Железобетонные конструкции в исторических зданиях и сооружениях г. Томска

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Серия «Учебники ТГАСУ»

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ 

В ИСТОРИЧЕСКИХ ЗДАНИЯХ 
И СООРУЖЕНИЯХ Г. ТОМСКА

Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ 

в качестве учебного пособия 

для студентов архитектурного факультета 

по направлению подготовки 07.03.02 «Реконструкция и реставрация 

архитектурного наследия» (уровень бакалавриата)

Томск

Издательство ТГАСУ

2021

Авторы: Е.Н. Колокольцева, Р.Р. Шарыпов, Л.С. Романова, Ю.А. Стояк

УДК 69.01
ББК 38.4

Ж51

Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году

Железобетонные конструкции в исторических зданиях и сооружениях 

г. Томска : учебное пособие / Е.Н. Колокольцева, Р.Р. Шарыпов, Л.С. Романова, 
Ю.А. Стояк. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2021. – 110 с. − Текст : непосредственный.

ISBN 978-5-93057-637-5

В учебном пособии рассмотрена история зарождения, развития и распространения строительного 

материала железобетона в конструкциях зданий и сооружений в мировой и российской практике. Представлены ученые, инженеры, архитекторы, а также строительные фирмы, применявшие железобетонные конструкции в зданиях и сооружениях в мировой, российской практике и при строительстве в г. Томске.

Особенностью настоящего пособия является информация, базирующаяся на результатах реставра
ционных работ, проведённых специалистами СИ «Сибспецпроектреставрация» г. Томска. Впервые приведены результаты исследования исторических зданий и сооружений города, в которых применялись железобетонные конструкции. Эти уникальные сведения очень важны при обучении будущих архитекторовреставраторов.

Учебное пособие предназначено для студентов архитектурного факультета по направлению подго
товки 07.03.02 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия» (уровень бакалавриата).

УДК 69.01
ББК 38.4

Рецензенты:
И.В. Куликова, канд. архитектуры, доцент кафедры теории и истории архитектуры 
Томского государственного архитектурно-строительного университета;
Т.В. Калмыкова, руководитель группы проектного отдела ООО «Томскстройремпроект».

ISBN 978-5-93057-637-5
© Томский государственный

архитектурно-строительный
университет, 2021

© Колокольцева Е.Н., Шарыпов Р.Р.,

Романова Л.С., Стояк Ю.А., 2021

Ж51

ВВЕДЕНИЕ

Развитие городов, имеющих историко-культурное наследие, постоянно требует решения 

вопросов, связанных с сохранением исторически ценной застройки и необходимостью нового 
строительства. В связи с этим изучение историко-культурного наследия приобретает большое
значение, а совокупность теоретических и практических знаний, представленных различными 
областями науки и техники, позволяет принимать более обдуманные и тщательно обоснованные решения в сохранении облика города и в организации строительства новых зданий и инженерных сооружений.

Среди исторической застройки нередко встречаются здания и сооружения, при строи
тельстве которых использовался железобетон. Железобетонные конструкции, применяемые 
в строительстве общественных и промышленных объектов конца XIX – начала ХХ в., разнообразны по объемно-планировочным и конструктивным решениям, а также имеют особую эстетическую ценность.

Тема железобетонных конструкций в исторических зданиях и сооружениях г. Томска 

конца XIX – начала ХХ в. в целом малоизучена. Вопросы конструктивных решений железобетонных элементов зданий были освещены в исследованиях, которые входили в состав научнопроектной документации Сибирского исследовательского института «Сибспецпроектреставрация». Однако эти данные не опубликованы, что существенно затрудняет знакомство с обширным научно-исследовательским материалом.

Несмотря на большое количество литературы по исследованию вопросов применения 

железобетона в строительстве общественных и промышленных зданий таких авторов, как 
В.Г. Залесский, В.Ф. Иванов, М.Е. Романович, А.И. Тилинский, А.В. Чуйко, Ф. Штаде, 
В.Е. Ясиевич, специальных работ, посвященных применению железобетона в Томске, практически нет. Работы В.Г. Залесова, Т.Н. Манониной, Н.В. Николаева, Л.С. Романовой, В.Н. Шагова, освещавшие вопросы истории строительства зданий и сооружений с использованием железобетона в г. Томске, носят историко-исследовательский характер. Таким образом, вопрос 
о конструктивных решениях железобетонных конструкций в исторической застройке Томска 
остается открытым и требует дальнейшего изучения.

Здания с железобетонными конструкциями являются материальным воплощением исто
рии и развития культуры. Результаты данного исследования помогут дополнить теоретическую базу для научно-реставрационной деятельности и позволят применять опыт прошлого 
при современном проектировании железобетонных перекрытий, что поможет сохранить культурное наследие на территории г. Томска.

