5.1 Краткий исторический обзор

История развития инженерных конструкций уходит в глубокую древность — первые сооружения из необработанного камня возводились еще в каменном веке. Неизвестна также дата начала применения деревянных конструкций. Названные природные материалы использовались при строительстве жилищ и самых первых примитивных сооружений — столбов, навесов, небольших мостов и др. В период рабовладельческого и феодального строев было возведено значительное число выдающихся памятников каменного зодчества — храмов, палат, соборов с купольными покрытиями и других.

Подобные сооружения возводились и в Киевской Руси, начиная с X века. Значительно позже каменные здания были построены в Пскове, Суздале, Владимире и других городах. В XIV—XV веках были сооружены Архангельский собор в московском Кремле, кремлевские стены и многие другие здания. В прошлом веке появились армокаменные конструкции, существенно расширившие область их применения. Каменные конструкции, армированные стальными элементами, стали применять при строительстве труб, резервуаров, мостов и других сооружений. В наши дни основной областью применения каменных конструкций являются стеновые ограждения, столбы, подпорные стены. Развитию каменных конструкций способствовали отечественные ученые Л. И. Онищик, В. Н. Некрасов, С. В. Поляков и другие.

Деревянные конструкции развивались параллельно с каменными конструкциями. Первые деревянные мосты были построены еще до нашей эры. С давних времен в строительстве домов и крепостных стен широко применялись рубленые деревянные конструкции (срубы). По мере развития, древесина стала применяться в сложных составных конструкциях: со шпоночными, гвоздевыми и нагельными соединениями — в составных балках, рамах, сводах и т. п. В последние десятилетия широкое распространение получили эффективные клееные деревянные и клеефанерные конструкции, металлодеревянные фермы и арки и др. Одновременно растет применение конструкций с использованием пластмасс, в частности слоистых плит, стеновых ограждений, надувных пневматических оболочек и др. В развитии деревянных конструкций большую роль сыграли отечественные ученые В. Г. Шухов, А. И. Отрешко, В. С. Деревягин, Г. Г. Карлсен, В. В. Большаков, Μ. Ε. Каган и другие.

Металл для строительных конструкций впервые стал применяться в XII веке в качестве отдельных деталей (затяжек, скреп и др.). Первые строительные конструкции, изготовленные полностью из металла (чугуна), появились в XVII—XVIII веках (мосты, перекрытия). В XIX веке появились чугунно-железные фермы, клепаные железные фермы и железные конструкции. Благодаря работам талантливых отечественных ученых Н. А. Белелюбского, Л. П. Проскурякова, В. Г. Шухова были созданы уникальные сооружения из металлических конструкций (большепролетные мосты со шпренгельными системами, гиперболические решетчатые башни, оболочки из прямолинейных элементов и др.). Развитие электросварки привело к ее широкому использованию в металлических конструкциях. В современных металлических конструкциях такой способ соединения элементов стал основным, что привело к снижению расхода металла и трудоемкости изготовления. Металлические конструкции в России и за рубежом получили большое развитие — нашли успешное применение низколегированные высокопрочные стали и алюминиевые сплавы, предварительно напряженные, цельносварные легкие и структурные конструкции. Построено много уникальных сооружений— телевизионные и радиорелейные башни высотой более 200—300 м, вантовые большепролетные мосты, покрытия спортивных и выставочных помещений, каркасы высотных зданий и др. Большой вклад в развитие металлических конструкций в СССР внесли Н. С. Стрелецкий, Н. П. Мельников, Е. И. Беленя и другие.

Железобетонные конструкции появились в середине ХIХ века, однако уже к концу ХХ века были сооружены железобетонные ребристые перекрытия, первые мосты, трубы. В начале XX столетия в Москве уже было построено безбалочное железобетонное перекрытие, а в Николаеве — первый в мире железобетонный маяк. В дальнейшем железобетонные конструкции получают все большее распространение в виде монолитных конструкций зданий и инженерных сооружений. В начале 30-х годов появляются первые предварительно напряженные конструкции, эффективность которых быстро развивается с повышением механических характеристик арматурной стали и бетона, а также с развитием технологии их изготовления. В послевоенные годы бурное развитие получили сборные железобетонные конструкции. Применение унифицированных сборных железобетонных конструкций в промышленных зданиях (колонны, балки, фермы, арки), крупнопанельных жилых и общественных зданиях, в инженерных сооружениях (мосты, эстакады, гидротехнические сооружения и др.) позволило сократить сроки строительства и уменьшить затраты.

Из железобетона построено много уникальных сооружений. Еще в 1935 году в Новосибирске был построен самый крупный для того времени купол диаметром 60 м при толщине 7 см, позже железобетон стал широко применяться при строительстве различных оболочек, пролеты которых превысили 200 м. В 1960—1965 годах из предварительно напряженного железобетона была построена Московская телевизионная башня высотой более 500 м.

Железобетон стал основой современного строительства, он успешно применяется не только в массовом гражданском, промышленном и сельскохозяйственном строительстве, но и в мостостроении, в гидротехническом строительстве и других областях.

Развитие железобетона и повышение его технико-экономической эффективности связано с увеличением прочности бетона и арматуры, уменьшением веса за счет применения рациональных конструктивных форм, а также легких и ячеистых бетонов, армоцемента, совершенствования технологии изготовления, в особенности сложных конструкций (предварительно напряженных, тонкостенных пространственных и других).