Растяжение и сжатие в конструкциях

В течение многих веков инженеры и архитекторы старались по возможностине нагружать материал растяжением. И это делалось не столько потому, чтоне было достаточно прочных на разрыв материалов (древесина, например, вэтом отношении прекрасный материал), сколько из-за того, что очень трудносделать достаточно прочное на разрыв соединение. (Большинство из нас интуитивночувствует, что сжатая конструкция безопаснее растянутой; например, намкажется, что кирпичная стена безопаснее подвесной канатной дороги.) Нокогда все-таки приходилось соединять детали, работающие на растяжение,например на кораблях, места стыков всегда были наиболее уязвимым местомконструкции. Теперь мы научились делать надежные стыки с помощью болтов,заклепок, клея и сварки, и уже нет особых оснований не доверять таким конструкциям.

Однако в древности проблема соединений в сжатых конструкциях решаласьнамного проще, чем в растянутых. В самом простом случае это была укладкакамней или кирпичей один к другому без применения раствора, и такое сооружениене рушилось. Эта работа требует навыка, но он не многим сложнее того, которыйприобретают дети, складывая картинки из кубиков. Однако с развитием архитектурыросла и высота стен, появилась необходимость надежнее связывать кирпичии камни между собой. Иначе стены с грохотом превращались в груды камня:не связанные между собой камни расползались под весом верхней части кладки.

До наших дней сохранились великолепные образцы соединений в античныхпостройках. Правда, не ясно, насколько необходима была та тщательность,с которой выполнены большие каменные блоки этих сооружений. Вероятно, отчастиона определялась соображениями престижа. Но как бы то ни было, многие издревних построек поражают наше воображение.

Однако какой высокой и впечатляющей ни была бы стена, технически этоне очень мудреная конструкция; ее создатель должен был думать лишь о напряжениях,действующих в одном направлении, по вертикали. Правда, перекрытия, двери,окна всегда вносят дополнительные трудности. А как только мы начинаем рисоватьв своем воображении системы напряжений в двух и трех направлениях, переднами открываются колоссальные возможности. Примером может служить арка.Самая простая арка (рис. 6) работает на сжатие одновременно в двух направлениях,хотя на первый взгляд это кажется невозможным. Кирпичной аркой можно безособых ухищрений перекрыть пролет длиной около 50 м (чаще встречаются пролетыв 25–50 м). Это намного больше того, чего удается добиться с помощью любогопростого балочного перекрытия. Арки очень долговечны, и до наших дней вотличном состоянии сохранилось много древнеримских арок, с их помощью,например, перебрасывали водопроводы через овраги.