Мостовые фермы с верхним криволинейным поясом

 

Хотя подвесные мосты взяли блестящий старт в начале XIX в., их распространениебыло прервано на сотню лет появлением железных дорог. Большинство из 25 тыс.мостов, построенных в викторианской Англии, были железнодорожными. Подвесноймост - слишком гибкая конструкция, и под действием больших сосредоточенныхнагрузок он может опасно деформироваться. Эта особенность подвесных мостов неочень существенна для шоссейных дорог[78], ножелезнодорожный состав по меньшей мере раз в сто тяжелее телеги или грузовика,поэтому он вызывает в сто раз больший прогиб, что, конечно, совершенно недопустимо.

Те несколько подвесных железнодорожных мостов, которые были построеныв Англии, оказались явно неудачными. Американцы, у которых реки были шире,денег меньше, а веры в успех больше, некоторое время упорствовали, но вконце концов и они были вынуждены от них отказаться.

Следовательно, требовались не только легкие и дешевые, но и достаточножесткие мосты, к тому же с большими пролетами. Это привело к разработкемостовой фермы с верхним криволинейным поясом, или стянутой арки (рис.87).

 

 

Рис. 87. Мостовая ферма с верхним криволинейным поясом, или "стянутая арка".

Арка, конечно, обладает значительной жесткостью, но ее давление на опорыоказывается весьма большим. Это не столь существенно, когда опоры представляютсобой прочные скальные породы, но в железнододорожном строительстве в большинствеслучаев таких условий нет. Особенно сложно установить арку или серию арокна высоких и тонких опорах, они могут оказаться совершенно не способнымивыдерживать большие боковые нагрузки. Но от инженеров викторианского временипорой требовалось именно это: они смело прокладывали железнодорожные путичерез глубокие долины, порой на высоте более 30 м. Один из способов решенияпроблемы состоит в том, чтобы чем-то стянуть концы арки. Оказалось, этоможно сделать с помощью самого подвешенного железнодорожного полотна, которомуздесь приходится работать, обеспечивая свою же собственную безопасность:полотно будет находиться в состоянии растяжения.

По внешнему виду описанная конструкция похожа на обычную арку с подвеснойдорогой, но работает она совершенно иначе. Здесь нет никаких боковых давленийна опоры, они должны выдерживать только вертикальные нагрузки, вызванныевесом самой фермы и проходящего по ней транспорта. Вместо твердого закреплениявсе сооружение может покоиться на роликах, что часто и делается для компенсациитемпературного расширения и сжатия металла. Такие фермы не производят никакогобокового давления, поэтому их можно устанавливать на относительно тонкихкаменных колоннах.

Мостовая ферма в форме стянутой арки представляет собой отдельную готовуюдеталь, что позволяет существенно упростить строительство больших мостов. Ееможно собрать на земле, где-нибудь в стороне от моста, затем перевезти к опорамна плотах или баржах и поставить на место с помощью домкратов. Именно таквозводил Брюнель пролеты Солташскогомоста[79].Как мы увидим в следующей главе, стянутая арка на самом деле является одним изчленов многочисленного семейства ферм и решетчатых балок, которыми изобилуетсовременная техника.

 

 

Глава 10

 

Чем хороши балки, или о крышах, фермах и мачтах

 

А свой дом Соломон строил 13 лет и окончил весь дом свой. И построилон дом из дерева Ливанского длиною во 100 локтей, шириной в 50 локтей,а вышиною в 30 локтей, на четырех рядах кедровых столбов; и кедровые бревнаположены были на столбах. И настлан был помост из кедра над бревнами на45 столбах, по пятнадцати в ряд.

7; 1-3

Третья книга Царств

 

Надежная крыша над головой - одно из первостепенных условий цивилизованногосуществования, но крыша тяжела, а потому проблема поддержки ее так же стара,как и сама цивилизация. Смотрим ли мы на знаменитое прекрасное сооружениеили просто на какое-то здание, всегда поучительно обратить внимание наархитектурное решение крыши, ибо оно определяет не только конструкцию самойкрыши, но и вид стен, окон да и весь внешний облик здания.

