povijest konstrukcija
TRANSCRIPT
Sveučilište u Rijeci
Građevinski fakultet
mr.sc. Nana Palinić, dipl.ing.arh.
POVIJEST
KONSTRUKCIJA
sažetak predavanja
Rijeka 2007.
S A D R Ž A J 1. UVOD 1.1. Uvod1.2. Primitivne konstrukcije kamenog doba1.3. Brončano doba i rane urbane kulture 2. EGIPAT I GRČKA 2.1. Kamene konstrukcije drevnog Egipta2.2. Antička Grčka i helenizam 3. ANTIČKI RIM I BIZANT3.1. Zidane konstrukcije3.2. Rane betonske konstrukcije3.3. Drvene i metalne konstrukcije3.4. Pomoćne građevne discipline 4. ROMANIKA I GOTIKA4.1. Kamene konstrukcije4.2. Konstrukcije u drvu i opeci4.3. Pomoćni građevni sistemi 5. RENESANSA I BAROK5.1. Ponovno uvođenje konstrukcije kupole5.2. Ponovno oživljavanje rimskih tehnika i materijala 6. PRVO INDUSTRIJSKO DOBA6.1. Razvoj tehnologije željeza6.2. Proizvodnja građevnih materijala6.3. Znanost o građenju6.4. Potreba za projektnim stručnjacima – arhitektima i građevinskim inženjerima6.5. Poboljšanja u pomoćnim građevnim disciplinama 7. DRUGO INDUSTRIJSKO DOBA: ČELIČNE KONSTRUKCIJE7.1. Uvođenje tehnologije građenja u čeliku7.2. Rane visoke zgrade čeličnog skeleta7.3. Čelične konstrukcije velikog raspona 8. DRUGO INDUSTRIJSKO DOBA: ARMIRANI BETON8.1. Ponovno uvođenje betona8.2. Pronalazak armiranog betona8.3. Armiranobetonske kupole8.4. Razvoj građevnih servisa i pomoćnih disciplina 9. KONSTRUKCIJE NAKON DRUGOG SVJETSKOG RATA9.1. Visoke zgrade iza 1945.: korištenje čelika i drugih metala9.2. Visoke zgrade iza 1945.: upotreba armiranog betona9.3. Poslijeratni razvoj konstrukcija velikog raspona
1. 1.1. Povijest konstrukcija – uvod1.2. Primitivne konstrukcije kamenog doba1.3. Brončano doba i rane urbane kulture
1.1. UVOD
Građenje i konstruiranje su drevne ljudske aktivnosti, a započinju
funkcionalnom potrebom ljudi da se prilagode efektima klime. Prve građevine bile
su vrlo jednostavne i kratkotrajne, a traju od nekoliko dana do nekoliko mjeseci. Ove
se građevine koriste sve do danas, a tijekom vremena neke privremene nastambe
poput iglua razvijene su u visoko rafinirane forme. Postupno su se pojavljivale sve
trajnije strukture, posebno uvođenjem poljoprivrede i sjedilačkog načina života, kada
su ljudi ostajali na jednom mjestu dulje razdoblje. Prve građevine (zakloni) služe
stanovanju, kasnije nastaju samostalne građevine namijenjene za spremišta hrane,
ceremonijalne zgrade itd. Neke zgrade dobivaju simboličko značenje – počinje
razlika između arhitekture i građevinarstva.
Čovjek se oduvijek, u svakoj svojoj djelatnosti, koristio dostignućima koja mu
je pružala tehnika njegovog vremena, a živio u okvirima onog što mu je tehnika
omogućavala. Dok je na razvoj slikarstva i kiparstva sama tehnika rada imala
realativno manji utjecaj na nastanak umjetničkog djela, dotle je arhitektura uvijek
pratila razvoj tehnike. Konstrukcija je u građevini oblikovana kao integralni dio
arhitekture.
Graditeljstvo je, s obzirom na savladavanje raspona (do pojave suvremenih
čeličnih i armiranobetonskih konstrukcija) u povijesti koristilo tri osnovna tipa
konstruiranja, odnosno njihove kombinacije:
- osnovni tip konstruiranja po principu grede;
- osnovni tip konstruiranja zidanim lukom odnosno svodom;
- osnovni tip konstruiranja lukom odnosno svodom sa zategom.
Povijest graditeljstva i konstrukcija obilježava više trendova:
1) Povećanje trajnosti građevinskog materijala. Rani građevni materijali bili su
kratkotrajni (listovi, grane, kože životinja). Kasnije su korišteni trajniji (zemlja,
kamen, drvo), a još kasnije sintetski (opeka, beton, metali, plastika).
2) Zahtjev za povećenjem visine i raspona. Gradnja sve viših i rasponski zahtjevnijih
građevina omogućena je razvojem čvršćih materijala, znanjem kako se materijali
ponašaju i kako da se bolje iskoriste njihova svojstva, tj. prednosti.
3) Zahtjev za kontrolom vanjskih utjecaja: Tijekom povijesti usavršava se regulacija
temperature, razine svjetla i zvuka, vlažnosti, mirisa, protoka zraka, te drugih
faktora koji utječu na poboljšanje komfora.
4) Promjena energije korištene pri gradnji: Počevši od snage ljudskih mišića preko
raznih naprava sve do snažnih građevinskih strojeva koji se koriste danas.
5) Raščlanjivanje funkcija: Od jednostavnih građevina i prostora koji su namjenjeni
svim životnim funkcijama do stvaranja najrazličitijih tipologija s obzirom na
namjenu građevine.
Postojeće stanje u graditeljstvu je kompleksno: postoji širok raspon građevnih
proizvoda i sistema namijenjenih prvenstveno određenim kategorijama
građevinskih tipova ili tržišta. Proces projektiranja je visoko organiziran i polazi
od istraživačkih ustanova koje studiraju osobine i promjene materijala, zakonskih
službi koje prilagođavaju i jačaju sigurnosne standarde i projektanata koji
određuju potrebe korisnika i projektiraju zgrade da bi ispunili ove potrebe. Proces
izvođenja je također visoko organiziran – uključuje proizvođače proizvoda i
sistema, stručne radnike koji ih ugrađuju na gradilištu, poduzetnike koji
zapošljavaju i koordiniraju rad obrtnika – zanatlija, te konzultante koji su
specijalisti u građevnom upravljanju i kontroli kvalitete i sigurnosti.
Konstrukcija građevina danas je značajan dio industrijske kulture,
manifestacija raznolikosti i kompleksnosti i mjera gospodarenja prirodnim
snagama, koja može stvoriti raznolik građevni okoliš kako bi služila različitim
potrebama društva.
1.2. PRIMITIVNE KONSTRUKCIJE KAMENOG DOBA
Prvi razvijeni hominidi javljaju se prije 3,5 milijuna godina. Za stanovanje
koriste prirodne pećine ili grade vrlo jednostavne zaklone od grana i lišća.
Uz pećine i zaklone, tri su osnovna tipa primitivnih građevina: šatori, zidane
strukture i kolibe. Prvi oblici uvjetovani su tehnikama slaganja, vezivanja,
upredanja, pletenja i tkanja.
Lovci – sakupljači kasnog kamenog doba koji su se kretali širim područjima u
potrazi za hranom gradili su najranije privremene zaklone koji su arheološki
zabilježeni. Iskopavanja više nalazišta u Europi datirana su prije 12.000 godina
p.n.e. i pokazuju kružne kamene prstenove za koje se vjeruje da su bili dio takvih
skloništa. Moguće je da su podupirali grube kolibe napravljene od drvenih motki
ili su pritezali zidove šatora od životinjskih koža, vjerojatno poduprijete i
centralnom motkom.
Šator je osnovni element kontrole okoliša koji spada u graditeljstvo. Stvara
opnu čija je svrha da zaštiti od kiše i snijega, budući hladna voda na ljudskoj koži
apsorbira tjelesnu toplinu. Opna smanjuje i utjecaj i brzinu vjetra, jer i zrak oko
ljudske kože omogućuje gubitak topline. Također kontrolira prijenos topline
zadržavajući tople zrake sunca i zatvarajući zagrijani zrak za hladnog vremena.
Šator uz to onemogućava prodor svjetlosti i osigurava vizualnu privatnost. Opna
mora biti pridržana protiv sila gravitacije i vjetra i struktura je neophodna. Kožne
membrane su jake odnosno otporne na vlačna naprezanja (izazvana silama
rastezanja), ali im moraju biti dodane motke – štapovi da preuzmu tlačna
naprezanja (izazvana silama pritiska). Zapravo najveći dio povijesti konstrukcija
bavi se iznalaženjem što sofisticiranijih mogućnosti za ove osnovne probleme koje
je šator trebao riješiti.
Šator se kontinuirano koristi do danas. Crni šatori od dlake arapske koze u
Saudijskoj Arabiji, Mongolska “yurta” sa svojim sklopivim drvenim okvirom i
pustenim platnom – prekrivačem te „wigvam“ i osobito “tepee” američkih
Indijanaca sa svojim dvostrukim drvenim nosačima i dvostrukom membranom
znatno su rafiniraniji i elegantniji nasljednici grubih skloništa ranih lovaca –
sakupljača.
Poljoprivredna revolucija, koja se zbila oko 10.000 g.p.n.e. dala je glavni
impuls razvoju konstrukcija. Ljudi su prestali putovati a staništa su postala
trajnija. Arheološki nalazi su oskudni, ali na Srednjem Istoku su pronađeni ostaci
čitavih naselja kružnih stambenih kuća zvanih “tholos”, čiji su zidovi napravljeni
od svežanja zemlje (gline), dok su svi tragovi krovova nestali. U Europi tholosi su
građeni od kamenog suhozida s kupolastim krovovima, a još postoje preživjeli
primjerci (recentnijih konstrukcija) ovih struktura tipa košnica u Alpama. Kasniji
tholosi Srednjeg Istoka dobivaju pravokutno predvorje ili ulaz – “dromos”,
priključen glavnoj kružnoj prostoriji i to su prvi primjeri pravokutnog oblika u
graditeljstvu. Još kasnije kružni je oblik napušten u zamjenu za pravokutni kada se
stanovanje podijelilo u više soba a više stambenih jedinica bilo smješteno zajedno
u naselju. Tholos je označio važnu stepenicu u traganju za trajnošću – on je
početak zidanih konstrukcija.
Uz nastambe grade se i kamene grobnice i svetišta. Menhiri su vertikalno
postavljeni kameni blokovi, triliti su sastavljeni od dva vertikalna kamena bloka
koji nose treći horizontalni, dok su dolmeni grobnice od više kamenih ploča
naslaganih u obliku škrinje.
Dokaz složenih građevnih konstrukcija od zemlje (gline) i drva, tzv. pleterno-
žbukana metoda, također je pronađena u Europi i na Srednjem Istoku. Zidovi su
bili napravljeni od malih mladica trstike koje su se lako sjekle kamenim oruđem.
Dovažane su na teren, bočno međusobno povezivane biljnim vlaknima, a potom
oblagane mokrom zemljom da im se doda čvrstoća i vodootpornost. Krovovi nisu
preživjeli, ali strukture su vjerojatno bile pokrivene grubom slamom ili
svežnjevima trstike. Pronađen je kružni i pravokutni oblik, obično s centralnom
jezgrom (ognjištem).
Masivnije drvene građevine također su se pojavile u Neolitskim kulturama
iako je poteškoća u upotrebi kamenog oruđa za sječu veće drvene građe za kosture
ograničila njihovu primjenu. Ovi kosturi obično su bili pravokutni u tlocrtu, s
centralnim nizom stupova koji su podupirali sljemenu gredu i drugim parom kod
donjih podrožnica uzduž dugih zidova, dok su rogovi polagani od sljemenjače do
donjih podrožnica. Bočna stabilnost okvira bila je postignuta zabijanjem stupova
duboko u zemlju. Sljemenjača i rogovi bili su međusobno povezani biljnim
vlaknima. Uobičajeni pokrov bila je slama – osušena trava ili trstika povezana u
male snopove, koji su međusobno povezivani u preklapajuću shemu na podlogu
roštilja od laganih drvenih štapova postavljenih između rogova.
Uvidjelo se da horizontalno položeni krovovi loše odvode kišu, te su oni
postavljani pod kutom čime se postiglo da kiša otječe prije nego stigne prodrijeti
u unutrašnjost. Primitivni graditelji uskoro su počeli primijenjivati i krovnu smolu
koja bi odbacivala vodu a ne bi prodirala u slamu. Mnogi tipovi ispuna bili su
korišteni u zidovima ovih okvirnih kuća, uključujući zemlju, šiblje, žbuku, koru
drveća (omiljenu u Indijanaca šumskih područja Amerike) i slamu.
U Polineziji i Indoneziji, gdje se ovakve kuće još uvijek grade, one su zbog
sigurnosti i suhoće podignute iznad zemlje na stupovima. Krovni pokrov je često
napravljen od lišća a zidovi su široko otvoreni da se omogući prozračivanje
(cirkulacija zraka) i prirodno hlađenje. Druga varijacija skeletne konstrukcije
pronađena je u Egiptu i Srednjem Istoku, gdje je drvena građa zamijenjena
snopovima trstike.
1.3. BRONČANO DOBA I RANE URBANE KULTURE
Kulture velikih riječnih dolina – Nila, Eufrata i Tigrisa, Inda i Huang Hoa sa
svojom intenzivnom poljoprivredom temeljenom na navodnjavanju stvorile su
prve zajednice dovoljno velike da budu nazvane gradovima. Oni su građeni
novom građevnom tehnologijom, baziranom na zemlji – glini, dostupnoj uz
riječne obale. Zidovi od snopova pakirane zemlje ranijih razdoblja zamijenjeni su
onima građenim od prefabriciranih jedinica: nepečene opeke - ćerpiča. Ovo
predstavlja glavnu konceptualnu promjenu od slobodnih formi pakirane zemlje
(gline) do geometrijskog modula uvjetovanog pravokutnom opekom, te planovi
zgrada postaju striktno pravokutni.
Opeke su rađene od blata i slame formirane u četverokutnom drvenom okviru
koji je uklanjan kada je sušenjem dovoljno očvrsnuo sadržaj. Opeke su se potom
pažljivo sušile na suncu. Slama je djelovala kao vezni element kada bi tijekom
procesa sušenja uslijed sažimanja došlo do neizbježne pojave pukotina i pucanja.
Opeke su polagane u zidove pomoću vlažnog morta od blata ili ponekad bitumena
da se drže zajedno, a otvori su očito podupirani drvenim nadvojima. U toplim
suhim klimama riječnih dolina vremenski utjecaji nisu bili glavni problem te su
ćerpiči ostavljani izloženi ili oblagani slojem žbuke od blata. Krovovi ovih ranih
urbanih zgrada su nestali, ali čini se da su bili pridržani drvenih gredama i
uglavnom ravni, budući je bilo malo kiše u ovim područjima.
Ovakvi ćerpiči i konstrukcije od nepečene gline još su uvijek u širokoj
upotrebi na Srednjem Istoku, u Africi, Aziji i Latinskoj Americi.
Kasnije, oko 3.000 g.p.n.e. u Mezopotamiji se pojavila prva pečena opeka.
Keramičko lončarstvo bilo je već neko vrijeme razvijeno u tim kulturama i tehnika
pečenja u pećima bila je primijenjena na opeke, koje su bile napravljene od iste
gline. Zbog njihove cijene (cijena dodatnog rada i goriva), pečene opeke isprva su
se koristile samo na mjestima izloženim većem trošenju (habanju) kao što su
podovi i vrhovi zidova izloženi atmosferskim utjecajima. Nisu korištene samo za
zgrade već i kod gradnje kanala koji su vodili otpadnu vodu iz gradova. U
krovovima ovih podzemnih kanala pronađeni su i prvi preživjeli pravi lukovi od
opeke, skromni počeci onog što će kasnije postati glavni strukturni oblik.
Istovremeno se u Mezopotamskim grobnicama javljaju i lažni (konzolni)
lukovi, svodovi i kupole. Građeni su od nizova redova neobrađenog vapnenca na
način da svaki novi red ima konzolni istak u odnosu na donji, dok se na kraju dva
nasuprotna zida ne sastanu na vrhu.
Možda su luk i svod korišteni i u krovovima i međukatnim konstrukcijama
ostalih zgrada, ali nijedna takva građevina nije preživjela. Dobro razvijena
zidarska tehnologija Mezopotamije korištena je za gradnju velikih struktura s
masivnim zidovima od opeke, kao što su hram u Tepe Gawri i zigurati u Uru,
Uruku i Borsippi (Birs Nimrud), koji su dosizali visinu od 26 m. Ove simboličke
građevine označile su početke arhitekture ove kulture.
