Гиперболоидные башни и сетчатые покрытия инженера В. Шухова

В. Шухов

Инженер В. Шухов создал большое количество оригинальных металлических конструкций, среди которых наибольший интерес представляют сетчатые структуры: гиперболоидные сетчатые башни, подвесные сетчатые покрытия и сводчатые сетчатые покрытия.

Фирма А. Бари, главным инженером которой был В. Шухов, в рекламных целях решила показать на Всероссийской промышленной выставке 1896 г. в Нижнем Новгороде различные типы разработанных Шуховым конструкций. Фирма предложила выставочному комитету бесплатно построить несколько павильонов, поставив условием возможность их последующей разборки и использования по своему усмотрению. Предложение было принято, что позволило обеспечить наилучшие условия для показа разработанных Шутовым стальных сетчатых конструкций.

Как отмечает биограф В. Шухова, "...решившись затратить солидную сумму на строительство и изготовление выставочных павильонов и экспонатов, А. В. Бари не ошибся в своих расчетах. Конструкции павильонов были не только выгодно проданы, но и привлекли много новых заказчиков. Конторе была присуждена высшая награда - право изображать на своих проспектах и бланках государственный герб"¹.

Основной принцип стальных сетчатых конструкций Шухова заключается в том, что они состоят из отдельных стержней, образующих пространственную сетку. Это было большим преимуществом шуховских конструкций, так как криволинейные поверхности башен и покрытий образовывались из прямолинейных стержней. Важнейшим достоинством этих конструкций было и то, что они были в среднем в два раза легче соответствующих конструкций других систем.

Рассмотрим типы шуховских сетчатых конструкций, которые после Нижегородской выставки получили широкую известность в России и в других странах.

В. Шухов. Аджигольский маяк под Херсоном. 1911	В. Шухов. Станиславский маяк под Херсоном. 1911	В. Шухов. Водонапорные башни в в Москве. 1914

В. Шухов. Водонапорная башня на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде. 1896	В. Шухов. Водонапорные башни в г. Николаева. 1905	В. Шухов. Водонапорная башня в Ярославе. 1911

Наибольшую популярность приобрели гиперболоидные башни Шухова. Первой башней такого типа была построенная по его проекту на Нижегородской выставке и ставшая одной из ее достопримечательностей водонапорная башня высотой 32 м.

В начале XX в. водонапорные башни системы Шухова были построены во многих городах России, причем высота их колебалась от 9 zc 40 м. а количество стержней от 25 до 80. Если учесть, что различны были и типы резервуара, то станет ясно, как разнообразны были силуэты башен.

В. Шухов. Конструкция висячего покрытия прямоугольного в плане павильона на Нижегородской выстаке. 1896. Интерьер

В. Шухов. Радиомачта в Москве. 1918-1922. Первоначальный проект (в сравнении с Эйфелевой башней)	В. Шухов. Радиомачта в Москве. 1918-1922. Общий вид

В. Шухов. Радиомачта в Москве. 1918-1922. Вид изнутри	В. Шухов. Радиомачта в Москве. 1918-1922. Ракурс

Опираясь на сведения В. Кандеева (одного из сотрудников фирмы А. В. Бари), Н. Смурова. пишет: "Пропорции шуровских башен не были случайными и зависели не только от экономических и технических соображений, так как инженер уделял большое внимание эстетическим качеством своих сооружений. Он считал, что существует определенная закономерность между количеством стержней, образующих сетчатую поверхность гиперболоида, и "красотой" ажурной поверхности башен... Пропорции гиперболоида вращения, по мнению В. Г. Шухова, зависят от соотношения диаметров нижнего и верхнего кольца гиперболоида. Чем больше это соотношение, тем больше увеличивается высота "тальи" гиперболоида. От поворота колец, от наклона стержней зависит диаметр "тальи"... По воспоминаниям В. И. Кандеева, любимым занятием их главного инженера (В. Шухова - С. X.) было вращение колец цилиндра, соединенных параллельными стержнями, относительно друг друга (модель гиперболоида вращения), когда важно "уловить глазом" оптимальный момент, при котором необходимо отсечь часть его высоты, в целях создания гармоничных пропорций гиперболоида-оболочки"².

Разработанная Шуховым конструкция гиперболоидной башни использовалась им при строительстве не только водонапорных башен. В 1910 г. по его проекту сооружается Аджигольский маяк под Херсоном, высота сетчатой конструкции которого равна 68 м (60 стержней и 27 колец жесткости), в 1911 г. там же - малый Станиславский маяк общей высотой 28,5 м (48 стержней, 11 колец жесткости).

Жесткость гиперболоидным башням придают не только специальные кольца жесткости, но и пересечения стержней между собой. При увеличении высоты башни, чтобы сохранить ритм пересечений, приходится увеличивать количество стержней. Есть однако и другой выход - увеличивая высоту, ставить один гиперболоид на другой. Впервые эту идею Шухов реализовал в 1911 г. при строительстве двухъярусной водонапорной башни в Ярославле (общая высота 39,5 м).

