Строительная техника Византии

  

 

 

Всеобщая история архитектуры в 12 томах / Государственный комитет по гражданскому строительству и архитектуре при Госстрое СССР, Научно-исследовательский институт теории, истории и перспективных проблем советской архитектуры. — Ленинград ; Москва : Издательство литературы по строительству, 1966—1977.

 

 

 

 

—стр. 161—

 

 

Архитекторы феодальной Византии получили от рабовладельческой Римской империи богатое техническое наследство. Оно заключалось в применении тесаного естественного камня, обожженного кирпича и трамбованного бетона, в употреблении распорных арочных конструкций, в том числе и купольных, наконец, в использовании больших масс строительных рабочих.

 

Специфическим римским строительным материалом был бетон, представлявший собой смесь щебня с раствором, получаемую путем послойного укладывания в опалубку этих составляющих с последующим втрамбованием слоя заполнителя в слой вяжущего. Таким способом римляне получали жестко-плотный состав жирности 1:3. В качестве вяжущего они применяли известково-пуццолановый цемент, приготовлявшийся смешением одной части пушонки с двумя частями вулканического пепла, или известково-цемяночный цемент из смеси пушонки и цемянки в равных количествах. Известь выжигали из чистого известняка, свободного от глинистых примесей. При гашении большим количеством воды она давала воздушное вяжущее. Гидравлические свойства ему придавали перечисленные добавки. Известково-пуццолановый цемент, судя по современным данным, мог обладать активностью до 150 кг/см², а известково-цемяночный — до 100. Если это было действительно так, то на первом при низком качестве тогдашнего способа перемешивания могли получить бетон примерно марки 50, а на втором — марки 30. При таких марках римские инженеры могли строить сооружения постоянного сечения высотой на известково-пуццолановом цементе примерно до 56 м, а на цемяночном — до 30 м.

 

Античные бетонные своды — коробовый, крестовый или купольный — состояли из пластов трамбованного бетона, уложенного в деревянную опалубку, одетую сверху составлявшим как бы свод настилом из керамических плит и несущую выполненные из кирпича ребра, которые образовывали пространственную решетку. Эти ребра составляли керамический каркас, утопленный в теле бетона, а плитки оставались после удаления опалубки в качестве готовой облицовки. Шедевром римской бетонной техники был Пантеон, купол которого имел диаметр 43,5 м.

 

Строительными рабочими в Риме были целые армии государственных рабов, в большинстве своем не имевших специальной квалификации, и, кроме того, в сравнительно небольшом количестве свободные ремесленники, состоявшие членами принудительных корпораций, работавшие в порядке выполнения государственной повинности. Рабы были организованы по образцу римских легионов в декурии (подразделение конницы, близкое к эскадрону), находившиеся под командой декурионов-десятников. Они били щебень, толкли цемянку, заливали в

 

 

—стр. 162—

 

опалубку раствор, засыпали заполнители, втрамбовывали одно в другое, а также выполняли различные переноски и подноски. Члены корпорации были связаны круговой порукой, наследственной обязанностью сына следовать профессии отца и подвергались за уклонение от повинности таким же преследованиям, как беглые рабы. Вместе с квалифицированным меньшинством рабов они выполняли работы, требовавшие специальных навыков, такие, как сооружение опалубки, затворение раствора, отделка зданий. Они подчинялись своим председателям, называвшимся «патронами» и избиравшимся на 5 лет. Нередко на строительстве использовались воинские части. Господство принудительного труда и наличие большого контингента рабов и корпорантов позволяли римлянам проводить гигантские работы по сооружению дорог, акведуков, терм и крепостей, не считаясь с трудовыми затратами и не смущаясь трудоемкостью конструкций. Примером римского масштаба строительных работ может служить амфитеатр Флавиев, известный под названием Колизея, на сооружении которого было занято не менее 12000 рабов.

