впадинами, равном 2,4 м, чем определялось расстояние между колоннами, равное 7,3 м.
Идея "ребристой" крыши принадлежит Дж. Лаудону, но Пакстон, пожалуй, первым воплотил ее на практике еще при строительстве оранжерей. Он усовершенствовал эту идею в 1832 г., переделав крышу одной из своих оранжерей. Затем он использовал тот же принцип при сооружении арочных сводов оранжереи Грейт-Стоув в Чатсворте, которую он построил в период между 1836 и 1841 гг. В то время это здание по своей ширине превосходило любой из существовавших тогда вокзалов *.
И наконец, в качестве вступления к сооружению плоской (без заострения) крыши Хрустального дворца Пакстон возводит в 1849 г., также в Чатсворте, стеклянное строение для разведения лилий Victoria Regia. Завозимые из Британской Гвианы, эти лилии не приживались, пока не были посажены в новой оранжерее, в которой была создана водная среда, необходимая для этих растений.
Свод центрального трансепта показан в разрезе (слева) и изнутри (справа). Такой же складчатый профиль, образуемый расположением плоских стеклянных панелей под углом друг к другу так, что они образуют "гребни" и "впадины", использован и в конструкции крыши.
В 1832 г. Пакстон первым доказал преимущества такой конструкции оранжереи, в которой солнечные лучи утром и вечером проходят через стекло почти перпендикулярно. Это, как он считал, имело исключительно важное значение для выращивания плодов. Пакстон был великолепным садоводом и при конструировании оранжерей опирался на свой опыт.
Через 19 лет Пакстон разрабатывает проект здания иного назначения. Впервые примененный им принцип "рифленого профиля" лег в основу того, что сейчас мы назвали бы складчатой конструкцией. В складчатых панелях, используемых почти исключительно для сооружения строений из железобетона, наличие ребер повышает прочность. Такая панель действует как балка и выдерживает максимальные нагрузки, приходящиеся на "впадины" и рассредоточенные по их длине.
Пакстон, как мы далее увидим, использовал вогнутые желоба исключительно в качестве балок. В его конструкциях деревянные остекленные рамы, которые вставлялись в желоб и образовывали гребень, вряд ли могли создать балочные гребни по всей крыше, чтобы она имела такую же структуру, как складчатая система. Тем не менее приверженность Пакстона этой системе даже в тех случаях, когда она уже больше не нужна была в том качестве, в каком он использовал ее впервые для оранжерей, где требовалось получить определенную освещенность и тепловой режим, говорит о том, что автор проекта понимал, что "рифленый" профиль обеспечит исключительно высокую прочность крыше. Можно также предположить, что Пакстон был одним из первых архитекторов своего времени, которые оценили достоинства складчатых конструкций в строительстве.
Тот же прием "рифленой" конструкции из стеклянных листов, который Пакстон применил при сооружении крыши, он использовал и для наружной отделки Хрустального дворца. Каждый стеклянный лист обрамлялся деревянными рейками и средниками (тонкими вертикальными стойками) и заделывался в железные колонны, отстоящие на 7,3 м друг от друга с двумя промежуточными стойками из дерева. Так Пакстону удалось впервые создать стеклянный павильон для всемирной выставки. Боковые стены павильона имели поперечные закладные брусья толщиной 20,7 см.
Важнейшей особенностью был размер остекленных рам, которые устанавливались на эти брусья. Они имели толщину 6,5 см, такую же как и в современных зданиях с навесными стеклами. Из застекленных рам собиралась стена, которая играла роль прозрачной "кожи". Такой же, в сущности, была и архитектура "кожи и костей" Миса ван дер Роэ, задуманная им в 20-х годах и воплощенная 30 лет спустя в Сигрем-билдинг в Нью-Йорке, а также в расположенном неподалеку здании Ливер-хаус, построенным по проекту архитектурной фирмы Skidmore, Owings & Merrill.
Значимость вклада Пакстона в архитектуру, однако, по-настоящему была оценена позже, когда в строительстве стали использоваться каркасы из стальных сборных конструкций. Истинное признание заслуг Пакстона пришло не в 20-е годы, когда Мис предложил строить небоскребы, а с постройкой архитектором У. Полком Хэллади-билдинг в Сан-Франциско, Впервые в конструкции большого здания, которое было построено в 1918 г., применили навесные стены. Стеклянный фасад здания был подвешен к междуэтажным перекрытиям, которые консолями длиной около 1 м выступали за железобетонные колонны (см. верхний рисунок на с. 78). Таким образом, не было никаких наружных элементов в плоскости внешней стены здания, сделанной целиком из стекла. Полк воздал должное таланту Пакстона в своей монографии, написанной им в период подготовки к постройке Хэллади-билдинг, и назвал ее "Хрустальный дворец".
