Профессор А. Ф. Лолейт и железобетон

В 1901 г. на VII съезде русских цементных техников и заводчиков, в этом авторитетнейшем органе строительной промышленности впервые были поставлены вопросы развития железобетона.

На съезде были заслушаны доклады: Н. А. Житковича «Применение железобетона в канализации и водоснабжении городов», Н. К. Пятницкого «Железобетонные сооружения системы Henneligue» и Н. А. Белелюбского«История развития железобетона».

Начало XX века — это был период, когда новый материал —железобетон — во всем мире развивался весьма бурно. В России широкому его применению предшествовали популяризация в литературе, многочисленные испытания и исследования.

С 1886 по 1905 гг. опыты и исследования проводились в разных местах и на различных конструкциях. Начало последовательному и широкому применению ж/бетона в России положил торговый дом «Юлий Гук и К°», который в 1886 г. устроил на Московских бойнях ж/б плиты и своды. В 1890 г. торговый дом решил выделить свой строительный отдел в самостоятельное дело и основать архитектурное общество для производства бетонных и других строительных работ. В должности расчетчика проектного отдела только что организованного акционерного общества начал работать Артур Лолейт.

Артур Фердинандович Лолейт родился 18 июня 1868 г. в г. Орел. В 1886 г., блестяще окончив гимназию, заработав репетиторством летом 150 руб., Артур отправился в Москву с намерением поступить в Университет. Он был принят на математическое отделение физико-математического факультета, на котором вели тогда научную и педагогическую работу крупнейшие наши ученые: астроном Ф. А. Бредихин, основоположник гидро- и аэромеханики Н. Е. Жуковский, математик Ф. Е. Орлов, физик Л. Г. Столетов и др.

Учился Артур Лолейт превосходно. По совету Ф. Е. Орлова, он за год до окончания Университета пишет сочинение на тему: «Теория шарнирных сочленений». На эту же тему писал сочинение тоже студент-выпускник С. А. Чаплыгин — в будущем крупнейший математик и аэромеханик.

К октябрю 1890 г. сочинение было закончено и представлено ученому совету факультета. 12 января 1891 г. на годичном акте университета Артуру Фердинандовичу Лолейту за него была вручена серебряная медаль как второму после С. А. Чаплыгина, получившего золотую. Весной были сданы государственные экзамены и получен диплом 1-й степени об окончании факультета по специальности прикладная механика.

В конце 1891 г., директор-распорядитель Московского акционерного общества (а/о) по производству бетонных и других строительных работ Ю. А. Гук, в доме которого Артур бывал еще студентом, предложил ему поступить на службу в проектный отдел общества в качестве расчетчика. Он снабдил его немногочисленными изданиями на немецком и французских языках, которыми исчерпывалась тогда литература по железобетону. В последствии А. Ф. Лолейт вспоминал: «Задача правильного обоснования размеров конструкции, в коих столь разнородные по своим природным свойствам материалы, как бетон и железо, сочетаются в один монолит, меня заинтересовала в высшей степени и, не взирая на противоположные советы, я принял предложение Гука и поступил 4 сентября 1892 года в проектное бюро фирмы на жалованье 75 руб. в месяц. Мне не пришлось раскаяться в принятом решении ибо работа в а/о все время оставалась полной захватывающего интереса, так как на моих глазах протекала вся грандиозная эволюция, которую претерпела теория и практика железобетона». [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969; А. Ф. Лолейт Автобиография. Семейный архив] Находясь в самой гуще процесса создания отечественного железобетона, деятельно участвуя в проектировании, изготовлении, испытаниях первых ж/б конструкций, пользуясь благодаря своей кипучей энергии и знаниям авторитетом у руководства а/о, А. Ф. Лолейт активно воздействовал на развитие, совершенствование и внедрение нового материала.