На самом деле проектирование крыши, по существу, очень схоже с конструированиеммоста, с той лишь разницей, что стены здания в, отличие от мостовых опорстремятся сделать как можно тоньше, а потому и боковое давление на стенынеобходимо рассчитывать более тщательно. Как мы видели в гл. 8, если крышаоказывает слишком сильное боковое давление на верхнюю часть стены, на которуюона опирается, то линия давления попадает в опасную зону, в результатечего стена может рухнуть.

Многие римские здания, а также все византийские культовые сооруженияимели сводчатые или арочные перекрытия, создающие сильное боковое давление.Поэтому поддерживающие их стены обычно имеют очень большую толщину, такчто линия давления находится в безопасной зоне. Как уже говорилось, этитолстые стены часто делались монолитными, иногда их облегчали, замуровываяв них пустые винные кувшины. Кроме того, что такие стены были, конечно,весьма устойчивыми, у них имелось и еще одно немаловажное для жаркого климатапреимущество - они обеспечивали отличную теплоизоляцию. Зачастую византийскаяцерковь оказывалась единственным прохладным местом в греческом селении.Ослабить толстые стены большими оконными проемами было рискованно, поэтомув римских и византийских зданиях окна обычно малы и расположены довольновысоко от земли.

Средневековые замки тоже часто строились без существенных отклонений от римскихтрадиций, как замок на Корф-Кэстл с монолитными стенами многометровой толщины.Такие стены могли, конечно, выдержать давление сводчатых перекрытий, а повполне понятным соображениям военного характера защитники замка предпочли бывовсе обойтись без окон. Ранние норманские или романские церкви не отличаютсяразнообразием архитектуры и своими толстыми стенами, маленькими круглыми аркамии оконцами непосредственно восходят к римскому прототипу. Почти все ранниероманские церкви были неплохо построены, и многие из них сохранились и по сейдень[80]. Трудностипоявились позднее и связаны были в основном с растущей модой на большие исветлые окна.

Естественно, что жители жарких стран относятся к окнам иначе, чем северяне,многие из них и поныне предпочитают жить в сумерках за закрытыми ставнями. Нетсомнения, что устройство небольших, пропускающих мало света окон -средиземноморский обычай, он восходит к Древней Греции, Риму,Византии[81]. Надо думать,это никак не связано с дефицитом стекла.

В Северной Европе даже любившие повоевать рыцари и бароны не желалипроводить время в мрачных, лишенных окон замках. Они хотели солнца и света,не по душе им была архитектура по римским образцам. Жажда света породилапрямо-таки культ окон, и очень скоро строители, стараясь перещеголять другдруга, создают залы и соборы, окна которых становятся все громадней и красивей.Хотя средневековые мастера могли быть безнадежно далеки от какого-то научногоподхода, среди них, без сомнения, были люди с гораздо более яркими творческиминачалами, чем это обычно принято считать. И мы в большом долгу перед нимиза то, что они показали нам, сколь прекрасными могут быть окна.

Однако эффект от таких окон в значительной мере теряется, если их вставлятьв похожие на тоннель отверстия в толстой стене. Попытки же делать большиеокна при тонких стенах неизбежно приводили к катастрофам. В основе норманскойархитектуры лежит архитектура романская, а она не допускает таких отклонений,ибо по ее законам устойчивость и надежность определяются толщиной стен.Тем не менее это не всегда останавливало строителей, и, наверное, именнопозднероманские постройки породили афоризм: "Вопрос не в том, упадетли, а в том, когда именно?"  

Сейчас уже трудно определить, насколько ясно средневековые каменщики понималисмысл происходящего. Вероятнее всего, их понимание сути вещей было путаным исубъективным, иначе они не повторяли бы из поколения в поколение одни и те жеошибки. Однако рано или поздно кто-то понял, что совместить стремление кбольшим окнам стойкими стенами можно с помощью контрфорсов, которые должныподдерживать стены, подпирая их снаружи и сопротивляясь распирающему давлениюкрыши[82]. Контрфорсы как бы увеличивалиэффективную толщину стен, выполняя ту же задачу, что и римские кувшины, толькопо-иному.