Полностью застекленный фасад здания Хэллади-билдинг, построенного в Сан-Франциско по проекту У. Полка в 1915 г.
Впервые идея стеклянных стен была воплощена в Хрустальном дворце.
Внешние стены Хрустального дворца все же имели несущие элементы в плоскости стеклянных панелей; такими элементами были наружный ряд колонн и диагональные связи. Вообще говоря, Пакстон разработал истинно навесную конструкцию стен, хотя и в постройке относительно малых масштабов - оранжерее для выращивания лилий Victoria Regia. Эта оранжерея представляла собой прямоугольную постройку размером 18 х 14 м с рифленым профилем крыши, опирающейся на горизонтальные балки, которые в свою очередь покоились на двух рядах внутренних колонн. Таким образом, в этой небольшой постройке Пакстон действительно "подвесил" стеклянную стену к балкам, которые консольно выступали за несущие колонны, и в результате создал наружную прозрачную оболочку.
Отличительной особенностью конструкции Пакстона, которая позволила ему создать строение с тонкими наружными стенами, была разработанная им система портальных связей, обеспечивающая жесткое сочленение вертикальных колонн с горизонтальными фермами. В сущности портальная связь (термин заимствован из практики строительства портальных металлических ферм железнодорожных мостов) обеспечивает жесткое соединение между балкой и двумя колоннами. Следовательно, горизонтальные силы, возникающие, например, при ветре, не могли деформировать прямоугольный каркас, созданный из этих элементов, и придать ему форму параллелограмма.
Портальная связь, или связевая конструкция, позволяет также использовать балки с меньшей высотой в середине пролета, чем в случае, когда они просто покоятся на вершинах двух колонн, зафиксированных тем или иным способом в строго вертикальном положении. В конструкции Хрустального дворца, в которой колонны привинчивались болтами к выступающим частям основания, раскосы и балки также служили для закрепления колонн в вертикальном положении.
Существенно, что для обеспечения связевой конструкции Пакстон использовал разработанную подрядчиком Ч. Фоксом вертикальную соединительную вставку из чугуна, которая закреплялась на верху колонны. Снизу и сверху соединительная вставка имела фланцевые выступы. Уширение на конце фермы входило в эти выступы, и простой установкой чугунного или сделанного из дуба вкладыша в углублениях на выступах и на концах балки достигалось жесткое соединение. Таким способом низ и верх фермы очень просто и быстро присоединялись к колонне, придавая всей конструкции устойчивость к горизонтальным нагрузкам. Как отмечал Карл У. Кондит из Северо-Западного университета (Carl W. Condit. The Wind Bracing of Buildings, "Scientific American", № 2, 1974), настоящая связевая конструкция, в которой балка соединяется с колонной по всей ее длине, была впервые использована при строительстве сооружения Роял-нейви-боут-стор в Ширнессе (Великобритания) в 1858 -1860 гг.
Деревянные желоба, по которым вода стекала с крыши в трубчатые колонны и затем в подземные трубы, одновременно выполняли роль балок. Стягивающие стержни из ковкого железа (внизу), слегка изгибая желоба наружу, придавали им жесткость. Этот прием был шагом вперед на пути к используемому в наше время методу предварительного напряжения. Желоба играли ключевую роль в придуманной Пакстоном складчатой конструкции крыши. Жесткость крыше придавали поставленные под углом друг к другу панели. Углубления, видные в поперечном разрезе (вверху), предназначались для отвода конденсационной воды с внутренней поверхности крыши.
Идея использования связевой конструкции из металла в том виде, какой она имела в каркасном Хрустальном дворце, а позже в сооружении Роял-нейви-боут-стор в Ширнессе, была заимствована из практики возведения деревянных строений. В больших железнодорожных дебаркадерах, которые в то время строились из металла, для обеспечения связи использовались огромные крепежные скобы или согнутые в дугу балки; и тот, и другой способ привели к появлению возвышающихся крыш вертикального профиля. В противоположность этому методу крепления, используемому при строительстве железнодорожных депо, весьма простая связевая конструкция позволила построить из железа первое в мире каркасное прямолинейное здание с плоской крышей.
Используемые в конструкции Хрустального дворца новшества были настолько необычны, что современники Пакстона и Фокса не верили, что каркасная система этого здания будет прочной и надежной. Одни утверждали, что здание не сможет противостоять ветровым нагрузкам, другие ставили под сомнение прочность хитроумных соединительных вставок и считали их "самым слабым звеном во всей конструкции". Даже хорошо известный конструктор железнодорожных депо и построек из ковкого чугуна Р. Тёрнер, который также представлял на конкурс свой проект главного здания выставки, не сумел оценить достоинств этих соединительных элементов. Он полагал, что крепление колонн в основании не является достаточно прочным, и предсказывал, что именно поэтому здание обрушится.