В 1893 г. им был разработан проект (выполнены расчетные работы) одной из труб под насыпь ж/дороги. В 1892–93 гг. — переходных ж/б мостиков и свода, пролетом 14,5 м, в здании верхних торговых рядов в Москве.

В 1894 г. общество командировало его в Петербург для сдачи экзаменов специальной комиссии при техническом комитете Министерства внутренних дел на право производства строительных работ. 9 июня 1894 г. он получил соответствующее свидетельство и был сразу же назначен помощником заведующего работами и управляющим бетонным заводом. Позднее он становится главным инженером, далее — директором правления а/о. Аналитический ум, знание математики, инженерная интуиция, талант организатора — все это на редкость сочеталось в ученом.

В 1894 г. Артур Фердинандович проектирует 32-метровый ж/б мост для Нижегородской выставки, рассчитанный как упругий кривой бус с защемленными концами.

В это же время на Западе шло интенсивное изучение свойств железобетона и его активное внедрение. В 1886 г. фирма Вайсса провела в Берлине испытания армированных и неармированных сводов (L=4,5 м, b=0,4 м, n=5 см) и плит. В лаборатории Мюнхенского политехникума начал опыты по изучению бетона и ж/бетона, сил сцепления между цементным раствором и арматурой один из основоположников науки об испытаниях материалов профессор И. Баушингер [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969]. Исследованием свойств ж/бетона занимался М. Кенен — директор строительной компании по бетону и ж/бетону Монье в Берлине. Патенты Монье были в то время главной основой для строительных работ из ж/бетона. В 1885 г. они силами и средствами инженера и предпринимателя Г. Вайсса были распространены на Германию, Австрию и Россию.

В 1895 г. А. Ф. Лолейт выступил на II съезде русских зодчих в Москве с докладом «Краткий очерк общей теории системы Монье и значение ее в области развития технических знаний». В своем докладе он показал, что ж/бетон — это не совокупность бетона и железа, а принципиально новый материал, в котором составляющие части суть одно неразрывное целое, что «на поверхности соприкосновения бетона и железа развивается некоторая сила, не допускающая их взаимного перемещения, и ее существование есть та необходимая данная, на которой основано совместное употребление бетона и железа» [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969]

Результаты западных исследований легли в основу первой теории железобетона, разработанной М. Кененом (Германия). Она построена на следующих предпосылках:

- железо и бетон в сопротивлении внешним силам полностью солидарны и получают при этом одинаковые удлинения;

- бетон на растяжение не работает;

- нейтральныйслой в балке расположен на уровне середины высоты прямоугольного сечения;

- эпюра сжимающих напряжений в бетоне имеет форму треугольника, т.е. принимается гипотеза плоских сечений и закон Гука [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969].

Полученные формулы в то время считались вполне приемлемыми, поскольку в строительстве применяли бетон и арматуру низкой прочности и одинаковых, а не различных марок.

Параллельно с появлением данных о новом материале возникают и новые теории расчета железобетона. Одним из пионеров работ с новым материалом был Ф. Геннебик (Франция). Он применял для расчета балок и плит свои формулы. Полагая, что растянутый бетон работает, он считал, что сжатый бетон напряжен равномерно, т.е. принимал прямоугольную эпюру напряжений. Сечение арматуры и бетона он определял из того, что полное сопротивление сечения составляет пара сил, моменты которых относительно нейтральной оси равны между собой и равны половине изгибающегомомента: допустимые напряжения для бетона устанавливал в 25–30 кг/см2, а для арматуры — 1000 кг/см2.

В 1889 году Консидер (Франция) опубликовал гипотезу, согласно которой «бетон, вооруженный железной арматурой, при растяжении как бы насыщается свойствами железа и приобретает от него часть упругих свойств». Эта гипотеза оказалась особенно близкой для А. Ф. Лолейта.

