Строительные металлоконструкции работы В. Г. Шухова для всероссийской выставки в Нижнем Новгороде и всемирной выставки в Париже

Строительные металлоконструкции работы В. Г. Шухова для всероссийской выставки в Нижнем Новгороде и всемирной выставки в Париже

Выделяя основные вехи в творчестве В. Г. Шухова, следует особо рассмотреть период, связанный с его деятельностью на Всероссийской промышленной и художественной выставке в Нижнем Новгороде. В 1893 г., когда началась подготовка к выставке, Владимиру Григорьевичу исполнилось 40 лет, а ее проведение в 1896 г. совпало с 20-летием его инженерной деятельности. К этому времени как главный инженер технической конторы процветающей фирмы А. Бари он уже приобрел репутацию выдающегося конструктора и инженера. Существующее представление о том, что до 20 лет человек учится, до 40 лет активно трудится, до 60 лет делится накопленным опытом, а затем ограничивается лишь созерцанием жизни, не относится к почетному академику В. Г. Шухову. Шухов принадлежит к числу тех немногих, кому в своей деятельности удалось с годами не растрачивать, а, наоборот, наращивать свой творческий потенциал и все более успешно решать новые задачи возрастающей сложности.

Крупнейшая в дореволюционной России XVI промышленная и художественная выставка была впервые организована в Нижнем Новгороде (с населением около 90 тыс. человек), что было связано с торговой и экономической политикой России, стремившейся укреплять связи со странами Ближнего Востока, и привлекла 1 млн. посетителей¹². В 3—4 км от левого берега Оки выставка занимала территорию 84 га — втрое больше, чем предыдущая Московская выставка 1882 г., и несколько больше, чем Всемирная выставка 1889 г. в Париже. Здесь было построено 172 павильона, из них 55 казенных. В их проектировании участвовали ведущие архитектурные и художественные силы России, ряд академиков архитектуры. Однако в условиях кризиса архитектурных форм тех лет в целом выставка не стала крупным художественным явлением.

Привлечение Шухова к разработке ряда крупных выставочных сооружений следует отнести на счет опыта и дальновидности организаторов выставки, особенно администратора по строительным вопросам инженера путей сообщения 3. К. Циглера. Хотя как инженер В. Г. Шухов лично не числился участником выставки, все объекты, возведенные фирмой Бари на ее территории, были разработаны на основе его новых технических идей и под его руководством (задача их строительства облегчалась тем, что фирма Бари имела свое отделение в Нижнем Новгороде). Воплотив в материале целую серию принципиально новых конструктивных решений облегченных большепролетных пространственных покрытий (висячих и сводчатых), Шухов блестяще доказал, что сами павильоны могут стать интереснейшими экспонатами новой техники.

Комплекс павильонов строительного и инженерного отделов выставки состоял из трех зданий: круглого и двух прямоугольных (в плане).

В оригинальном павильоне круглого здания поверху наружных стен на высоте 6,4 м уложено металлическое кольцо диаметром 68 м. Внутри здания 16 металлических колонн (высотой 15 м) держат второе кольцо диаметром 25 м. Пространство между двумя кольцами перекрыто свободно висящей сеткой, состоящей из взаимно перекрещивающихся стальных полос, образующих ячейки в виде ромбов (рис. 1). По этому техническому принципу первое такое покрытие было построено Шуховым в 1894 г. над цехом котельного завода фирмы Бари в Москве. Непосредственно по этой сетчатой основе укладывали металлические листы кровли с прорезанными световыми иллюминаторами. Принято утверждать, что такое покрытие образует поверхность гиперболоида вращения. Об этом писал и пропагандист конструкций Шухова, его друг профессор П. К. Худяков [1, с. 170], и многие современные авторы. Г. М. Ковельман указывает более осторожно, что это «поверхность, близкая к гиперболоиду вращения» [2, с. 84]. Учитывая, что сетка свободно провисает и образующие ее металлические полосы при этом не могут сохранять прямолинейность, такое покрытие в разрезе вертикальной плоскостью, проходящей через центр сооружения, близко к цепной линии. Это отмечалось еще в конце XIX в. [3, с. 249—251; 4, с. 3].

Центральный круглый проем выставочного павильона перекрыт свободно провисающей оболочкой (мембраной) из тонкого стального листа, прогиб ее составляет 1/16 от пролёта (диаметра кольца) — около 1,5 м. Предварительные эксперименты, проведенные в условиях снежных зим, показали, что снег не скапливается в такой чаше, а выдувается ветром; вода удалялась внутренним водостоком. При столь новой форме конструкции можно было предполагать, что стальная оболочка имеет дополнительные подвески к жестким ригелям, поэтому на крышу павильона вела лестница для осмотра этой центральной части покрытия сверху. Форма круглого павильона имела целевое назначение, так как в числе других экспонатов были выставлены паровозы Коломенского завода, стоящие на радиально расположенных железнодорожных путях с поворотным кругом в центре павильона.