Otkriće i razvoj bronce, a kasnije željeza, razvili su tehnologiju ovog razdoblja
i doveli do izrade metalnog oruđa za obradu drva, kao što su sjekire i pile. Manje
napora je bilo potrebno za rušenje i obradu velikog drveća, što je vodilo do novih
dostignuća u građevnim tehnikama. Drva su intenzivno sječena i oblikovana,
piljena na kvadratne profile, debele daske, dijeljena na tanje elemente – stupiće,
daščice. U pošumljenim područjima Europe pojavila se konstrukcija brvnare kod
koje drveni skelet postaje sofisticiraniji. Premda su sačuvani ostaci fragmentarni
bez sumnje je najveći napredak u ovom razdoblju vezan uz tehnologiju drva. Neki
od proizvoda, kao što su piljene daske i šindra (tanka krovna daščica) još se i
danas koriste.
2.
2.1.Kamene konstrukcije drevnog Egipta
2.2.Konstrukcije grčke i helenističke kulture
2.1. KAMENE KONSTRUKCIJE DREVNOG EGIPTA
Kao i druge kulture riječnih dolina i Egipat je izgradio gradove od ćerpiča
(nepečene opeke), a pečena opeka nije se pojavila sve do rimskih vremena. Drvo je
korišteno sporadično jer ga nije bilo u izobilju, a uglavnom se koristilo za krovove,
gdje je bilo često zamijenjeno trstikom. Samo nekoliko kraljevskih zgrada građeno je
u potpunosti s punim drvenim skeletom.
Veliki kontrast ovom smeđe-sivom okruženju beskonačnih kuća od ćerpiča
bila je pojava nove tehnologije konstrukcija od klesanog kamena prvi puta
primjenjenom u hramovima i piramidama 4. Dinastije (2575. – 2465. p.n.e.). Za
razliku od Mezopotamije ili Indijske doline, Egipat je imao odlične zalihe kamena, a
bili su dostupni svi - vapnenac, pješčenik i granit. Ali vađenje, prijevoz i rad u
kamenu bili su skupi procesi i kamenolomi su bili državni monopol. Kamen je postao
elitni građevni materijal korišten samo za važne državne građevine.
Egipćani su razvili klesani kamen za upotrebu kod kraljevskih grobnih
građevina ne samo zbog njegove čvrstoće, već i zbog trajnosti. Izgledao je kao
najbolji materijal za potpunu zaštitu faraonovog ka, vitalne snage koja je prizlazila iz
sina sunca kroz koju je on vladao. Takav kamen imao je funkcionalno i simboličko
značenje.
Unutar duge tradicije zidarstva u opeci, konstrukcije u kamenu pojavile su se
naglo, s malim prijelaznim razdobljem. Grobnice – mastabe od opeke za rane kraljeve
i plemenitaše najednom su pokazale put kamenim tehnikama ceremonijalnog
kompleksa Kralja Djosera u Sakkari (Saqquarah), čiju se konstrukciju povezuje s
kraljevim savjetnikom i graditeljem Imhotepom. To je struktura prilično rijetkih i
neodređenih formi ali velike elegancije u izvedbi i detalju. Uglavnom se sastoji od
masivnih zidova od kamena vapnenca koji zatvaraju seriju manjih dvorišta. Zidovi
imaju savijene površine, koji podsjećaju na grobne mastabe, s lažnim vratima, a
unutar kompleksa postoje i cijele lažne zgrade od punog kamena. Kompleks ima
prostrano predvorje s krovom poduprijetim masivnim kamenim nadvojima koji
počivaju na nizu kratkih zidnih istaka koji izlaze iz susjednih zidova. Nema
slobodnostojećih stupova, ali početni kanelirani stupovi pojavljuju se na krajevima
zidova i vezuju tričetvrtinske stupove koji izlaze iz zidova dvorišta. Kompleks također
sadrži prvu piramidu, kreiranu od sve manjih i manjih mastaba. Svi ovi elementi
sagrađeni su od malog kamenja kojim mogu rukovati jedan ili dva čovjeka.
Predstavljaju već visoku tehnologiju koja uključuje precizne metode vađenja kamena
u kamenolomu, transporta i gradnje.
Konstrukcijski proces započinjao je u kamenolomima. Većina ih je bila
otvorena, a samo su u nekim slučajevima kopani tuneli nekoliko stotina metara u
stijenu da se dopre do najkvalitetnijeg kamena. Za vađenje sedimentnih stijena glavno
je oruđe bio zidarski pijuk s 2,5 kg teškom metalnom glavom i 45 cm dugom drškom.
Ovim pijucima probijani su vertikalni tuneli širine čovjeka oko pravokutnih blokova,
kako bi se izložilo pet lica bloka. Konačno odvajanje šestog lica bilo je izvedeno
bušenjem niza rupa u kamenu metalnim zavijenim svrdlima. U rupe su zabijani drveni
klinovi dok ih ne bi potpuno ispunili, potom su klinovi zalijevani vodom koju bi
apsorbirali i pritom se povećali, što je dovodilo do loma bloka iz posteljice stijene.
Kod vađenja eruptivnog kamena poput granita koji je tvrđi i čvršći od vapnenca
zidarski je pijuk zamijenjen kuglama od dolerita teškim 5 kg, koje su korištene za
razbijanje stijena udaranjem i mrvljenjem. Granit je bušen i piljen pomoću abraziva a
u kalanju su također korišteni ekspandirajući drveni klinovi.
Egipćani su bili sposobni pomicati blokove teške do 1.000 t od kamenoloma
do udaljenih gradilišta. To je bio začuđujući poduhvat, budući su jedina njihova
mašinerija bile poluge i saonice od grubog drva kojima su rukovale mase ljudi i
životinje za vuču. Prije 1.500 g.p.n.e. nije bilo vozila s kotačima ali i kasnije ona nisu
nikada bila široko primijenjivana u građenju. Većina je kamenoloma bila blizu Nila,
te su i čamci također često korišteni u transportu kamena.
Na gradilištu su grubi kameni blokovi precizno dorađivani i završavani do
finalnih oblika, a s posebnom se pažnjom tretirala izložena strana. To je rađeno
metalnim dlijetima i maljevima, a za provjeru ispravnosti rada korišteni su kutomjeri,
olovni visci i ravnala. Ovi alati ostali su standard sve do 19. stoljeća.
Nakon prve pojave malih kamenova u Sakkari, njihova je veličina rasla sve do
kiklopskog mjerila koje se uobičajeno povezuje s egipatskim zidarstvom od vremena
gradnje piramida. Bez obzira na težak teret koji su predstavljale ove kamene strukture,
temelji su bili iznenađujuće traljavog i improviziranog karaktera, napravljeni od malih
blokova kamena slabe kvalitete. Tek kod 25. Dinastije (750.-656.g.p.n.e.) važne su
građevine polagane na podzemne zidane platforme dobele nekoliko metara.
Egipćani nisu imali naprava za vertikalni transport. Opće je mišljenje da se taj
transport obavljao rampama od zemlje ili ćerpiča preko kojih su kameni blokovi
vučeni na svoje mjesto snagom životinja i ljudskih mišića. Kasnije, nakon uklanjanja,
rampe su služile kao platforme zidarima za dodavanje završnog izgleda kamenim
licima. Ostaci ovakvih rampi mogu se još vidjeti na nedovršenim hramovima
započetim u razdoblju Ptolomejevića. Kameni su obično polagani na posteljicu morta
od gipsa, pijeska i vode koji je djelovao vjerojatno više kao sredstvo za podmazivanje
da se kamen gurne na svoje mjesto nego kao vezivo. Također je postojala ograničena
upotreba metalnih priljubnih sidara između blokova.
Velike piramide u Gizi, najveća od kojih (Keopsova) dosiže 147m visine
izvanredno su tehnološko dostignuće i njihov izgled fascinira i danas. Sve do 19.
stoljeća nisu izgrađene više građevine. Ali one također predstavljaju kraj masivnih
kamenih konstrukcija koje su ubrzo krenule u pravcu laganijih i fleksibilnijih kamenih
skeleta i stvaranju prostranijih unutarnjih prostora.
Slobodnostojeći kameni stup koji nosi kamene grede prvi put se pojavljuje u
kraljevskim hramovima zajedno s piramidama oko 2.600 g.p.n.e. Kvadratni granitni
stupovi nosili su teške granitne nadvoje na rasponu od 3 do 4 metra, a prostori između
nadvoja bili su pokriveni masivnim granitnim nosačima. U ovim strukturama
apstraktna predodžba drvenih konstrukcija (okvira, kostura) ranih kraljevskih zgrada
bila je pretvorena u kamenu.
Iako je kamen trajniji od drva, različit je u strukturalnoj snazi. Kamen je
znatno jači u tlaku od drva, ali slabiji na vlak. Zbog ovog razloga kamen je bio dobar
za stupove, koji su mogli biti vrlo visoki, kao što su oni od 24 metra u velikom hramu
Amon-Re u Karnaku. Ali kameni nadvoji i rasponi između stupova bili su ograničeni
vlakom (vlačnim naprezanjima) na njihovoj donjoj površini te je njihov maksimalan
raspon bio možda 5 metara. Dakle, za duže raspone trebalo je otkriti drugi strukturalni
oblik koji bi iskoristio višu tlačnu snagu (čvrstoću) kamena. Luk, koji može premostiti
veće raspone pod pritiskom, ostao je ograničen za kanalizaciju i podzemna
nadsvođivanja grobnica nižih službenika. Zato vjerojatno, sa slikom drvenih
građevnih konstrukcija još snažnom u svijesti, egipatski su se zidari-graditelji
zadovoljili time da istražuju ograničenja analognih kamenih kostura u serijama velikih
hramova napravljenim u Novom Kraljevstvu (1539.-1075.p.n.e.) u Karnaku i Luxoru,
a ova je tehnologija kulminirala u elegantnim lođama Hrama kraljice Hatshepsut u
Dayr-al-Bahri. Primjer hrama od kamenog skeleta kojeg su uspostavili potrajao je do
kraja klasičnog svijeta.
2.2. ANTIČKA GRČKA I HELENIZAM
Upotreba kamenih konstrukcija iz Egipta se proširila istočnim Sredozemljem
nakon 1.800 g.p.n.e. i kulture čija je domovina bila Grčka posebno su njome bile
impresionirane. Grci postavljaju oblikovne i proporcijske osnove za tri arhitektonska
reda: dorski, jonski i korintski. Glavna tema grčkog graditeljstva je hram, potom
teatar.
U grčkom svijetu Egejskog primorja i južne Italije izgrađeni su mnogi
hramovi skeletne konstrukcije iz kamena a neki su preživjeli do danas u različitim
stanjima očuvanosti. Uglavnom su građeni od lokalnog mramora ili vapnenca budući
nije bilo granita za velike monolite. Temeljna tehnologija malo se promijenila u
odnosu na Egipat, a glavna je razlika bila u radnoj snazi. Nije bilo masa
nekvalificiranih radnika koje bi mobilizirala država da pokreću velike kamene
blokove, umjesto njih bile su male grupe zanatlija – zidara koje su radile nezavisno.
Računi za gradnju Parthenona pokazuju da je svaki stup građen pod odvojenim
ugovorom s glavnim zidarom (poslovođom). Postojala je određena mašinerija –
naprave za podizanje i rukovanje blokovima, premda je njen detaljan izgled nepoznat.
Skrivena lica kamena naime još imaju utore i šupljine koji ukazuju na konopce
korištene za podizanje i postavu na mjesto. Metalne spojke i klinovi uvedeni su da
drže kamene zajedno a mort gotovo nikada nije korišten. Bilo je nekih eksperimenata
sa željeznim nosačima (gredama) kako bi se ojačali dulji rasponi od kamena, ali je
maksimum ostao na 5 do 6 metara. Veći rasponi savladavani su drvenim gredama
poduprijetim kamenim skeletom a krovni nosači od punog kamena iz Egipta nisu
mogli biti udvostručeni.
Glavnina napora graditelja bila je koncentrirana na rafiniranje detalja i optičke
korekcije po kojima je Grčka ahitektura uglavnom poznata. Ovaj isti pristup vidljiv je
također i u prvim sačuvanim nacrtima konstrukcije, koji su napravljeni na
nedovršenim površinama kamenih zidova na Hramu Didyma. Ovakvi crteži bi
normalno bili obrisani tijekom finalnog finiširanja (obrade) zidnih površina, a ovi u
Didymi su preživjeli jer hram nije nikada dovršen. Crteži pokazuju kako su zidari
razvili finalno profiliranje stupova i drugih detalja. Sačuvan je to rijedak tračak
dizajnerskog procesa graditelja prije dana olovke i papira.
Nasuprot tehnologiji kamena, koja je uglavnom ostala nepromijenjena od
Egipatskih metoda, zidanje u opeci doživjelo je značajan razvoj. Iako je nepečena
opeka ostala standardna za stambenu arhitekturu, pečena opeka počinje se sve više
koristiti i uz to povezivati vapnenim mortom, tehnikom posuđenom iz kamenih
konstrukcija. Pocakljena (glazirana) opeka također se javlja u ovom razdoblju,
posebno izvan grčkog svijeta među Babiloncima i Perzijancima, koji su je u
značajnom obimu koristili u kraljevskim palačama. Lijep preživjeli primjer su Vrata
božice Ishtar na palači Nabukodonosora u Babilonu, s pravim lukom koji premošćuje
raspon od 7,5m, a koja su datirana 575.g. p.n.e. Druga glavna inovacija bili su pokrovi
– crijepovi od pečene gline – opeke. Takvi pokrovi bili su znatno vodootporniji od
slame (trstike) a krovovi s crijepom mogli su imati niži nagib, karakterističan za
Grčke hramove. Šuplji bokovi od terakote za zidne ornamente također se javljaju u to
doba, vjerojatno proizlazeći iz visoko razvijene (napredene) lončarske industrije, koja
je rutinski proizvodila posude i cijevi od pečene gline dulje od 1 metra.
Premda je kamena tehnologija ostala ograničena na konstrukciju po principu
stupa i grede, ima nekoliko struktura koje daju naslutiti budući razvoj. Vjerojatno je
najspektakularnije građevno dostignuće ove ere bio Pharos iz Aleksandrije, veliki
svjetionik izgrađen za Ptolomeja II u 3. stoljeću p.n.e. Bio je to visok kameni toranj
približne visine kao Keopsova piramida, ali znatno manji u bazi. Unutar ove mase
zidova bio je kompleksan sistem rampi preko kojih su tegleće životinje prenosile
gorivo za plamen na vrhu. Pharos je bio prva visoka građevina u povijesti ali
ograničenja zidarskih struktura i nepostojanje mogućnosti brzog načina za vertikalno
kretanje ljudi onemogućili su bilo kakav budući razvoj visokih građevina do 19.
stoljeća. Pharos je dugo ostao jedini primjer ovog tipa sve dok nije devastiran od
Arapa početkom 7. st.n.e.
Drugi primjer nove tehnologije kamena koji je isproban od Grka ali ne i
usavršavan bile su podzemne grobnice Mikene, izgrađene oko 1300. g.p.n.e. Ove
grobnice imale su glavne komore nadsvođene šiljastim lažnim kupolama od konzolno
postavljenog kamenja, koje su imale oko 14m u promjeru i 13m visine. Gruba verzija
konzolnih kupola pojavila se i ranije u Tholosima Europe neolitičkog doba i u
grobnicama Mezopotamije ali je u Mikeni tehnika bila pročišćena i mjerilo povećano.
Konzolna kupola luka ne podnosi velike sile pritiska što karakterizira prave lukove i
kupole, koji su izgrađeni od radijalnih (zrakastih) dijelova kamena ili opeke. Tako ne
koristi u punoj mjeri prednost velike čvrstoće na pritisak (tlačne čvrstoće) kamena i ne
može savladati velike udaljenosti, a 14 metara je blizu gornje granice. Grčki graditelji
nisu odabrali da istražuju ovaj tip strukture, već su bili zaokupljeni vanjskim oblicima
građevina. Rimski graditelji, koji su ih naslijedili, pak, iskoristili su graditeljstvo do
njegova punog potencijala i stvorili prve velike unutarnje prostore.
3. Antički Rim i Bizant
3.1. Zidane konstrukcije
3.2. Rane betonske strukture
3.3. Drvene i metalne konstrukcije
3.4. Pomoćne građevne discipline
3.5. Rijeka u antici
3. DOSTIGNUĆA ANTIČKOG RIMA
Rimljani su najviše graditeljskog umijeća preuzeli od Etrušćana koji su živjeli
u sjevernom dijelu Italije. Etrušćani su, vjerojatno pod utjecajem rijetkih grčkih
primjera u južnoj Italiji, razvili pravi kameni luk. Kasni uzorak iz 3. st. p.n.e. su Porta
Marzia, lučni ulaz u grad s rasponom od oko 6 metara, u Perugii. Etrušćani su također
imali visoko razvijenu tehnologiju terakote i izrađivali su odlične pečene opeke.