Обычные контрфорсы на самом деле представляют собой лишь местные утолщениястен между окнами. Там где имелся только один зал, как в капелле Королевскогоколледжа в Кембридже (рис. 88 и 89), они были очень эффективны. Но кактолько понадобились боковые приделы, тут же возникли трудности. Чтобы поддерживатькрышу нефа, не затеняя чрезмерно верхних окон, мастера готики ввели аркбутаны(рис. 90).

 

 

Рис. 88-89. Контрфорсы капеллы Королевского колледжа в Кембридже.

В этом случае вертикальная часть контрфорса отнесена от стены и удерживаетсясерией арок, которые передают нагрузку, не слишком загораживая свет. Аркбутаныв сочетании с большими окнами обладают огромными декоративными возможностями,особенно при разумном расположении статуй и башенок, вес которых, как,должно быть, понимали строители, помогает контрфорсам в их нелегкой задаче- благополучно провести линию давления вниз через кружевной лес каменнойкладки. В конце концов окна стали так велики, что от стен, поддерживающихздание, почти ничего не осталось. Имея дело с узкими полосками каменнойкладки, как и с современными мачтами, невозможно обойтись без боковой поддержки.И как устойчивость высокой тонкой мачты обеспечивается весьма изощреннойоснасткой корабля, так и устойчивость этих изящных стен целиком зависитот их поддержки арками и контрфорсами.

 

 

Рис. 90. Появление боковых приделов потребовало изобретения аркбутанов.

После того как все эти идеи проникли в сознание зодчих, были понятыими и реализованы, строительство и архитектура достигли совершенно небывалыхи впечатляющих высот. Ко времени создания позднеготических построек ихархитектура потеряла всякую видимую связь с классическими образцами, откоторых она произошла. Трудно найти менее схожие сооружения, чем, скажем,Кентерберийский собор и римская базилика. И все же линия общего развитияздесь прослеживается ясно.

Постройки, о которых мы здесь говорили, прекрасны, но все они чрезвычайнодороги, и, конечно, куполообразные своды и арочные перекрытия обычно негодятся для частных домов. Вместо арок гораздо дешевле и проще применятьдля поддержания кровли какие-нибудь балки. Если над пролетом между стенамиположить длинные наклонные балки, или стропила, то они будут передаватьвес крыши через свои концы вертикально вниз, не оказывая никакого распирающегодавления. В результате нежелательных отклонений линии давления от вертикалине возникнет, стены могут быть достаточно тонкими и отпадает необходимостьв контрфорсах (рис. 91).

 

 

Рис. 91. Ферма перекрытия. На схеме показано шарнирное опирание (на роликах),чтобы подчеркнуть необходимость избежать распирания стен.

Уже по одной только этой причине балка является одним из важнейших элементоввсех строительных конструкций. На самом же деле применение балок и фермвыходит далеко за рамки задач, связанных с крышами зданий; балки и теорияизгиба балок сыграли в действительности чрезвычайно важную роль в обеспечениисамой возможности технического прогресса. Неожиданно все это оказалосьважным и в биологии.

Слово "балка" (beam ) на староанглийском означает "дерево", онодо сих пор сохранилось в английских названиях отдельных деревьев, напримерберезы и граба (whitebeam, hornbeam ). Сегодня балки чаще всего делаютиз стали и железобетона, однако в прошлом на протяжении столетий при строительствеслово "балка" означало деревянный брус, часто даже целый ствол дерева.Хотя дешевле и проще срубить дерево, чем построить каменную арку или куполообразныйсвод, раздобыть нужное количество больших деревьев тоже порой было нелегко,больше того, настали времена, когда длинные брусья стали редкостью. Воттогда и возникла необходимость в поисках способов, которые позволили быстроить крыши из деталей небольшой длины.

 

Фермы перекрытий

 

Современному человеку кажется совершенно очевидным, что стропила и перекрытияиз коротких брусьев лучше всего делать, как в детском конструкторе, соединяяэти брусья в конструкцию треугольной формы (рис. 92).

 

 

Рис. 92. Ферма из коротких деталей.