 

 

1. Структура римского бетона

 

 

В какой степени Византийская империя была способна воспользоваться этим техническим наследством, ясно из простого сопоставления трудоемкости бетонной и кирпичной кладки. По урочному положению 1883 г., которое отражало очень древний ремесленный уровень строительной техники, приготовление и укладка 1 м³ бетона на щебне требовали 4,1 чел.-дня камнебойца-бойщика щебня, 0,8 чел.-дня каменщика и 13,6 чел.-дня рабочего. В то же время 1 м³ кирпичной кладки требовал 10,2 чел.-дня кирпичника, 3,1 чел.-дня каменщика и 6,1 чел.-дня рабочего. Таким образом, кирпич при увеличении в 4 раза затрат квалифицированной рабочей силы уменьшает расход неквалифицированной почти в 3 раза.

 

 

2. Конструкция римской опалубки

 

 

Между тем византийская эпоха была временем, когда массовый, преимущественно неквалифицированный рабский труд утратил ту исключительную роль, которую он играл в хозяйстве античного мира. Нет точных данных о том, как уменьшилось за это время количество государственных рабов. Однако о потере рабским трудом своего прежнего значения красноречиво говорит законодательство, в частности запрещение императором Константином (IV в.) казнить рабов и отделять путем продажи детей от родителей, братьев от сестер, мужей от жен, а также предоставление рабовладельцам права отпускать рабов на волю в церкви в присутствии епископа, не оформляя это никаким специальным юридическим актом. Наконец, император Юстиниан (VI в.) отменил возрастной ценз, связывавший рабовладельцев в праве добровольного освобождения рабов. Красноречивым показателем нового положения рабского труда явился рост рыночной цены раба со 125 г золота в III столетии до 250 г к годам правления Юстиниана.

 

 

—стр. 163—

 

3. Производство строительных работ в Древнем Риме

 

 

Вполне естественно, что Византийская империя приняла из античного технического наследства лишь кирпич, штучную кладку из этого материала и применение труда корпорантов, но не воспользовалась ни бетоном, ни трамбованными конструкциями, ни военизированной организацией строительных работ.

 

 

 

До последнего времени было распространено мнение, что византийская эпоха не имела такой архитектурной энциклопедии, какой, являлся для античного мира труд Витрувия. Поэтому казалось, что особенности строительной техники Византии можно выяснить только путем изучения сохранившихся памятников да по разрозненным высказываниям историков и писателей, современников сооружения этих зданий, не всегда, однако, бывших достаточно осведомленными в техническом существе дела. Основываясь на том, что советник готского короля Теодориха, сенатор Кассиодор, излагает некоторые места витрувиева трактата, и учитывая, что он был основателем монастыря Монте Кассино, в библиотеке которого в XV в. найден первый экземпляр этого труда, и что Равенна, где он жил, с 558 по 752 г. находилась под властью Византии, допускают, что византийские строители пользовались этим античным руководством. Это правдоподобно, поскольку в письмах Кассиодора содержится целый ряд указаний по строительному делу, обращенных к смотрителю дворца готских королей. Упоминание историком Прокопием книги Аполлодора из Дамаска «Об искусстве разрушения городов» (Полиоркетика) дает основание предполагать знакомство строителей и с этим сочинением.

 

Однако в византийскую эпоху появился и оригинальный труд гиспалензийского (севильского) епископа Исидора «20 книг начал, т. е. истинных знаний», написанный на рубеже VI и VII столетий. В этом сочинении содержатся многочисленные сведения по архитектурно-строительному делу, отражающие его теоретическую трактовку в юстиниановский период.

 

Возможны возражения, что труд Исидора относится к византийской эпохе только хронологически, но, написанный в Испании и на латинском языке, должен рассматриваться как продукт западноевропейской, позднеримской культуры. Эти возражения нельзя признать убедительными. Во-первых, латинский язык во времена Юстиниана

 

 

—стр. 164—

 

