Деревянные и металлодеревянные конструкции В. Г. Шухова

Деревянные и металлодеревянные конструкции В. Г. Шухова

В период развития капитализма в России в 80—90-е годы XIX в. возникли новые требования к зданиям и сооружениям. Эти требования В. И. Ленин характеризовал в своих работах следующим образом: «Рост торговли, фабрик, городов, железных дорог предъявляет спрос на совершенно иные постройки, непохожие ни по своей архитектуре, ни по своей величине на старинные здания патриархальной эпохи»¹⁴. Одной из наиболее ярких иллюстраций этого ленинского положения могут служить работы Владимира Григорьевича Шухова в области строительства, создавшего на основе глубоких теоретических исследований принципиально новую форму строительных конструкций — пространственные сетчатые конструкции [1].

В книге «Стропила» Шухов обосновал положение о том, что «параболическая ферма есть наивыгоднейшая в случае равномерной нагрузки как распределенной по всему пролету, так и односторонней» [1, с. 8—11]. Вес и стоимость пространственных покрытий системы Шухова получались в 2—3 раза ниже обычных решений с плоскими фермами [2]. Широкое применение в нашем строительстве после Великой Октябрьской социалистической революции, а также за рубежом деревянных сегментных ферм (с параболическим или близким к нему очертанием верхнего пояса) как одной из наиболее экономичных форм сквозных и пространственных конструкций может служить убедительным практическим подтверждением этого теоретического вывода.

В числе новых пространственных конструкций В. Г. Шухова на Всероссийской художественно-промышленной выставке в Нижнем Новгороде в 1896 г. были сетчатые висячие (металлические) и сводчатые металлодеревянные конструкции покрытий павильонов. Деревянные сводчатые покрытия были выполнены пролетами 12,8 и 21,3 м из нескольких слоев перекрещивающихся под углом примерно 40° тонких гнутых досок, представляющих собой в двух смежных слоях по существу пространственную сетку, элементы которой были сдвинуты вплотную друг к другу. Стрела подъема свода с пролетом 21,3 м составляла f=4,26 м, что давало соотношение f/l = l/5. Распор воспринимался затяжками, поставленными через 2,13 м. Жесткость деревянного свода при его исключительно малой толщине, составлявшей всего h=1/426l, существенно повышалась с помощью наклонных металлических тяг.

Пространственная конструкция досчатых сводов В. Г. Шухова, осуществленная на основе широкого приложения принципа дробности — из большого числа параллельно работающих элементов, обладала большой надежностью и допускала выполнение из леса невысокого качества, поскольку пороки в отдельных досках (сучки, косослой и т. д.) не оказывали существенного влияния на прочность всей конструкции. Исключительно экономичная и простая в производстве, выполнявшаяся из весьма доступных дешевых материалов, конструкция не требовала исполнителей высокой квалификации.

Деревянные сводчатые покрытия Шухова (как и металлические) подверглись серьезной экспериментальной проверке, в частности на них сознательно был оставлен довольно значительный, неравномерный слой снега, выпавшего за зиму 1895/96 г. Деревянные своды выдержали эти испытания без повреждений, в то время как другие деревянные конструкции покрытий выставочных зданий на зиму были укреплены подпорками.

Внутренняя гладкая поверхность деревянного сводчатого покрытия, тщательно выполненного из сухих досок, не требовала какой-либо дополнительной обшивки, снаружи его могла быть уложена железная или толевая кровля. При необходимости теплого покрытия между слоями досок укладывалась прокладка из войлока. В случае применения таких сводов для зданий постоянного назначения все деревянные части покрытия подлежат обязательному антисептированию, поскольку в покрытии совмещены функции несущей конструкции и ограждения, в связи с чем возникает повышенная опасность его загнивания.

В конструкции деревянных сводов павильонов Нижегородской выставки впервые в истории строительства вспомогательные элементы — настилы выполняли функции основной несущей конструкции — работали как арка. Основная идея этого решения впоследствии была использована за рубежом инженером Брода в конструкции двойного гнутого свода, состоящего из двух раздвинутых слоев гнутых досок, между которыми введены прогоны в целях повышения жесткости конструкции [3].

Принцип построения пространственной сетчатой конструкции, положенный В. Г. Шуховым в основу конструирования металлических сводчатых покрытий, оказал существенное влияние и на развитие деревянных конструкций. В чертеже, приложенном к привилегии 1895 г., полученной В. Г. Шуховым на металлическую конструкцию «сетчатого сводообразного покрытия», показано, что элементы сетки образованы из зигзагообразных, поставленных на ребро полос, соединенных заклепками в местах пересечения²¹⁵. Принципы этого решения, заимствованные в начале 20-х годов зарубежными фирмами (синдикатом Цольбау) и развитые в начале 30-х годов советскими конструкторами (в безметалльных сводах архитектора Песельника), легли в основу конструкции деревянных кружально-сетчатых покрытий, получивших широкое применение как у нас, так и за рубежом.

На той же выставке Шуховым была осуществлена конструкция сетчатой водонапорной башни гиперболоидного очертания. Из полученной В. Г. Шуховым в 1899 г. привилегии на конструкцию сетчатой башни в виде гиперболоида вращения видно, что, по мысли изобретателя, конструкция могла быть выполнена как с металлическими, так и с деревянными брусчатыми прямолинейными элементами. В качестве предмета привилегии указано: «Ажурная башня, характеризующаяся тем, что остов состоит из пересекающихся между собой прямолинейных деревянных брусьев, или железных труб, или угольников, расположенных по производящим тела вращения, форму которого имеет башня...»¹⁶.

Сам Шухов осуществил проектирование и строительство башен только в виде металлических конструкций, получивших широкое распространение в нашей стране и за рубежом в качестве водонапорных башен, маяков, радиобашен (Шаболовская башня, 1922 г.), а также мачт на линейных кораблях русского и американского флотов.

«У всех специалистов по инженерному и строительному делу, осматривавших выставочные здания, новые покрытия инженера Шухова возбудили к себе захватывающий интерес, особенно потому, что основная идея устройства является вполне оригинальной и не могла быть позаимствована изобретателем ни в западноевропейских, ни в американских образцах...» И далее: «...Эти новые, не имевшие ранее прецедентов в истории строительства пространственные конструкции как покрытий, так и башен системы В. Г. Шухова являются одним из выдающихся научных и практических достижений в области строительного дела в России, которой принадлежит приоритет в их создании и применении» [2, с. 172] —таковы впечатления инженерной общественности о конструкциях В. Г. Шухова.

Лишь после Великой Октябрьской социалистической революции идеи В. Г. Шухова в области создания деревянных конструкций сетчатых башен были претворены в жизнь советскими кон-, структорами в виде башен градирен. Их применение отвечало потребностям энергетического строительства первых пятилеток в СССР в рациональных и экономичных деревянных конструкциях крупных вытяжных башен градирен.

Первый проект такой башни градирни с площадью оросителя 2400 м² для Орской ТЭЦ был разработан в феврале 1935 г. инженерами «Теплоэлектропроекта» В. Калмыковым и А. Белав-ским и осуществлен в 1937—1938 гг. Градирня имела высоту 35,74 м, нижний диаметр срединной поверхности гиперболоида (расчетный) равен 32,3 м, диаметр в горловине — 28,82 м, верхний диаметр — 29,95 м.

Несущая конструкция башни состоит из двух систем прямых, взаимно пересекающихся брусчатых стоек сечением 13X15 см, наклоненных к горизонту под углом 17°. В местах пересечения стоек выполнены подрезки, чтобы обеспечить совпадение сложных граней в точках взаимного касания, в местах пересечения стойки соединяются болтами. В стыках брусьев сетки осуществляется поворот одной части стойки относительно другой на некоторый угол вокруг образующей гиперболоида с помощью накладок, имеющих специальные подрезки.

По высоте башни системы стоек в местах их пересечения (через одно пересечение) скрепляются горизонтальными кольцами, которые создают неизменяемость всей системы и обеспечивают устойчивость отдельных элементов всей башни в целом. Кольца выполняются из гнутых досок, скрепленных между собой гвоздями со стыками (вразбежку) и охватывают сетчатую конструкцию башни с наружной и внутренней стороны. Каждая ветвь кольца состоит из шести досок сечением 4x22 см. В горизонтальной плоскости ветви колец соединяются между собой перекрестной стенкой из досок. Несущая конструкция башни отделена от внутренней обшивки, что обеспечивает возможность замены обшивки в процессе эксплуатации. Деревянные элементы башни выполнены из сосны и лиственницы и пропитаны карболинеумом (с выдерживанием по способу горячей и холодной ванны).

В дальнейшем градирни такой конструкции были построены на ТЭЦ № 11 в Москве и Харькове. Сетчатая конструкция башни градирни пригодна для заводского изготовления с антисептированием элементов и монтируется с легких подвесных подмостей.

ЛИТЕРАТУРА

2. Худяков П. К. Новые типы металлических и деревянных покрытий для зданий по системе инженера В. Г. Шухова.— Техн. сб. и вестн. пром-сти, 1896, № 5, с. 169—172.

3. Кочетков Д. Испытания деревянных сводов системы В. Г. Шухова-Брода.— Строит, пром-сть, 1931, № 1, с. 10—13.