Мы пришли к решетчатой ферме. Всем нам примелькались подобные конструкциистальных железнодорожных мостов. Любая конструкция такого рода, составленнаяиз треугольников, называется фермой. Как и длинная сплошная балка, правильносконструированная ферма позволяет экономно перекрывать длинные пролеты,не оказывая опасного бокового давления на поддерживающие ее стены. Применениеферм (и теория ферм), как и применение балок (и теория балок), в современнойтехнике не ограничивается строительством зданий, оно гораздо шире. Фермыиспользуются в конструкциях судов, самолетов, мостов и многих других машини сооружений. Как мы видели в предыдущей главе, стянутая арка представляетсобой еще одну реализацию той же идеи.

Однако в архитектуре ферма, или решетка из балок, внедрялась удивительномедленно. В наиболее простой ферме - в виде деревянных стропил крыши -эта идея может показаться совершенно очевидной, однако нашим предкам потребовалосьнемало времени для ее освоения. Они ведь никогда не видели железнодорожныхмостов и не играли с детским конструктором. Стропила и фермы были, какоказалось, изобретением позднего Рима, хотя вплоть до средневековья никогдапо-настоящему не применялись. Архитектуре удавалось обходиться без фермна протяжении почти всей античной эпохи.

Греческим строителям никогда не приходила в голову сама идея ферм. Великиеафинские архитекторы Мнесикл, построивший Пропилеи, и Иктин, создательПарфенона и храма Аполлона в Бассах, сознательно отвергли использованиеарок и куполообразных сводов для перекрытий. И все же они оказались неспособны придумать стропила или какой-либо достойный их эквивалент. Блескэллинской архитектуры меркнет, как только нам попадается архитрав. Греческиекровли говорят о некотором недомыслии античных архитекторов.

Обычные каменные балки или перемычки нельзя использовать для надежногоперекрытия пролетов длиной более 2,5 м - они могут обвалиться. Сознаваяэто, древние греки встали перед необходимостью использовать для перекрытийхрамов и других зданий деревянные балки, хотя в античной Греции деловаядревесина становилась столь же дефицитной, как и в современной.

В тех случаях, когда для храма можно было найти необходимое количестводеревянных брусьев во всю длину перекрытия, эти балки укладывали горизонтальнопрямо на стены и каменные перемычки перистиля. Сверху накладывался достаточныйнастил, так что получался сплошной потолок над всей площадью здания (рис.93).

 

 

Рис. 93. Крыша древнегреческого храма.

Но крышу, естественно, нужно было сделать водонепроницаемой, для этогонад потолком сооружали большой холм из глины, смешанной с соломой и водой.Таким образом, на храм средних размеров наваливали кучу глины весом около3 тыс. т. Затем весь этот "агротехнический" материал хорошо утрамбовывалии выравнивали, так чтобы холм приобрел треугольную форму с плоским скатом.После этого прямо поверх глины примерно так, как укладывают плитки на садовыхдорожках, укладывали черепицу. Надо думать, строители рассчитывали на то,что огромная масса сырой глины высохнет прежде, чем начнет гнить поддерживающийее потолок. Высыхая и растрескиваясь, глина, должно быть, становилась превосходнымубежищем для всякого рода паразитов; но она же обеспечивала и прекраснуютермоизоляцию, что особенно ценно в условиях жаркого климата. Однако чащеприходилось довольствоваться короткими бревнами небольшой длины. Царь Соломон,чтобы получить ливанский кедр для своего дворца, заключил даже политическоесоглашение с царем Хирамом, и несмотря на это балки на крыше его дворцабыли длиной лишь по 17 локтей (примерно 7 м). В греческих храмах эти балкибыли еще короче, чем во дворце Соломона и подпирались снизу рядами колонн,хотя зачастую это было довольно неудобно. В одном большом дорическом храме(около 550 г. до н. э.) в Пестуме, на юге Италии, линия колонн проходитпрямо посреди зала, разделяя его на два равных крыла. Это не могло не мешатьпроведению религиозных церемоний. В более поздних храмах встречается ужесимметричное расположение колонн, которое было удобнее (рис. 94), но дажеПарфенон разделен изнутри колоннами, которые нам кажутся излишними.