Связевые конструкции с соединением на заклепках стали использоваться относительно недавно при возведении высотных зданий со стальным каркасом. В основе этого метода лежит опыт применения крепежных элементов в конструкции Хрустального дворца. Соединительные вставки были основными конструктивными элементами дворца, поскольку делали возможным "обшить" его стеклянными панелями, которые в противном случае не смогли бы выдержать боковых нагрузок. Это техническое решение имеет аналог в современной строительной практике при сооружении почти всех зданий с металлическим каркасом и балочным перекрытием (постройки с горизонтальными балками, покоящимися на вертикальных столбах), в которых стеклянные стены подвешиваются позади несущих столбов.
Горизонтальным элементом в связевой системе была ажурная ферма. Последняя похожа на массивную балку, но состоит из отдельных сборных элементов, включающих верхние и нижние пояса (прямолинейные горизонтальные элементы), соединенные для жесткости одним или несколькими диагональными стержнями.
Чугунные фермы Пакстон использовал для упрощения конструкции дворца и ускорения его сооружения. Фермы изготовлялись на заводе и доставлялись в Гайд-парк. Их длина составляла 7,2, 14,4 и 21,6 м. Фермы жестко соединялись с колоннами под прямым углом. Такой способ соединения называется портальной связью. Если двумя фермами соединить три колонны, то система будет достаточно устойчива. Сборка таким способом производится быстро. Для повышения прочности фермы ее нижние и верхние пояса в середине вдвое шире, чем у концов (внизу). Такая конструкция основана на анализе усилий, возникающих в фермах.
Пояса могут быть соединены и вертикальными стержнями. Такая конструкция может перекрыть значительно больший пролет, чем ее отдельные элементы, если бы из них сделали сплошную балку.
На изготовление фермы идет меньше материала, чем на балку такой же прочности, и, кроме того, ее можно изготовить из отдельных элементов небольшого размера. В силу этих достоинств фермы оказались наиболее предпочтительными при строительстве Хрустального дворца, поскольку для сооружения его каркаса потребовалось около 2300 горизонтальных элементов обрамления, собрать которые нужно было за короткое время.
Хрустальный дворец строился в тот период, когда в развитии строительных конструкций с использованием металлических ферм намечалась новая тенденция. Сооружать здания со стропильными фермами для перекрытий начали еще в первой половине XIX в. Примерами могут служить здания литейных мастерских в Сохо (1810 г.) и дебаркадер Юстон-стейшн (1837 г.). В первой из этих построек стропильные фермы были полностью изготовлены из ковкого железа не комбинированными со стяжками из ковкого железа и поясами из чугуна или дерева. Этот переход на полное изготовление ферм из ковкого железа осуществился благодаря результатам экспериментальных работ, проведенных И. Ходкинсоном и У. Фейрбейрном в 1826-1830 гг., которые показали, что конструктивные элементы ферм, выполненные из ковкого железа, значительно прочнее, чем из любого другого метериала.
Первые фермы, подобные тем, которые применялись в Юстон-стейшн и других дебаркадерах с такой же формой перекрытий, имели треугольную или арочную форму. Поскольку верхний и нижний пояса этих ферм не были параллельными и горизонтальными, они в основном работали как арки, а не как балки. Многие мостовые фермы, однако, имели балочную конструкцию и больше походили на те, что использовались в Хрустальном дворце.
Строительство первых железнодорожных мостов из железных ферм началось в 1840 г. Большинство используемых в них ферм были комбинированными; они сочетали в себе элементы из чугуна и ковкого железа. Чугун часто использовался для верхнего пояса, который работал на сжатие; нижний пояс изготавливали из сложенных вместе длинных полос ковкого железа, поскольку он работал на растяжение. В зависимости от конструкции фермы ее стойки и диагональные раскосы также изготавливали либо из чугуна, либо из ковкого железа.
В конструкции Хрустального дворца Пакстон совместил опыт Фокса и Хендерсона по возведению железнодорожных мостов из ферм со своим опытом сооружения плоских крыш оранжерей. Новая конструкция Пакстона была редкостью для XIX столетия: здание с плоским перекрытием, поддерживаемое фермами, заимствованными из практики строительства мостов. Здания XIX в. редко имели плоскую крышу; когда требовалось сделать широкое перекрытие, то никогда не прибегали к использованию мостовых ферм с параллельными поясами.
Этот смелый новаторский шаг оказал действие, подобное шоку. Вплоть до середины XX в., когда в строительстве стали использовать пространственные конструкции, считалось недопустимым, чтобы перекрытие из ферм оставалось незакрытым в интерьере здания.
