Само железо известно с 3 тыс. до н.э. (Месопотамия и Египет), но всегда процесс его изготовления был очень трудоемким. Лишь в 1783 г. был изобретен способ выплавки достаточно дешевого и качественного чугуна. (мартеновские печи)
Используя большую устойчивость чугуна на сжатие, архитекторы начали возводить из его мосты.
В 1779 г. в Англии был построен первый металлический чугунный мост через реку Северн возведённый Абрахамом Дерби. Пролёт моста составлял 31 м, а его форма напоминает каменные мосты, но при этом на нём отсутствуют украшения.
1796 – в Англии был возведён чугунный Сандерленский мост, длиной 72 м.
Вместе с использованием чугуна постепенно пришла идея использования при строительстве мостов стали, основываясь на её устойчивости на растяжение.
Первый стальной мост был построен в 1796 г. в Америке (в Джекобс-Крик).
1846 – в Англии был возведён мост через р.Минай, имевший балочную конструкцию, со сплошными вертикальными стенками. Его пролет – 142 м.
Строительные элементы из чугуна в основном изготавливались исходя из техники его получения – литье (балки, колонны, кронштейны, треноги, литые декоративные украшения).
Первым элементом строительной системы, изготовленным индустриальными методами стали чугунные колонны (ок. 1780 г.). Их появление было вызвано увеличением габаритов новых машин, которые потребовали замены на фабриках кирпичных опор в качестве несущих межэтажные перекрытия. Чугунные колонны перекрывались деревянными балками – Королевский павильон в Брайтоне (1818-1821, арх. Джон Нэш). Именно появление чугунных колон в дальнейшем привело к появлению чугунного каркаса зданий.
Первый шаг к применению металлического каркаса в архитектуре был сделан в начале 19 в. в Англии, при сооружении фабричных зданий. В 1801 г. в Стэлфорте строится хлопчатобумажная фабрика, внутренний каркас которой состоит из чугунных балок и стоек, но он, однако, ещё был заключен в каменную оболочку стен. В середине 19 в. американский арх. Богард применил чугунные детали для наружных стен, чем достиг лучшего освещения фабричного цеха. Первое полностью каркасное здание – фабрика по производству шоколада в Нуатье-Сюр-Марн (1871-1872), недалеко от Парижа (над рекой Марна, установлены 4 быка, а металлическая каркасная система целиком воспринимает вес здания).
1851 г. Джозеф Пэкстон возводит Хрустальный дворец для Лондонской выставки. Это было первое в истории здание из железа и стекла. Выставочный зал площадью 72.000 м2 построили за 6 месяцев, каменное же возводили бы годами. В Хрустальном дворце широко применены типовые конструктивные элементы, которые создавали четкую и практическую композицию (большое влияние на современников). Но даже в Хрустальном дворце еще нет собственно безопорного перекрытия больших пролетов – его центральный неф равен 22 м, а боковые опираются на многочисленные опоры.
Пролёт выставочного зала Парижской выставки 1855 г. составлял уже 48 м.
Инженер Карл Кульман (1821-1881) разработал графический метод точного определения действующих в фермах усилий, что позволило просчитывать несущие возможности различных конструкций и возникающих в них напряжений, и на основе этого – необходимые габариты частей зданий.
Высшим достижением большепролётных конструкций является павильон на Всемирной выставке 1889 г. в Париже, пролёт которого составлял 115 м (архитектор Фердинанд Дютер, инженер – Контамен).
Если для каменных сооружений характерно утолщение стен к низу, то для металлических можно создать несущие конструкции, сочетание которых к низу не увеличиваются, а наоборот уменьшаются.
Однако в целом постройки из стали в 19 в. достаточно редки.
Идея применения стального каркаса для возведения жилых зданий впервые возникла в Чикаго. Подтолкнул к этому огромный пожар 1871 г., в результате которого сгорел весь Чикаго. Понадобилось срочно и быстро возводить большое количество зданий. Именно чикагская школа архитектуры разработала принципы применения стального каркаса в качестве несущей конструкции и нашла типичные для каркасных зданий архитектурные формы.
Стойки и балки в этой конструкции между собой соединялись так, что каркас от фундамента до крыши образует законченную и жёсткую несущую конструкцию. Впервые стальная конструкция применена в 1883-1885 гг. Уильямом Ле Барон Дженни в Чикаго, но стальной каркас в этом здании был спрятан под стенами в историческом стиле.
Использование металлического каркаса при возведении жилых зданий, а также постоянное, в условиях рыночных отношений, повышение стоимости участков земли в центральных районах больших городов привело к возведению в США сверхвысоких зданий – небоскрёбов. Однако стальной каркас первых небоскрёбов ещё прятался в каменные стены в исторических стилях.
Конструктивные и функциональные проблемы высотного строительства полнее других исследовал Луис Салливен (1856-1924). Он предложил членить высотные здания на 3 части: 1 часть – нижние 1 и 2 этажи, объединеные общностью функций (обычно магазины); 2 часть – однообразные (как соты) конторские помещения, 3 часть – венчающий всё здание технический этаж, с набором технических помещений (котлы, электрооборудование, отопление и др).
Именно Л.Салливен обозначил, что высотное здание должно быть устремлено ввысь и все вертикальные членения должны именно это подчеркивать, однообразие большого количества внутренних конторских помещений должно отражаться и на его внешнем облике.