Шухов. Покрытия двоякой кривизны над одним из цехов Выксунского завода. 1897-1898. Общий вид в процессе строительства: графическая схема покрытия

В дальнейшем Шухов, стремясь выявить максимальные возможности разработанной им конструкции гиперболоидной сетчатой башни, не раз экспериментировал в создании многоярусной композиции. В 1919 г. он создает проект строительства в Москве (на Шаболовке) радиомачты в виде девятиярусной башни высотой 350 м. Технически не было препятствий для сооружения такой башни, но материальные возможности молодой Советской республики не позволили тогда осуществить замысел Шухова. Проект был переработан, башня была сооружена из шести гиперболоидов высотой 152 м. Оригинальным и чрезвычайно экономным был "телескопический" способ возведения башни, который не требовал подъемного крана и каких-либо вспомогательных лесов. Каждый из последующих гиперболоидов собирали на земле внутри башни и поднимался вверх с помощью тросов.

Позже, уже в 1930 г., по проекту В. Шухова были смонтированы опоры для линии электропередачи в месте перехода через реку Оку. Сооружены две пары опор-трехъярусных (высотой 69,5 м) и пятиярусных (128 м).

Наряду с водонапорными башнями, маяками, радиоматчами и опорами линий электропередачи гиперболоидные шуховские сетчатые башни возводились на кораблях (мачта с наблюдательной вышкой). Конструкция Шухова привлекла внимание кораблестроителей, так как сетчатые мачты имели минимальное сопротивление воздуху при движении судна. Такие мачты были установлены на ряде военных кораблей российского флота (броненосцы "Андрей Первозванный" и "Павел I" - высота 24 м), а также на корабле зарубежных стран (в частности, на военных судах США, например на дредноуте "Мичиган", 1906).

Второй тип сетчатых конструкций Шухова - это металлические висячие покрытия. Три варианта таких покрытий были показаны фирмой Бари на Нижегородской выставке 1896 г. Пресса тех лет отмечала, что интерьеры павильонов, где были применены висячие покрытия, поражают своим необычным пространством и освещенностью. Вместо привычных металлических ферм посетители видели у себя над головой как бы парящие в воздухе зрительно почти невесомые прозрачные ажурные сетки.

В круглом в плане павильоне (внешний диаметр здания - 68, высота наружных стен - 6,4 м) в центре было устроено нечто вроде ротонды: по кругу (диаметром почти 20 м) стояли решетчатые металлические колонны высотой 15 м. которые поддерживали опорное кольцо перекрытия. На это кольцо и на наружные стены и опиралось висячее покрытие, причем перепад высоты колонн и наружных стен придавал интерьеру облик огромного шатра.

В. Шухов. Конструкция висячего покрытия прямоугольного в плане павильона на Нижегородской выстаке. 1896. Интерьер	В. Шухов. Конструкция висячего покрытия круглого в плане павильона на Нижегородской выставке. 1896. Интерьер

В. Шухов. Конструкция висячего покрытия овального в плане павильона на Нижегородской выставке. 1896. Интерьер

Овальный в плане павильон (длина-73, ширина - 51.5 м) имел в центре всего две мощные опоры, что придавало его висячему покрытию сложную пространственную форму.

В двух прямоугольных в плане павильонах (длина 68,2, ширина 22,3 м) висячие покрытия поддерживались десятью опорами, расположенными по продольной оси павильона.

Третий тип сетчатых конструкций Шухова - это арочно-сводчатые покрытия, которые также были показаны фирмой Бари на Нижегородской выставке. Однако наибольший интерес представляют покрытия двоякой кривизны одного из цехов Выксунского завода, осуществленные в 1897-1898 гг. Здесь впервые в мировой строительной практике была наглядно продемонстрирована возможность создавать из однотипных стержневых элементов пространственное прямоугольное в плане покрытие двоякой кривизны.

Описанные выше три типа сетчатых конструкций Шухова в конце XIX в. не имели аналогий в других странах и являлись подлинными инженерными открытиями. Работа Шухова получила международное признание, о чем свидетельствовало присуждение некоторым его конструкциях золотой медали на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. Кроме сетчатых конструкций Шухов разработал и осуществил большое количество самых разнообразных металлических конструкций, в том числе и таких, которые были доступны для восприятия в интерьере. Среди них покрытие Брянского (ныне Киевского) вокзала с использованием парных трехшарнирных арок пролетом 50 м (1915), перекрытие над рестораном "Метрополь", стальной каркас магазина "Мюр и Мерилиз" (ныне ЦУМ), перекрытие Верхних торговых рядов (ныне ГУМ, все постройки в Москве) и др.

1. Ковельман Г. М. Творчество инженера В. Г. Шухова. - М., 1961. - С. 31.
2. Смурова Н. А. Эволюция инженерной формы гиперболоида вращения в творчестве В. Г. Шухова // Проблемы истории советской архитектуры. - М., 1976. - № 2. - С. 15-17.