 

 

Рис. 94. В храмах V в. крышу удавалось соорудить без использования ферм.

Наиболее простым видом ферм, используемых для перекрытий, является конструкцияА-образной формы, появившаяся в Средние века. Нижнюю часть фермы, воспринимающуюгоризонтальные нагрузки, строители называют ригелем. Обычно не представляеттруда найти для ригеля достаточно длинные бревна, чтобы сделать простуютреугольную ферму (рис. 95) для небольших пролетов.

Однако уже двухэтажные дома с такими перекрытиями непропорциональныи выглядят довольно нелепо. При этом бесполезно пропадает большое пространствопод крышей. Поэтому строители стараются более высоко располагать ригель,что позволяет размещать внутри крыши комнаты, используя, где необходимо,слуховые окна. Но у ферм с высоко расположенными ригелями под действиемвеса крыши выгибаются и пружинят стропила, создавая боковую нагрузку настены (рис. 96), что в конечном счете может дорого обойтись. Чем выше расположенригель, тем, естественно, эта опасность больше.

 

 

Рис. 95.  Обычный двухэтажный дом

 

 

Рис. 96. Последствия использoвания фермы с высоко поднятым ригелем(преувеличено, но не слишком).

Серьезной проблемой было сооружение крыши для средневековых залов исоборов, имевших зачастую большие пролеты. Использование в них ферм, возможно,было бы дешевле, чем сооружение арочных или куполообразных сводов. Однако,окажись даже под рукой достаточно длинные бревна для ригелей и стропил,они нависли бы почти над головой и весь архитектурный эффект зала или нефабыл бы потерян, в частности, были бы закрыты большие восточное и западноеокна. Поскольку в те времена внешнему виду придавали большее значение,чем функциональности, то строители континентальной Европы оставались вернымикаменным сводам, используя для поддержки арочных крыш изощренную и дорогуюсистему контрфорсов.

В этой связи интересно отметить, что английские строители выработаликомпромиссный вариант деревянной крыши, который можно назвать скорее гениальным,чем научно обоснованным: перекрытие с подблочником (рис. 97).

 

 

Рис. 97. Компромиссный английский вариант перекрытия.

Подобные крыши больших зданий стали в Англии довольно популярными; их можноувидеть на таких зданиях, как Вестминстер-холл, и на многих колледжах Оксфордаи Кембриджа, а также на некоторых больших частных домах. Выглядят они оченьхорошо и этим, вероятно, отчасти обязаны тем возможностям, которыепредоставляют в распоряжение резчиков по дереву многочисленные "суставы" ферм.Почитатели Дороти Сойерс вспомнят приключения Питера Вимсея среди ангелов ихерувимов, вырезанных на деревянных балках церкви св. Павла вФенчерче[83].

От обычных стропил с высоким ригелем перекрытие с подблочником отличаетсятем, что в нем точка приложения распирающего давления к наружным стенамсущественно смещается вниз, а это уменьшает опасные смещения линии давления.Хотя этот тип перекрытий хорошо себя зарекомендовал на практике, континентальныеархитекторы никогда им не увлекались и вне Англии он применялся считанноечисло раз.

В традиционных деревянных фермах соединения обычно выполнялись с помощьюдеревянных нагелей, а иногда железных хомутов. Такие соединения вообще-тоне отличаются особыми качествами, но главным требованием к таким конструкциямбыла скорее жесткость, чем прочность.

В больших современных сооружениях - заводских цехах, ангарах и складах- фермы перекрытий часто делаются из стальных деталей, например уголковогопрофиля, и в этом случае особых проблем с прочностью соединений не возникает.В небольших домах фермы перекрытия в наши дни почти всегда делают деревянными,обычно брусья выбираются минимально возможной толщины. Жесткости потолочныхбалок порой может хватать только на то, чтобы с потолка не сыпалась штукатурка.При модной сейчас переделке чердака в дополнительную комнату наибольшиеосложнения сулит недостаточная жесткость пола. Хотя балки перекрытия едвали треснут, вес людей и мебели может вызвать серьезные и дорогостоящиеповреждения дома. Мастерам-любителям это полезно иметь в виду.