Теоретической и практической основой исследования послужили также архивные доку
менты и научные работы, посвященные истории архитектуры г. Томска, и проектная документация по реставрации объектов культурного наследия города.

Данные материалы могут использоваться в строительстве общественных и промышлен
ных зданий, а также при проектировании инженерных сооружений с учетом конструктивных 
и художественных особенностей томской застройки.

Основой данного пособия стала магистерская диссертация, посвященная изучению же
лезобетона и железобетонных конструкций в постройках г. Томска в период конца ХIХ –
начала ХХ в., выполненная Р.Р. Шарыповым под руководством Е.Н. Колокольцевой на кафедре реставрации и реконструкции архитектурного наследия ТГАСУ.

1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В ЗДАНИЯХ, СООРУЖЕНИЯХ, 

МАЛЫХ АРХИТЕКТУРНЫХ ФОРМАХ

1.1. Появление и распространение железобетонных конструкций

Железобетонные конструкции по сравнению с конструкциями, выполненными из других 

материалов (камня, дерева, стали), являются новыми. В строительстве железобетонные конструкции начали применять только во второй половине XIX в. За короткий промежуток времени железобетон получил широкое распространение в строительстве. Когда именно появились первые железобетонные конструкции и кому принадлежит первая мысль о включении
металлического каркаса в цементную массу, доподлинно неизвестно. Первые подобные конструкции встречаются в середине XIX в. Примерно в 1850 г. француз Ламбо изготовил лодку 
из проволочной сетки и обмазал ее с двух сторон цементным раствором (рис. 1). В 1855 г. она 
была представлена на Всемирной выставке в Париже [10].

Рис. 1. Железобетонная лодка [10]

За год до этого английские инженеры первыми предложили конструкцию из бетона и же
леза и запатентовали данное изобретение. В это же время американец Хайэтт производил 
опыты с армированными балками и охарактеризовал данные конструкции как включение ме
таллических элементов в бетон. В его книге, изданной в 1877 г., 
впервые было высказано предположение о целесообразности расположения металлических элементов в конструкциях в растянутой зоне. В 1861 г. француз Куанье предложил свои конструктивные решения перекрытий, сводов и труб, которые должны были 
выполняться из железобетона [Там же].

Несмотря на патенты, оформленные различными инжене
рами, первоначальным изобретателем железобетона долго считали парижского садовника Монье (рис. 2), получившего в 1867 г. 
патент на изготовление цветочных кадок из металлической проволочной сетки, обмазанной с двух сторон цементным раствором 
(рис. 3). Данная конструкция, судя по всему, была выполнена по 
такой же технологии, что и лодка Ламбо [Там же].
Рис. 2. Жозеф Монье [36]

За этим патентом последовали другие: на изготовление резервуаров; труб; плит; сводов 

и т. п. Именно Монье приписывают успешное внедрение железобетона и железобетонных конструкций в разные области строительства. Однако, несмотря на свой разнообразный опыт, Монье не имел представления о существовании работ своих коллег. Конструкции он выполнял чисто эмпирически, допускал грубые ошибки. Например, в плитах он укладывал сетку посредине 
толщины, где растягивающее напряжение не наблюдается (рис. 4) [10].

Рис. 3. Цветочные кадки. Обработка иллюстрации Р.Р. Шарыпова [10]

Рис. 4. Плита Монье с неправильным армированием. Обработка иллюстрации Р.Р. Шарыпова [10]

Французы, торжественно отметив в 1949 г. столетие железобетона, тем самым признали 

приоритет Ламбо. Запатентованные работы Монье имели весьма ограниченное распространение, и лишь в 1884 г., когда патенты были приобретены двумя немецкими строительными 
фирмами,изучением железобетона стали заниматься ученые и инженеры. В 1886 г. инженером 
Вайсом и профессором Баушингером (при материальной поддержке фирмы Фрейтаг и Гейдшук) были сделаны первые научные опыты над железобетонной конструкцией по определению прочности, огнестойкости, сохранности арматуры в бетоне, силы сцепления арматуры 
с бетоном и т. п. [Там же].

Немецким инженером М. Кененом было высказано 

предположение, что подтвержденная опытами арматура 
в виде железных стержней должна располагаться в тех участках конструкций, где можно ожидать растягивающих усилий.
В 1887 г. Кенен предложил первый метод расчета железобетонной плиты, а Вайс издал брошюру о системе Монье. В ней 
он описал результаты опытов и метод расчета. Их труды привлекли внимание общественности, что способствовало более 
широкому распространению железобетона в Германии и Австро-Венгрии. Во Франции по-прежнему развивалась «система Монье», а также был изобретен целый ряд других систем: Куанье, Коттансена, Борденава, Бонна и др. Тем не менее развитие железобетона во Франции шло сравнительно 
медленнее, чем в Германии. Огромный вклад в развитие же
лезобетона внес француз Франсуа Геннебик (рис. 5) [10].

