Памятники

Балка и плита

Что может быть проще балки? Бревно, закрепленное концами в стенах или уложенное на две стойки. Каменный брус, уложенный на каменные же стены. Тем не менее водружение первой же балки стало когда-то одним из величайших подвигов интеллекта, открыв собой эру настоящего строительства. Только тогда в сочетании стоек и балки возникла целая система: стоечно-балочная конструкция, продолжающая верно служить нам по сей день.

Балка и плитаИзобретение балки позволило перейти к созданию массивных, устойчивых конструкций, чтобы перекрывать внутреннее пространство. Такое открытие сделало возможным создание надежной кровли, и от него отсчитывается история многоярусного строительства. Но прежде того изобретение балки позволило оформить проемы в стене — окна, двери, ворота, портал (что в переводе с латыни значит “врата” — архаичное слово, подчеркивающее торжественную роль главного входа). В Японии до настоящего времени продолжает жить практически в неизменном виде своего рода монумент стоечно-балочной системе. Это -изящные тории, священные ворота, стоящие отдельно от храма, перед входом на его участок, а иногда и вовсе без храмового участка. Монументальные тории часто высятся на морском берегу, являя собой торжественный портал, через который “входят” лучи солнца — богини Аматерасу. Совсем миниатюрные тории можно обнаружить во дворике японского дома и в наши дни.

В том, что первая балка была деревянной, ни у кого не возникает сомнения. Помимо остатков древних балок или только их следов, сохранившихся под землей, есть и совершенно замечательное подтверждение этому.

Это весьма внушительные каменные порталы Стоунхенджа, расположенного на юге Англии. Стоунхендж, впервые заложенный примерно в те же времена, что и великие пирамиды Египта, перестраивали несколько раз, но даже если счесть, что его порталы были возведены лишь при третьей перестройке, это все равно около 1500 г. до н. э. Два очень мощных камня грубо отесаны и установлены вертикально, а поверх уложен столь же мощный каменный брус. На нижней поверхности этого бруса имеются гнезда, а вертикальные столбы (такие толстые столбы обычно называют пилонами) завершаются поверху каменным “зубом”. Очевидным для нас образом здесь нет никакой практической необходимости в таком соединении. При очень широкой поверхности подошвы многотонная балка не шелохнется ни при каких условиях, кроме, разумеется, разрушительного землетрясения. Однако от такой беды не спасет и соединение “в шип”. Наверное, привыкнув соединять деревянные бревна и брусья именно таким образом, строители Стоунхенджа весьма трудолюбиво повторили в камне знакомую конструкцию надежности.

Балка и плитаДревние египтяне, которых никогда не смущали ни трудность обработки крепчайшего гранита, ни сама тяжесть перетаскиваемых монолитов, применяли каменные балки с абсолютной уверенностью, укладывая их на могучие колонны. Греческий историк Геродот, сделавший много, чтобы сообщить грекам об этих, уже чрезвычайно древних в его время египетских постройках, не сомневался, что египтяне пользовались для подъема тяжестей какими-то машинами. Скорее всего, грек, живший в эпоху интенсивного сооружения всевозможных осадных орудий и подъемных кранов, не мог вообразить, чтобы создатели величественных сооружений могли обойтись без них. Однако же, скорее всего, вполне обходились, используя уже знакомый нам трудоемкий, но совершенно надежный способ возведения временных наклонных плоскостей, т. е. насыпей, по которым сотня-другая людей могли затянуть наверх на деревянных салазках груз в двадцать – тридцать тонн.

Если форме колонны и ее капители египтяне уделяли немало внимания, то балка нимало не побуждала их художественное воображение, оставаясь в большинстве случаев простейшей прямоугольной формой — брусом. Впрочем, балке, перекрывавшей портал, придавалось особое значение, так что, как правило, ее лицевая сторона обрабатывалась рельефом: или крылатый жук скарабей или солнечный диск, по обе стороны которого дважды изогнулись священные кобры. При этом египтяне, которым хватило столетий для отработки наиболее надежных решений, твердо уяснили, что каменная балка ни в коем случае не может быть длинной — в противном случае она переламывалась в середине, ведь зернистая структура камня, способного выдержать на себе гигантское давление сверху, наихудшим образом приспособлена к работе на изгиб. Опытным путем египтяне установили, что длина каменной балки должна быть в три-четыре, максимум в шесть раз больше ее высоты, так что учившиеся у них минойские критяне, греки и финикийцы могли без труда воспользоваться готовыми уроками.