 

Фермы в кораблестроении

 

Горе земле, осеняющей крыльями по ту сторону рек ефиопских,

посылающей послов по морю и в папировых судах по водам!

18, 1-2

Книга пророка Исайи

 

Корабелы использовали фермы разных типов за много столетий до того, как к тойже идее пришли строители и архитекторы. Почти все трактаты по историисудостроения начинаются с древнеегипетских лодок, предназначенных для плаванияпо Нилу. Как уже было известно пророку Исайе, они делались из плотно связанныхвоедино снопов тростника. Их возникновение относится к временам более древним,чем времена Исайи (около 740 г. до н. э.) - IV-III тысячелетиям до нашей эры.Подобные лодки используются и сейчас на Белом Ниле, а также на озере Титикака вЮжной Америке. Эти лодки приобретали нужную форму, если можно так выразиться,естественным путем - за счет того, что снопы тростника суживаются к концам. Ихдлинные концы часто стягивались так, что они загибались кверху и служилиукрашением носа и кормы. С незначительными изменениями эта форма сохранилась идо наших дней у средиземноморских гребных лодок, в частности у венецианскихгондол и мальтийских джайс.

Хотя плавучесть судна обеспечивается в основном средней частью корпусаи в меньшей степени его суживающимися концами, сознание этого никак неслужит препятствием для установки тяжелых грузов на носу и корме корабля.В результате судно выгибается - середина его корпуса поднимается, а носи корма погружаются в воду - в противоположность фермам и мостам, где серединафермы, наоборот, провисает ниже уровня ее концов. И хотя выгибание и провисаниеотличаются прямо противоположными направлениями нагрузок и прогибов, кобоим случаям применимы одни и те же законы и рассуждения.

С конструктивной точки зрения корпус судна - это та же балка, и результатдействия выгибающих сил на податливый корпус тростниковой египетской лодкисовершенно очевиден. Выгнутая лодка производит не лучшее впечатление, даи многие другие не менее важные причины не позволяли с этим мириться, такчто уже в 3000 г. до н. э. приходилось принимать какие-то меры. Египтянерешили эту проблему чрезвычайно остроумно. Они придумали систему, котораясостояла в следующем. Крепкий канат протягивали по верху вертикальных стоек,а петлями на его концах охватывали нос и корму. Канат можно было натягиватьс помощью некоторой разновидности "испанского ворота", скручивая его (иукорачивая там самым) с помощью продетого в петлю рычага. Таким способомможно было придать большой тростниковой лодке ту степень кривизны (или"прямизны"), которую захочет шкипер (рис. 98).

 

 

Рис. 98. Египетское морское судно (2500 г. до н. э.). Оно сделано из дерева,но сохранило характерные для тростниковых лодок вертикальные детали на носу икорме. Отдельные доски очень коротки и плохо соединены между собой, поэтомукорабль сохранил также традиционную египетскую выгнутую форму (обратитевнимание на А-образную мачту).

По мере развития кораблестроительного искусства египтяне, оставив тростник,принялись строить свои корабли из дерева. Поскольку доски были достаточнокороткими, а соединения довольно хлипкими, описанное выше изгибающее устройствооставалось по-прежнему необходимым.

Греческие корабелы оказались искуснее египетских, они строили превосходныетриремы, боевые галеры, составляющие основу морской мощи Афин. Но делалисьони из таких же коротких досок, их корпуса легко прогибались и давали течь.Для борьбы с этим греки использовали устройство, основанное на том же принципе,но в несколько усложненном виде. Они изобрели так называемую гипосому.Прочный канат проходит снаружи вокруг всего корпуса корабля чуть ниже палубыи стягивается все тем же испанским воротом в той мере, в какой это нужнокормчему.

В ту пору военные корабли во время сражений таранили друг друга, поэтомуим необходимо было выдерживать большие и внезапные нагрузки. И гипосомабыла тут незаменима: без нее немыслимо было не только сражаться, но и простовыходить в открытое море. Если в современной практике при разоружении военныхкораблей вынимают замки из орудий, то в античные времена, чтобы обезоружитьтриремы, достаточно было просто снять гипосомы.

