И здесь накопленный строительный опыт, казалось бы, подсказывал испытанное решение: фундамент должен представлять собой мощную массивную монолитную плиту, большие размеры которой и огромное количество уложенных в нее материалов обеспечили бы ей жесткость, неподатливость, капитальность. Такие фундаменты всегда закладывались строителями, и американцы, строя свои небоскребы, возводят для них фундаменты в виде гигантских сплошных железобетонных массивов, являющихся как бы искусственным продолжением естественной скалы основания.
Но советские строители и в этой области пошли по пути, не имеющему примера в мировой строительной практике. Они отказались от сплошных массивных фундаментов, убедительно доказав, что для придания фундаменту надежной жесткости есть средства, неизмеримо более рациональные и прогрессивные, чем осуществление его в виде единой сплошной огромной толщи.
Представим себе обычную спичечную коробку, до отказа наполненную спичками. Положив такую коробку на стол и оперев на нее палец, убедимся, что коробка, являющаяся как бы сплошным деревянным телом, достаточно жестка и неподатлива. Продолжим наш опыт. Освободив коробку от спичек, закроем ее и вновь обопрем на нее палец. Мы убедимся, что коробка, ставшая уже не сплошным, а полым телом, все же сохраняет достаточную жесткость.
Стало быть, для того чтобы придать телу жесткость, отнюдь не обязательно делать его сплошным, - надо найти лишь ту пространственную конструкцию, которая связывает тело в цельную жесткую систему. «Пространственной конструкцией» пустой спичечной коробки являются ее днище, стенки и крышка, взаимно связанные в единое целое.
В фундаментах высотных зданий советские инженеры решили применить конструкцию, пространственная жесткость которой обеспечивалась бы не сплошными, а коробчатыми объемами. Пустотность, коробчатость фундамента сулила огромные преимущества, в первую очередь, благодаря сбережению большого количества материала и сокращению затрат труда.
Как ни заманчивы эти преимущества, овладеть ими было не так-то просто. Скажем прямо: допущенная нами аналогия со спичечной коробкой в действительности дает весьма отдаленное представление о конструктивной сущности коробчатого фундамента. Испытывавшаяся нами спичечная коробка лежала на столе - жестком и прочном основании, а гигантская коробка фундамента должна лежать на слабых, податливых, упругих грунтах. На спичечную коробку мы нажимали пальцем, а на фундамент высотного здания действует давление не только неизмеримо больших, но, что особенно важно, разнообразных нагрузок: в башенной части - одной, в крыльях - другой.
Не приведет ли все это к тому, что под действием больших и неравномерных нагрузок коробка фундамента сомнется так, как сомнется и спичечная коробка, если мы будем давить на нее с большой и неодинаковой в различных местах силой?
Инженерная задача заключалась в том, чтобы коробчатый фундамент высотного здания оставался надежно жестким при всех условиях. Когда сверху на него будут действовать колоссальные и разнохарактерные нагрузки от отдельных частей здания, а снизу под ним будет податливая, «мягкая», упругая постель, - все равно фундамент должен оставаться прочным, жестким, устойчивым и надежным.
Теоретическое обоснование и конструктивный расчет таких коробчатых фундаментов разработаны профессорами Б. Н. Жемочкиным и М. И. Горбуновым-Посадовым. Благодаря этим работам, являющимся замечательным достижением советской строительной науки, высотные здания впервые в строительной практике поставлены на «пустые» коробчатые фундаменты.
О размерах и конструкции таких фундаментов можно судить по следующим примерам. Нижняя железобетонная плита фундамента, простирающаяся на несколько тысяч квадратных метров, имеет толщину примерно в 1 метр. Несколько большую толщину имеет верхняя железобетонная плита. Между этими плитами, соединяя их, вертикально расположены продольные и поперечные железобетонные стенки высотой в 6 - 10 и больше метров и толщиной от 0,6 до 1,5 метра.
Таковы коробчатые фундаменты. Являясь абсолютно жесткими, исключающими возможность каких-либо значительных или неравномерных осадок, они, кроме того, позволили строителям отказаться от устройства так называемых осадочных швов.
Дело в том, что до сих пор большие фундаменты, а вместе с ними и все сооружения обязательно разрезаются по вертикали на отдельные части, для того чтобы в случае неравномерных осадок ни в фундаментах, ни в здании не появлялись перекосы и трещины.
Осадочные швы, в сущности, являются заранее устроенной «искусственной трещиной», позволяющей разрезанному зданию «играть» при неравномерных осадках. Таким образом, разрезка здания осадочными швами служит как бы свидетельством того, что строитель не в силах устранить неравномерные осадки и трещины и заботится лишь о том, чтобы при таких осадках сооружение не пострадало и чтобы в нем вдобавок к искусственно устроенным шзам не появлялось новых трещин.