3.1. Zidane konstrukcije
Rimljani su prilagodili etrušćanske kamene konstrukcije bazirane na luku i
izgradili mnoge spektakularne građevine korištenjem zidarske tehnike koju su zvali
opus quadratum, što znači struktura od klesanog kamena položenog u pravilne
redove. Mnoge od njih bile su vezane uz javne radove u osvojenim pokrajinama.
Poznati primjeri su Pont du Gard, višelučni most i vodovod iz 1. st. p.n.e., s rasponom
od 22 metra, pored Nimesa u Francuskoj te profinjeni most na rijeci Tagus kod
Alcantare u Španjolskoj, s rasponom od skoro 30 metara, izgrađen oko 110.g.n.e.
Ovako veliki rasponi u kamenu nikad se nisu primjenjivali na zgradama što je
prilično neobično. Preživjele rimske građevine s kamenim lukovima i svodovima
imaju tipične raspone od samo 4 do 7 metara, dok su male kamene kupole s
dijametrima od 4 do 9 metara građene u rimskoj Siriji. Ovakvi lukovi i kupole
prešutno podrazumijevaju postojanje sofisticirane drvene oplate koja ih je pridržavala
tijekom konstrukcije, kao i napredak mašinerije za podizanje, premda nema postojećih
dokaza nijednog. Mnoge od ovih strukture preživjele su pad Rimskog carstva i postale
modeli za ponovno oživljavanje kamenih konstrukcija u srednjovjekovnoj Europi, sa
zidarima koji su ponovno nastojali da grade “na rimski način”.
Rimljani su također naslijedili kamenu konstrukciju po principu grede i stupa
od Grka u Južnoj Italiji i nastavili da grade hramove i ostale javne građevine ovim
tipom konstrukcije u 3. st.n.e. Proizvodnja opeka, posebno u regiji grada Rima postala
je glavna industrija, a pod carstvom konačno i državni monopol. Gradnja u opeci bila
je jeftinija od kamena zbog ekonomičnosti mjerila za masovnu proizvodnju i nižeg
stupnja stručnosti i vještine potrebne za gradnju.
Luk od opeke prilagođen je rasponima zidnih otvora isključujući upotrebu
nadvoja. Mort je isprva bio tradicionalna mješavina pijeska, vapna i vode, ali
početkom 2. st.p.n.e. uveden je novi sastojak. Rimljani su ga zvali pulvis puteoli po
gradu Puteoli (moderno Pozzuoli) pored Napulja gdje je prvi put pronađen. Ovaj je
materijal formiran na planini Vezuv i iskapan na njegovim padinama, a danas se zove
pucolanski cement (pozzolana). Pomiješana s vapnom, pozzolana stvara prirodni
cement koji je znatno jači i vodootporniji od samog vapnenog morta a stvrdnjava čak i
ispod vode. Pucolanski mortovi bili su tako jaki i jeftini i mogli su biti ugrađivani od
strane radnika s tako malo stručnog znanja i vještine da su ih Rimljani počeli koristiti
kao zamjenu za opeke za unutrašnjost zidova a vanjski zidovi od opeka korišteni su
uglavnom kao kalupi da se pucolana ugradi na mjesto. Konačno su vapneni mort,
pijesak, voda i pozzolana miješani s kamenjem i slomljenom opekom formirajući
tako pravi beton, zvan opus caementicium. Ovaj beton je isprva bio korišten s
kalupima od opeke u zidovima, ali je uskoro počeo biti polagan u drvenu oplatu koja
se micala nakon što bi beton stvrdnuo.
3.2. Rane betonske konstrukcije
Jedan od najranijih preživjelih primjera betonskih konstrukcija antičkog Rima
je Sibilin (Vestin) hram na Tivoliju, izgrađen tijekom 1.st.p.n.e. Ovaj hram kružnog
tlocrta ima s vanjske strane peristil od kamenih stupova i nadvoja, ali zid kružne celle,
odnosno prostora svetišta iznutra građen je od betona, što je bila jedna oštra
konfrontacija nove i tradicionalne forme konstrukcije. Rani primjer betona s licem od
opeke velikog mjerila u gradu Rimu su ravni poligonalni zidovi Logora Pretorijanske
garde, izgrađenog od Sejana g. 21.-23.n.e.
Mogućnosti plastičnih formi koje omogućuje ovaj potpuno tekući materijal
koji može lako poprimiti zakrivljene oblike u tlocrtu i presjeku uskoro su dovele do
kreacije serije izuzetnih unutrašnjih prostora premošćenih kupolama ili svodovima
bez potpornih stupova koji su bili neophodni kod grednih kamenih konstrukcija, što je
pokazivalo snagu carstva. Prvi od ovih je oktogonalna kupolasta dvorana fontane
Neronove Zlatne kuće (64.-68.n.e.), koja ima oko 15m u dijametru te široki kružnim
otvoro, okulus na vrhu kupole. Kupolni oblik bio je rapidno brzo razvijen u serijama
carskih građevina koje su kulminirale s Pantheonom car Hadrijama, građenim oko
118.-128.g.n.e. Ova velika kružna struktura imala je ulaz s portika od kamenih
stupova i bila je nadsvođena kupolom od 43,2m u dijametru i osvijetljena okulusom
na vrhu. Zidovi koji pridržavaju kupolu izrađeni su od betona u oplati od opeke i
široki 6m, a na mjestima su olakšani unutarnjim nišama. Kupola je od punog betona
prosječne debljine 1.5m, podignuta 43,2m nad podom. Ova veličanstvena struktura
preživjela je u dobrom stanju do modernih vremena a dijametar njegove kružne
kupole nije nadmašen sve do 19. stoljeća.
Dva velika fragmenta velikih betonskih građevina s križnim svodom još su
preživjela od kasnog carstva. Prvi je dio Dioklecijanovih termi, (298. – 306.n..e.), s
rasponom od 26m, koji je pretvoren u crkvu Santa maria degli Angeli od
Michelangela u 16. stoljeću. Drugi je Maksencijeva bazilika (307.-312.n.e.), također s
rasponom od 26m. Sve ove građevine imaju kamene stupove, ali su oni zapravo samo
ukrasni i mogu biti uklonjeni a da se ne dovede u pitanje stabilnost konstrukcije.
Vanjski su zidovi betonski u oplati od opeka dok je unutrašnjost obilato dekorirana
tankim obložnim pločama od obojenog kamena ugrađenim pomoću metalnih spona
koje vežu utore na rubove ploča, tehnikom koja je još u upotrebi i danas. Ovi i drugi
veliki rimski javni prostori natkriveni betonskim kupolama i svodovima predstavljali
su glavni napredak u odnosu na kratke raspone kamenih konstrukcija.
U kasnom carstvu betonska tehnologija postupno nestaje, čak se i proizvodnja
opeka u zapadnoj Europi zaustavlja. S druge strane, značajan napredak u tehnologiji
opeke nastavljen je u istočnom rimskom svijetu, gdje su dostignuća ranijih razdoblja u
betonu udvostručena u radu s opekama. Grobnica cara Galerija (sada crkva sv. Jurja)
od 300.g.n.e. u Solunu (Saloniki) u Grčkoj ima kupolu od opeke od 24m u promjeru.
Ovo je vjerojatno bio model za razvojni primjer kasne rimske građevine, veliku crkvu
Svete Sofije (532.-537.) u Konstantinopolu, koja uvodi centralnu kupolu od 32.6m
raspona.
Čak su i veliki neprijatelji Rima, Sasanski Perzijanci, podigli veliku, opekama
nadsvođenu dvoranu u palači Ctesiphona (obično identificirana s Khosrow-om I iz
sred. 6. st., ali vjerojatno struktura iz 4. st.) s rasponom od 25m posuđujući rimske
metode.
Ove kasne strukture od opeke bili su zadnji trijumfi rimske građevne
tehnologije i neće biti dosegnuti sljedećih 900 godina.
3.3. Drvene i metalne konstrukcije
Rimljani su također značajno unaprijedili tehnologiju građenja u drvu. Reljefi
na Trajanovom stupu pokazuju drvene rešetkaste mostove korištene od rimske vojske
za prijelaz Dunava. Rešetka, šuplji nosač sa silama koncentriranim u trokutastoj mreži
sastavljenoj od linearnih dijelova, bila je očito rimski izum. Ne postoje dokazi njena
teoretskog razumijevanja, ali u svakom slučaju Rimljani su bili sposobni da vladaju
dizajnom rešetke u praktičnom smislu. Lijep primjer je Konstantinova bazilika u
Trieru (297.-299.g.n.e.), kod koje drveni potporni krovni rešetkasti nosači (trokutasti
okviri s centralnim vertikalnim potpornjem - visulja) premošćuju raspon dvorane od
23m. Premda je postojeći krov restauracija iz kasnijeg razdoblja, originalan mora da
je bio sličan.
Zamisao rešetke prenesena je s drva na metal. Brončane rešetke, koje prelaze
tri raspona od oko 9m svaki, podupirale su krov portika Pantheona. Izbor bronce
vjerojatno je napravljen više zbog trajnosti nego zbog čvrstoće, na što ukazuje
činjenica da je Papa Urban VIII bio u mogućnosti da makne ovaj rad u bronci 1625.g.
i da ga istopi za topove a na njegovo mjesto stavi drvenu rešetku. Ova rešetka ostala
je izolirano dostignuće rimske gradnje koje se neće ponoviti do renesanse.
Metali su intenzivno korišteni u rimskim kućama. Uz brončane rešetke,
Pantehon je imao brončana vrata i pozlaćene brončane krovne ploče. Olovo je bio
drugi materijal koji su uveli Rimljani za pokrivanje krovova, budući je bio
vodootporan i mogao se koristiti kod vrlo malih nagiba.
3.4. Pomoćne građevne discipline
Možda najvažnija upotreba olova bila je ona za cijevi kojima su se zgrade
opskrbljivale svježom vodom i za cijevi za odvod otpadne vode (engleska riječ
plumbing dolazi od latinskog plumbum što znači olovo). Rimljani su osigurali opće
vodovode za svoje gradove. Svi opskrbni sistemi radili su gravitacijom i mnogi od
njih koristili su akvadukte i sifone. Premda je većina ljudi za svoje potrebe trebala
nositi vodu iz javnih fontana, postojala je ograničena distribucija vode za javne zgrade
(posebno kupališta) i neke privatne rezidencije i apartmane. Kasnije su privatna i
poluprivatna kupališta i latrine (zahodi) postali prilično uobičajeni. Kanalizacijski
sistem je bio limitiran, bez tretiranja otpada, koji je bio jednostavno izbacivan u
najbližu rijeku. Ali čak i ovi prilično skromni primjeri javne sanitarne skrbi znatno su
bili napredniji od ranijih kultura i neće se doseći sve do 19.st.
Drugi materijal koji su Rimljani primjenjivali bilo je staklo, koje su otkrili još
Egipćani ali su ga koristili uglavnom za nakit i male ukrašene posude. Rimljani su
izumili mnoge vrste obojenog stakla za mozaike kako bi ukrasili unutarnje površine.
Proizveli su i prvo čisto – prozirno prozorsko staklo i to puhanjem staklenih cijevi,
koje su potom rezane i ravnane postavljanjem u ravni položaj. Premda nijedno rimsko
staklo nije preživjelo, staklo je očito postalo prilično uobičajeno u javnim zgradama a
bilo je korišteno i u stambenim zgradama srednjeg staleža u glavnom gradu. Seneka
(4.p.n.e.-65.n.e.) je opisao senzaciju nastalu pojavom trijemova od ravnog stakla na
vilama pored Rima.
U većini rimskih građevina središnja otvorena vatra ostala je glavni izvor
topline – kao i dim koji je prati – premda je upotreba otvorenih sudova za žar (loženih
drvenim ugljenom) značila neko poboljšanje. Glavni izum bilo je otkriće hipokausta,
indirektnog grijaćeg tijela koje grije vodeći topli ugrijani zrak kroz cijevi u podovima
i zidovima. Zagrijano ziđe zračilo je ugodno izjednačenu toplinu, a dim je bio
uklonjen iz prostora boravka. Ista je metoda korištena da se grije voda za kupališta.
Konstantinova bazilika u Trieru ima dobro očuvan primjer grijanja s hipokaustom,
gdje su kameni nosači poda poduprijeti kratkim stupićima od opeke, tvoreći tako
kontinuirani grijajući pod ispod.
4. Romanika i gotika
4.1. Kamene konstrukcije
4.2. Konstrukcije od drva i opeke
4.3. Pomoćne građevne discipline
4.4. Arhitektura Dalekog istoka
4.5. Arhitektura islamskih zemalja
4.6. Arhitektura predkolumbovske Amerike
4.7. Rijeka u Srednjem vijeku
4. ROMANIKA I GOTIKA
Opadanje snage Rima u zapadnoj Europi tijekom 5. st. dovelo je do
propadanja rimske građevne tehnologije. Proizvodnja opeke postaje rijetkost i nije
obnovljena do 14. stoljeća. Pucolanski beton je potpunosti nestao i neće se pojaviti
sve do 19. st. kada su ručno proizvedeni cementi dosegli nivo antičke proizvodnje.
Upotreba kupola i svodova u kamenim konstrukcijama je također izgubljena.
Graditeljske tehnike srozale su se na razinu željeznog doba, što dokazuju konstrukcije
od balvana, zidovi obloženi zemljom, ćerpič, pleter i žbuka od blata.
Napredne graditeljske tehnologije razvile su se u Kini u ovom istom razdoblju
tijekom dinastija Sui (581.-618.) i Tang (618.-907.). Još u 3. st.p.n.e. završen je Veliki
zid, građevina duga 6.400 km, koja prati krivudavu stazu duž kontura neravnog
terena, a koji je demonstrirao izvanredna dostignuća u graditeljskoj tehnologiji,
logistici i metodama mjerenja zemlje.
Most An – Chi, izgrađen oko 610.g. u pokrajini Hopei imao je raspon od
37,5m, što je znatno nadmašivalo Rimski most na Alcántari. Značajan rad također je
napravljen u razvoju konstrukcija od masivnog (teškog) drva, prvenstveno kod
hramova i kamenih tornjeva pagoda visokih do 60m, a pečena opeka je također
naširoko korištena.
Ovi elementi kineske građevne tehnologije postavili su visok standard
kvalitete koji će biti zadržan sve do 19. stoljeća.
4.1. Kamene konstrukcije
Početkom 9. st. pojavljuju se pokušaji oživljavanja gradnje u kamenu u
Europi. Dvorska kapela Karla Velikog u Aachenu (posvećena 805.g.) s oktogonalnom
segmentnom kupolom od 14,5m rani je primjer ovog trenda. Ali romanički stil,
građenje "na rimski način", s kamenim lukovima, svodovima i kupolama za
savladavanje raspona unutarnjih prostora, ne započinje zapravo sve do kasnijeg 11.
stoljeća. Svodovi se ponovno pojavljuju u strukturama kao što je katedrala u Santiago
di Compostela u Španjolskoj (poč. 1078.g.) i Saint Sernin u Touluseu (poč. 1080.g.).
Križni svod podignut na stupove ponovno je uveden u Katedrali u Speyeru (1030.-
65.g., rekonstruiranoj 1082.-1137.g.) i Katedrali u Durhamu (1093.-1133.), a kupole
bazilike sv. Marka u Veneciji (kasno 11. st.) i katedrali Saint-Front u Perigueuxu
(1120.-1150.) označile su obnovu kompletnog raspona svih rimskih strukturalnih
oblika. Sve ove građevine bile su građene za Rimsku katoličku crkvu, koja je proširila
svoj utjecaj širom zapadne Europe u ovom razdoblju. Jedan tadašnji kroničar zapisao
je kako zemlja izgleda kao da se “odjenula u bijelu nošnju crkava”, bijelu zato jer su
bile nove i napravljene od kamena. Između 1050. i 1350. g. više je kamena iskopano
samo u Francuskoj nego u cijeloj povijesti drevnog Egipta – dovoljno da se izgradi 80
katedrala, 500 velikih crkvi i desetke tisuća župnih crkvi. Velika građevna kampanja
Srednjeg vijeka nazvana je “križarski pohod katedrala” (cathedrale crusade), kao
jednako pasionirana i nadahnuta kopija velikih vojnih avantura za oslobođenje Svete
Zemlje. Ovaj veliki poduhvat zahtijevao je mnoge graditelje – zidare, koji su radili
kao slobodni zanatlije, organizirani u cehovska udruženja. Ona su nadzirala proces
učenja – šegrtovanja kojim su novi članovi trenirani te nadgledala vađenje, rezanje i
odvažanje kamena iz kamenoloma na gradilište.
Osnovno oruđe srednjovjekovnih zidara malo se izmijenilo od Egipatskog
doba, ali su sada postojale široke pile za rezanje kamena pokretane vodeničnim
kotačima, kao i odgovarajuća mašinerija za podizanje i premještanje materijala.