Совершенно очевидно, что афинские корабелы были хорошо знакомы с основамисооружения ферм, поэтому естественно напрашивается вопрос, почему же такиезнаменитые афинские архитекторы, как Мнесикл и Иктин, не подхватили туже идею при постройке своих храмов. Возможно, аналогия между провисаниеми выгибанием не приходила им в голову, а может быть, они просто никогдане сидели за одним столом с корабельными мастерами. В конце концов, сколькоархитекторов сегодня хоть раз беседовало о своих конструкциях с судостроителями?

Когда хрупкие весельные боевые галеры вышли из употребления, надолгоисчезли и выгибающие устройства. Однако американские речные пароходы XIXв. прогибались почти так же, как и греческие триремы или египетские судана Ниле. Их деревянные с небольшой осадкой корпуса рождали те же проблемы,и американцы разрешали их тем же способом, что и древние египтяне. Всеамериканские речные пароходы были снабжены "египетской" оснасткой. Отличиесостояло лишь в том, что растягиваемые части были выполнены из железныхстержней, а не из папирусных канатов, и натягивались они с помощью винтовыхпар, а не испанского ворота. Участвовавшие в гонках шкиперы утверждали,что могут "выжать" из своих пароходов лишние пол-узла, просто регулируянатяжение тросов и изменяя тем самым форму корпуса. Тот факт, что корпусау этих пароходов текли еще сильнее, чем у греческих трирем, не имел особогозначения, ибо все они были снабжены паровыми помпами.

Во множестве разновидностей фермы присутствуют и в оснастке любого парусногокорабля. Весьма вероятно, что парус - тоже египетское изобретение, ибона Ниле почти весь год ветры дуют против течения и грузовые суда моглиподниматься по реке с попутным ветром, а спускаться вниз по течению, какони это делают и сейчас.

Первая задача при сооружении парусного корабля - это воздвигнуть мачту,чтобы поднять на нее парус. Вторая и гораздо более трудная задача - удержатьэту мачту в вертикальном положении. Вообще мачты парусного корабля - этообыкновенные столбы или стойки, удерживаемые с разных сторон системой натянутыхканатов, которую моряки называют "стоячим такелажем" - вантами и штагами.Если жесткость корпуса позволяет в нужной мере натянуть ванты, то почтивсегда такая конструкция оказывается наилучшей. Расчет показывает (мы увидимэто в гл. 13), что она имеет наименьший вес и стоимость. Египтяне не делалиподобных расчетов; больше того, они о них и не задумывались. Их заботилотолько то, как найти какой-нибудь способ для поддержки этой новой штуки- паруса - над сделанным из тростника корпусом, чтобы не выбиваться изсил от гребли.

Потратив немало времени на разработку парусного оснащения надувных спасательныхлодок, которыми снабжались бомбардировщики[84], ямогу посочувствовать древним египтянам, занимавшимся этим делом.

Надувной корпус резиновой лодки почти так же гибок и податлив, как икорпус египетского тростникового судна. Трудно ожидать, что к предметувроде мокрого мяча или хлипкой вязанки тростника удастся прикрепить тугонатянутые канаты. При этих обстоятельствах сама идея стоячего такелажастановится довольно смехотворной. Поэтому египтяне весьма разумно помещалиповерх корпуса своей каракатицы нечто вроде треугольника, или фермы А-образнойформы (см. рис. 98). Эта конструкция прекрасно работала на Ниле; я завидовалдревним египтянам, нашедшим решение проблемы, но, к несчастью, оно не годилосьдля спасательных лодок. Египтянам не нужно было делать складной оснастки,упаковывать ее в небольшой ящик, который необходимо было еще втиснуть всамолет, и без того набитый сверх всякой меры.