и его ближайших преемников до VII в. еще являлся государственным языком Византийской империи. На нем издавались юридические акты, в том числе и знаменитый Гражданский кодекс этого императора, правда тут же переводившиеся на греческий. Во-вторых, и Картагена, где Исидор родился в 570 г., т. е. через 5 лет после смерти Юстиниана, и Севилья, где он жил, были присоединены в царствование этого императора к Византийской империи, в составе которой Севилья оставалась до самого момента завоевания ее арабами в 712 г. В-третьих, автор, судя по всему, хорошо знал греческий язык и признавал приоритет этой культуры, что выразилось в его постоянном стремлении раскрыть греческое происхождение почти всех архитектурно-строительных терминов. Говоря о Константинополе, он признает, что этот город по своему значению и влиянию равнозначен только одному Риму и благодаря своему положению между Адриатикой и Пропонтидой является складом богатств морями суши. Поэтому Константинополь — такая же столица Восточной империи, как Рим Западной. О силе влияния Византии в VII в. на Испанию, даже в ее части, оставшейся в руках вестготов, говорит факт реорганизации вестготским королем Рецесвинтом в 654 г. государственного аппарата и права по византийскому образцу.

 

 

4. Листы энциклопедии Исидора Севильского, посвященные архитектуре

 

 

 

Главы Исидорова труда, касающиеся архитектурно-строительного дела, представляют собой небольшую, вполне законченную техническую энциклопедию.

 

Глава об общественных зданиях, перечисляющая 37 видов этих последних, упоминает о башнях, маяках, банях, клоаках (канализация), цирках, театрах, гимнасиях (спортивных залах). В главе о жилищах называются 17 видов построек и их элементов. Среди них дома, палациумы (особняки), спальни, гостиные, столовые. Раздел о священных постройках содержит описание 18 объектов, в числе которых храмы, базилики, монастыри, алтари. Отдельно описываются хранилища — арсеналы, сокровищницы, библиотеки, аптеки. Из производственных помещений Исидор упоминает эргастерии (промышленные предприятия), мельницы, пекарни, плавильни, давильни. Специальный раздел посвящен входам. Здесь говорится о вестибюлях, портиках, дверях, окнах, воротах, дверных створках, косяках и петлях, о порогах и запорах. В главе об укреплениях рассматриваются валы, частоколы, городские стены, изгороди. Есть специальные разделы о шатрах и палатках, а также о гробницах, в числе которых монументы, курганы, саркофаги, мавзолеи. Из сельских построек Исидор упоминает дачи и хижины. Он описывает еще дороги: мощеные и немощеные, военные, общественные и частные. Специально останавливается на стадионах.

 

 

—стр. 165—

 

В «Началах» дается подробная характеристика строительных материалов — 19 пород леса, 7 пород камней, причем для мрамора перечислено 17 видов. Излагаются сведения о гравии, щебне, песке, извести и глине, а также вулканической пыли из района Путтеол.

 

Специальная глава посвящена частям зданий. Здесь содержатся данные о фундаментах, стенах, арках, сводах, куполах, апсидах, колоннах со специальной характеристикой баз и капителей, об архитравных перекрытиях.

 

В отдельных главах описан инструмент строителей и дана характеристика квалификации каменщиков и плотников. В разделе об инструментах очень выпукло проявляется практическое назначение сообщаемых Исидором сведений. Так, например, говоря о наугольнике, он не ограничивается выяснением греческого происхождения термина «норма», обозначающего этот инструмент, и указанием на то, что без него невозможно соорудить ничего прямоугольного, но поясняет, как этот инструмент изготовить из двух линеек длиной по 2 фута и третьей в 1 фут и 10 унций (двенадцатых долей фута, получивших потом название дюйма).

 

Общая теоретическая концепция Исидора сводится к трактовке архитектуры в трех аспектах: «расположения», «конструкции» и «красоты». Здесь видна прямая зависимость от Витрувия, хотя автор его нигде не упоминает. Определяя «расположение» как «чертеж строительной площадки или основания и фундаментов», он имеет в виду витрувиеву «пользу», которая, по мнению этого автора, «достигается... расположением помещений». Трактуя «конструкцию» как «устройство, обеспечивающее устойчивость постройки благодаря связи камнем, глиной, деревом или взаимной перевязкой», Исидор, по сути дела, повторяет Витрувия, говорившего, что «прочность» достигается закладыванием «сквозь... толщу стен брусьев из обожженного... дерева, чтобы... связанная с обеих сторон этими брусьями, как скрепами» стена «навеки сохраняла» свою целость, а также перевязкой швов кладки, так как «не грудой, а рядами выложенное сооружение может навеки остаться без порчи, потому что постели камней и швы их, приходясь друг на друга и образуя перевязку, не разопрут сооружения и не дадут отклониться в другую сторону столбикам». Красоту Исидор определяет как то, «что придается зданиям для украшения и изящества, а именно: отделанные золотом наборные потолки, пиленые мраморные плиты и цветная живопись». И по Витрувию она «достигается приятным и нарядным видом сооружения». Таким образом, исидоровы расположение, конструкция и красота соответствуют витрувиевым пользе, прочности и красоте.