В мае 1903 г. скончался профессор Шуляченко. В том же году на IX съезде его председателем и председателем Бюро (а затем — Совета) избираетсяпрофессор Н. А. Белелюбский. С тех пор и до самой своей смерти (1922 г.) Николай Аполлонович возглавлял отечественную науку о цементе, бетоне и железобетоне. На IX съезде был впервые поставлен вопрос о необходимости выработки ТУ железобетона, для чего была образована особая комиссия [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969]. На этом съезде А. Ф. Лолейт выступил с докладом «Система Монье», который послужил основой для выработки мероприятий «к возможно широкому распространению железа в России». В этом докладе Артур Фердинандович предложил ввести изучение железобетона в программы учебных заведений, учредить премии за наиболее выдающиеся труды на русском языке по теории железобетона [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969]

В 1902 г. А. Ф. Лолейт, в работе «Два частных случая расчета ж/б арок» показал, что принятые (на тот момент) способы расчета не позволяют полностью использовать несущую способность арматуры. Артур Фердинандович впервые обратился к гипотезе Консидера о повышенной растяжимости бетона в присутствии арматуры и, взяв ее за основу, вывел расчетные формулы прочности [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969].

В 1904 г. А. Ф. Лолейт сделал доклад в Московском архитектурном обществе «К вопросу о правилах приемки ж/б сооружений», где обоснованно указал на необходимость пересмотра теории железобетона. Лолейт сообщил результаты проведенных им испытаний ж/б плит, показавших отличную сходимость опытных и расчетных величин разрушающей нагрузки. Эти опыты и подкрепленное ими предложение рассчитывать железобетон по стадии разрушения позднее (вместе с его известными работами 1930–1933 гг.) станут основой по пересмотру теории железобетона (см. табл. 1)

Таблица 1

Показатели	№ ж/б плит
	1	2	3	4	5	6
Пролет в м	1,54	1,54	1,54	1,54	3,0	4,2
Толщина в см	7,6	7,6	5,6	5,6	14,3	16,3
Сечение арматуры	4,53	4,53	3,04	3,04	9,79	11,02
Разрушающие нагрузки Р в кг
Вычисленная	2400	2150	2095	1022	4319	3817
Опытная	2375	2203	2031	1392	3980	3555

В опытах Лолейт исследовал также влияние избыточной воды на прочность железобетона, сравнивая несущую способность плит из трамбованного бетона (№1) и литого (№2), обнаружив ожидаемое снижение прочности второго по сравнению с первым.

На XIII съезде Артур Фердинандович сделал доклад на тему «О влиянии избытка воды в растворе на прочность ж/б конструкции». В этом докладе он взял под защиту литой бетон: «Литой бетон более однородный по качеству, чем трамбованный... малая прочность литого бетона на растяжение не является природным свойством: она следствие местных дефектов качества». [см. А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969]

В период 1908–1909 гг. А. Ф. Лолейту пришлось встретиться с необходимостью устройства сплошной ж/б плиты минимальной высоты, нагруженной колоннами. По условиям работы делать ее ребристой — обычного типа того времени — было невозможно. Встала задача уменьшить высоту ребер при одновременном увеличении их ширины, и, наконец, (в пределе) вовсе убрать ребра, но увеличить толщину плиты. В процессе исследования Лолейт вначале воспользовался формулой Грасгофа для пластинки, подпертой в отдельных точках, в том виде, как она приведена в справочнике Хютте.

Разработав затем свои расчетные формулы, Лолейт уширил колонны капителями в местах их примыкания к плите во избежание ее продавливания и уже в 1907 г. применил на практике разработанную конструкцию.

В 1909 г. площадь таких безбалочных перекрытий составила 2000 м2, а к 1911 г. —16 тыс. м2. Весной 1912 г. им было проведено испытание двух безбалочных ж/б перекрытий и в том же году Лолейт докладывал о безбалочных перекрытиях XIV съезду (рис. 3).