Его новая система, предложенная в 1892 г., представляла собой ребристую конструкцию, 

в которой не была применена металлическая балка. С этого периода было положено начало 
возведению монолитных железобетонных конструкций. Геннебик выполнял из железобетона 
не только плиты и балки и их монолитное сочетание, но и колонны, фундаменты, подпорные 
стены, забивные железобетонные сваи (рис. 6) [Там же].

Рис. 6. Железобетонное здание Ф. Геннебика [37]

В ребристой конструкции Геннебик впервые применил арматуру (отгибы и хомуты) для 

усиления бетона против скалывающих усилий (рис. 7). В действительности же эта арматура 
воспринимает главные растягивающие напряжения, вследствие чего он вывел приближенные 
формулы для расчета, сразу получившие большое распространение у инженеров. В деле строительства из железобетона фирма Геннебика была самой продуктивной. Она имела отделения 
во многих странах, в том числе и в России. Появление в это время многочисленных 

Рис. 5. Франсуа Геннебик [37]

железобетонных конструктивных систем (особенно перекрытий) было вызвано большой конкуренцией разных фирм. Все системы имели один и тот же смысл, но различались только видом арматурных стержней и их расположением в бетоне (рис. 8). Но в итоге они были похожи 
на два основных вида конструкций: Монье и Геннебика [10].

Рис. 7. Ребристые конструкции Геннебика [10]. Обработка иллюстрации Р.Р. Шарыпова

Конец XIX в. можно считать началом первого этапа развития железобетона, характеризу
емого появлением в практике строительства разного рода железобетонных стержневых систем. 
Вскоре распространился в употреблении метод расчета железобетонных конструкций по допускаемым напряжениям, в основу которого были положены законы сопротивления материалов 
с учетом особенностей железобетона. По этому методу считаются справедливыми гипотеза 
плоских сечений и закон Гука, т. е. принимается, что нормальные напряжения при изгибе пропорциональны деформациям и расстояниям волокон до нейтральной оси сопротивления бетона. 
Растяжение не учитывается, и, таким образом, эпюра напряжений при изгибе принимается 
в виде треугольника в сжатой зоне (II стадия напряженного состояния). Данный метод устанавливает нормированное число n (отношение модулей упругости стали и бетона) для каждой 
марки бетона и стали. При расчете вводится приведенное фиктивное сечение, в котором сталь 
принимает на себя напряжения, в разы большие, чем бетон. Появлению данного метода расчета 
предшествовали множественные работы исследователей. Разные предложения по расчету сечений отличались видом эпюры напряжений. Данные предложения можно разделить на две 
группы: учитывающие работу бетона на растяжение и не учитывающие [Там же].

К первой группе относится способ француза Маза и австрийца Неймана, в котором кри
вая напряжений в бетоне заменяется прямой линией, т. е. модуль упругости бетона принимается одинаковым для сжатия и растяжения.

Система Рансома
Система Вюнша

Система Гюата
Система Шлютера

Система Коттансена
Система Меллера

Рис. 8. Системы армирования конструкций [10]. Обработка иллюстрации Р.Р. Шарыпова

Существует способ Мелана, в котором эпюра напряжений представлена в виде ломаной 

линии, т. е. приняты разные модули упругости.

Способ Консидера представляет ломаную линию, но другого вида.
Способ Сандерса изображает кривую напряжений в виде параболы в сжатой и растяну
той зоне.

Ко второй группе относятся: способ Риттера, где эпюра напряжений представлена в виде 

сжатой параболы; способ Кенена, где, как и в классическом методе, эпюра напряжений и сжатия 
представляет прямую линию, но нейтральная ось всегда принимается посередине сечения [10].

Кроме этих способов, были и другие предложения, из которых следует упомянуть о тео
рии расчета профессора Тулли. Он рассматривал две стадии работы изгибаемого элемента. На
первой стадии бетон работает на растяжение и сжатие, а эпюра имеет вид прямой линии. Однако он не указал, в каких случаях следует пользоваться данной стадией. На второй стадии 
бетон в нижней части не работает, эпюра сжатой зоны имеет вид ломаной линии [Там же].

Перечисленные способы расчета имели чисто теоретическое значение, т. к. большинство 

расчетных формул отличались большой сложностью и были неприменимы практически. Надо 

отметить, что теории не успевали за развитием и практическим применением железобетона. 
Первые строители железобетонных сооружений и конструкций не только не обладали теоретической подготовкой, но и некоторые из них не имели никакого понятия о прочности и устойчивости данных сооружений и конструкций, что вначале служило препятствием для широкого
распространения железобетона [10].