 

Но где автор VII в. буквально повторяет своего античного предшественника, так это в рецептах обжига извести и испытания пригодности песка для раствора. «Известь из твердого белого камня, — говорит он, — лучше для кладки, а из мягкого — для штукатурки». «Испытание [песка] такое: если сжатый в руке скрипит, или насыпанный на чистую одежду не оставляет сора».

 

Однако архитектурно-строительная часть энциклопедии Исидора, как видно даже из простого перечня содержания его глав, не является компиляторским пересказом Витрувия. Она представляет собой совершенно самостоятельное и по несколько иной системе выполненное изложение строительной науки VI—VII столетий.

 

Этот первоисточник до сих пор был недостаточно изучен и освещен в современной специальной литературе. А между тем он требует к себе нисколько не меньшего внимания, чем его античный прототип.

 

 

 

У Витрувия еще нет даже признаков количественного механического расчета ни сооружения в целом, ни отдельных его элементов. В своем трактате он излагает содержание тридцатой главы «Механических проблем» — сочинения, вышедшего из аристотелевской школы, в котором разбирается схема распределения усилий, аналогичная тому их распределению, что имеет место в балочно-стоечной конструкции. «Почему, когда два человека несут на шесте или другим аналогичным образом какой-нибудь груз, — писал неизвестный автор этого сочинения, — то испытывают одинаковое давление, если груз лежит как раз по-

 

 

—стр. 166—

 

середине; но если груз расположен ближе к одному из несущих, то тот испытывает большее давление? Не потому ли, что один из них использует шест как рычаг, точка опоры которого, расположенная ближе к грузу, находится на другом несущем? Итак, тот, кто дальше отстоит от груза, затрачивает меньшую силу, хотя они оба несут один и тот же груз. Если же груз находится посередине, никто [из них] не делает груза более тяжелым для другого. Но тем способом [о котором говорилось] один перекладывает на другого тяжесть».

 

В третьей главе десятой книги Витрувий дает вольное изложение этой трактовки, не делая все же никаких выводов отсюда для строительного дела. Однако есть путеводная нить для выяснения того, как могли рассчитывать, да, по всей вероятности, и рассчитывали балочно-стоечные конструкции византийские зодчие. Современник, соотечественник и ученик одного из строителей Софии Константинопольской Исидора из Милета, математик Евтокий Аскалонский, комментатор Архимеда и Аполлония, сообщает, что его учитель был автором комментария к книге Герона Александрийского «О конструировании арок», к сожалению, еще не найденного, как и самая книга. Это говорит о том, что знаменитый строитель не мог не знать и других сочинений замечательного александрийского ученого, тем более, что сам Евтокий цитирует в комментариях к Архимеду геронову «Механику».

 

По «Механике» Герона можно предположительно представить себе способ расчета, применявшийся византийскими строителями. Он разбирает в этом сочинении вопрос о том, как распределяется в балочно-стоечной конструкции нагрузка на стойки.

 

«... Уже Архимед, — говорит Герон, — установил по этой части надежный прием в своей книге, которая носит название «Книга о стойках» (к слову сказать, тоже не найденной). «Мы обойдем молчанием то, что может нам пригодиться для других вещей, и здесь воспользуемся лишь тем, что имеет отношение к количественной стороне дела, что важнее всего для изучающих».

 

Герон различает разрезную и неразрезную балки, однако не отдает себе ясного отчета в том, где их действительное различие. При определении нагрузки на опоры он рассматривает три варианта: двухопорный, многоопорный и консольный.

 

Нагрузку от балки, лежащей на опорах самыми концами, он определяет, деля вес ее пополам.

 

В балке многоопорной Герон различает случаи симметричной и несимметричной расстановки опор. В первом случае он находит нагрузку на опору тем же методом, что и для двухопорной балки, с той лишь разницей, что берет за исходную точку не всю балку, а ее отрезок, расположенный между двумя данными опорами. Для определения же нагрузки промежуточных колонн при несимметричной их расстановке он суммирует нагрузку, получаемую каждой из них от двух соседних архитравов или отрезков архитрава.

 

 

5. Расчет балочно-стоечной конструкции в книге Герона Александрийского «Механика»

 

 

В консольной балке Герон вычисляет нагрузку на колонну, с которой консоль свешивается, на основании соотношения между величиной консоли и отрезком архитрава, расположенным по другую сторону колонны. В том случае, когда консоль меньше этого отрезка, он определяет нагрузку колонны, суммируя вес консоли и половины отрезка архитрава, обращенного в противоположную сторону.

 

В результате многочисленных манипуляций, состоящих в присоединении новых опор, передвиганий их с места на место и удалении их из-под архитрава совершенно,

 

 

—стр. 167—

 

Герон приходит к выводу (рис. 5, верхний справа): «Отсюда явствует, что если груз покоится на несущих его опорах и эти опоры добавлять одна к другой, то первая из прежних опор испытывает в большей степени действие груза, чем добавленной опоры, а другая меньше, чем первая, испытает от добавления опоры. Поэтому когда из опор альфа — бета, эпсилон — дзета и гамма — дельта последняя будет устранена, на альфа — бета придет половина веса альфа — эпсилон, а эпсилон — гамма, оказавшись навесу, начинает работать как рычаг и принимает на себя часть груза, покоящегося на альфа — бета. Нагрузка же на эпсилон — дзета окажется большей, чем раньше, тогда как груз альфа — гамма остался на своем месте».

 

Герон рассматривает равномерно распределенную нагрузку и нагрузку сосредоточенную. В первом случае он оперирует только собственным весом архитрава. Во втором подвешивает к архитраву или накладывает на него сверху грузы, которые называет «надламывающими».

 

В этом последнем случае Герон для определения нагрузки на опоры пользуется также законом рычага. Он суммирует половину собственного веса перекрытия альфа — гамма (рис. 5, нижний справа) и часть нагрузки, обратно пропорциональную расстоянию от точки ее приложения — эпсилон — до данной опоры, в одном случае — альфа, в другом — гамма.

 

Не ограничиваясь этим простейшим случаем, Герои берет более сложную комбинацию двух сосредоточенных нагрузок — эпсилон и эта.

 

«Подвесим, — говорит он, — другой груз в точке эта и разделим его в отношении альфа — эта к эта — гамма. Тогда на гамма — дельта придется вес альфа — эта, а на альфа — бета вес эта — гамма. Кроме того, каждая опора будет нагружена половиной веса альфа — гамма... Таким образом было определено все, что ложится на обе опоры альфа — бета и гамма — дельта. Если будет прибавлен еще надламывающий груз, то мы по тому же методу узнаем, сколько нагрузки приходится на каждую из двух опор» (рис. 5, нижний слева).

 

Причина, по которой при таком обстоятельном анализе нагрузок на опору Герон не исследует ни архитрава, ни колонны, по всей вероятности, кроется в том, что традиционные пропорции архитравов и колонн в достаточной мере гарантировали архитравы от поперечного, а колонны от продольного изгиба. В этих условиях было наиболее важно определить нагрузку на каждую данную колонну.

 

Поскольку такую нагрузку не умели отнести к площади сечения колонны, т. е. не могли вычислить напряжения материала, манипуляции Герона не были расчетом их на раздавливание в современном смысле слова. Но своеобразный стандарт традиционных диаметров делал величину нагрузки выражением механической характеристики каждого данного типа колонны.

 

Сложнее обстоит дело с вопросом о расчете сводов.

 

Есть полное основание утверждать, что у византийских строителей было иное представление о работе этой конструкции, чем у их античных собратьев. Классическим выражением античной концепции является римский акведук в Ниме, где распор 20-и 25-метровых полуциркульных арок ур