Большепролетные конструкции и мосты. Подлинной школой конструирования из металла стали работы по восстановлению Зимнего дворца в Петербурге после пожара 1837 г. Здесь применялись изобретенные инженером М. Кларком оригинальные балки из кровельного железа, имевшие в сечении форму вытянутого эллипса, так называемые шпренгели — плоские фермы, усиленные цепями, а также треугольные стропильные конструкции и фермы. В эти годы ведущая роль в разработке металлических систем принадлежит Франции; однако французский инженер Экк, посетивший Россию в конце 1830-х годов, писал: «Мы должны сознаться, что французская промышленность не является инициатором этого вида конструкций, которые очень рациональны, так как совмещают условия прочности и экономичности… Эта страна открыла совсем новую науку, которая, будучи распространена иностранным народом, заслуживает нашей благодарности».
С середины века создается стройная теория плоских стержневых систем; в ее разработке участвовали наряду с европейскими инженерами И. Шведлером, Л. Кремоной, Т. Мором русские специалисты — Д. И. Журавский, Ф. С. Ясинский, Н. А. Белелюбский, В. Г. Шухов и др.
Возможности новых конструкций были с блеском продемонстрированы в мостостроении. В 1843—1850-х гг. был сооружен первый металлический мост через Неву (Благовещенский, позже Николаевский, ныне мост Лейтенанта Шмидта) по проекту инж. С. В. Кербедза при участии А. П. Брюллова. Семь пролетов моста перекрыты чугунными арками (принцип их работы идентичен работе каменной арки, только клинья выполняются из чугуна), а поворотные крылья разводного пролета представляли собой решетчатую ферму. Одновременно с городскими мостами сооружается множество железнодорожных мостов: через р. Лугу из сквозных решетчатых ферм (С. Кербедз, 1856), через Волгу у Сызрани в виде решетчатой балочной фермы (Н. А. Белелюбский, 1875—1878), мосты через Белую и Уфу с фермами, имеющими криволинейный верхний пояс, через Днепр — Кичкасский мост в виде консольно-балочной фермы пролетом 190 м (инж. Лата, начало XX в.). Созданы и разные системы «подвесных» мостов: с подвеской мостового пролета к арочной ферме (пролет служит затяжкой арки), например Охтинский мост через Неву (инж. Г. Г. Кривошеин, архит. В. П. Апышков, 1907), или «цепные», когда мостовой пролет подвешен к высоким береговым устоям на мощных «канатах» (один из первых — мост через р. Великую в Острове, инж. Краснопольский, 1851 — 1853). Имена русских мостостроителей Н. А. Белелюбского, Г. Г. Кривошеина, Е. О. Патона, Г. П. Передерия вошли в золотой фонд отечественной и мировой инженерной культуры.
В мостостроении лидировали инженеры, хотя традиционно — со времен Витрувия — это входило в компетенцию архитектора. Специфика расчетного конструирования в новое время как бы ограничивает возможности участия последнего, но дело не в этом: правильно рассчитанный и сконструированный мост красив, ибо в его очертаниях точно отражена конструктивная работа формы (можно сказать, это идеальное воплощение архитектурной тектоники). Впрочем, хороший архитектор, даже не владея научным методом расчета, интуитивно назначает тектонически грамотные очертания архитектур-, ной формы. Это давало повод для плодотворного сотрудничества мастеров обеих профессий, не считая узких задач оформления «зоны контакта» моста с человеком, т. е. береговых устоев, перил, фонарей и пр.
Большепролетные конструкции из металла находят достаточно широкое применение в промышленной архитектуре, но и в гражданской их роль невозможно недооценить: только благодаря им были реализованы громадные пространства новых общественных зданий.
В парадных дворцовых интерьерах трудно было отказаться от потолка как поверхности, ограничивающей пространство, и в этом есть своя логика. Поэтому в новых залах Зимнего дворца или в Мариинском дворце архитекторы, используя металлические фермы в конструкции перекрытий, «подвешивают» к ним потолок. Однако и открытая конструкция имеет свою красоту, и вскоре большепролетные металлические системы становятся предметом и средством художественной выразительности архитектуры.
На пути к «хрустальной» архитектуре. Огромные перонные залы — дебаркадеры Николаевского вокзала (Р. Желязевич) и Петергофского — Балтийского вокзала (А. Кракау) в Петербурге были перекрыты металлическими фермами. Кроме ферм разрабатываются арочные (распорные) и рамные (безраспорные) решетчатые конструкции. Их особенность в том, что они ставились прямо на фундаменты, образуя каркас перекрытия и стен здания одновременно. Двухшарнирные «арки» использовали архит. И. С. Китнер и инж. Г. Е. Паукер в конструкции Сенного рынка в Петербурге (1885), организовав пространство пролетом 23,6 м и высотой 9 м. Арки были связаны между собой жесткими ветровыми связями.
Следующим шагом была разработка трехмерных металлических конструкций. Простейшая (в смысле конструктивной работы) система — жесткий металлический каркас. В проекте Зимнего сада перед Инженерным замком в Петербурге (Н. Л. Бенуа, 1851 —1852) по квадратной модульной сетке плана расставлены стройные металлические колонны, которые несут металлические ажурные «купола на парусах» (по этой же схеме построена знаменитая библиотека Св. Женевьевы в Париже, архит. Лабруст, 1858). Сложнее работа металлического купола, перекрывающего круглое в плане пространство. Он состоит из радиально расположенных ферм, соединенных горизонтальными круговыми поясами и диагональными растяжками. Примерами могут служить круглый купол над ареной цирка Чинизелли в Петербурге, восьмигранный купол над операционным залом Русского для внешней торговли банка.