Njihova tehnička znanja držana su kao stroga tajna. Uključivalo je to i pravila za
procjenu kompletnog projektiranja kao i za određivanje sigurnih dimenzija strukturnih
dijelova. Jedna sačuvana knjiga iz ovog doba sa crtežima i skicama glavnog majstora
Villarda de Honnecourta ilustrira oštroumna zapažanja, sklonost mehaničkim
napravama, a iznad svega postojanje bilješki o geometrijskim formama koje podupiru
rad gradietlja, dajući poticajne informacije o tada aktualnim građevnim
konstrukcijama. Jean Mignot, jedan od vodećih zidara Milanske katedrale sumirao je
pristup srednjovjekovnih zidara u frazi “ars sine scientia nihil est” (umjetnost bez
znanosti nije ništa), što znači da vještina u građenju dolazi od praktičnog iskustva
(ars), tempiranim i vođenim preciznim principima (scientia), koji su viđeni kao
utjelovljenje teorema geometrije, jedine znanosti Srednjega vijeka. Ali i s tim
ograničenim znanjima zidari su mogli realizirati velika dostignuća.
Romanički su zidari imali dva patrona – crkvu i državu. Država je gradila
uglavnom za vojne svrhe, te je rimski način građenja u kamenu, jednom obnovljen,
bio odgovarajući za dvorce i utvrđenja (fortifikacije). Ali crkva je imala druge
interese koji su pokrenuli razvoj kamenih konstrukcija u novim i smjelim pravcima.
Sv. Augustin je napisao da je svjetlo najdirektnija manifestacija Boga. Ta je ideja
vodila traženju putova da se uvede sve više i više svjetla u crkve, otvarajući sve veće
prozore u zidovima, sve dok nije razvijena nova vrsta prozračne kamene skeletne
konstrukcije.
Križni svodovi inspirirani Rimom i kameni lukovi bili su vrlo teški i trebali su
masivne zidove i stupove koji će primiti njihove napone a prozori koje su
omogućavali bili su mali. Srednjovjekovni zidari otkrili su da postoji efikasnija forma
luka od onog klasičnog; ova forma je lančana krivulja – tj. krivulja koju stvara lanac
pod vlastitom težinom. Ali zidarska vjerovanja u geometriju i perfekcija kružnih
formi dovela ih je do približavanja lančanom obliku s dva kružna segmenta koji se
sastaju u točki na vrhu, tzv. gotičkom luku. Ovakvi lukovi mogli su biti rađeni uži
(vitkiji) budući efikasnije raspoređuju i prenose sile tlaka koje prolaze kroz njih, što je
omogućavalo veće otvore u zidovima. Teški stupovi koji su preuzimali bočne sile -
napone krovnih svodova uskoro su prošupljeni u polulukove letećih podupirača –
kontrafore, koji su omogućili da još više svjetla uđe u brod crkve. Da bi se preuzele
sile koje su prenašane kroz kameni okvir, bili su potrebni masivni temelji i često je
volumen kamena ispod zemlje bio veći od onog iznad. Za daljnje olakšanje tereta
sami stropovi bili su napravljeni tanji uvođenjem rebara (prepona) na sjecištu
zakrivljenih površina. Rebra su građena s pridržavajućom oplatom ili jezgrom od drva
a kod gradnje je bila potrebna bliska suradnja tesara i zidara. Zakrivljene kamene
površine između rebara vjerojatno su polagane s malo oplate, upotrebom samo morta,
na način na koji se stropovi od opeke još uvijek grade na Srednjem Istoku. Žbuka je
upotrebljavana kao konstruktivno sredstvo samo za završno prianjanje (ljepljenje) ali
također kasnije za provjeru pukotina uslijed naprezanja, koje su bile znak moguće
greške. Mort je tako služio kao kontrola kvalitete te da pomogne držati strukturu
zbijenu (zgusnutu). Brodovi katedrala napravljeni su viši da prikupe što više svjetla,
Katedrala u Amiensu (započeta 1220.) bila je 42m visoka, da bi konačno 1347.g.
katedrala u Beauvaisu dosegla maksimalnu visinu od 48m, ali su njeni stropovi ubrzo
propali te su morali biti iznova izgrađeni. Rasponi brodova gotičkih crkvi ostali su
razmjerno mali, iznosili su između 13 i 16 metara, a svega nekoliko kasnijih primjera
ima veće raspone. Najeveći raspon od 23m ima Katedrala u Geroni (završena 1458.g.)
Nakon entuzijazma “križarskog pohoda katedrala” koji je splasnuo u 14. st. te
nakon što su uglavnom sve katedrale završene, novi element se pojavio da bude
sljedeći test vještini zidara i tesara a to je bio toranj. Toranj je bio više simbol
lokalnog ponosa nego dio teološkog zahtjeva za više svjetla ali je izazvao zanimljive
tehničke probleme. U Katedrali u Salisburyju toranj je izgrađen nad sjecištem broda i
transepta, koji nije bio projektiran da ga primi. Visoki križni stupovi počeli su pucati
pod dodatnom težinom, te su napeti lukovi (strainer arches) morali biti dodani
između stupova da ih učvrste, odnosno privežu protiv pucanja. To je bio prvi očiti
primjerda su kameni stupovi bili stanjeni na kritične dimenzije i znatno opterećeni,
dovoljno da bude zamijećeno da se savijaju ili pucaju. Kasnije će ovakve akcije biti
glavna briga pri projektiranju metalnih stupova.
Toranj u Salisburyju (završen 1362.g.) je genijalna složena struktura od
kamenom obloženih nosača nad drvenim okvirom, zajedno povezanim u bazi s
željeznim trakama kako bi se izbjeglo širenje. Dosezao je ukupnu visinu od 123m.
Katedrali u Strasbourgu dodan je 144m visok toranj g. 1439., a gornja granica
dosegnuta je Katedralom u Beauvaisu, g. 1569., kada je završen toranj od 157m, što je
bilo za 10m više od Keopsove piramide. Nakon što je tri godine stajao kao najviša
građevina svijeta, toranj je propao 1573. i nije više ponovno izgrađen. Bio je to
posljednji tužni epilog “križarskog pohoda katedrala”.
4.2. Konstrukcije u drvu i opeci
Drvene konstrukcije pretrpjele su spori napredak u ovom razdoblju.
Skandinavske masivne drvene crkve (“stavekirke”) građene su od 8. do 10. st., dakle
prije trijumfa kamenih crkvi i nekoliko ih je preživjelo do danas.
U zapadnoj Europi, posebno od 14.st. nadalje, kao novi oblik gradnje kuća
pojavila se poludrvena kanatna konstrukcija.
Kontinentalni tip imao je kostur (okvir) od kvadratne drvene građe, s
vertikalnim stupovima raspoređenim na razmaku od 1m, te horizontalnim na istoj
udaljenosti, s dijagonalnim podupiračima postavljenim na vanjskim zidovima zbog
bočne stabilnosti. Krovni nosači protezali su se između vrha - grebena (sljemena) i
zidova dok su nosači stropova bili poduprijeti zidovima i unutarnjim nosivim
dijelovima.
Engleski poludrveni okvir bio je sličan, ali je izbacio horizontalne pojaseve i
dijagonale koristeći zbijene vertikalne nosače na oko 1-0,5m udaljenosti. U oba
slučaja prostor unutrašnjost zida ispunjavana je materijalom kako bi se dodatno
ukrutio okvir, a često su korišteni opeka, šiblje (pleter) i žbuka. Sva drvena građa
kostura međusobno je spajana na lastin rep (proračunato) ili klinovima. Ove
poludrvene konstrukcije ostati će standardan način gradnje s drvom u Europi sve do
19.st.
Postojala je također značajna upotreba teškog, masivnog drva za krovove i
podove u gradnji kuća, koja je bila inspirirana građevnom tehnologijom. Poseban
primjer je engleski krov “hammer-beam”, vrsta grednog podupirača koji je mogao
savladati prilično velike raspone. Krov Westminster Halla u Londonu Kralja Richarda
II (1402.) s rasponom od 21m odličan je primjer ovog tipa.
Pečena opeka počela se u Europi ponovno upotrebljavati u mnogim
područjima prvenstveno korištenjem spašene rimske opeke, a u 14. st. započinje i
proizvodnja. Opeke nisu bile tako precizne kao rimske i bile su često uništene pri
pečenju. Zbog toga su bile potrebne široke reške morta da se postigne pravilan vez.
Opeke su postale uskoro standardizirane – blizu današnjoj dimenziji, oko
20.3x9.5x5.7cm i razvijeni su sistemi vezova bazirani na toj približnoj proporciji
(2:1). Ovi vezovi smanjili su kontinuirane vertikalne reške morta, jer su mortovi imali
razmjerno manju čvrstoću od opeka i vertikalne su reške mogle formirati oslabljena
područja u zidovima gdje se mogu razviti lomovi i pukotine. Najbolji tip veza bio je
engleski vez, u kojem sve opeke u redu preklapaju one dolnje a vertikalne reške su
eliminirane. Opeka je ostala i dalje prilično skupa zbog cijene goriva za pečenje, te je
korištena uglavnom tamo gdje nije bilo na raspolaganju kamena. U kasnom Srednjem
vijeku, uglavnom u sjevernoj Europi opeka je prilagođena gotičkim kamenim
oblicima kod gradnje tzv. dvoranskih crkvi (“hall churches”) s brodovima i krilima
iste visine.
4.3. Pomoćni građevni sistemi
Premda je rimsko grijanje hipokaustom nestalo s Carstvom, novi razvoj
unutarnjeg grijanja pojavio se u Zapadnoj Europi na početku 12. st.: zidano ognjište s
dimnjakom počinje zamjenjivati centralnu otvorenu vatru. Dotadašnji veliki krovni
otvori nad centralnim vatrama dozvoljavali su ulaz vjetru i kiši, te su kuće obično
imale samo jedno, a veće kuće nekoliko (što manje) ovakvih ložišta. Zbog toga su
grijane sobe imale tendenciju da budu velike i zajedničke, u kojima mnogo osoba
može dijeliti toplinu vatre. Otvori u krovu nisu dovoljno efikasno uklanjali dim, te je
dio ulazio u sobu. Dimnjak s druge strane nije propuštao puno zraka ni vode a
uklanjao je većinu dima. Iako je mnogo topline odlazilo van kroz cijev, ipak je to bilo
veliko poboljšanje, a još značajnije je bilo da se mogao koristiti i za grijanje malih i
velikih soba, te višekatnih kuća. Kuće, osobito velike, mogle su biti razdijeljene na
manje, privatnije prostore, svako s vlastitim ognjištem, što je bila promjena koja je
presudno promijenila komunalni način života ranog srednjeg vijeka.
5. Renesansa i barok
5.1. Obnova rimskih tehnika i materijala
5.2. Ponovno uvođenje konstrukcije svodova i kupola
5.3. Ponovno oživljavanje rimskih tehnika i materijala
5.4. Rijeka u doba renesanse i baroka
5. RENESANSA I BAROK
5.1. Ponovno uvođenje konstrukcije kupole
Smanjenje gradnje katedrala (križarskog pohoda katedrala) krajem 14. st.
dovelo je do opadanja upotrebe internacionalnog gotičkog stila prakticiranog od
majstora zidara. U ovom razdoblju pojava nacija–država Europe počinje se
kompletirati s crkvom kao centrom moći. Ovim novim nacijama Rimsko carstvo bilo
je model nacionalne države, i izgledalo je prikladno da koriste građevne oblike Rima
kao simbole svoje moći – posebno polukružni luk, svod i, iznad svega, kupolu,
slijedeći snažan primjer Pantheona. Od 1350. do 1750.g. velik je dio građevne
tehnologije bio usredotočen na crkve natkrivene kupolom, koje su se razvile u simbol
ne samo religioznog vjerovanja već također nacionalnog i urbanog ponosa. Postojalo
je svjesno odbacivanje gotičkih formi u korist ideološkog zazivanja Rima. Ovaj
pristup doveo je do rascjepa između procesa dizajna i konstrukcije i do pojave prvih
arhitekata (riječ dobivena iz grč. Architekton, što znači vodeći obrtnik /zanatlija
/vještak /majstor) koji zamišlja oblik građevine, za razliku od graditelja koji je izvodi.
Prva zgrada kod koje su dizajner i graditelj različite osobe bio je kampanil-zvonik
katedrale u Firenci. Dizajn je napravio slikar Giotto, a konstruirali su ga katedralski
zidari od 1334. do 1359. godine.
Gradnju same Firentinska katedrale (Santa Maria del Fiore) započeo je u
gotičkom stilu Arnolfo di Cambio 1296.g., ali 1366.g. Grad Firenca, slijedeći savjete
određenih slikara i kipara, odlučuje da se gotika ne bi više trebala upotrebljavati i da
sav novi rad treba slijediti rimske oblike, uključujući oktagonalnu kupolu od 42m
raspona koja treba biti izgrađena na istočnom kraju broda. Kupola nije izgrađena sve
do ranog 15.st., kada je Filippo Brunelleschi, zlatar i kipar počeo raditi skulpture za
katedralu. Postupno se zainteresirao za samo građenje i izgradio neke manje dijelove
katedrale. Oko 1415. pripremio je nacrt za kupolu te je smiono predložio da je izgradi
i to bez podupirajuće oplate, što je bilo apsolutno neophodno u svim ranijim rimskim i
gotičkim konstrukcijama. Izgradio je maketu kupole u opeci u mj. 1:12 da
demonstrira svoju metodu. Dizajn kupole kao i predložena metoda konstrukcije
prihvaćeni su i kupola je između 1420. i 1436. i izgrađena pod njegovim nadzorom.
Brunelleschi je tako bio prvi stvarni arhitekt koji je osmislio izgled – oblik građevine i
metode da je izvede te da garantira tu izvedbu, a radio je samostalno, oštro odbijajući
članstva u zidarskim i stolarskim cehovima. Bruneleschijeva kupola sastoji se od dva
sloja, unutarnje kupole koje je razapeta nad dijametrom i paralelne vanjske školjke
koja je štiti od atmosferskih utjecaja i daje joj ugodniju vanjsku formu. Obje kupole
pridržane su odnosno poduprijete s 24 kamena poluluka - rebra kružnog promjenjivog
presjeka – debela u bazi iznosi 2,1m a pri vrhu 1,5m. Ova se rebra spajaju na
otvorenom kamenom tlačnom prstenu pri vrhu kupole. Da kupola izdrži vanjske
pritiske, povezni kameni prsteni međusobno su povezani metalnim sponama koje teku
horizontalno između rebara. Postoje također povezni prsteni od hrastovog drva
spojeni metalnim spojevima. Prostor između rebara i poveznih prstenova premošćen
je vanjskim i unutarnjim ljuskama rađenim od kamena za donju zonu (prvih 7,1m), a
od opeke iznad. Cijela je struktura napravljena bez oplate, kružni profili rebara i
prstenova su izvedeni sistemom mjerenja žica fiksiranih u centrima zakrivljenja.
Bruneleschi je očito dovoljno razumio strukturalno ponašanje kupole te je
znao da ako bude izgrađena u horizontalnim slojevima, uvijek će biti stabilna i ne
treba drveno oblučilo. Također je isprojektirao precizne drvene mašine da prenesu
potreban građevni materijal u vertikalnom i horizontalnom smjeru. Nakon što je
(gotovo) izjednačio raspon Pantheonove kamene kupole, Bruneleschi je stekao glas
čovjeka koji je “obnovio rimski zidarski rad”, a kupola je utvrđena kao paragon –
uzor građevne forme.
Slijedeća velika kupola renesane bila je ona Bazilike sv. Petra u Rimu, koja se
započela graditi za pape Julija II 1506.g. Tehnologija je bila slična onoj
Brunelleschija, a dijametar gotovo isti. Dizajn kupole prošao je kroz mnoge promjene
i iznikao kroz razdoblje od gotovo 80 godina. Najveći doprinos dizajnu dao je slikar i
kipar Michelangelo, koji je služio kao arhitekt od 1546. do 1564. godine, te uz njega
također arhitekti Giacomo della Porta i Domenico Fontana, pod čijim je vodstvom
kupola konačno izgrađena tijekom 1580-tih. Kupola je bila razmjerno tanja od one u
Firenci i bila je dodatno ojačana trima poveznim prstenovima napravljanim od
kontinuiranih željeznih lanaca. Doživjela je brojne lomove (pucanja) te je 1740.
dodano još 5 lanaca da se osigura stabilnost. Od kada se za kupolu koristila isprobana
tehnologija, većina projekaka je rađena na papiru s crtežima.
Treća velika kupola ovog razdoblja (zapravo baroka) bila je ona katedrale Sv.
