Чугунные колонны¶

Чугунные колонны — это вертикальные несущие или декоративные элементы строительных конструкций, выполненные из чугуна методом литья. Получили широкое распространение в архитектуре и промышленности с конца XVIII века, особенно в период промышленной революции, став одним из ключевых символов инженерной мысли XIX века. Чугунные колонны отличаются высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью и технологичностью массового производства, что позволило создавать большепролётные здания с открытыми внутренними пространствами.

¶История

¶Предпосылки и изобретение

До промышленной революции основными материалами для несущих колонн служили камень (гранит, мрамор, известняк) и дерево. Каменные колонны были трудоёмки в изготовлении и ограничивали пролёты перекрытий, а деревянные — подвержены гниению и пожару. Развитие металлургии в XVIII веке, в частности совершенствование доменного процесса и технологии литья, сделало чугун доступным и относительно дешёвым материалом. Первым значительным применением чугуна в строительстве считается возведение чугунных колонн в здании мельницы в Шрусбери (Англия) архитектором Чарльзом Бейджем в 1796–1797 годах. Однако настоящий прорыв произошёл в 1779 году при строительстве моста через реку Северн в Колбрукдейле — первого в мире арочного моста из чугуна, где колонны не использовались, но были отработаны технологии литья крупных деталей.

¶Золотой век (первая половина XIX века)

Наибольшее распространение чугунные колонны получили в 1820–1860-х годах. В Великобритании, Франции, а затем и в России их начали массово применять при строительстве фабрик, складов, вокзалов, рынков, оранжерей и выставочных павильонов. Ключевым преимуществом стала возможность замены массивных каменных опор на тонкие чугунные стойки, что освобождало внутреннее пространство и улучшало освещение. В 1851 году для Всемирной выставки в Лондоне был построен Хрустальный дворец — грандиозное здание из стекла и чугуна, где колонны служили основой каркаса. В России чугунные колонны активно использовались в архитектуре классицизма и ампира, например, в здании Главного штаба в Санкт-Петербурге (архитектор Карл Росси, 1820–1829) и в интерьерах Исаакиевского собора.

¶Упадок и переход к стали

К концу XIX века чугунные колонны начали вытесняться стальными. Сталь, обладающая большей прочностью на растяжение и изгиб, а также лучшей свариваемостью, позволяла создавать более лёгкие и высокие конструкции. Чугун, хотя и оставался дешёвым, имел существенный недостаток — хрупкость при ударных нагрузках и низкую усталостную прочность. После серии обрушений зданий с чугунными колоннами (например, пожар и обвал фабрики в Лоуренсе, США, 1860 год) строительные нормы стали ограничивать их применение. Однако в декоративных целях и в малоэтажном строительстве чугунные колонны продолжали использоваться вплоть до начала XX века. В советский период в России чугунные колонны применялись редко, в основном в промышленных зданиях и на транспорте (например, опоры для мостов).

¶Технология производства

¶Материал

Чугун — это сплав железа с углеродом (содержание углерода более 2,14 %). Для колонн использовался серый чугун, который обладает хорошими литейными свойствами, высокой текучестью в расплавленном состоянии и относительно низкой температурой плавления (около 1150–1200 °C). В состав могли вводить легирующие добавки (фосфор, кремний, марганец) для улучшения жидкотекучести или прочности.

¶Литьё

Колонны отливали в песчано-глинистых формах. Сначала изготавливали деревянную модель колонны в натуральную величину. Затем её помещали в опоку (рамку) и засыпали формовочной смесью. После уплотнения и извлечения модели получалась полость, точно повторяющая форму будущей колонны. В неё заливали расплавленный чугун из вагранки или доменной печи. После застывания отливку извлекали, очищали от формовочной земли и подвергали механической обработке (обрубка литников, зачистка швов). Для крупных колонн (высотой более 6 метров) применяли литьё по частям с последующей сборкой на болтах или заливкой стыков свинцом.

¶Отделка

Поверхность чугунных колонн могла оставаться необработанной (с характерной «песчаной» фактурой), либо её обрабатывали: шлифовали, полировали, окрашивали масляными красками или покрывали сусальным золотом. В декоративных целях на колонны наносили орнамент, каннелюры, капители и базы, которые отливали заодно с телом колонны или отдельно.

¶Конструктивные особенности

¶Типы сечений

Чугунные колонны изготавливались преимущественно круглого, квадратного или крестообразного сечения. Наиболее распространёнными были круглые колонны с утолщением в средней части (энтазисом) для улучшения устойчивости. В промышленных зданиях часто применяли колонны двутаврового или коробчатого сечения, которые позволяли экономить металл при сохранении несущей способности.

¶Соединения

В отличие от стальных колонн, которые свариваются или соединяются на заклёпках, чугунные колонны обычно соединялись с помощью болтов, клиньев или заливки стыков жидким свинцом. Верхняя часть колонны часто имела фланец или башмак для опирания балок перекрытия. Нижняя часть — базу, которая крепилась к фундаменту анкерными болтами.

¶Огнестойкость

Чугунные колонны обладают высокой огнестойкостью по сравнению с деревянными, но уступают стальным. При нагреве до 500–600 °C чугун теряет прочность, а при резком охлаждении водой (например, при тушении пожара) может растрескиваться из-за термического удара. Тем не менее, в XIX веке чугунные колонны считались пожаробезопасными, что способствовало их распространению на фабриках.

¶Применение

¶Промышленная архитектура

Основное применение чугунных колонн — в строительстве многоэтажных фабрик, текстильных мануфактур, складов и элеваторов. Они позволяли создавать открытые цеха с большими пролётами (до 10–15 метров) и высотой этажей до 5–6 метров. Примеры: здания мануфактур в Манчестере (Великобритания), фабрики в Лодзи (Польша), текстильные комбинаты в Иваново (Россия).

¶Гражданское строительство

В городах чугунные колонны использовались в зданиях вокзалов (например, Витебский вокзал в Санкт-Петербурге), рынков (Гостиный двор в Москве), театров, музеев и библиотек. В жилых домах они применялись реже, обычно в парадных залах и вестибюлях.

¶Декоративное применение

Чугунные колонны часто служили элементами архитектурного декора: портики, беседки, навесы, ограждения балконов. В парках и усадьбах устанавливали чугунные колонны для фонарей, беседок и мостиков. В России особенно известны чугунные колонны в усадьбе Кусково (Москва) и в парке Александрия (Петергоф).

¶Инженерные сооружения

Чугунные колонны применялись в качестве опор мостов, путепроводов, эстакад и маяков. Например, в 1840-х годах в России были построены чугунные мосты через реку Нева (Благовещенский мост) с использованием чугунных колонн.

¶Преимущества и недостатки

¶Преимущества

• Высокая прочность на сжатие (до 400–500 МПа).
• Огнестойкость (по сравнению с деревом).
• Технологичность массового производства (литьё в формы).
• Долговечность (при отсутствии коррозии — до 200 лет).
• Эстетическая выразительность (возможность литья сложных форм).

¶Недостатки

• Хрупкость (низкая ударная вязкость, чувствительность к концентраторам напряжений).
• Низкая прочность на растяжение и изгиб (в 3–4 раза ниже, чем у стали).
• Подверженность коррозии (особенно в условиях высокой влажности).
• Сложность ремонта (сварка чугуна затруднена, требуется замена целых элементов).
• Большой вес (плотность чугуна около 7,2 г/см³, что делает колонны тяжёлыми).

¶Интересные факты

• В середине XIX века в России действовали десятки чугунолитейных заводов, специализировавшихся на архитектурном литье: Каслинский, Кусинский, Добрянский, Воткинский. Каслинский завод (Челябинская область) до сих пор производит чугунное литьё, в том числе декоративные колонны.
• Самая высокая чугунная колонна в мире (около 12 метров) была отлита в 1840-х годах для маяка в Кронштадте.
• В 1850-х годах в США было построено здание «Чугунный дворец» (Iron Palace) в Нью-Йорке, полностью состоявшее из чугунных колонн и балок — один из первых небоскрёбов.
• Чугунные колонны активно использовались в архитектуре русского классицизма: например, в здании Сената и Синода в Санкт-Петербурге (архитектор Карл Росси, 1829–1834) колонны портика выполнены из чугуна.

¶Источники

1. «История архитектуры» под ред. А. В. Иконникова, М., 2001.
2. «Металлические конструкции в архитектуре XIX века» — В. Н. Белоусов, М., 1985.
3. «Чугунное литьё в России: история и технология» — Г. А. Матвеева, СПб., 2003.
4. «Архитектура промышленных зданий» — А. С. Ильяшенко, М., 1978.
5. «Каслинский чугунный павильон» — каталог выставки, Екатеринбург, 2010.