Кратко и по делу — сравнение по двум основным плоскостям: принципы расчёта (механика) и эстетика.
1) Принципы расчёта — материалное и конструктивное поведение
- Мессивные каменные барабаны и своды (средневековье)
- Работают почти исключительно на сжатие; растягивающие напряжения неприемлемы (камень/кирпич — практически без растяжения).
- Расчёт формируется через геометрию несущей линии (thrust line / линия давления). Условие устойчивости: линия давления должна оставаться внутри поперечного сечения кладки.
- В предельном анализе используется теория безразмерной прочности (Heyman): допускается пластическая перераспределение в швах, критерием коллапса является появление механизма пролёта.
- В простых проверках напряжения комбинируются как осевое и изгибное, но без допуска растяжений:
$$\sigma (y)=\frac{N}{A}\pm \frac{My}{I}$$ и требуется $\sigma (y)\le 0$ (без положительных — растягивающих — значений). Для прямоугольного сечения это даёт правило «средней трети»:
∣e∣=∣MN∣≤h6. |e|=\left|\frac{M}{N}\right|\le\frac{h}{6}.
∣e∣= NM ≤6h . - Сборка конструкций опирается на форму (капелла, стрельчатая арка, контрфорсы, аркбутаны) — форма кодирует усилия.
- Железобетонные рамы (XX век)
- Композитный материал: бетон хорош на сжатие, сталь — на растяжение; расчёт учитывает совместную работу с напряженно-деформированными состояниями.
- Методы: от аналитического расчёта по предельным и упругим теориям к инженерной пластической/предельной проверке и численным (конечные элементы). Принцип предельного (ULS) и эксплуатационного (SLS) состояний; частичные коэффициенты безопасности.
- Комбинированная проверка осевой и изгибной работы выражается той же формулой, но допускаются растягивающие зоны, принимаются к работу арматура и нелинейная бетонная диаграмма:
$${\sigma }_c=\frac{N}{A_c}+\text{(прибавка от изгиба с учётом}{I}_c\text{)},{\sigma }_s=E_s{\epsilon }_s$$ и проектный момент может вычисляться через несущую способность армировочных сечений (методы расчёта по стальной и бетонной пластинке).
- Рамы рассчитывают на изгиб, поперечную силу, кручение, учёт вторых порядков (рост моментов при прогибах), динамику и длительную деформацию (ползучесть, усадка).
- Проектирование стало более формализованным: коды (ACI, Eurocode), частичные коэффициенты, расчёт по предельным комбинациям нагрузок.
2) Эстетика и архитектурная логика
- Средневековые своды и барабаны
- Форма прямо определяется структурой: масса, толщины стен, линии арок; эстетика тяжести, ритм опор, пластичность сводов.
- Структурная честность: видимая масса — функциональная. Декор часто интегрирован в конструкцию (капители, аркбутаны).
- Ограничения материалов диктовали пропорции и масштаб (толстые стены, небольшие оконные проёмы или сложные системы контрфорсов и аркбутанов для увеличения высоты/света).
- Железобетонные рамы
- Появление скелетной конструкции позволило лёгкие, тонкие перекрытия, большие светопрозрачные фасады (функционализм, модернизм).
- Эстетика рациональной «прозрачной» структуры: форма следует функции, выразимость рамы/арматурных линий, минимализм, плоские панели, гладкие поверхности.
- Новые возможности: большие пролёты, свободные планы, фасад как «занавеска» — изменились пропорции и масштаб, уменьшилась зримая массивность.
3) Конструктивные последствия и практичность
- Надёжность и безопасность: железобетон даёт более предсказуемые расчёты, стандартизированные проверки и меньшую зависимость от мастерства кладки; допускает тонкие элементы и большую гибкость планировки.
- Подвижность конструкций: своды устойчивы к статическим вертикальным нагрузкам, но чувствительны к местным подсадкам/неравномерной осадке; рамы более пластичны к деформациям, но требуют контроля трещинообразования и долговременных деформаций.
- Технология строительства: камень/кирпич — трудоёмкая ручная работа, последовательная кладка; ЖБ — опалубка, армирование, бетонные смеси, серийное/скоростное возведение, индустриализация.
4) Итог — в двух словах
- Механика: из геометрически управляемой компрессионной работы (линия давления, отсутствие растяжений) перешли к материалам, которые сознательно работают в растяжении и изгибе; методы расчёта — от графических/механистических и правил пальца к формализованным пределам, пластике и численным методам.
- Эстетика: от массы и формы, диктуемой статикой и материалом, к скелету, легкости, прозрачности и универсальной функциональной форме.
Если нужно, могу привести короткие математические примеры проверки линии давления для свода и расчёта несущей способности железобетонной рамы.