Греческие и римские торговые суда имели уже достаточно прочные и жесткиекорпуса, которые могли выдержать создаваемую стоячим такелажем нагрузку.Мачты у них располагались посередине корабля и поддерживались обычнымивантами и штагами. Однако даже большие римские корабли редко несли большеодной мачты, на которой кренилась одна длинная рея с большим квадратнымпарусом. И так продолжалось вплоть до бурного расцвета мореплавания в эпохуВозрождения. Именно тогда стала усложняться оснастка больших кораблей,увеличилось число мачт и парусов. Примерно в это время одиночная мачтабыла заменена тремя мачтами, называемыми фок-, грот- и бизань-мачтами.Затем мачты стали подрастать в вышину и в дополнение к нижнему квадратному,курсовому, парусу над ним располагались квадратный марсель, затем брамсельи наконец бом-брамсель. (Еще более высокие "небесный" и "лунный" парусапоявились много позднее, в разгар эры клиперов.)

Традиционно каждый парус - курсовой, марсель, брамсель и бом-брамсель- крепится на отдельной секции мачты. Над нижней частью мачты идет стеньга,затем брам-стеньга и т. д. Каждая секция мачты делается из отдельного бревнаи удерживается в нужном положении сложной и хитроумной системой вант ирастяжек. Система устроена таким образом, что при необходимости все верхниечасти мачты и реи могут быть разобраны и спущены на палубу. Так как самыебольшие брусья весят по нескольку тонн, требуется не только мастерство,но и немалое присутствие духа, чтобы опускать и поднимать такие громоздкиепредметы на качающемся корабле. Большой корабль имел команду примерно из800 человек, большинство из них могло бы посрамить как верхолазов, таки тренированных атлетов.

Парусные учения британского флота на Средиземном море в 40-х годах прошлоговека стали легендой. Адмирал, закончив завтрак, мог подать сигнал: "Всемкораблям сменить стеньги. О затраченном времени и числе несчастных случаевдоложить". Очень возможно, что так оно и было. Известно, что парусноеснаряжение таких линкоров британского военно-морского флота, как "Марлборо",за считанные минуты могло быть снято вплоть до нижних мачт силами самогоэкипажа и столь же быстро поставлено снова. Такие учения не были пустойтратой сил. Корабли обычно были снабжены достаточным запасом брусьев, ибезопасность в случае аварии или повреждения в бою, как правило, зависелаот того, как быстро могут быть заменены поврежденные мачты. С некоторымчислом несчастных случаев на учениях и маневрах в мирное время приходилосьмириться, так же как мы миримся о несчастными случаями при занятиях верховойездой и альпинизмом.

Строительная механика, на которой все это зиждилось, в своем роде быласовершенной. Она заслуживает внимания и уважения современных инженеров,склонных задирать нос перед предками. Сложность оснастки последних парусныхкораблей вы оцените, посмотрев на "Викторию" (рис. 99) или "Катти Сарк".Общая высота грот-мачты "Виктории" была, например, около 67 м. Длина ееглавной реи составляла 30 м, но при необходимости ее можно было увеличитьдо 59 м с помощью выдвижных рей. Весь этот огромный механизм работал, иработал безотказно, годами, в тяжелых условиях бурного моря и ветра, будучикуда как надежнее большинства современных машин.

 

 

Рис. 99. Военный корабль "Виктория". Его мачты представляют собой прекрасныйпример консольной балочной конструкции очень больших размеров.

Среди всего обилия самых разных типов ферм мачты больших парусных кораблей- одна из самых прекрасных и совершенных конструкций, когда-либо созданныхчеловеком. Ценой значительных усложнений удалось довести вес всей устремленнойвверх конструкции до безопасных значений. Но когда около 1870 г. на парусныхвоенных судах были введены тяжелые орудия, устанавливаемые во вращающихсябашнях, то оказалось, что сеть вант и других канатов чересчур ограничиваетсектор стрельбы. Поэтому некоторые броненосцы, например знаменитый "Кэптэн",имели мачты в форме треноги, что позволяло несколько увеличить сектор обстрела.Если хотите, это было возвратом к египетскому методу сооружения мачт. Однакочрезмерный вес этих конструкций плохо влиял на и без того недостаточнуюостойчивость таких кораблей. Высокие тяжелые мачты, несомненно, сыгралисвою роль, когда штормовой ночью в Бискайском заливе перевернулся шедшийпод парусами "Кэптэн". Погибло почти пятьсот человек экипажа.

 

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться: