Ohlédnutí do historie kovových konstrukcí

ROZVOJ METALURGIE
Kov je jedním z nejstarších průmyslových materiálů. Přírodní kovy jako je zlato, stříbro a měď byly používány už v 6. a 7. tisíciletí př. n. letopočtem. V 5. a 6. tisíciletí př. n. l. lidé tavili měď, cín a olovo a přibližně od 3. tisíciletí př. n. l. je známé používání bronzu. Toto období je v dějinách označováno jako doba měděná a bronzová. Metalurgie železa, která vznikala nezávisle na různých místech Země, se rychle rozšířila v Egyptě (od Chetitů), Mezopotámii, Indii, na konci 2. tisíciletí př. n. l. do starověkého Řecka, Malé Asie, Zakavkazí a v polovině 1. tisíciletí př. n. l. do Číny.
Pudlované železo a z něho kováním získané svářkové železo se pro svoji měkkost a pracnost výroby ve stavebních konstrukcích nerozšířilo. Ačkoliv stavby ze železa jsou známé (sloup v Delhi - 5. stol. př. n. l.), železo se ve stavebnictví používalo po mnohá století pouze na detaily či spojovací prostředky - příchytky, čepy, skoby, řetězy ke zvonicím (sv. Petr v Římě, sv. Pavel v Londýně), výztuže překladů výjimečných rozpětí (kolonáda v Louvre, Pantheón v Paříži) a kleštiny. Na přelomu 12. a 13. století se objevil kov tvrdší jako železo - litina. Před tímto objevem se tento produkt, který vznikal při výrobě železa, vyhazoval jako odpad. Z litiny se začaly odlévat rozmanité výrobky a téměř 500 let i stavební konstrukce.

Palm House v Kew Gardens, Anglie, 1844

Čítárna Bibliotheque Nationale, Paříž, 1857-67

V roce 1713 se při lití železa podařilo A. Darbymu (Anglie) částečně nahradit dřevěné uhlí kamenným. Roku 1748 H. Cort použil na zpracování litiny metodu pudlování, čímž položil základy průmyslové výroby nízkouhlíkového pudlovaného železa, které bylo předchůdcem dnešní oceli. Nastává tak období intenzivního pronikání kovu do stavebních konstrukcí. Současně se zkoumáním možností zkvalitnění tavby železa se zjišťovaly i způsoby jeho zpracování. V roce 1769 se v Anglii objevily první válcovací stolice na tenké plechy, záhy na to kruhové, čtvercové a pásové železo, o něco později byly zkonstruované válcovací stolice na železné profily L, T a Z (1819 - 1820 Anglie), na kolejnice (1832 Anglie) a na železné profily I, U (1849 Francie). Tento sortiment tvoří dodnes základ i pro průřezy složené.

ÚSPĚCHY V MOSTNÍM STAVITELSTVÍ
Pro rozvoj průmyslové civilizace mělo základní význam urychlení přepravy, a proto nijak nepřekvapuje, že průkopníci kovových konstrukcí nalezli nejprve uplatnění při stavbě mostů, překlenujících stále větší rozpony. Takže za začátek používání kovu v architektuře lze považovat stavbu litinového mostu přes řeku Severn v Coalbrookdale (1779 Anglie), který byl vytvořen pěti paralelními litinovými polokruhovými oblouky o rozponu asi 31 m. Byla to tak první celokovová stavba, kterou odléval sám A. Darby III. Svým tvarem připomíná tvar kamenných mostů, což je pochopitelné, protože litina stejně jako kámen, výlučně vzdoruje tlaku. V příhradové struktuře pásových oblouků jsou již charakteristické prvky kovových konstrukcí.
To byl ovšem počátek, technické zázraky se poté rodily jeden za druhým. Není pochyby, že visuté mosty jsou nejpozoruhodnějším výtvorem moderní techniky. Americký inženýr J. Finley patentoval systém pro řetězové zavěšené mosty v roce 1808. Ovšem vrcholu bylo dosaženo použitím lan (předobraz severoamerických mostů, zavěšených na konopných a kožených lanech). První moderní na lanech zavěšený most byl postaven ve Philadelphii v r. 1815. Následovaly další visuté mosty a rostla hranice překlenutého rozpětí - r. 1820 - 1826 most přes Menaiskou úžinu od inženýra T. Telforda; 1823 most přes řeku Rhonu v Tournonu (Francie) od M. Seguina s rozpětím 85 m, to byl první visutý most z drátěných lan, na kterém se provozovala kolová doprava. Během následujícího desetiletí firma Seguin Brother postavila více než 80 mostů tohoto typu a lana úplně nahradila zpočátku používané řetězy. Průmyslovým zpracováním se zvyšovala pevnost lan a tím rostly i rozpony od 100 m do zhruba 300 m. Vedle Francouzů a Angličanů myšlenku visutých mostů propracovávali Američané. J. Roebling v letech 1854 - 1857 postavil přes řeku Ohio most o rozponu 308 m, další v Západní Virgínii a přes Niagarské vodopády. Po těchto realizacích se pustil do rozponu 486,5 m s dvouúrovňovou vozovkou šíře 26,2 m - Brooklynský most v New Yorku. V roce 1909 realizoval Manhattan bridge (448 m), byl sice o něco menší co do rozpětí, ale přináší nový prvek do mostního stavitelství - pylony z oceli.