К сожалению, это изобретение Лолейта было забыто, и многие иностранные источники называют изобретателем безбалочных перекрытий швейцарца Р. Майяра [см. А. Раафат. Железобетон в архитектуре. – М.: Госстройиздат. – 1963]

В 1926 г. Лолейт напомнил: «Вопреки довольно распространенному мнению, будто родиной безбалочных перекрытий является Запад, необходимо указать, что еще до 1-ой Мировой войны, а именно, начиная с 1909 г., нами построено много десятков тыс. м2 таких перекрытий и при этом на основе совершенно иных принципов». [А. Э. Лопатто., А. Ф. Лолейт. К истории отечественного железобетона. – М.: Стройиздат. – 1969]

Однако бурное развитие железобетона как нового и, казалось, общедоступногостроительного материала породило негативные, выражаясь современным языком, «рваческие» явлений.

Наиболее ярким примером служит дело А. Л. Шиллера, затянутые им судебные процессы.

Вкратце, дело обстояло следующим образом.

Монье в 1880 г. получил привилегию (патент) на систему (железобетон) в России. В 1885 г. привилегия потеряла силу. В результате применение железобетона стало свободным от всяких патентных сборов и ограничений. В 1889 г. купец А. Л. Шиллер подал прошение о выдаче ему привилегии (патента) на усовершенствования в системе и способ выделки и постройки из бетона в соединении с железом разных предметов и сооружений. Шиллер считал новизной своего предложения следующее: до его работ в этом направлении, начатых в 1884 г., повсюду применялось обмазывание железного каркаса цементным раствором. Он якобы впервые предложил и осуществил трамбование, а не обмазывание (бетона, а не раствора) в опалубке при постепенном наращивании арматуры. Полученную «привилегию» он решил использовать против всех лиц, которые занимались железобетоном. В 1889, 1891, 1892 и 1894 гг. «привилегия» была использована Шиллером для преследования железобетонщиков. Шиллер судился с прусским подданным В. Гюртлером. В 1888 г. Гюртлер получил «привилегию» на ж/б выгребные ямы и выполнял их по его, Шиллера, методу, будто бы выведанному от рабочего, которого первый переманил от Шиллера. Знаменитые петербургские опыты 1891 г., проводившиеся под эгидой механической лаборатории Петербургскогоинститута путей сообщения, он называл «грандиозной рекламой на Преображенском плаце». Ю. Л. Гука — главу а/о «Для производства бетонных и других строительных работ» — обвинял в овладении его, Шиллера, достоянием. О себе он писал, как об «изобретателе», который «кроме славы, требует еще и малую толику благ земных» [см. А. Л. Шиллер. Изобретатель и хищники. // Особое приложение «Русского труда» – СПб – 1898 – №44].

Также он привлекает к суду за нарушение «привилегии» архитектора Новицкого, инженера Висневского и др. По инициативе Н. А. Белелюбского инженерный совет министерства путей сообщения вынужден был заняться специальным выяснением различия железобетона по привилегиям Шиллера и Монье.

Совет установил, что общепринятые способы устройства ж/б сооружении существенно отличаются от «нового» способа Шиллера, и только после этого его дальнейшие притязания и «на славу» и на «малую толику благ земных» были прекращены.

Это решение было опубликовано в 1903 г. в журнале «Цемент, его производство и применение», №2 и доложено Н. А. Белелюбским IX Съезду русских цементных техников и заводчиков в ноябре. В апреле 1903 г. на Съезде в своем докладе А. Ф. Лолейт предложил: «Ходатайствовать перед Министерствомфинансов о прекращении в дальнейшем выдачи новых привилегий (патентов) на какие бы то ни было новые усовершенствования или виды применения ж/бетона, так как правильная комбинация отдельных частей — арматуры и бетона — должна быть делом научного исследования, а не источником дохода».

Таким образом, первые работы А. Ф. Лолейта и его деятельность показали, что на небосклоне науки о железобетоне появился новый могучий талант, которому в будущем предстоит возглавить рывок в научном и прикладном ее развитии.