В 1820-1830-х годах для перекрытия больших залов в дворцах и общественных зданиях стали широко применять несгораемые металлические стропила.
Исключительной смелостью и оригинальностью технического замысла отличаются конструкции металлического перекрытия над зрительным залом Александринского театра (ныне Академический театр драмы имени А. С. Пушкина). Здание было построено в 1828–1832 годах по проекту архитектора К. И. Росси. Его конструкции разрабатывал совместно с Росси выдающийся инженер М. Е. Кларк — директор казенного Александровского чугунолитейного завода в Петербурге. Перекрытие состоит из трех основных частей. Непосредственно над зрительным залом находится сквозная чугунная арка, опирающаяся на стены зала: ее пролет равен 21 метру. К арке на железных тяжах подвешен плафон, а сверху на нее опирается пол верхнего помещения — декорационной мастерской. Над ним размещена легкая металлическая ферма. Кровлю поддерживает мощная 30-метровая арка решетчатой конструкции, опирающаяся на наружные стены здания. Новизна конструктивного замысла вызвала недоверие со стороны чиновников, ведавших строительством, и Росси пришлось потратить немало энергии, чтобы отстоять свое инженерное решение. Ложи зрительного зала поддерживаются чугунными консолями, закрепленными в стенах: это позволило избавиться от вертикальных стоек и тем самым улучшить обзор и акустику зала. Новаторские металлические конструкции, примененные Росси и Кларком, благополучно служат уже свыше полутора столетий.
Металлическая конструкция перекрытия над Георгиевским залом Зимнего дворца. Инженер М. Е. Кларк, 1838 г.При восстановлении Зимнего дворца после пожара в декабре 1837 года были широко применены железные балки и стропила, изготовленные на Александровском заводе. Их конструкции разработал инженер М. Е. Кларк. Экспертизу осуществляли члены специальной комиссии, созданной для восстановления дворца: генерал-адъютант П. А. Клейнмихель (он руководил восстановительными работами как администратор), инженер А. Д. Готман, архитекторы В. П. Стасов, А. П. Брюллов, А. Е. Штауберт и др. Восстановление дворца было закончено в основном в феврале 1839 года — в рекордно короткие сроки.
В междуэтажных и чердачных перекрытиях, где расстояние между несущими стенами не превышало 6 1/2 сажени (13,8 метра), Кларк предложил применить балки, склепанные из листов железа. В поперечном сечении каждая такая балка состояла из четырех листов. Два вертикальных образовывали стенку балки, по сторонам от них размещались боковые листы, выгнутые наружу: их верхние и нижние кромки были зажаты уголками, а выпуклость создавалась при помощи специальных болтов. В результате получалось поперечное сечение, напоминающее вертикально вытянутый эллипс, — такая конструкция обеспечивала большую прочность и устойчивость балки. Отмечая достоинства изобретенной им конструкции «эллиптических балок» и их экономичность, Кларк писал после их испытания: «Способ сей может быть введен в употребление с большою пользою по простоте своей и удобности исполнения»[111].
Особенно сложной технической задачей было конструирование перекрытий над залами Невской анфилады, а также Гербовым и Георгиевским залами. Большие пролеты помещений, достигающие 21 метра, не позволяли применять клепаные балки со сплошными стенками из железных листов: они оказывались слишком тяжелыми. Выход был найден в применении конструкций сквозного типа, выполненных из металлических стержней. Такие конструкции называются фермами. Раньше они делались только из дерева и достигли к началу XIX века большого совершенства. Однако опасения пожара вынуждали категорически отказаться от деревянных конструкций: перед восстановителями Зимнего дворца встала задача сконструировать принципиально новые типы ферм — из железа.
Оригинальностью и смелостью конструктивного решения отличались так называемые шпренгельные фермы (шпренгели, как их тогда называли). Это были плоские балки, состоящие из двух горизонтальных поясов — верхнего и нижнего, — соединяющих их вертикальных стоек и тяжей и дополнительных элементов: одни из них имели очертание пологой дуги, другие — пологой цепи. Дуги воспринимали сжимающие усилия, «помогая» верхним поясам ферм, цепи — растягивающие усилия, облегчая работу нижних поясов. В угловых участках фермы усиливались наклонными подкосами. Шпренгели над Георгиевским залом, пролет которых достигал 21 метра, были дополнительно усилены корабельными цепями. Шпренгели служили для подвешивания плоских плафонов потолков. К ним же подвешивались тяжелые люстры, освещавшие парадные залы дворца.