Рис. 1. Висячая мембрана В. Г. Шухова в круглом павильоне Нижегородской выставки

Внутренние опоры прямоугольных павильонов строительного и инженерного отделов выставки (размерами 68X30 м) состояли из 11 металлических колонн высотой 11 м, расположенных по продольной оси и несущих ригель. От ригеля ко всему периметру наружных стен (высотой 5 м) распростерто сетчатое шатровое покрытие.

Аналогичное решение покрытия было принято Шуховым в овальном павильоне фабрично-заводского отдела выставки (рис. 2). Наружные стены здания имеют в плане вид двух полуокружностей диаметром 51 м, соединенных прямолинейными вставками длиной по 21 м (общая длина павильона 72 м). Внутри здание имеет всего две опоры в виде решетчатых башен с винтовыми лестницами внутри, соединенных поверху ригелем шпренгельной конструкции, который служит для подвески шатрового сетчатого покрытия и для установки смотровой галереи на коньке «крыши без стропил».

В зарубежной практике подобные тонкостенные висячие покрытия появятся лишь спустя три с половиной десятилетия (покрытие из листовой стали в г. Олбани (США) и во французском павильоне на выставке в Загребе), затем в виде тонкостенных пространственных покрытий из железобетона, сетчатых конструкций из металлических тросов, а в СССР также в виде мембран из переплетенных тонких алюминиевых лент. Эти конструкции — свидетельство развития идей Шухова [5, с. 45—47].

Организация работ по устройству шатровых сетчатых покрытий Шухова в 1894—1895 гг. была доведена до совершенства инженером Г. М. Фарбштейном, который руководил их строительством на Нижегородской выставке.

Перед началом строительства павильонов В. Г. Шухов представил заявку на привилегию на сетчатые шатровые покрытия и одновременно на «сетчатые сводообразные покрытия» из зигзагообразно загнутых стальных полос. В некоторых трудах по истории строительной техники [6, с. 351] утверждается, будто именно такая конструкция применена Шуховым на выставке 1896 г., однако это утверждение ошибочно.

Рассмотрим павильоны со сводчатыми шуховскими покрытиями

Павильон управления казенных железных дорог (58X32 м) перекрыт единым сетчатым сводом, или, как его менее удачно называют, железным арочным покрытием. Свод очерчен поверхностью кругового цилиндра со стрелой подъема 6,4 м и составлен из взаимно пересекающихся арочек в виде полуэллипсов, изогнутых из уголкового проката. Скрепленные в местах пересечения и стянутые затяжками в трех направлениях, арочки образуют жесткую пространственную систему, более совершенную, чем покрытие в виде арочных ферм с лучевыми затяжками, впервые примененное в Верхних торговых рядах (ГУМ) в 1890 г. Павильон имеет железную кровлю, уложенную по деревянным планкам, с продольным световым фонарем в центральной части в виде деревянного сводчатого покрытия также системы Шухова.

Другим однопролетным зданием со сводом Шухова была котельная, в которой установлены знаменитые шуховские котлы, обслуживавшие выставку.

Трехпролетное здание так называемого павильона машинного отдела (85X35 м) имеет три сетчатых свода: средний с пролётом 23 м и два боковых по 15 м (рис. 3). Другой аналогичный павильон имеет в центральной части среднего пролета сетчатый свод с увеличенной стрелой подъема, что позволило на перепадах высот устроить серповидные световые проемы (по первоначальному варианту здесь предполагалось установить купол).

Один из наиболее крупных павильонов выставки — здание заводского и ремесленного отделов имеет площадь 10 тыс. м² при длине 215 м. Его центральная часть перекрыта тремя сетчатыми сводами (средний с пролетом 28 м, два других с пролетами 15м), расположенными поперек здания. К этому центральному объему с двух сторон примыкают продольные трехпролетные помещения со средним сводом с пролетом 15 м и двумя боковыми по 13 м.

В. Г. Шухов построил на выставке также вспомогательное сооружение с деревянными цилиндрическим сводом (пролетом 21 м), составленным из четырех слоев перекрещивающихся тонких досок. Кроме того, он разработал для выставки проект металлодеревянного моста, в пролетном строении которого применены аналогичные своды, но более пологие.

Из всех шуховских выставочных построек наибольшее внимание посетителей привлекала сетчатая водонапорная башня гиперболоидной формы. Высота башни до резервуара составила 24,4 м, диаметр в основании—11 м, наверху-—4,3 м; внутри была установлена винтовая лестница, над резервуаром — смотровая площадка на высоте 30 м. Отсюда была видна не только вся выставка, но также левобережная часть города, противоположный крутой берег Оки и место ее впадения в Волгу.