Балка и плитаГреки тем отличались от всех других “учеников” египтян, что там, где египтянам было достаточно знать на память рецепт, грекам почему-то всегда, во-первых, хотелось объяснить почему, а во-вторых — исследовать до конца, какие художественные возможности скрывались в простейшей формуле. Так было с колонной, так случилось и с балкой. Пожалуй, трудно возражать тем исследователям, которые давно настаивали на том, что греческий образный строй привычной стоечно-балочной конструкции, получивший наименование “ордер” (то есть порядок), имел практические основания в природе деревянной конструкции.

В самом деле, из бревен, какие имелись в распоряжении у древнегреческих строителей, можно было вытесать брусья лишь небольшого сечения, а прогон, или главную балку, следовало сделать мощнее, тем более что на нее следовало опереть меньшие поперечные балки, а уже по ним укладывать еще меньшие, обрешетку для настила черепицы. Естественно было сообразить, что мощный прогон можно получить, один над другим уложив два-три бруса и надежно соединив их длинными гвоздями или бронзовыми скобами. Естественно было со временем догадаться, что второй и третий брус составного прогона можно несколько выдвинуть вперед, чтобы капли дождя срывались с нижней кромки, не затекая в швы.

Столь же естественно было попытаться защитить открытые торцы поперечных балок, уложенных поверх прогона, от проникновения в них влаги. Поначалу закрывали деревянными дощечками, затем — плитками из терракоты. Наконец все это оставалось воспроизвести в известняке или в наиболее прочном и красивом виде известняка – в мраморе.

Эта логика кажется неуязвимой, хотя в любом случае очевидно, что греческие зодчие чрезвычайно рано отбросили зависимость от деревянной конструктивной схемы и затем принялись разрабатывать саму каменную конструкцию прогона как художественное произведение. Они продолжали сохранять совершенно гладкой нижнюю, лицевую часть прогона, укладывавшегося поверх дорических капителей, а вот над ионическими капителями сразу же стали изображать три мраморных бруса с легким сдвигом верхних вперед. Над гладкой половиной дорического прогона сразу же возникла весьма сложная композиционная схема: над каждой колонной и по середине промежутка утверждены как бы торцы поперечных балок, установленные на плоскую полочку и просеченные тремя вертикальными канавками. Да еще так установленные, что уже под полочкой снизу выступили ряды зубчиков. Между этими “торцами” рано стали укреплять сначала керамические, а затем и мраморные плиты, украшенные рельефами. “Торцы” назвали триглифами, а плиты – метопами. При этом подлинные поперечные (деревянные) балки никогда не совпадают со “своими” торцами — триглифами — по высоте, что было бы и невозможно в каменной конструкции. Они лежат выше, и их концы прикрыты снаружи сложным резным карнизом.

Без лишних слов понятно, что наклонные стропила, по которым укладывается кровля домов и в южных, и в северных широтах, — тоже простые балки.

Балка и плитаХотя есть все основания полагать, что и первые ионические колонны были все еще деревянными, в решении ионического, да и коринфского прогона (вместе все элементы его художественной обработки издавана называют архитравом) от архаической деревянной конструкции осталась лишь тень — выступы трех, а то и четырех “балок” по мере движения взгляда снизу-вверх. Ряд уже знакомых нам по ионической капители иоников зрительно разбивает верхнюю “балку” ионического прогона, а над ее верхней полкой поверхность высокой “балки” покрыта выпуклой резной гирляндой. В коринфском прогоне иоников нет, средняя высокая “балка” обычно покрыта тонким фигурным, скульптурным рельефом, а над ней устроен еще ряд простых “сухариков”.