Pavla u Londonu, izgrađena 1675.-1710.g. od engleskog arhitekta sir Christophera
Wrena. U ranim fazama projektantskog procesa samo korištena su samo fizički
modeli dok su kasniji projekti uključivali intenzivnu produkciju crteža i također jasne
matematičke modele s numeričkim izračunima. Wren je započeo svoju karijeru kao
matematičar i fizičar – znanstvenik i bio je profesor astronomije na Oxfordu od 1661.
do 1673.g. prije nego je postao samo arhitekt. S ovakvim predznanjem bio je
sposoban da u praksi primijeni prvo teoretsko određenje lančane linije luka (krivulja
koju čini lanac labavo obješen s dva kraja) kao najefikasnijeg profila luka i kupole,
koji je ranije objavio škotski matematičar Davida Gregoryja 1697.g. Wrenovo rješenje
kupole, koja je imala dijametar 34.5m bila je serija od 3 priljubljene ljuske od kojih je
srednja prava nosiva struktura. Srednja kupola bila je napravljena od opeke u
približno čunjastoj lučnoj formi, a zbog velikog koncentriranog tereta lanterne na vrhu
bila je ukliještena željeznim lancima (zategama). Pridržavala je trokutasto spojen
drveni okvir na koji je bio pričvršćen vanjski plašt od olovnih ploča. Unutar srednje
kupole postavljena je plitka lučna kupola koja nosi samo vlastitu težinu i služi kao
strop unutarnjem prostoru. Wrenova sakrivena struktura na koju su dodane vanjska i
unutarnja forma, postala je standard arhitektonske tehnike.
5.2. Ponovno oživljavanje rimskih tehnika i materijala
Uz rimske oblike u zidarstvu, renesansa je ponovno otkrila druge rimske
tehnologije, uključujući drvene grede. Giorgio Vasari upotrijebio je sredinom 16.st.
konstrukciju trokutnog okvira (nosača) s centralnim vertikalnim stupom – visulju
(“king-post timber truss”) za 20-metarski raspon Uffizija, municipalne uredske
zgrade u Firenci. U isto vrijeme arhitekt Veneta Andrea Palladio koristio je puni
trokutni drveni okvir za most s rasponom od 30.5m iznad rijeke Cimone. Palladio je
jasno razumio važnost pažljivo detaljiranih dijagonalnih dijelova konstrukcije, a za
svoj dijagram nosača u djelu “Četiri knjige o arhitekturi” rekao je da oni “nose cijeli
rad”. Tlačni spojevi drvenih dijelova u nosaču spojeni su željeznim stegama i
klinovima.
Nosači raspona 20 – 26m postali su prilično uobičajeni u gradnji krovova.
Godine 1664. Wren je upotrijebio drvene nosače s rasponom od oko 22m na krovu
Sheldonian kazališta u Oxfordu. Ali precizno teoretsko objašnjenje krovnog nosača i
njegova raširena upotreba u građenju nisu se dogodili sve do 19.st.
Drugi rimski materijal koji je oživljen i jako poboljšan u renesansi bilo je
prozirno staklo. Nova tehnologija njegove izrade usavršena je u Veneciji u 16.st. Bila
je poznata kao “metoda krunskog stakla” i originalno korištena za izradu tanjura.
Puhači stakla okretali su rastopljeno staklo u ravne diskove sve do 1m u dijametru,
diskovi su potom nakon hlađenja polirani i rezani u pravokutne oblike. Prvi spomen
prozora od krunskog stakla bila je njihova ugradba u dvostruke viseće okvire
protuutega podiznih kliznih prozora na Banqueting House Inigo Jonesa u Londonu
1685.g. Široka primjena ovog stakla postala je uobičajena početkom 18.st.,
označavajući put prema velikim zgradama od stakla i željeza u 19.stoljeću.
Efikasnost unutarnjeg grijanja poboljšana je uvođenjem sobnih peći od
lijevanog željeza i kaljevih peći, koje su postavljane na slobodnostojećim pozicijama
u sobi. Proizvodile su toplinu koja je ravnomjerno zračila po prostoru, a grijale su na
ugljen – novo gorivo koje je brzo zamijenilo drvo u zapadnoj Europi. Nakon što su
europski graditelji obnovili tehnologiju klasičnog svijeta u opeci, kamenu i drvu,
stabilna platforma je dosegnuta u razvoju građevnog umijeća, a ovi materijali i
tehnike dobro su pristajali crkvama, palačama i utvrdama koje su njihovi patroni
tražili. Industrijska revolucija, međutim, uvela je nove materijale i zahtjev za novim
građevnim tipovima (vrstama) što je kompletno transformiralo građevnu tehnologiju.
6. Prvo industrijsko doba
6.1. Razvoj tehnologije željeza
6.2. Proizvodnja građevnih materijala
6.3. Znanost o građenju, profesionalni projektanti
6.4. Pomoćne građevne discipline
6.6. Rijeka u prvo industrijsko doba
6. PRVO INDUSTRIJSKO DOBA
6.1. Razvoj tehnologije željeza
Drugu polovicu 18.st. označavaju otkrića serija izuma, prvenstveno u
Engleskoj, koje će povjesničari kasnije nazvati Prvom industrijskom revolucijom, a
koja će imati dubok utjecaj na društvo u cjelini kao i na građevnu tehnologiju. Među
prvima od ovih izuma bila je proizvodnja željeza na veliko, koja započinje radom
Abrahama Darbyja, koji je 1709. prvi uzeo koks kao gorivo u procesu taljenja.
Dostupnost željeza dovela je do razvoja strojeva, posebno parnog stroja dvostrukog
djelovanja (double-acting steam engine) Jamesa Watta 1769.g. Henry Cort razvio je
proces pudlovanja (puddling) za izradu kovanog željeza 1784.g., i u istoj godini
izgradio prvu valjaonicu (rolling mill) za izradu kovanog željeza pokretanu parnim
strojem, proizvedeći valjane željezne profile od kovanog željeza: nosače, kutove i
druge oblike. Lijevano željezo, koje sadrži viši postotak ugljena od kovanog i
lomljivije je (krhkije), također je proizvađano na veliko. Uskoro su se pojavili
standardni građevni elementi od željeza, označujući put razvoja zgrada s metalnom
konstrukcijom.
Rane primjene željeza u gradnji pronađene su nekoliko stoljeća prije
industrijskog doba. Postoje podaci o željeznim lančanim visećim mostovima s
drvenim pločama u Kini iz rane dinastije Ming (1368.-1644.). Neki od njih, kao što je
most Liu-Tung – objekt čuvene bitke Mao Ce Tungovog Dugog Marša iz 1935.g. –
preživjeli su do danas u prilično očuvanom stanju. Željezni zatezni lanci u kupolama
katedrala Sv. Petra i Sv. Pavla su drugi primjeri. Ali prva velika struktura od lijevanog
željeza Industrijskog doba bio je most nad rijekom Severn u Ironbridgeu. Izgrađen je
od izumitelja željeza Abrahama Darbyja II između 1777. i 1779.g. Ima raspon od
30m, koristeći 5 lukova kružnog oblika koji su reducirani na paukovu mrežu tankih
željeznih rebara. Svaki luk bio je izrezan na dva dijela čija je maksimalna dimenzija
iznosila 21m, te ih je bilo teško prevoziti od lijevaonice do gradilišta i ugraditi na
mjesto.
Manji komadi kojima je lakše manipulirati karaktiriziraju brzu aplikaciju
željeza u zgradama koje su uslijedile. Puni stupovi od lijevanog željeza korišteni su u
crkvi Sv. Anne u Liverpoolu 1772.g., a šuplji cijevasti stupovi povećane efikasnosti
izumljeni su 1790.g. Prva upotreba greda od kovanog željeza, napravljenih od
međusobno zakovanih ravnih šipki bila je na 28-metarskom rasponu krova kazališta
Theatre-Francais u Parizu, izgrađenom1786.g. od arhitekta Victora Louisa. Ovdje je
željezo korišteno ne toliko zbog svoje čvrstoće koliko zbog nezapaljivosti, koja, kako
se nadalo, može smanjiti opasnost od požara. Iz istog razloga, oko 1800.g. Britanska
tekstilna industrija započela je upotrebljavati pojedinačne metalne skelete u
tvornicama visokim i do 7 katova. Šuplji lijevanoželjezni cilindrični stupovi bili su
smještani na razmacima od oko 3 metra i nosili lijevanoželjezne “T” nosače (obrnuto
postavljene) na rasponu do 4,5m. Stropovi su premoštavani lukovima od opeke koji su
počivali na donjim stranama “T” nosača, a obodno su ovi nosači bili oslonjeni na
zidane nosive zidove, koji su strukturi davali bočnu stabilnost. Ovaj prototip zgrade
željeznog skeleta i obodnih zidanih zidova uskoro je postao standard koji će se
kontinuirano nastaviti do kraja stoljeća.
Kompletno nezavisan željezni skelet bez dodanih zidova pojavio se polako u
serijama specijalnih građevnih tipova. Prvi skromni primjer bila je Ribarnica
Hungerford u Londonu, budući je drvo iz sanitarnih razloga bilo zabranjeno.
Lijevanoželjezni nosači savladavali su raspon od 9,7m s 3m prepusta na drugoj strani,
a šuplji lijevanoželjezni stupovi služili su i kao vertikalni oluci za odvod vode s krova.
Sva bočna stabilnost bila je osigurana čvrstim vezama između stupova i greda. Drugi
tip koji je koristio isključivo željezni skelet bio je staklenik, koji je osiguravao
kontroliran svijetao i topao okoliš za egzotične tropske biljke u hladnoj klimi sjeverne
Europe. Među prvima bila je Kuća Palmi u Kew Gardensu u Londonu koju je 1840.g.
izgradio arh. Decimus Burton.
Spektakularna serija željeznih i staklenih zgrada za staklenike i izložbene
dvorane nastavila se do kraja stoljeća. Najvažnija od njih bila je Kristalna palača,
napravljena u Londonskom Hyde Parku za ugošćavanje velike Svjetske izložbe
1851.g. Ova prostrana građevina, 564m duga, sa zatvorenim prostorom od 90.000 m2
izgrađena je u potpunosti od standardiziranih elemenata. Lijevanoželjezni stupovi
nose grede od zakovanog kovanog željeza na tri različita raspona – 7,3m, 14,6m i
21,9m. Za savladavanje raspona između greda koriste se genijalni “Paxtonovi lukovi”
napravljeni od tlačnih drvenih elemenata nad željeznim tlačnim rebrima koji
prednaprežu drvo da smanje savijanje. Svi ovi prefabricirani elementi jednostavno su
zakovani ili povezani zajedno na gradilištu u samo 6 mjeseci. Ali glavni trijumf
Kristalne palače bila je njena staklena opna, napravljena od standarnih ploča
dimenzije 25x124cm. Veliki prostor bio je okupan svjetlom koje je bilo jedva
prekinuto prozračnim metalnim okvirom – sličio je velikoj stoljetnoj katedrali koja je
konačno realizirala krajnju ambiciju medijevalnih graditelja.
Francuska je također proizvela brojne lijepe izložbene dvorane od željeza i
stakla, uključujući jednu s rasponom od 48m sagrađenu 1855.g. a druge s nešto
manjim rasponom ali većom površinom od Kristalne palače uslijedile su 1867. i
1878.g. Željezne grede s krovovima od glatkog stakla također su korištene za
nadstrešnice u željezničkim stanicama građenim diljem zapadne Europe. “New Street
Station” u Birminghamu u Engleskoj (1854.) imala je nadstrešnicu za vlak s željeznim
nosačem raspona 64m i to je bila prva zgrada koja je premašila raspon Pantheona.
Jedna od najvećih bila je stanica St. Pancras u Londonu, koja je oblikovala staklenu
dvoranu raspona 74m s lučnim željeznim nosačima. Nakon briljantnog uspjeha
sredine stoljeća, željezno-staklene konstrukcije primjenjivane su u znatno
prozaičnijim serijama zgrada koje su se nastavile graditi do 1900. godine.
6.2. Proizvodnja građevnih materijala
Proizvodnja opeke industrijalizirana je u 19.-om stoljeću. Težak proces ručnog
oblikovanja, koji je bio primjenjivan 3.000 godina zamijenjen je “tlačenim” opekama.
One su bile masovno proizvedene procesom strojnog istiskivanja (extrusion) kod
kojeg je glina utiskivana kroz pravokutnu matricu kao kontinuiran stup i potom rezana
na mjeru pomoću žičanog rezača (žice). Također je bilo i umnožavanja na način
detaljno oblikovanih i “otisnutih” elemenata. Pojedinačno pečenje u pećima za
sušenje (loženim koksom) i dalje se primjenjivalo, a krajem stoljeća pojavila se
kontinuirana tunelska peć kroz koju se opeke polagano kreću na pokretnoj traci. Nove
metode razmjerno su smanjile cijenu opeke i ona je postala osnovni građevni materijal
ovoga doba.
Tehnologija drva doživjela je ubrzan razvoj u 19.st. u Sjevernoj Americi, gdje
su postojale velike šume jele (mekanog drva) i bora koje su mogle biti sječene i
obrađivane industrijskim metodama. Parne i vodom pokretane pilane počele su
proizvodnju standardno dimenzioniranog građevnog drva 1820. godine. Proizvodnja
jeftinih strojno proizvedenih čavala 1830.g. osigurala je drugi neophodan element koji
je omogućio glavnu inovaciju u građevnim konstrukcijama – lagani, prozračni okvir –
( “balloon – frame”) . Prvim primjerom smatra se skladište podignuto u Chicagu
1832.g. od Georgea W. Snowa.
Postojala je velika potražnja za malim kućama svih tipova prilikom
naseljavanja Sjevernoameričkog kontinenta, a lagani drveni okvir osiguravao je brzo,
fleksibilno i jeftino rješenje problema. U B-F sistemu tradicionalno masivno drvo i
kompleksni spojevi bili su odbačeni. Zidovi kuće bili su formirani od vertikalnih
elemenata ili stupova dim. 5x10cm, postavljenim na osnom razmaku od 40cm. Ovi su
pridržavali krovne i podne grede (obično dim. 5x25cm) također na razmaku od 40cm
(osno), sposobne da dosegnu visinu od 6 metara. Bočna stabilnost osiguravana je
postavom laganih dijagonalnih veza pričvršćenih čavlima ili, češće, pomoću 2cm
debelih dijagonalnih dasaka primijenjenim na svim vanjskim zidovima, te podnim i
krovnim gredama, čime je stvorena čvrsta, lagana kutija. Otvori su rezani u okviru i
obloženi oplatom po potrebi. Svi spojevi bili su napravljeni strojno proizvedenim
čavlima, koji su lako zakucavani u mekano tanko drvo. Širok raspon unutarnjih i
vanjskih završnih materijla mogao je biti primjenjen na ovaj okvir, uključujući drvene
daske, štuko (gips-sadra) i obloge od opeke. Ova B-F zgrada, napravljena od
proizvednih materijala, koja je trebala samo nešto malo ručnog alata i malo vještine za
gradnju, ostala je do danas popularan i jeftin oblik konstrukcije.
6.3. Znanost o građenju
Značajno dostignuće prvog industrijskog doba bila je pojava znanosti o
građenju, posebno teorija elastičnosti struktura. S njom su mogli biti korišteni
matematički modeli da s priličnom sigurnošću predvide strukturalne promjene,
osiguravajući odgovarajuću kontrolu kvalitete upotrebljenih materijala. Premda su
neki elementi teorije elastičnosti, kao što je teorija o savijanju stupova švicarskog
matematičara Leonharda Eulera, postavljeni ranije, (1757.g.), stvaran razvoj započinje
s engleskim znanstvenikom Thomasom Youngom i njegovom modernom definicijom
modula elastičnosti 1807.g. Louis Navier publicirao je teoriju elastičnosti nosača
(greda) 1826.g., a tri metode analize sila u gredama postavili su Squire Whipple, A.
Ritter i James Clerk Maxwell između 1847. i 1864.g. Koncept statički određene
strukture – što je struktura čije sile mogu biti određene samo pomoću Newtonovih
zakona gibanja – postavio je Otto Mohr 1874.g., nakon intuitivne upotrebe u trajanju
od možda 40 godina. Većina struktura 19.st. bila je namjerno dizajnirana i
proizvedena s čvrstim vezama (spojevima) da bi bila statički određena, a sve do 20.-
og stoljeća nije bilo moguće naći brzo rješenje za statički neodređene strukture.
Teorija elastičnosti stvorila je bazu strukturalne analize do 2. Svjetskog rata, kada su
zgrade pogođene bombama pokazale nepredvidljive oblike ponašanja te su
postavljene pretpostavke teorije morale biti promijenjene.
