Однако открытия Архимеда в области теоретической механики способствовали развитию военного дела. Архимед родился в Сиракузах в 287 г. до н. э. После обучения в Александрийском Музее он вернулся в родной город. Так же как и все аристократы-философы, он считал недостойным участвовать в применении науки в практических целях, однако все-таки изобрел несколько исключительно полезных машин. Особенно известен описанный Витрувием архимедов винт. Он широко использовался для удаления воды из трюмов и для осушения полей. Архимед изобрел несколько катапульт, которые помогли удерживать город от нападения римлян. В этих сражениях Архимед был убит, несмотря на приказ проконсула Марцелла сохранить ему жизнь. В своем труде «Механика» Архимед дал математическое определение центров тяжести простых тел и равновесия системы рычагов. Он определил принцип равновесия неравных грузов в зависимости от их весов и расстояний от центра, на которых они находятся. Так была создана основа статики сооружений, просуществовавшая до 1586 г., когда Стевиний опубликовал правило параллелограмма сил. Принцип рычага, открытый Архимедом, – древнейший вклад в строительную механику, единственный воспринятый от античной Греции.
8.4. Строительные материалы и конструкции
Дорийцы, которые пришли на территорию Центральной Греции с севера, из суровых областей Фессалии, привнесли в архитектуру мужественность, твердость и определенность. Они не были знакомы с южной азиатской пышностью, поэтому главный акцент сделали на строгой красоте линий. Они практически не применяли купольных и сводчатых конструкций, однако стоечно-балочной системе с ее вертикальными и горизонтальными несущими элементами уделили пристальное внимание. На ее основе они создали едва ли не самые значительные для всей последующей истории архитектуры здания, достигнув в художественной трактовке этой конструктивной системы больших высот.
8.4.1. Строительство из дерева
Строительство зданий с применением стоечно-балочной конструкции началось еще в древнейшие времена. Об этих постройках можно судить исключительно по описаниям современников, так как они были сделаны из дерева и, конечно, не сохранились ввиду недолговечности материала. Так, известный путешественник Павсаний
[48] отмечал, что первоначально храм Геры в Олимпии в VII в. до н. э. был полностью построен из дерева (вкл., рис. 104). Дерево применялось очень широко. В дальнейшем, когда большинство построек будет возводиться из камня, дерево будут использовать в основном для стропильных покрытий храмов или для строительства жилых домов. Об этом свидетельствуют строки Гомера, описывающие Элладу:
Близко к дверям запертым кладовой подошед, Пенелопа
Стала на гладкий дубовый порог; по шнуру обтесавши
Брус, тот порог там искусно уладил строитель, дверные
Притолки в нем утвердил и на притолки створы навесил.
(Одиссея, XXI, 42–45)
Деревянные конструкции покрытий древних греков значительно отличаются от современных. Греки делали исключительно «наслонные стропила», поскольку не умели создавать конструкций с висячими стропилами, где конструкция по существу работает как ферма (рис. 8.4). В конструкции греков затяжка отсутствует (рис. 8.5)
[49]. Стропила укладываются нижним концом на стены, а верхним на коньковый брус, который через бруски опирается на поперечные балки. Эти балки работают на прогиб, в котором их нижний пояс испытывает усилия растяжения, но эти усилия порождены исключительно прогибом, а не силами, возникающими в совместной работе всех элементов фермы (стропильных ног и затяжки).
Рис. 8.4. Висячие стропила: 1 – ригель; 2 – стропильная нога; 3 – затяжка; 4 – подвеска
Основная проблема, с которой сталкивались при создании покрытий из дерева, состояла в поиске брусьев необходимого сечения. Балки архитрава (главные балки портика, опирающиеся на колонны) часто делались из двойных брусьев, но даже в этом случае в конструкции крыши арсенала в Пирее, где пролет составлял всего от 4 до 6 м, их поперечные сечения достигали приблизительно 65–75 см. Найти деревянные балки больших сечений было делом чрезвычайно трудным.
Как решилась эта проблема в храме Зевса в Акраганте
[50] (Сицилия), который имел размеры стилобата 53 × 110 м, а высоту колонн более 18 м при пролете почти вдвое большем, чем в арсенале, остается только догадываться (рис. 8.6). Подобные затруднения иногда не давали закончить постройку.
Как отмечает Страбон
[51], храм в Милете так и остался без перекрытия «по причине своей колоссальной величины». Другими словами, для создания покрытия невозможно было найти балок необходимого поперечного сечения.
Рис. 8.5. Конструкция стропильных крыш в Древней Греции (по О. Шуази)
Рис. 8.6. Акрагант. Храм Зевса (ок. 480 г. до н. э.). Сравнительная схема фасадов: а – храм Зевса; б – храм Конкордии (там же); в – Парфенон