С утверждением в архитектуре новой, римской манеры художественная карьера балки прервалась, так как римляне избрали другую ведущую конструктивную схему — арку. Нет, разумеется, балки активно использовали в строительстве вилл, тем более многоэтажных жилых домов, но это всего лишь привычный конструктивный элемент. Однако нередко можно было встретить и решетку, образованную декоративными брусьями, так что между брусьями возникают квадратные углубления — кессоны, в которых могли быть и фрески, и позолота. На Востоке, где балку чтили всегда, ее история развивалась по разным линиям. Японцы, выше всего ставящие красоту естественного материала, ограничивались лишь идеальной обработкой поверхности рубанком, снимающим стружку, тонкую, как папиросная бумага. Китайцы и индусы не могли стерпеть подобную скупость и вовсю раскрашивали балки, покрывали их резьбой и многослойным красным лаком.

В сохранившихся до нашего времени жилых и дворцовых палатах европейского средневековья можно встретить рядом и простой деревянный прогон, и деревянную балку, покрытую красочным орнаментом, а с утверждением ренессансной моды воскресает римский кессонированный потолок.

Балка и плитаС глубокой древности у деревянной балки было еще одно специфическое применение, сыгравшее весьма заметную роль в истории архитектуры. Уже древнейшие, самые первые строители Европы заметили, что прогон можно так уложить на две стойки, что его концы далеко выступят за опоры, и если затем по прогонам уложить тонкие жерди, возникнет помост. Мастера Востока изобрели нигде более не встречающуюся конструкцию, когда ценой изрядного ослабления прочности стойки в ней продалбливалось отверстие, через которое пропущена горизонтальная балка, концы которой выступают наружу. Судя по всему, малоазийские строители обнаружили впервые, что если длинную балку перекрытия уложить на стены так, чтобы ее концы выступили наружу, а сверху возвести еще ряды кладки, то с обеих сторон постройки выступят надежно закрепленные в толще консоли. По консолям можно уже положить доски, и тогда получатся протяженные неглубокие террасы. Дальше оставалось уяснить, что того же результата можно достичь проще – если короткую балку замуровать в стену под прямым углом к ее поверхности так, чтобы ее сверху придавил достаточный вес каменной кладки высотой в несколько метров, то и таким образом получается надежно закрепленная консоль, а на ней можно устроить балкон.

Кому это самому первому пришло в голову неизвестно, но уже в сохранившихся глиняных моделях Среднего Царства, на резных или фаянсовых табличках с Крита, на знаменитой фреске с первым в мире изображением города, найденной под вулканическим пеплом на острове Санторин (Тира) изящные балконы жилых домов видны в деталях.

Эта конструкция просуществовала в практически неизменном виде три с лишним тысячи лет, пока широкое применение железа дополнительно не упростило ее. Стальной или железобетонный каркас из стоек и балок несложно собрать так, что его внутреннее ядро будет со всех сторон окружено выступами консолей, что уже в XX в. открыло дорогу применению навесной облегченной или целиком стеклянной стены.

Балка и плитаС геометрической точки зрения плита представляет собой как бы растянутую в ширину балку, высота которой незначительна по отношению к ширине. Гранитные плиты использовали зодчие египетских пирамид, с их помощью перекрывая коридоры и помещения под неимоверной толщей пирамиды. Тот же в точности прием использовали неизвестные нам создатели пирамид майя и ацтеков, как и египтяне, устраивавшие погребальные камеры в толще ступенчатой пирамиды. Знаменитому путешественнику, исследователю океана Туру Хейердалу это обстоятельство дало основания предположить, что вся культура каменного строительства была перевезена в Новый Свет морским путем. Позднее отказались от этого весьма утомительного способа сооружения перекрытий, заменив его куда более подручной схемой применения прогонов, поперечных балок и настилов.

Только в XX в. применение железобетона, в котором усилия изгиба, а значит и растяжения нижней трети балки или плиты, принимает на себя стальная арматура, вызвало возрождение плиты, быстро ставшей главным элементом перекрытия в многоэтажных сооружениях. Египетская технология словно родилась заново. В ряде случаев плиты перекрытий изготовляют на земле, а затем одну за другой поднимают вверх на длинных домкратах, чтобы уже затем подводить опорные стойки, и тогда здание растет сверху вниз. При видимой простоте это довольно сложно не только потому, что мощные домкраты должны работать синхронно, но и потому еще, что в плите заранее необходимо проделать множество отверстий — для будущих лестниц и для вентиляционных каналов, а также для разводки многочисленных труб и кабелей. В отличие от стойки, стены и балки, плита не вызывает особых эмоций и никогда не имела отдельного символического значения. 