Высота основных ферм в Хрустальном дворце составляла примерно 1 м. Через каждые 2,4 м располагались стойки, а между ними - диагональные стержни - раскосы. Некоторые из этих ферм были полностью сделаны из чугуна. Более легкие фермы перекрывали между колоннами пролеты шириной 7,3 м и располагались параллельно основной оси здания, более тяжелые перекрывали боковые пролеты и галереи шириной 14,6 м. Другие фермы были изготовлены из ковкого железа и располагались поперек продольных нефов, ширина которых составляла 14,6 и 22 м.
Характерной конструктивной особенностью всех этих ферм было то, что их верхние и нижние пояса в центре пролетов были несколько толще. Поэтому в середине фермы пояса были примерно вдвое шире, чем у концов, где фермы соединялись с колоннами. Пояса ферм из ковкого железа постепенно утолщались к середине в процессе ковки; чугунные же фермы наращивались в середине приклепыванием дополнительных полос.
Строительство Хрустального дворца заняло всего 4 месяца в основном за счет высокой организации труда строителей и использования готовых модулей. На переднем плане показано, как строители поднимают ферму, которую нужно соединить с трубчатыми колоннами из чугуна. На крыше находилось шесть тележек, или передвижных платформ, которые использовались для установки стеклянных панелей (см. нижний рисунок).
Передвижные платформы, подобные изображенной здесь.облегчали сборку стеклянной крыши дворца. Они перемещались по деревянным желобам. Используя такие платформы, 80 рабочих за одну неделю устанавливали 19 тыс. стеклянных панелей.
Этот простой способ увеличения площади поперечного сечения в середине поясов повышал прочность фермы, нагрузка на центральную часть которой была больше, чем на ее концах. Увеличение размеров в центральной части, конечно, делало их более прочными, но в то же время, в соответствии с общим архитектурным замыслом Пакстона, фермы должны были быть одинакового сечения по всей длине.
Способ утолщения ферм, используемых в Хрустальном дворце, был подготовлен новыми достижениями в строительной механике. В 1847 - 1851 гг. в США и Англии было опубликовано несколько научных работ, в которых излагались методы расчета нагрузок в фермах и определения сил, действующих на каждое составное звено фермы. Методы же определения величины смещения ферм, которые заложили теоретическую основу для расчета ферм, применяемую и по сей день, были разработаны только в середине 60-х годов прошлого столетия. Таким образом, до 1850 г. общей теории расчета ферм в Англии не существовало.
Предварительное напряжение - еще один метод современной строительной техники, который задолго до его широкого применения был использован при сооружении Хрустального дворца. Предварительно напряженные строительные конструкции обладают повышенной способностью выносить нагрузки за счет создания в них внутренних напряжений в процессе изготовления, сборки или монтажа. Примером может служить современная технология изготовления железобетонных балок со стальными стержнями внутри, которые заранее растягивают, а затем закрепляют для повышения напряжения сжатия в бетоне.
Применяя предварительно напряженные строительные конструкции, инженер-проектировщик может использовать такие технологические методы возведения сооружений, которые без них были бы практически не осуществимы при заданных материалах и форме возводимого объекта. Кроме того, предварительное напряжение предоставляет в распоряжение проектировщика более широкий выбор профилей основных строительных элементов.
Развитие технологии предварительного напряжения началось в связи с решением проблем, возникших при строительстве железнодорожных мостов с использованием чугунных элементов. Поскольку прокаткой невозможно было получить из ковкого железа балку толщиной более 18 см, чугун в то время (1851 г.) оказался наиболее подходящим строительным материалом. Он обладал значительными преимуществами по сравнению с другими материалами, несмотря на то что прочность на разрыв у него была в восемь раз меньше прочности на сжатие.
Когда в середине 40-х годов прошлого века было признано, что прочность ковкого железа больше прочности чугуна, инженеры стали пытаться увеличить прочность на разрыв чугунных ферм путем армирования их ковким железом. Они ставили многочисленные эксперименты по соединению пластин или стержней из ковкого железа с чугунными фермами с целью получения комбинированных решетчатых балок. Некоторые фермы совершенно не отвечали предъявленным требованиям, но тем не менее они часто использовались для перекрытия более широких пролетов. Примером может служить здание железнодорожной компании Leipold Railway (арх. P. Стефенсон), в котором для перекрытия использованы такие фермы длиной 29 м. Но иногда их применение приводило к печальным результатам, например к крушению в 1847 г. железнодорожного моста через реку Ди (неподалеку от Честера), когда по нему следовал пассажирский поезд. Вскоре, после ряда подобных происшествий, чугунные фермы перестали использов