6.4. Potreba za projektnim stručnjacima – arhitektima i građevinskim
inženjerima
Dolazak industrijskog doba obilježio je također i glavnu promjenu u ulozi
arhitekta. Arhitekti-umjetnici renesanse imali su dvojni patronat, crkve i države o
kojima su ovisile narudžbe. U rastućim industrijskim demokracijama tržište za
građevine se povećalo i proširilo je vrijednost interesa arhitekta, a različiti su korisnici
tražili zbunjujući raspon novih građevnih tipova. Odgovor arhitekta bio je da razvije
novu ulogu stručnjaka (s licencom – pravom) po modelu profesija kao što su pravo ili
medicina. Dodatno, s dolaskom znanosti o građenju, nastaje nova podjela rada u
procesu projektiranja. Građevinski (konstruktivni) inženjeri se pojavljuju kao
odvojena disciplina specijalizirana u primjeni matematičkih modela u gradnji
(statičari).
Jedna od prvih zgrada kod kojih su arhitekt i inženjer bile dvije odvojene
osobe je Granary (1811.) u Parizu. Osnovana su i udruženja stručnjaka u graditeljstvu,
uključujući:
1818. Institut građevinskih inženjera, London
1834. RIBA – Kraljevski institut Britanskih arhitekata, London
1857. Američki institut arhitekata.
Službeno državno licenciranje arhitekata i inženjera, cilj ovih udruženja,
realizirano je znatno kasnije i to počevši od Odluke arhitekata Illinoisa iz 1897.
godine. Istovremeno s rastom profesionalizma razvijala se i državna regulativa u
obliku iscrpnih općinskih i nacionalnih građevnih pravila odnosno zakona za oba –
projektne i izvedbene zahtjeve građenja.
6.5. Poboljšanja u pomoćnim građevnim disciplinama
Tehnologije nadzora utjecaja okoliša započinju dramatičan razvoj u prvo
industrijsko doba. Prva glavna prednost bila je korištenje plina iz ugljena za rasvjetu.
Plin iz ugljena prvi je put napravljen 1690.g. grijanjem ugljena uz prisutnost vode da
se dobije metan, a 1792.g. William Murdock razvio je plinsku mješavinu za
osvjetljenje iz kamenog ugljena. Prva velika građevina s plinskom rasvjetom (iz male
tvornice plina na licu mjesta) bila je talionica Jamesa Watta u Birminghamu (1803.).
„Kompanija za plinsko svjetlo i koks“ osnovana je u Londonu 1812.g. kao prvo
stvarno javno poduzeće koje je proizvodilo plin iz ugljena kao dio procesa kuhanja u
velikim centralnim postrojenjima i distribuiralo ga podzemnim cijevima do
pojedinačnih korisnika. Uskoro su mnogi glavni gradovi imali plinare i distribucijsku
mrežu. Plin je bio skup i bio je korišten uglavnom za osvjetljenje, ne za grijanje ili
kuhanje a sadržavao je i mnoge nečistoće koje su proizvodile neželjene produkte
gorenja (posebno ugljenu čađu) u prostoru. Relativno čist metan kao oblik prirodnog
plina neće biti dostupan sve do eksploatacije velikih naftnih polja u 20-om stoljeću.
Peć i ognjište nastavili su biti glavnim izvorom grijanja tijekom ovog
razdoblja, ali razvoj parnog stroja i njegovih dodatnih grijača vode (bojlera) dovode
do nove tehnologije u obliku grijanja parom. James Watt grijao je vlastiti ured parom
koja je tekla cijevima još g. 1784.g. Tijekom 19-og stoljeća sistemi grijanja parom, a
kasnije toplom vodom, bili su postupno usavršavani. Koristili su centralne bojlere
grijane ugljenom povezane na mrežu cijevi koja je distribuirala zagrijani fluid u
radijatore od lijevanog željeza i vraćala ga u bojler na ponovno grijanje. Parno
grijanje bilo je glavno poboljšanje nad pećima i ognjištima jer su svi produkti grijanja
bili eliminirani iz prostora koji su se zagrijavali, ali je izvor topline ipak ostao zadržan
u radijatorima.
Vodovod i sanitarni sistemi u zgradama rapidno su napredovali u ovom
razdoblju. Javni vodovodi bili su esencijalni element, a prvi primjer mehaničkog
tlačnog vodovodnog sistema velikog mjerila bio je veliki red vodenih kotača koje je
instalirao Louis XIV na Marleyu na rijeci Marne u Francuskoj, kako bi pumpao vodu
za fontane Versaja, udaljene 18 km. Proširena upotreba cijevi od lijevanog željeza u
kasnom 18.st. omogućila je veće pritiske, a bile su korištene od Napoleona u prvom
općinskom vodovodu pokretanom parnim strojem za dio Pariza 1812.g. Podzemni
gravitacioni drenažni sistemi bili su instalirani zajedno s vodovodnima u gotovo svim
većim gradovima industrijskog doba tijekom 19-og stoljeća. Postrojenja za tretman
kanalizacije uvedena su 1860.g. Stalni vodovodni elementi pojavili su se u zgradama s
vodovodom i drenažom, zamjenjujući prenosive kade, kablove i noćne posude. Joseph
Bramah izumio je metalni WC sa sifonom (valve-type) a i drugi rani elementi:
umivaonici, zahodi i kade bili su od metala a isprobani su olovo, bakar i cink. Metalni
elementi pokazali su se teškima za čišćenje, tako da je u Engleskoj tijekom 1870.g.
Thomas Twyford izumio prvi veliki keramički umivaonik u jednom komadu kao i
keramički WC s vodenim ispiranjem. Prvi su ovakvi keramički elementi bili vrlo
skupi, ali im se cijena smanjila kada su postali standard, a njihovi oblici uglavnom se
nisu izmijenili do danas. Kade su bile prevelike da bi se izvodile iz lomljive keramike,
tako da je oko 1870.g. izumljena kada od lijevanog željeza prevučena porculanom
(emajlom), dok se kada s dvostrukom stijenkom danas još uobičajena, pojavila oko
1915-te godine.
7. Drugo industrijsko doba: čelične konstrukcije
7.1. Uvođenje tehnologije građenja u čeliku
7.2. Rane visoke zgrade čeličnog skeleta
7.3. Čelične konstrukcije velikog raspona
7.4. Rijeka u drugo industrijsko doba (čelik)
7. DRUGO INDUSTRIJSKO DOBA: ČELIČNE KONSTRUKCIJE
7.1. Uvođenje tehnologije gradnje u čeliku
Ako se prvo industrijsko doba može nazvati dobom željeza i pare, onda se
drugo industrijsko doba može nazvati dobom čelika i električne energije. Masovna
proizvodnja ovog novog materijala i novog oblika energije također je izmijenila
građevnu tehnologiju. Čelik je prvi puta proizveden u velikim količinama za potrebe
željezničkih tračnica. Valjanje čeličnih tračnica (što je bilo prilagođeno od tehnologije
valjanja kovanoželjeznih profila ) i drugih profila kao što su bili kutni profili i cijevi
počelo je oko 1870.g. a stvoren je znatno čvršći, manje lomljivi metal.
Čelik je izabran kao glavni građevni materijal za dvije strukture izgrađene za
Svjetsku izložbu u Parizu 1889.g.: Eiffelov toranj i Galeriju strojeva (Mašinsku halu).
Toranj Gustava Eiffela bio je visok 300 metara i njegov je karakterističan paraboličan
zakrivljeni oblik postao simbol Pariza a njegova visina nije dosegnuta sve do 1929.g.
Galerija strojeva bila je projektirana od strane arhitekta C.L.F. Duterta i inženjera
Victora Contamina s velikim trozglobnim lukovima na rasponu od 114m, ukupne
dužine od 420m. Sveukupna natkrivena odnosno zatvorena površina ispod
konstrukcije od čelika i stakla iznosila je 48.727m2 što nije nikada kasnije dosegnuto.
Zapravo, Galerija strojeva bila je toliko velika da joj nije mogla biti pronađena niti
jedna redovna namjena nakon što je izložba zatvorena, tako da je ova fantastična
građevina 1910.-e godine morala biti srušena.
7.2. Rane visoke zgrade čeličnog skeleta
Dok su ove čudesne strukture bile u centru pažnje, razvijala se nova, još
značajnija tehnologija: visoke zgrade čeličnog skeleta. Započela je u Chicagu, gradu
čiji je centralni poslovni predio rapidno rastao. Pritisak vrijednosti zemljišta u ranim
1880.-im godinama vodio je vlasnike da zahtijevaju više zgrade. Arhitekt – inženjer
William Le Baron Jenney odgovorio je na ovaj izazov s 10-katnom zgradom
Domaćeg osiguravajućeg zavoda (Home Insurance Company Building), sagrađenom
1885., koja je imala gotovo potpuno metalnu strukturu. Skelet je bio sastavljen od
lijevanoželjeznih stupova koji su nosili grede od kovanog željeza, zajedno s dva kata
valjanih čeličnih nosača koji su bili umetnuti tijekom gradnje i ovo je bila prva
upotreba čelika u gradnji većih razmjera. Metalni okvir je bio potpuno zatvoren
oblogom od opeke i/ili glinenih ploča zbog zaštite od požara, budući željezo i čelik
počinju gubiti svoju čvrstoću ako se zagriju iznad 400°C. Jenneyeva zgrada
Manhattan (Mantattan Building) iz 1891.g. imala je prvi vertikalni rešetkasti
podupirač da se odupre snagama vjetra, a čvrsti okvir (portalni vjetrovni vez) prvi put
je korišten u susjednoj Staroj kolonijalnoj zgradi (Old Colony Building) iz 1893.g. od
arhitekata Williama Holabirda i Martina Rochea. Potpuni čelični okvir konačno se
pojavio u Jennyjevoj zgradi Ludington (Ludington Building) iz 1891.g. te kod
Sajamskog magazina (Fair Store) 1892.g.
Temelji ovih visokih zgrada predstavljali su glavni problem zbog mekog
zemljanog terena središnjeg Chicaga. Tradicionalni temelji trapeznog i stepenastog
presjeka, koji su datirali još od Egipćana pokazali su se neprikladnima da izdrže
postavljanje velikog tereta mnogih etaža te su drveni piloti - zašiljeni trupci, inače
stari Rimski izum, bili zabijeni u teren do čvrste podloge. Za 13-katnu zgradu Efektne
burze (Stock Exchange Building) iz 1892.g. inženjer Dankmar Adler koristio je
kesonske (sandučne) temelje korištene dotad u konstruiranju mostova, stvarajući čvrst
betonski gat koji je primio težak teret čeličnih stupova.
S godinom 1895. razvijena je zrela tehnologija visokih zgrada: okvir od
valjanih čeličnih I-profila sa zakovanim ili začavlanim spojevima, dijagonalnim ili
portalnim vjetrovnim sponama (zategama), oblogom od gline protiv požara i
kesonskim temeljima. Električno dizalo osiguravalo je vertikalni prijevoz, ali druge
tehnologije zaštite od vanjskih utjecaja su bile i dalje vrlo jednostavne. Unutarnje
osvjetljenje ovisilo je i dalje najviše o dnevnom svjetlu, premda je zamijenjeno
električnim svjetlom. Postojalo je parno grijanje, ali ne i hlađenje, a ventilacija je
ovisila o otvaranju prozora. Tako su ove zgrade trebale uske visoke katne prozore
kako bi dale adekvatan pristup svjetlu i zraku.
Od velike važnosti za visoke konstrukcije bilo je uvođenje motora s
unutarnjim sagorijevanjem (izumljenog od Nikolausa Otta 1876.g.) na gradilištu, koji
je zamijenio konja i snagu ljudskih mišića za najveće zahtjeve podizanja. Tijekom
sljedećih 35 g. građene su sve više građevine čeličnog skeleta. U Chicagu je izgrađen
Masonski hram (Masonic Temple) Daniela Burnhama i Johna Roota koji je dosegnuo
22 kata (91m), ali tada je vodstvo preseljeno u New York s 26-katnom zgradom
Manhattan Life Building (1894.). Zgrada Singer (1907.) od arhitekta Ernesta Flagga
dosegla je 47 katova (184m), Cass Gilbertova zgrada Woolworth (1913.) dosegla je
55 katova (238m), a rekord Eifellovog tornja konačno je 1930. oborila Van Alenova
zgrada Chrysler sa 77 katova (320m). Već iduće godine, 1931. izgrađena je 102-katna
zgrada Empire State Building koja je imala visinu od čak 381m, što će dugo ostati
svjetski rekord. Trka za sve višim zgradama doživjela je nagao prekid uslijed Velike
depresije i 2. Svj. rata a gradnja ove vrste konstukcija ponovno je nastavljena tek
krajem 1940-ih godina 20-og stoljeća.
7.3. Čelične konstrukcije velikog raspona
Čelične konstrukcije velikog raspona razvijale su se sporije od visokih zgrada
u razdoblju između 1895. i 1945.g. i niti jedna nije dosegla raspon Mašinske hale.
Dvozglobni (napravljeni od samo jednog elementa oslonjenog na svakom kraju) i
trozglobni (od dva elementa oslonjena na krajevima i na točki spoja na vrhu) lučni
rešetkasti nosači bili su naširoko korišteni a najveći primjeri bili su dva velika
avionska hangara za Mornaricu SAD-a u New Jerseyu – prvi sagrađen 1922. s
rasponom od 79m i drugi iz 1942. s rasponom od 100m. Ravna rešetka je također
korištena, dosežući maksimalni raspon od 91m u zgradi zrakoplovnog udruženja
Glenn L. Martin Co. u Baltimoreu (1937.)
Električno zavarivanje, druga važna tehnologija čelika, bila je primijenjena na
građevne konstrukcije tog vremena, premda je princip otkriven još 1880-ih godina.
Prve višekatne zgrade s varenim spojevima bile su serija tvornica kompanije
Westinghouse, koja je započela 1920.g. Zavareni čvrsti okvir postao je novi strukturni
tip za srednje raspone, dosežući raspon od 23m na Cincinnati Union Terminalu
(1932.), ali široka upotreba zavarenih konstrukcija nije nastupila sve do iza 1945.g.
7.4. Razvoj građevnih servisa i pomoćnih disciplina
7.4.1. Vertikalni transport
Elisha Graves Otis razvio je prvo sigurno dizalo na parni pogon s užetima,
nazupčenim vodilicama i kukama u kasnim 1850.-im godinama. Hidrauličko dizalo na
parni pogon koje je bilo ograničeno za zgrade od oko 15 katova, izumljeno je 1867.
od francuskog inženjera Léona Édouya. Razvoj električnog motora od Georgea
Westinghousea g. 1887. učinio je mogućim izum brzog kabelskog dizala na elekrični
pogon (zvanog “munjevito dizalo” za razliku od sporijih hidrauličkih) 1889.g. i
električnih pokretnih stepenica (eskalatora) u 1890-im godinama.
7.4.2. Osvjetljenje
U drugom industrijskom dobu tehnologije kontrole okoliša razvijale su se
ubrzano. Većina tih tehnologija uvela je korištenje električne energije, koja je tijekom
vremena postajala sve jeftinija. Britanski fizičar Michael Faraday izumio je prvi
električni generator pokretan parnim strojem za pogon velike lučne svjetiljke s
ugljenom niti za svjetionik Foreland 1858.g. ali ugljena lučna svjetiljka bila je toliko
blještava i trebala je toliko mnogo snage da nije nikada široko primjenjivana i bila je
ubrzo zamijenjena simultanim izumom Thomasa Edisona i Josepha Swana iz 1879.g.
- žaruljom s ugljenom niti. Ova žarulja bila je krajnje nedjelotvorna, ali je otklonila
čađu i opasnost od požara svjetiljki na plin od kamenog ugljena te je uskoro bila
naveliko prihvaćena. Naslijedila ju je znatno efikasnija žarulja s volframovom niti
izumljena od Georgea Coolidgea iz kompanije General Electric, g. 1908. Nit s
dvostrukim navojem koja se koristi danas uvedena je oko 1930.g.
Edison je eksperimentirao s laganim cijevima ispražnjenim od plina još
1896.g. a Georges Claude u Francuskoj te Moore u Engleskoj proizveli su prve
praktične ispražnjele cijevi koristeći plemenite plinove kao što su neon i argon. Ove
cijevi prvi put su korištene na pročelju kina West End u Londonu 1913. i vrlo brzo
počele su se eksploatirati za znakove i ostale dekorativne namjene. Godine 1938.
General Electric i Westinghouse proizveli su prvu komercijalnu fluorescentnu
ispražnjelu svjetiljku koristeći živine pare i cijevi obložene fosforom da povećaju
isijavanje vidljivog svjetla. Fluorescentne cijevi gotovo su udvostručile efikasnost
volframovih lampi i vrlo brzo su se adaptirale za komercijalnu i uredsku upotrebu.