Двускатные кровли над залами были устроены при помощи ферм треугольного типа. Эти фермы, также сконструированные М. Е. Кларком, оказались очень рациональными и вскоре получили большое распространение во многих странах, хотя за рубежом их обычно называют «фермы Полонсо», по имени французского инженера, часто их применявшего в своих постройках.
Современники высоко оценили новаторские металлические конструкции, примененные при восстановлении Зимнего дворца. Французский инженер Шарль Экк в 1841 году издал в Париже большой альбом, в котором воспроизвел конструкции металлических перекрытий, осуществленные русскими инженерами в Зимнем дворце и в ряде других гражданских и промышленных зданий. В этом альбоме Экк писал: «Приводя здесь многочисленные примеры… мы должны отдать справедливую дань признания совершенно новой области знания, открытой нам иностранным (т. е. русским. — А. П.) народом, заслуживающим нашей глубокой признательности»[112].
Металлические стропила и балки были использованы и при строительстве здания Николаевского военного госпиталя (современный адрес: Суворовский проспект, 63), построенного архитектором А. Н. Акутиным под руководством архитектора А. Е. Штауберта в 1835–1840 годах.
Целый ряд интересных технических новшеств использовал при постройке Мариинского дворца архитектор А. И. Штакеншнейдер (основные строительные работы были осуществлены в 1839–1842 годах, отделка продолжалась до 1844 года). В конструкцию здания были введены прозрачные стеклянные фонари с железным каркасом, освещавшие залы верхним светом, металлические стропила и балки, облегченные «горшечные» своды. Для большей прочности штукатурка потолков делалась по железной сетке — это был отдаленный прообраз современного железобетона. Помня о недавнем пожаре Зимнего дворца, Штакеншнейдер стремился сделать свою постройку максимально огнестойкой и последовательно проводил этот принцип в конструировании лестниц и перекрытий.
Железные купола и шпили стали применяться и в конструкциях церковных зданий. Решетчатый купол из железных стержней был сооружен над Троицким собором, построенным архитектором В. П. Стасовым в 1827–1835 годах[113]. В 1857–1858 годах обветшавший деревянный шпиль Петропавловского собора заменили новым — металлическим, конструкция которого была разработана выдающимся инженером-мостостроителем Д. И. Журавским при участии инженера А. С. Рехневского. Высота самого шпиля — 56 метров, а общая высота колокольни от земли до верха шпиля — около 122 метров. Элементы металлической конструкции шпиля были изготовлены Камско-Воткинскими заводами на Урале. Для своего времени это было выдающееся инженерное сооружение[114].
Конструкции большинства жилых и общественных зданий, возводившихся в 1840-1850-х годах, продолжали оставаться традиционными: на кирпичные стены опирались кирпичные своды или деревянные балки. Однако и здесь ощущалось влияние технического прогресса: стремясь повысить огнестойкость и долговечность зданий, архитекторы начали использовать лестницы на металлических наклонных балках — косоурах, железные балки перекрытий, а стропила кровель изготавливать в виде железных ферм разнообразных типов.
Нарастающая плотность застройки вызвала к жизни новый способ освещения внутренних помещений — через прозрачные остекленные фонари с деревянным или металлическим каркасом, устроенные в кровле. Такие фонари помимо Мариинского дворца были применены и в некоторых помещениях Зимнего дворца. Фонари верхнего света осветили многие из зал Нового Эрмитажа. Появились они и в некоторых особняках. Но особенно широко этот новый тип освещения стал применяться в конструировании длинных торговых зданий — пассажей, которые представляли собой как бы внутреннюю улицу, перекрытую прозрачной кровлей (см. с. 181–182).
Металлические элементы стали все шире использоваться в конструктивных и архитектурных решениях балконов. Балконы на более дешевых чугунных консолях к 1830-м годам вытеснили балконы старой конструкции — из каменных плит, поддерживаемых каменными консолями. Строительный устав требовал, чтобы «при устройстве в домах балконов и террас… решетки около оных делаемы были железные или чугунные»[115]. Балконы стали в архитектуре позднего классицизма одним из важнейших элементов композиции фасада жилого дома, и их архитектурным формам уделялось особое внимание. Эта тенденция продолжалась и в архитектуре последующих десятилетий, но в соответствии с общей эволюцией архитектурных вкусов перильные решетки стали более разнообразными: наряду с ампирными и готическими мотивами, которыми ограничивались архитекторы 1830-х годов, в середине XIX века появились решетки, рисунок которых повторял мотивы барокко, ренессанса или раннего классицизма. Как правило, рисунок перильных ограждений соответствовал общему стилевому решению фасада, но иногда использовались и типовые решетки — например, с рисунком «чешуйчатого» типа.