Развитие капитализма во второй половине XIX в. привело к широкому строительству

многочисленных фабрик и заводов. Данные сооружения нуждались в прочном и дешевом материале. Таким материалом оказался железобетон, получивший вскоре широкое распространение во всех странах Европы, а затем и в Америке. Возможность применения железобетона 
для возведения не только промышленных, но и гражданских зданий различного назначения 
особенно ярко показала Всемирная выставка в Париже в 1900 г., где большинство выставочных зданий, значительных по своим размерам и художественному оформлению, были построены из железобетона. На этом этапе следует отметить работы выдающихся зарубежных исследователей железобетона: во Франции – Консидера, в Германии – Мерша, в Австрии – Залигера, 
оказавших существенное влияние на усовершенствование железобетонных конструкций и их 
распространение [Там же].

Консидер в 1902 г. предложил особую конструкцию колонн, в которой бетон охвачен 

стальной спиралью (обоймой) и подвергается всестороннему сжатию, что ведет к существенному увеличению несущей способности [Там же].

На развитие железобетонного строительства серьезное влияние оказали выработанные 

в Германии в 1904 г. и дополненные в 1907 г. расчетные формулы и правила возведения железобетонных сооружений. Важную роль также сыграла Германская железобетонная комиссия, 
которая была образована в 1906 г. специально для производства систематических опытов над 
железобетонными конструкциями. Эта комиссия на протяжении многих лет учитывала развитие теории и практическое применение железобетона, а также разрабатывала официальные 
нормы и правила по расчету и конструированию. Похожая комиссия была организована 
и во Франции, она инициировала много значимых исследований по железобетону [Там же].

В других европейских странах развитие железобетона и железобетонных конструкций 

происходило на основе немецких и французских работ. В США применение железобетона значительно расширилось благодаря смелым работам инженера Ренсема и приглашенных из Германии и Австрии специалистов Эмпергера и Мелана. Система Мелана получила большое распространение в строительстве мостов. Она представляла собой «жесткую» арматуру, которая 
составляла металлические балки и целые конструкции в виде решетчатых арок и ферм. В течение долгого времени основное внимание американских инженеров было направлено на выработку всевозможных форм стержней (периодического профиля) для увеличения сопротивления скольжению их в бетоне. В 1906 г. в США появилась новая конструктивная схема монолитных перекрытий Турнера − так называемая безбалочная «грибовидная» система (рис. 9),
устраиваемая без применения каких-либо балок и получившая вскоре значительное распространение в России и Западной Европе. Следует отметить, что в США первые официальные 
нормы и правила по железобетонным конструкциям были изданы только в 1921 г. [Там же].

В России после Великой Октябрьской революции темп развития и применения железобе
тона и железобетонных конструкций значительно снизился. А за рубежом все также бурно развивались и внедрялись новые железобетонные конструкции (купола, оболочки, складки и т. д.). 
Теоретическое обоснование статики (преимущественно по безмоментной теории) этих пространственных конструкций принадлежит трем инженерам: Дишингеру, Финстервальдеру и Бауэрсфельду (фирма «Цейс»). Практическое же осуществление в Германии куполов и оболочек 
новых форм во многих сооружениях обязано главным образом фирме Диккергоф и Видман, отсюда и название оболочек, встречающееся в литературе, – «оболочки Цейса-Дивидага». В Германии, Франции, Италии и других западноевропейских странах было выполнено значительное 
количество тонкостенных куполов и оболочек разного типа. В Германии в 1920-х гг. много 

гладких тонкостенных куполов (диаметром до 30 м) возведено для планетариев. Самым же большим гладким куполом диаметром 40 м является купол в Иене на заводе, принадлежавшем фирме 
Шотта. Его оболочка выполнена в виде плоского шарового сегмента, толщина оболочки –
0,06 м. В центре купола устроен фонарь для верхнего света диаметром 4 м [10].

Рис. 9. Безбалочная «грибовидная система» [38]

Несколько ранее, до появления тонкостенных куполов, в Германии возводились ребри
стые купола, из которых самым большим был купол юбилейного павильона в Бреславле
(рис. 10–12), построенный в 1912 г. Это сооружение является одним из самых выдающихся 
в конструктивном и расчетном отношении. Купол имеет пролет в свету 65 м при стреле подъема 16,1 м и совместно с четырьмя пристройками в виде полукуполов перекрывает обширное 
помещение с наибольшим протяжением 95 м при площади плана 5,5 тыс. м2. Зал павильона 
вмещает до 10 тыс. чел. [Там же].

Рис. 10. Купол юбилейного павильона в Бреславле. Вид изнутри [39]