Intenzitet svjetla povećavao se u svim zgradama kako je cijena električne energije
padala, dosežući vrhunac oko 1970.g. Lampe ispražnjene od plina koje su koristile
živine i natrijeve pare pod visokim pritiskom izumljene su 1960-ih ali su našle vrlo
ograničenu primjenu u zgradarstvu budući su davale preintenzivno svjetlo i obilježenu
boju te su korištene uglavnom u prostorima visokih stropova ili za vanjsko
osvjetljenje.
8. Drugo industrijsko doba: armirani beton
8.1. Ponovno uvođenje betona
8.2. Pronalazak armiranog betona
8.3. Pomoćne građevne disipline
8.4. Rijeka u drugo industrijsko doba (armirani beton)
8. DRUGO INDUSTRIJSKO DOBA: ARMIRANI BETON
8.1. Ponovno uvođenje betona
Drugo industrijsko doba također je vezano uz ponovnu pojavu betona u novoj
vezi s čelikom, što je stvorilo tehnologiju koja će ubrzo preuzeti glavnu ulogu u
građevnim konstrukcijama. Prvi korak u ovom procesu bilo je stvaranje čvršćih
umjetnih cemenata (veziva). Vapnena žbuka, napravljena od vapna, pijeska i vode,
bila je poznata još od pradavnih vremena. Poboljšana je krajem 18.st. od britanskog
inženjera Johna Smeatona, koji je mješavini dodao opeku u prahu i napravio prvi
moderni beton dodajući još i šljunak kao krupni agregat. Joseph Aspdin patentirao je
prvi pravi umjetni cement, koji je 1824.g. nazvao Portland Cement. Ime mu je
sugeriralo da je bio od iste visoke kvalitete kao Portlandski kamen. Da bi napravio
Portland cement, Aspdin je zapalio (gorio) vapnenac i glinu zajedno u peći. Glina je
osigurala silikonske dijelove, koji su onda kombinirani s vodom formirali snažnije
veze od kalcijevih dijelova vapnenca. Charles Johnson, drugi britanski proizvođač
cementa, 1830-ih je uvidio važnost visokih temperatura pri gorenju gline i vapnenca
do bijelog usijanja, pri kojem se oni počinju spajati. U ovom razdoblju, običan beton
koristio se za zidove i ponekad je zamjenjivao opeke u stropnim lukovima koji su
premošćivali raspone između kovanoželjeznih nosača u tvornicama od željeznih
okvira (skeleta). Sistem je 1844. patentirao William Fairbairn i prvi put primijenio
1845. na jednoj osmokatnoj rafineriji u Manchesteru. Prethodno odljeveni betonski
blokovi su također proizvađani, premda nisu stvarno konkurirali opeki sve do 20-og
stoljeća.
8.2. Pronalazak armiranog betona
Prva upotreba betona ojačanog željezom bila je od francuskog graditelja
Françoisea Coigneta u Parizu 1850.g. Njegova vlastita kuća od betona u Parizu,
izgrađena 1862., u kojoj su stropovi i krovovi ojačani malim kovanoželjeznim I-
nosačima, još uvijek postoji. Ali pravi razvoj armiranog betona započinje s
francuskim vrtlarom Josephom Monierom i njegovim patentom iz 1867. za velike
cvijetne posude iz betona ojačanim kavezom od željeznih žica. Francuski graditelj
François Hennebique primijenio je Monierove ideje na stropove, koristeći željezne
šipke da ojača betonske nosače (grede) i ploče. Hennebique je prvi primijenio da
šipke moraju biti podignute da bi preuzele negativne momente pored oslonaca.
Godine 1892. zatvorio je građevinsko poduzetništvo i postao konzultantski inženjer
(savjetnik), gradeći mnoge strukture s armiranobetonskim skeletom sastavljenim od
stupova, greda i ploča. U SAD-u je Ernest Ransome radio paralelno Hennebiqueu,
konstruirajući tvornice u betonu. Visoke zgrade iz betona slijedile su primjer onih od
čelika. Primjeri uključuju 16-katnu zgradu Ingalls (1903.) iz Cincinnatija, koja je bila
54m visoka, te 11-katnu Kraljevsku stambenu zgradu (Royal Liver Building) iz 1909.
izgrađenu u Liverpoolu od Hennebiquevog Engleskog predstavnika, Louisa
Mouchela. Ova druga struktura bila je prvi europski neboder, čiji je satni toranj
dosegao visinu od 95m. Dostignuća visine u betonskih zgrada napredovala su sporije
s obzirom na znatno nižu čvrstoću i krutost betona u usporedbi sa čelikom.
Između 1900. i 1910. Teorija elastičnosti struktura (konstrukcija) napokon je
primijenjena na armirani beton na znanstveni način. Emil Morsch, vodeći inženjer
njemačke tvrtke „Wayss und Freitag“, postavio je (formulirao) teoriju, koja je
provjerena detaljnim eksperimentalnim ispitivanjima na Tehničkom sveučilištu u
Stuttgartu. Ovi testovi utvrdili su potrebu za iskrivljenim šipkama za dobro
povezivanje s betonom i pokazali da količina čelika u bilo kojem elementu treba biti
ograničena na oko 8% presjeka. Ovo je osiguravalo u slučaju iznenadnog
preopterećenja sporo elastično popuštanje (lom) čelika, u suprotnosti s naglim
lomljivim popuštanjem betona. Godine 1930. američki inženjer Hardy Cross uveo je
opuštajuću (relaksirajuću) metodu za aproksimativnu analizu čvrstih okvira, što je
značajno pojednostavilo projektiranje betonskih struktura. U zgradi Johnson-Bovey u
Minneapolisu, sagrađenoj 1905., američki inženjer C.A.P. Turner uveo je betonske
stropne ploče bez greda (nazvane ravne ploče ili ravni nosači) koje su koristile
dijagonalnu i ortogonalnu mrežu armaturnih šipki. Sistem koji se koristi danas, a koji
odvaja dijelove između stupova u stupovne pojaseve i srednje pojaseve i koristi samo
ortogonalan postav šipki – postavljen je 1912. od švicarskog inženjera Roberta
Maillarta.
8.3. Armiranobetonske kupole
Beton je također primijenjen na zgrade velikog raspona, a rani primjer je Hala
stoljeća u Breslavi (nekad Njemačka, sada Wroclaw u Poljskoj), autora arhitekta
Maxa Berga i inženjera Dyckerhoffa & Widmanna. Njena rebrasta kupola
nadsvođivala je 65 metara, premašujući raspon Pantheona. Još spektakularniji su bili
veliki avionski hangari na aerodromu Orly kod Pariza koje je 1916. konstruirao
francuski inženjer Eugène Freyssinet. Bili su napravljeni od 9cm tankih naboranih
paraboličnih svodova nadsvođujući 80m, a bili su perforirani prozorima. 1920-ih
godina Freyssinet je napravio glavni doprinos tehnologiji betona uvođenjem
prednaprezanja. U ovom procesu, armaturne šipke su napete (razvučene) i potom
zalivene betonom. Kada beton očvrsne šipke se puštaju, tako da element dosiže jedan
prethodan otklon i u potpunosti je pod tlakom. Kada se doda dodatni teret, element se
spusti u ravan položaj ostajući u potpunosti pod tlakom i ne doživljava vlačne
pukotine i lomove koji uobičajeno prate armirani beton. Široka upotreba
prednaprezanja nije međutim napravljena sve do iza 1945. godine.
Ljuskaste konstrukcije u betonu također započinju 1920-ih a prvi primjer je
vrlo tanka (6cm) polukupolna ljuska za Planetarijum u Jeni u Njemačkoj. (1924.), s
rasponom od 25m. Godine 1927. oktogonalna rebrasta ljuskasta kupola s rasponom od
66m izgrađena je nad tržnicom u Leipzigu. Mnoge varijante tankih ljuski su izumljene
za korištenje kod industrijskih zgrada a ljuska je postala glavni oblik za betonske
strukture velikog raspona nakon 2. Svjetskog rata.
8.4. Razvoj građevnih servisa i pomoćnih disciplina
8.4.1. Grijanje i hlađenje
Sistemi grijanja na paru i toplu vodu kasnog 19-og st. osigurali su razumne
potrebe za zimsko grijanje, ali nisu postojale nikakve praktične metode za umjetno
hlađenje, ventiliranje i kontrolu vlažnosti. U sistemu grijanja pomoću potisnutog
zraka (forced-air system), zrak je zamijenio paru ili vodu kao medij za prijenos
topline, ali je to bilo ovisno o izumu pogonskih fenova koji su pokretali zrak. Premda
su se veliki, grubi fenovi za industrijsku primjenu u ventilaciji brodova i rudnika
pojavili 1860-ih, a bolnica John Hopkins u Baltimoreu imala je uspješan sistem
grijanja pomoću zraka pokretan parnim strojem instaliran već 1873.g., široka
primjena ovog sistema za zgrade slijedila je razvoj električnih fenova 1890-ih.
Uslijedila je značajna inovacija u tehnologiji hlađenja. Izum hladnjaka za
pohranu hrane odigrao je važnu ulogu, ali ključni element bio je patent Willis Carriera
iz 1906. koji je riješio problem uklanjanja vlage koja nastaje kondenziranjem vodene
pare u kapljicama hladne vode raspršenim u zračnoj struji. Počevši od kontrole vlage
u tvornicama duhana i tekstila, Carrier je polako razvio svoj sistem “vremena
stvorenog od čovjeka”, konačno ga povezujući i primjenjujući zajedno s grijanjem,
hlađenjem i kontrolnim spravama u kompletan sistem u Kazalištu Graumann’s
Metropolitan u Los Angelesu, 1922.g. Prva uredska zgrada klimatizirana od Carriera
bila je 21-katna zgrada Milam u San Antoniju, u Texasu, 1928.g. Imala je centralnu
rashladnu stanicu u podrumu koja je opskrbljivala hladnom vodom male jedinice koje
su se ručno regulirale na svakom katu a ovi uređaji su sistemom cijevi u stropu
opskrbljivali svaki ured klimatiziranim zrakom. Ponešto različit sistem primijenio je
Carrier za 32-katnu zgradu Filadelfijskog štednog fonda (Philadelphia Savings Fund
Society Building), 1932.g. Centralne zrakom pokretane jedinice bile su smještene s
rashladnom stanicom na 20-om katu, a klimatizirani zrak je distribuiran kroz
vertikalne cijevi do pojedinih katova i horizontalno do svake sobe te se vraćao kroz
hodnike do vertikalnih ispušnih cijevi koje su ga potom vraćale u centralnu stanicu.
Oba sistema rukovanja zrakom, lokalni i centralni, još uvijek se koriste za visoke
zgrade. Velika depresija i 2. Svj. rat reducirali su potraživanja za sisteme
klimatizacije, sve do izgradnje zgrade Ujedinjenih Nacija u New Yorku 1949.g., kada
je Carrier proizveo metodu klimatizacije koja je efikasno mogla riješiti velike pritiske
topline uzrokovane velikim staklenim stijenama. Klimatizirani zrak nije dopreman
samo kroz strop već također i kroz konvektorske jedinice unutar staklenog zida
(jedinice za prijenos topline sa spiralnim cijevima). Ove jedinice sadržavale su toplu
ili hladnu vodu (iz centralne opskrbe) kako bi stvarale mješavinu povećavanjem ili
smanjivanjem topline na perimetru. Klimatizirani zrak i voda osiguravali su se u
centralnim stanicama unutar 4 instalacijske (mehaničke) etaže interpolirane u 39-
katnu zgradu.
Carrierov sistem - “Stvaralac vremena” (Weathermaster) trošio je mnogo
energije, što je bilo prikladno vremenu sve jeftinije energije, te je bio primjenjen na
gotovo svim staklenim neboderima koji su izgrađeni u sljedećih 25 godina. 1960-ih
godina pojavio se tzv. “sistem dvostrukih cijevi” kod kojeg su i hladna i topla voda
pripremane u centralnoj stanici i dovođene do svakog dijela zgrade te kombinirane u
kutijama za miješanje kako bi osigurale odgovarajuću atmosferu. Ovaj sistem također
je trošio puno energije te su, kada je cijena energije počela rasti 1970-ih, oba sistema
zamijenjena trećim – VAV sistemom koji znači promijenljivi zračni volumen
(variable air volume), koji snabdijeva klimatiziranim zrakom određene temperature, a
volumen varira ovisno o gubitku ili povećanju topline u prostoru. Ovaj sistem
zahtijeva znatno manje energije i ima široku primjenu.
Ranih 1950-ih klimatizacijski sistemi su reducirani na vrlo male električne
jedinice sposobne da hlade samo jednu sobu. Ove su obično montirane na prozore da
uzmu svježi zrak i ispuste toplinu u atmosferu. Ove jedinice naišle su na široku
primjenu kod prilagodbe postojećih zgrada – posebno kuća i apartmana – te se
primjenjuju i danas u novim stambenim zgradama.
Relativno visoka cijena energije nakon 1970-ih također je skrenula pažnju na
različite oblike solarnog grijanja, za unutarnje prostore i za toplu vodu u kućama, ali
osim za stambeno pasivno solarno grijanje, relativno smanjenje cijene energije 1980-
ih učinila je ove sisteme neatraktivnim.
Proučavanje termodinamike u kasnom 19-om stoljeću uključuje svojstva
materijala za vođenjem topline, što je dovelo do koncepta toplinske izolacije – tj.
materijala koji imaju relativno nizak stupanj prijenosa topline. Kako su se atmosfere u
zgradama počele pažljivije kontrolirati nakon 1900., više je pažnje posvećeno
toplinskoj izolaciji vanjštine zgrada (vanjskih zidova). Jedan od najboljih izolatora je
zrak, te materijali koji hvataju zrak u malim jedinicama imaju nizak stupanj
provodljivosti topline za što su odlični primjeri vuna i pjena. Prve komercijalne
izolacije, 1920-ih su bile mineralne vune i biljno – vlaknaste ploče a staklena vuna
pojavila se 1938.g. Staklena pjena, prva čvrsta izolacijska pjena zabilježena je 1930-
ih, a nakon 1945. razvijen je široki raspon plastičnih izolacijskih pjena. Od 1970-ih
većina građevnih propisa ima minimalne zahtjeve za izolacijom vanjskih zidova u
gradnji, što je dokazalo da su vrlo efektivni u uštedi energije i novaca.
8.4.2. Staklo kao građevni materijal
Staklo je doživjelo značajan razvoj u Drugo industrijsko doba. Izrada
prozirnog ravnog stakla usavršena je krajem 19. st. jednako kao i tehnike pjeskarenja i
urezivanja. U SAD-u je 1905.g. staklarska tvrtka Libbey Owens počela izrađivati
ravno staklo procesom vučenja iz rezervoara topljenog stakla. Njegova površina bila
je ponešto iskrivljena, ali je bilo znatno jeftinije od klasičnog ravnog stakla.
Dvostruko glazirani prefabricirani paneli debljine 2,5cm prvi put su proizvedeni u
1940-ima, premda je izolacijski princip sa zrakom ulovljenim između dvije staklene
ploče prepoznat znatno ranije. Udubljeni stakleni blokovi uvedeni su od strane
kompanije Corning 1935.g. a 1952. braća Pilkington iz Engleske razvili su plivajući
stakleni proces, u kojem kontinuirana 3,4m široka vrpca stakla plovi nad otopljenim
kositrom a obje strane se završavaju plamenom, bez poliranja i brušenja. Ovo je
postalo standardna metoda proizvodnje. Pilkington je također započeo razvoj
konstruktivnih staklenih elemenata u 1960-ima. U 1950-im povećanje klimatizacije
dovelo je do pojave obojenog stakla na tržištu, koje apsorbira i reducira sunčevu
svjetlost, a u 1960-im je uvedeno reflektirajuće staklo s tankom metalnom oblogom
primijenjenom pomoću procesa vakumskog prevlačenja koje je također reduciralo
sunčevu svjetlost. Termo-reflektirajuće staklo, koje ima transparentnu presvlaku koja
dozvoljava kratkovalno zračenje sunca ali zaustavlja i reflektira dugovalno zračenje iz
unutarnjeg prostora uvedeno je 1984.g. Kada je kombinirano s dvostruko glaziranim
njegova se vrijednost kao izolatora približava onoj od zida.