Most přes řeku Severn v Coalbrookdale, Anglie, 1779

OCEL - NOSNÝ MATERIÁL V POZEMNÍM STAVITELSTVÍ
První pokusy použití kovu v pozemních stavbách se upínaly k průmyslovým budovám. V druhé polovině 18. století s rozvojem využití hydraulické energie se změnil až dosud v podstatě podomácký textilní průmysl. Vznikala továrna v Anglii, nazývaná „mill“, tj. mlýn. První továrny na spřádání a tkaní bavlny, vlny, lnu nebo hedvábí byly obvykle pěkné, pevné jednoduché budovy s kamennými obklady kolem roštu z litinových sloupů s dřevěnými trámy. Katastrofy, zvláště požáry, se množily, a když v roce 1791 vyhořela nejmodernější továrna v Evropě, bylo nezbytné zaměřit pozornost na vývoj ohnivzdorných konstrukcí. Pro nové továrny byly typické stropy z cihelných kleneb, rozpínajících se mezi železnými nosníky, které spočívaly na sloupech ve tvaru kříže. Toto řešení je vidět na první víceposchoďové železné stavbě (anglická přádelna ve Shrewsbury z roku 1796, postavená Ch. Bagem). Následovala 7-poschoďová budova v Salfordu (1801) na zpracování bavlny o šířce 14 m a délce 42 m s vnitřním skeletem z litinových nosníků a stojek. Tento skelet od M. Boultona a J. Watta, nazývaný „salfordský“, se používal v průmyslových budovách po celé 18. století. Jejich vzhled se neměnil, byly to nadále masivní proporčně vyvážené bloky, postavené z kamene. V průběhu století však začaly odkládat svůj staromódní svrchník, zvláště ve městech. Budovy (skladiště a obchody) měly stále lehčí a jemnější litinové skelety, vyplněné skleněnými tabulemi.
V polovině 19. století další krok v rozvoji celokovového skeletu realizoval J. Bogardus, který zavedl litinové stojky a nosníky do obvodového pláště. V letech 1850 - 1880 Bogardus postavil v USA velké množství obchodních, skladovacích a administrativních budov. Nejznámější je budova vydavatelství Harper´s Brothers, postavená v New Yorku roku 1854, která je díky skeletu prosklená. Zasklívání přímo do železa se rychle rozšířilo i do Anglie (Glasgow 1855 - obchodní dům A. Gardner a syn).
Skutečné pronikání do stavebnictví se pojí až s rozvojem ocelových konstrukcí. Objevení průmyslových způsobů zpracování oceli, které se zachovaly do současnosti - Bessemerův (1855), Siemens-Martinský (1856), Thomasův (1878) a elektrometalurgický (1900) - velmi rychle změnil charakter metalurgie a podmínil rychlejší rozšíření kovových konstrukcí ve stavebnictví. Průmyslová ocel, která se vyznačuje vysokou pevností, vytlačila nízkokvalitní železo a litinu, které se na konci 19. století používaly především jen na dekorativní účely. Podobně se změnil způsob kovářských spojů za nýtování.
Důležitou úlohu v procesu zavedení stavební oceli do praxe měly úspěchy ve stavební mechanice a rozvoj metod výpočtu konstrukcí. Velký podíl na rozvoji mechaniky v první polovině 19. století měli L. Navier (teorie ohybu nosníků a výpočet visutých mostů), G. Moseley (první teorie výpočtu ocelových mostů), S. Poisson, B. Saint Venant, G. Lamé, B. Clapeyron a D. Maxwell, L. Cremona, K. Culmann a další vědci, kteří se zaobírali grafickými a grafoanalytickými metodami výpočtu stavebních konstrukcí. Metodu výpočtu prostorových zastřešení ve tvaru kupole rozpracoval L. Schwedler. Svoji první příhradovou kupoli postavil v Berlíně v roce 1863 s průměrem 30,91 m. Byla tvořena poledníkovými žebry, konzolovými prstenci a diagonálními spoji mezi nimi, všechny prvky byly lineární. Snížená hmotnost zastřešení, jednoduchost a rychlost výstavby a přesné výpočtové schéma byl důvod, proč se tento typ konstrukce rychle a ve velké míře rozšířil zejména na zastřešení kruhových budov nejrůznějšího významu: výrobní haly, železniční depa, výstavní pavilony atd. Schwedlerova kupole cirkusu v Petrohradě 1876 měla průměr 48 m a ta stejná ve Vídni nad plynojemem (1874 - 1875) už průměr 74,52 m. Na zastřešení budov s obdélníkovým půdorysem se začaly používat ocelové příhradové rámy a oblouky. Jednou z největších staveb s tuhými příhradovými rámy byla Galerie strojů na pařížské výstavě 1878 s rozponem rámů 35 m a výškou 28 m.

Celý nezkrácený článek si můžete přečíst v čísle 3/2003.

Autor

• Ing. Petříčková Monika Ph.D.