В стремлении перекрыть пролет между двумя стойками многие тысячелетия следовало выбирать между надежностью (уменьшение пролета) и шириной пролета (тогда это дерево, а значит, неизбежное уменьшение надежности). Стремясь к вечности, зодчие Стоунхенджа и зодчие Египта сформировали одну эстетику балки. Стремясь к простоте и выгоде, безымянные авторы деревянной конструкции создали другую эстетику применения той же конструкции. 
 
Но всех изображениях видна стоечно-балочная конструкция, однако в образном отношении общее проглядывает только лишь между мегалитическими постройками северной Европы и египетским порталом. Великим изобретением древних племен Севера стали стропила. С их помощью удалось перекрывать большие пролеты, а треугольные призмы кровель создали легко опознаваемый стереотип дома.  
 
Балка и плитаНичего не может быть проще каменной балки. Естественно, что, хотя храм при ступенчатой пирамиде Джосера в Саккара (внизу) и храм в Карнаке разделены во времени полутора тысячелетиями, балки, которые подняты на многометровую высоту, совершенно тождественны. Однако за счет того, что в первом случае эти балки уложены поверх простейших столбов, а во втором -поверх достаточно изозщренных по форме колонн, общее впечатление несходно. Общим оставались способ отески огромных монолитов и способ установки их на место посредством временных насыпей. Такая технология вынуждала затрачивать целые годы на подготовительные работы, однако, как показал опыт, сооружение подъемных машин обходилось существенно дороже. Перенос и установка одного обелиска инженерами ренессансного Рима это показали определенно. 
 
В предыдущей главке нас интересовало художественное качество циклопической кладки стен древних Микен. Здесь, напротив, хочется привлечь внимание к особенности конструкции перекрытия Львиных ворот. Их пролег перекрыт монолитной балкой, однако ее верхней грани отнюдь не случайно придана криволинейность. Судя по одновременно сооруженной гробнице Атрея, здесь – вместе с треугольным монолитом, где фигуры львов фланкируют критскую колонну, – перед нами изображение т.н. ложной арки. Стесывая наискось торцы блоков стены, примыкающей к барельефу, зодчий не сомневался, что тем самым он уменьшал давление но балку перекрытия. Нечасто, но встречаются примеры того, что древний зодчий стремился превратить препятствие в осознанный художественный прием: высота балки, перекрывающей вертикальную щель входа, больше, чем пролет. За счет этого высота узкого входа зрительно еще увеличивается.  
 
Античная схема оказалась много устойчивее, чем сами античные сооружения. Однако могучие деревянные балки, перекрывающие залы базилик Ренессанса, в целом исправно служат веками. В городских домах Италии, Франции, Англии до сих пор можно обнаружить деревянные перекрытия не только XVII, но даже XV и XIV столетий.  
 
Начиная с разработки классического греческого ордера, стало ясно, что за счет интенсивной орнаментации фронтальной поверхности каменной балки можно достичь ощущения ее зрительной невесомости. В романских соборах (в центре ряда) это ощущение усилено тем, что визуально балка образует единое целое с рельефным тимпаном, укрепленным поверх нее. С неолитической древности Европы связывание балки поверху в единое стропильное строение породило великое множество изощренных стропильных конструкций, служащих перекрытием весьма значительных пролетов. В камне с этой конструкцией мог поспорить только ребристый свод.  
 
С конструктивной точки зрения нет никакого различия между взаимодействием тяжелых стоек и балок египетского храма и необычайной изысканностью отношений стойки и балки в постройках классической и тем более эллинистической Греции. Все различие – в художественной системе разработки каждой формы в отдельности и их стыковки в особенности. 
 
Пожалуй, балка – наиболее консервативный элемент в составе “азбуки” архитектуры. Единственный прогресс в ее истории заключался в том, что с изобретением сначала стального проката, а затем и предварительно напряженных бетонных конструкций, стало возможно существенно наращивать длину балки. Впрочем, начиная с XVII в., развитие математики и с нею теории конструкций привело к разработке качественно иной конструкции для той же цели. Это была стальная ферма, применение которой позволило существенно снизить расход металла. Применение сверхкрупных балок в современной архитектуре бывает вызвано сугубо художественными соображениями. 

Читайте далее:

По материалам Wikipedia