Помещения, прямоугольные в плане, перекрывались системой рядовых и диагонально расположенных ферм. Непревзойденным было решение купола над главным выставочным залом музея училища Штиглица в Петербурге (М. Е. Месмахер, 1897).
Названия «купол», «свод», «шатер» условны, когда речь идет о металлических конструкциях. Правильнее было бы говорить о форме свода, купола, шатра, придаваемой перекрытиям и крышам, о сходстве их очертаний с историческими прототипами. Архитектор использует не столько прямой «образец», сколько обобщенный образ исторической структуры, выразительные и пространственные свойства которой проверены многовековым опытом. Отказываться от этого опыта не было причин: психофизиологическая реакция человека на форму в принципе не изменилась с глубокой древности. С точки зрения истории не нов был и метод перевода формы в другой материал: в свое время греки перевели в камень деревянный ордер, русские плотники часто использовали «каменные» формы (напри- мер, рубленая «бочка»).
Важно, что архитекторы эпохи эклектики, воспроизводя историческую структуру, не пытаются имитировать ее (как это делалось, скажем, в «деревянном классицизме»). Не совершалось при этом и насилия над конструкцией: рамы и фермы в металлических сводах и куполах работали сообразно своему конструктивному принципу. Следовательно, историзм формы не противоречил рационалистической концепции; конструкция выступает как средство формообразования. Это существенное дополнение к принципу «преобразования полезного в изящное».
По этому же пути идут мастера, разрабатывающие пространственные системы в строгом смысле этого слова: трехмерные стержневые конструкции, образующие жесткое объемное тело. Одна из первых пространственных систем была сделана в дереве — это купол Троицкого собора в Петербурге (1834). Его предложил инж. П. П. Базен взамен сорванного бурей стасовского купола, выполненного на основе стропил. Металлические пространственные системы использованы инж. Г. Е. Паукером в венчании дворцовой церкви Екатерининского дворца в Царском Селе (1856), инж. Д. Журавским при реконструкции шпиля Петропавловского собора в Петербурге (1858).
Однако не имеющая прецедентов конструктивная форма входит в обиход, пополняя исторический арсенал архитектуры. Замечательны своей новизной постройки инж. В. Г. Шухова — руководителя конструкторского бюро при строительной фирме А. В. Бари. Это знаменитые «шуховские башни», образованные как бы вращением вокруг вертикальной оси наклонного стержня (поверхность гиперболоида). Наклонные стержни, связанные горизонтальными кольцами, образуют ажурное прозрачное тело маяков и водонапорных вышек. Шуховские башни встали в Коломне (1902), на Нижегородской выставке (1896 г.), в Николаеве (1906), Москве (1910), Ярославле и других городах.
Вторая новация Шухова — вантовые конструкции: перекрытие образуется свободно прогибающейся сеткой тросов, подвешенных к высоким стойкам. Впервые продемонстрировано было это изобретение в 1896 г. в павильонах Инженерно-строительного отдела Нижегородской выставки.
Внедрение металлических конструкций принципиально изменило тип ограждающей здание оболочки: появилась возможность отказаться от стены. Нечто подобное произошло когда-то в готике в появлением каменного каркаса и «дематериализацией» стены. И, как в готике, знаменитой своими витражами, в архитектуру снова входит стекло. Появилась невиданная ранее возможность освещать помещения дневным светом — боковым сквозь огромные окна-витражи (как, например, в Балтийском вокзале) и верхним. Верхний свет позволил резко увеличить глубину корпуса зданий (и следовательно, их размеры), а также полностью использовать земельный участок в тесной городской брандмауэрной застройке. Стеклянные своды и купола венчают пространства торговых галерей, музеев, банков и почтамтов, выставочных и дворцовых залов. Противоречия между каменными фасадами и светоносными перекрытиями нет: как правило, к фасаду выводились поэтажно расчлененные малые помещения, а световые купола устраивались над внутренними пространствами, которые иначе и невозможно было осветить.
Одновременно разворачивается сооружение оранжерей, где остеклены и стены и потолки. Оранжереи в XIX в. очень любили. Зимние сады — обязательное дополнение дворцов, тропические растения поселяются в городских квартирах, создаются оранжереи с научно-просветительными целями. Один из лучших памятников этой архитектуры — Пальмовая оранжерея петербургского Ботанического сада. Известно, какое влияние и на общественное мнение, и на профессиональное мышление оказал знаменитый Хрустальный дворец Пекстона в Лондоне 1851 г., построенный по принципу оранжереи. Этот опыт широко использует Россия.
Эстетический эффект, который давала металлостеклянная архитектура, был огромен. Изнутри металлостеклянные своды казались невесомыми — конструкции их таяли в солнечном свете; по вечерам фасады и купола, возносящиеся над крышами соседних зданий, светились теплым сиянием, и глаз привыкал ценить красоту графичного тонкого рисунка ферм и переплетов, покрывающих объемные формы.