9. Konstrukcije nakon Drugog svjetskog rata
9.1. Poslijeratni razvoj visokih zgrada
9.2. Poslijeratni razvoj konstrukcija velikog raspona
9. KONSTRUKCIJE NAKON DRUGOG SVJETSKOG RATA
9.1. Visoke zgrade iza 1945.: korištenje čelika i drugih metala
Drugo veliko doba za visoke zgrade započelo je nakon 2. Svjetskog rata, kada
su svjetska ekonomija i populacija ponovno bilježile rast, odnosno ekspanziju. Bilo je
to optimistično vrijeme s padom cijene energije i arhitekti su prigrlili koncept visoke
zgrade kao staklene prizme. Ova ideja postavljena je od arhitekata Le Corbusiera i
Ludwiga Miesa van der Rohea u njihovim vizionarskim projektima iz 1920-ih. Ovi
projekti koriste stakleni zid-zastor (curtain wall), kao nenosivu opnu pričvršćenu na
vanjske konstruktivne dijelove zgrade. Najraniji potpuni ovjesni zid, postavljen samo
s ulične strane pročelja bio je onaj zgrade Hallidie (1918.) u San Franciscu. Prva
višekatna struktura s potpunim staklenim pročeljem bila je istraživačka zgrada
A.O.Smith (1928.) u Milwaukeeu, od Holabirda i Roota. U njoj je staklo bilo
pridržano aluminijskim okvirima, što je bila rana upotreba ovog metala na zgradama.
Ovo su međutim bili rijetki primjeri i trebalo je pričekati sve do razvoja klimatizacije,
fluorescentnog osvjetljenja i sintetičkih gumenih zaptivača nakon 1945.g. kako bi se
ideja staklene prizme mogla realizirati.
Uzor staklenog tornja bio je definiran zgradom Sekretarijata Ujedinjenih
Nacija (1949.) u New Yorku. Izvršni arhitekt bio je Wallace Harrison, ali je glavnu
ulogu u dizajnu odigrao Le Corbusier. Zgrada UN-a, koju su obilježili Weathermaster
klimatizacijski sistem i vanjski zidovi od zelenog obojenog stakla, pomogla je
uspostavi standarda za visoke zgrade diljem svijeta. Nekoliko drugih utjecajnih
zgrada – kao što su 860-880 Lake Shore Drive Apartmani (1951.) iz Chicaga , autora
Miesa van der Rohea i 21-katna kuća Lever (1952.) iz New Yorka , autora Skidmore,
Owings & Merilla pomoglo je budućoj uspostavi tehnologije zidova-zavjesa.
Možda najvažniji element bio je razvoj istisnutog aluminija za stupove i druge
elemente koji su pridržavali staklo. Veća proizvodnja aluminija u SAD-u započela je
1886. S Hall-procesom. Ovaj proces odvajanja metala od rude zahtjevao je velike
količine elektriciteta, te su sve jeftinije cijene energije nakon 2. Svj. rata utjecale na
ovu građevnu tehnologiju. Aluminij formira oblogu transparentnog oksida koji ga štiti
od korozije a ovaj oksidni sloj može biti umjetno dodan i obojan kroz proces zvan
eloksiranje (anodiranje – anodizing). Ovakav aluminij prvi je put korišten na
prozorima Sveučilišne knjižnice Cambridge u Engleskoj 1934.g. Aluminij je postao
glavni materijal za okvire zidova-zavjesa zbog svoje otpornosti na koriziju i lakoće
oblikovanja na način “izguravajućeg” (extrusion) procesa kojim je metal guran kroz
serije kalupa stvarajući kompleksne presječne oblike. Oblikovani pločasti aluminij
također je korišten za neprozirne panele u zidu-zavjesi.
Drugi metali korišteni u ovakvom zidu bili su nehrđajući čelik (mješavina
82% željeza i 18% kroma), te tzv. vremenski ( weathering ) čelik s primjesom bakra
koja formira prianjajući sloj oksida. Brončani zid-zavjesa M. Van der Rohe-ove
zgrade Seagram (1954.-58.) u New Yorku ostao je samo izoliran primjer. Vjerojatno
od iste važnosti za konstrukciju zastornog zida bio je razvoj hladno postavljanih guma
tijekom 2. Svj. rata. One su formirale elastične zaptivače koji su uspješno zaptivali
spojeve između stakla i metala i između dva metala protiv vjetra i kiše. U kasnim
1970.-im razvoj umjetnih dijamanata omogućio je oruđa za rezanje vrlo tankih
kamenih ploča, te i one postaju važan dio zidova-zavjesa.
Slijedeći razvoj zida-zavjese kod visokih zgrada pojavile su se nove
konstrukcije odnosno strukturne forme. Budući su sistemi kontrole utjecaja okoliša
poskupjeli, ekonomski pritisak potaknuo je da se grade sve efikasnije strukture.
Godine 1961. S.O.M. su dizajnirali 60-katnu zgradu banke Chase Manhattan, koja je
imala standardni željezni okvir (skelet) s čvrstim portalnim vjetrovnim vezovima, koji
su zahtijevali 275 kg čelika po m2, podjednako kao i kod Empire State Buildinga 30
godina ranije. Ekonomičnost konstrukcije visokih zgrada demonstrirana je međutim
od strane iste firme 9 godina kasnije, 1970. u zgradi John Hancock u Chicagu .
Koristila je sistem vanjskih dijagonalnih vezova da stvori čvrstu cijev, izumljenu od
ing. Fazlura Khana. Premda zgrada ima 100 katova, njena je konstrukcija toliko
efikasna da treba samo 145 kg čelika po m2. Uokvirena cijev, koju je Khan izumio za
betonske strukture, primijenjena je i na druge čelične zgrade. Khan je koristio čelični
sistem od 9 svezanih cijevi različitih visina – svake od 22,5m2 sa stupovima na
razmaku od 4,5m – da 1973. oblikuje strukturu od 110 katova (442m) – toranj Sears
također u Chicagu. Razmjerno više zgrade su moguće s trenutnom tehnologijom, ali
njihova izgradnja također ovisi o generalnim ekonomskim razmatranjima i
rezultirajućoj isplativosti prodaje podnog prostora.
9.2. Visoke zgrade iza 1945.: upotreba armiranog betona
Usporedno s razvojem visokih čeličnih struktura, nakon 1945. napravljen je
snažan napredak u visokim sistemima od armiranog betona. Prvo je bilo uvođenje
tlačnog zida (shear wall) ukrutnog betonskog okvira protiv bočnih naprezanja, koja
nastaju od vjetra ili potresa. Tlačni zid funkcionira kao tanki i duboki konzolni nosač
kako bi izdržao bočne sile. Godine 1958. arhitekt Miltor Schwartz i inženjer Henry
Miller koristili su tlačne zidove kod gradnje 39-katne Executive House u Chicagu do
visine od 111m. Od iste važnosti bilo je uvođenje perimetralne okvirne cijevne forme
od betona od Fazlur Khana u DeWitt-Chestnut apartmanima 1963. u Chicagu , koji
dosežu 43 kata (116m). Bočna stabilnost je postignuta stupovima na malom razmaku
postavljenim svuda uokolo perimetra zgrade i povezanim međusobno dubokim
gredama. Sljedeći korak u betonskim visokim konstrukcijama bila je kombinacija
perimetralne - okvirne cijevi s širokim unutarnjim cijevima od punog zida ili tlačnim
zidovima kako bi se postigla daljnja bočna stabilnost. Ovo je upotrebljeno od Eera
Saarinena i Kevina Rochea u 35-katnoj CBS zgradi (1964.) u New Yorku, a sistem je
dalje razvijen od Khana kod 221m visoke zgrade Shell Oil (1967.) u Houstonu . Druga
nova strukturalna forma iz betona uvedena je od Khana u 174m visokoj 780 Third
Avenue Office Building (1983.) u New Yorku . To je okvirna cijev s dijagonalnim
nosačima postignutim na način punjenja dijagonalnih redova prozorskih otvora kako
bi se kreirali vanjski vezni elementi. Ovo je vrlo efikasan sistem i može voditi do još
viših zgrada ovog tipa. Tri daljnje inovacije pomogle su rapidnom rastu betonskih
zgrada u visinu. Jedna je razvoj laganog betona, koji koristi drozgu iz visokih peći
umjesto kamena kao agregat za podnu konstrukciju, čime je reducirana gustoća
betona za 25 %, s odgovarajućom redukcijom tereta koje nosivi stupovi trebaju nositi.
Drugo je povećanje granične čvrstoće betona (čvrstoće loma) korištenog za stupove.
Treće je korištenje pumpi za prijenos tekućeg betona do gornjih katova visokih zgrada
što je znatno reduciralo cijenu ugradbe.
Druga važna tehnika razvijena za visoke betonske zgrade bila je klizna oplata.
U ovom procesu vertikalni element ravnog ili cijevnog oblika je kontinuirano lijevan
korištenjem kratkih dijelova oplate koja se pomiče prema gore tijekom procesa
lijevanja. Klizna oplata je korištena kod gradnje brojnih vrlo visokih struktura u
Kanadi, uključujući nekoliko industrijskih dimnjaka 336m visokih i svjetsku najvišu
slobodnostojeću stukturu CN toranj u Torontu, koja sadrži promatračnicu i masivnu
televizijsku antenu i ima ukupnu visinu od 553m. Beton je pokazao da je ozbiljan
takmac sa čelikom u visokim strukturama a danas se koristi za najveći dio visokih
stambenih zgrada i za značajan broj visokih poslovnih zgrada.
9.3. Poslijeratni razvoj konstrukcija velikog raspona
Nakon 1945. kupola i ljuskasti strop nastavili su biti glavni oblici struktura
velikog raspona. Prva inovacija bila je geodetska kupola, koju je izumio arhitekt i
inženjer R. Buckminster Fuller u 1940-ima. Kod ove forme rebra su postavljena u
trokutastom ili šesterokutnom uzorku (mreži) i leže na geodetskim linijama, ili
velikim krugovima sfere (svoda, polukugle). Vrlo plitka sferična forma s
aluminijskim rešetkastim elementima korištena je od strane tvrtke Freeman Fox &
Partners za kupolu Discovery izgrađenu u Londonu 1951.g. Fullerove vlastite
patentirane forme korištene su 1958.g. za gradnju dviju velikih polusfernih kupola od
115,3 dijametra raspona korištenjem čeličnih cijevnih elemenata. One su korištene
kao radionice za Union Tank Car Company u Wood Riveru u Illinoisu i Baton
Rougeu u Luisiani. Najveća geodetska kupola je Poliedro u Caracasu, u Venezueli,
izgrađena od aluminijskih cijevi s rasponom od 143 metra.
Drugi oblik čelične rešetkaste kupole je lamelna kupola, napravljena od
ukrštenih lukova koji su zajedno ovješeni na središnjoj točki tako da formiraju
isprepletenu mrežu dijamantnog uzorka. Korištena je za prva dva primjera velikih
natkrivenih sportskih stadiona izgrađenih u SAD-u nakon 1960: Stadion okruga
Harris – Astrodome , podignut u Houstonu u Texasu , 1962.-64. s rasponom od 196
metara i Superdome u New Orleansu (Luisiana) raspona 207 metara, dizajniranog od
Sverdrupa i Parcela i završenog 1973.g.
Čelična rešetka nastavila se upotrebljavati i proširena je na tri dimenzije kako
bi formirala prostorne rešetke. Najdulji raspon ovog tipa bio je Hangar Narita na
Međunarodnom aerodromu u Tokiju, koji koristi vezanu portalnu rešetku za raspon od
190m podupirući krov od prostorne rešetke raspona 90m.
Betonska ljuskasta kupola rapidno je razvijana 1950-ih. Aerodromski terminal
St. Louis Lambert (1954.) kojeg su dizajnirali Hellmuth, Yamasaki i Leinweber, imao
je veliku dvoranu od 36,6m raspona nadsvođenu s četiri ukrštena tanka bačvasta
svoda od betonske ljuske poduprijeta na četiri ugla. Debljina ljuske varira od 20cm na
osloncima do 11,3cm u centru. Drugi primjer bila je kupola King Dome u Seattleu u
Washingtonu, koja natkriva sportski stadion s tankom ljuskastom betonskom
paraboličnom kupolom ukrućenom rebrima od 201m u dijametru.
Novi oblici krovova velikog raspona pojavili su se 1950-ih a bili su bazirani
na čeličnim sajlama koje su dugo korištene kod visećih mostova. Jedan primjer je
Paviljon SAD-a na Svjetskoj izložbi u Bruxellesu iz 1958., dizajniran od arh.
Edwarda Durella Stonea. Baziran je na već poznatom principu kotača bicikla: njegov
krov ima dijametar od 100 m s čeličnim tlačnim prstenom na perimetru iz kojeg su
dva sloja radijalnih sajli bila čvrsto nategnuta do malog tlačnog prstena na sredini.
Dvostruki sloj sajli daje krovu stabilnost protiv vertikalnih pomaka. Oakland-
Alameda County Coliseum kojeg su projektirali S.O.M. povećao je ovaj sistem na
126m u dijametru, ali samo jedan sloj sajli ukrućen pomoću obložnih betonskih rebara
povezuje unutarnji i vanjski prsten.
Drugi sistem koji je nastao iz konstrukcija mostova je sajlama poduprijet krov.
Rani primjer je TWA hangar u Kansas Cityju iz 1956.g., koji sklanja velike avione
ispod dvostukog konzolnog krova napravljenog od polukružnih ljuski koje su
konzolno istaknute 48m. Otklon je smanjen i ljuske su pod tlakom pomoću sajli koje
su napete između centralnih razdjelnih zidova i zavala između ljuski. Drugi primjer
ovakvog krova bio je Mc Cormick Place West Exhibition Hall (1987.) u Chicagu ,
napravljen od S.O.M-a. Dva niza velikih betonskih jarbola uzdižu se iznad krova,
podupirući čelične rešetke koje nadsvođuju 72m između jarbola i konzola od 36m do
druge strane. Rešetke su također poduprijete serijom paralelnih dijagonalnih sajli koje
su napete natrag do jarbola.
Treći oblik napetih krovnih struktura velikog raspona su zračne plastične
membrane, koje su izumljene od Waltera Birda na Sveučilištu Cornell kasnih 1940-ih
i uskoro se počele primjenjivati za plivačke bazene, privremena skladišta ili izložbene
zgrade. Svjetska izložba u Osaki 1970. sadržavala je mnoge ovakve strukture, a
najveća je bila Paviljon SAD-a dizajniran od inženjera udruženja Geiger Berger.
Imala je ovalni tlocrt dim. 138x79m, a napuhani kupolasti krov od vinilom obložene
tkanine bio je ukrućen dijagonalno umetnutom mrežom čeličnih sajli pričvršćenih na
betonski tlačni prsten na perimetru. Sistem Paviljona Osaka adaptiran je za dva velika
sportska stadiona izgrađena 1980-ih: Silverdome u Pontiacu u Michigenu i Hubert H.
Humphrey Metodrome u Minneapolisu . Strukture poduprijete zrakom su vjerojatno
najefikasniji tip struktura za vrlo velike raspone.
Nakon eksplozije inovacija u 19-om stoljeću građevne konstrukcije nalaze se u
relativno mirnom razdoblju Čelik, beton i drvo postale su prilično zrele tehnologije,
ali tu su drugi materijali – kao što su vlaknasti spojevi i mješavine – koje mogu tek
odigrati glavnu ulogu u građenju u budućnosti.
LITERATURA (izbor)
1. Building construction. Encyclopaedia Britannica. 2006. Encyclopaedia
Britannica Premium Service. 13 July 2006.
http://www.britannica.com/eb/article-9106103.
2. Enciklopedija likovnih umjetnosti, tom 1-4, JLZ, Zagreb 1959.-1966.
3. Tehnička enciklopedija, tom 2-5, JLZ, Zagreb 1966.-1976.
4. Enciklopedija moderne arhitekture, više autora, Građevinska knjiga Beograd
1970.
5. Meyers Konverssations Lexikon, tom 1-22, Bibliographissches Institut,
Leipzig und Wien 1906.-1910.
6. Müller, Werner; Vogel, Gunther: Atlas arhitekture 1, Golden Marketing i
IGH, Zagreb 1999.
7. Summerson, John: Klasični jezik arhitekture, Golden Marketing i IGH,
Zagreb 1998.
8. Richards, J.M.: The national Trust Book of English Architecture, The
National Trust, Weiden feld and Nicholson, London 1981.
9. Watkin, David: A history of western architecture, Barrie & Jenkins, London
1986.
10. Nuttgens, Patrick: The Story of Architecture, Phaidon, London 1983.
11. Hollingsworth, Mary: Umjetnost kroz povijest čovječanstva, Andromeda,
Rijeka 1998.
12. Pevsner, Nikolaus: The best buildings of England, Viking, Penguin books,
London 1986.
13. Gombrich, E.H.: Povijest umjetnosti, Golden Marketing, Zagreb 1999.
14. Dixon, Roger, Muthesius, Stefan: Victorian Architecture, Thames and
Hudson, London 1978.
15. Damjanov, Jadranka: Likovna umjetnost, Školska knjiga Zagreb 1972.
16. Milić, Bruno: Razvoj grada kroz stoljeća I dio, Školska knjiga Zagreb, 1990.
17. Milić, Bruno: Razvoj grada kroz stoljeća II dio, Školska knjiga Zagreb, 1995.