За 40 лет до Шухова выдающийся русский инженер Д. И. Журавский, решая задачу об оптимальной конструкции восьмигранного металлического шпиля Петропавловского собора, разработал семь вариантов. В одном из них отсутствовали стержни, идущие вдоль ребер. При этом каждый угол вышележащего горизонтального пояса опирался только на два раскоса. Получалась решетка (наподобие сетчатой системы), которая образовывала гиперболоид в пределах яруса, если всю эту систему вращать вокруг вертикальной оси. Журавский сделал первый шаг на пути к новой конструктивной идее, ограничив высоту яруса высотой ячейки сетки, В. Г. Шухов же сделал смелый шаг вперед к качественно новому решению — созданию гиперболоидной конструктивной формы башни из прямолинейных взаимно пересекающихся прокатных стержней.

Поразившие всех посетителей выставки и специалистов сетчатые конструкции В. Г. Шухова вызвали горячие споры. Однако никто не сомневался, что дано решение принципиально новыми средствами проблемы наиболее эффективной работы материала в конструкции и практически обеспечено резкое снижение на этой основе весовых (в 3 раза и более) и других экономических показателей. Более того, эти новаторские конструктивные решения стали новым научным и практическим направлением, которое через несколько десятилетий проложило себе дорогу в мировой строительной практике. Тонкостенные пространственные, в том числе висячие, конструкции стали вершиной успехов строительной' техники XX в.

В 90-е годы XIX в. в Европе господствовала немецкая инженерная школа утонченных приемов расчета и усложнения конструкций. Заслуга В. Г. Шухова состоит в том, что он сумел противопоставить ей комплексный подход к поиску наиболее простых и технологичных методов в проектировании, производстве и последующем монтаже конструкций, изготовляемых из однотипных элементов.

Владимир Григорьевич умел добиваться оптимальной точности расчетов без их усложнения. В этой связи уместно вспомнить замечательные слова выдающегося кораблестроителя академика А. Н. Крылова о том, что усложнение расчетов не увеличивает точности получаемых результатов. Принимая в 1962 г. медаль имени С. П. Тимошенко, американский ученый профессор М. А. Байот отметил также: «Нельзя игнорировать важность, простоты в сочетании с глубиной понимания не только с точки зрения их ценности для культуры, но и как технического орудия. Они приводят к количественным предсказаниям без трудоемких и дорогостоящих расчетов, они указывают пути к новым изобретениям и простым решениям технических проблем. Помимо экономических выгод, они также обеспечивают наличие важного качества технических проектов, а именно их надежность» [7, с. 8]. Работы В. Г. Шухова по строительной механике показывают, что он еще в конце прошлого столетия отчетливо понимал это [8].

В проектировании выставочных построек Шухова, в том числе и башни, принимал участие академик архитектуры В. А. Косов. Конечно, он помог выбрать лучшие пропорции и внес в конструкции определенную гармонию, однако суть новаторских шуховских систем ярко демонстрирует определяющую роль конструктивной формы. Широкое раскрытие Шуховым потенциальных возможностей сетчатых систем и достижение оптимальных решений на его самых первых строительных объектах нужно отнести к редким явлениям, к выдающейся инженерной интуиции их автора.

Выдающийся итальянский инженер-конструктор П. Л. Нерви, создавший замечательные тонкостенные большепролетные покрытия, писал: «Настоящей трудностью является отсутствие достаточной инженерной и архитектурной интуиции, необходимой для понимания особенностей работы таких конструкций». И далее: «…мы еще не привыкли мыслить конструктивными формами» [9, с. 72]». Деятельность В. Г. Шухова являет собой образец таких редких творческих качеств. Все одиннадцать новаторских сооружений В. Г. Шухова, так же как и его котлы, обеспечили; триумф их создателю — выдающемуся инженеру необычайно широкого диапазона. П. К. Худяков отмечал как беспрецедентный случай, когда проекты выставочных сооружений министерства путей сообщения разрабатывались без участия инженеров путей сообщения. Шуховский павильон управления казенных железных дорог по окончании работы выставки был перенесен на одну из железных дорог¹³; один из шуховских павильонов нашел свою «постоянную прописку» в Ессентуках, а водонапорная башня — в Касимовском уезде Рязанской губернии (для орошения фруктового сада крупного землевладельца и промышленника Ю. С. Нечаева-Мальцева). Благодаря Всероссийской выставке информация о котлах, башнях и покрытиях Шухова распространилась во многих странах. Конторе Бари была присуждена высшая награда — право изображать государственный герб на фирменных документах. За инженерно-строительные достижения такая награда была дана впервые.

После Всероссийской выставки в Нижнем Новгороде В. Г. Шухов продолжал работу в фирме Бари. Но когда было объявлено о подготовке X Всемирной выставки в Париже, уже нельзя было ставить вопрос иначе как о личном участии в ней В. Г. Шухова, труды которого приобрели международное значение. В 1900 г. по обоим берегам Сены на протяжении 2,5 км раскинулись сооружения Всемирной выставки. Достойное место среди них занял комплекс павильонов русского отдела с зубчатой каменной стеной, башнями, палатами с крыльцом в древнерусском стиле. За представленные на выставке изобретения, и в первую очередь за горизонтальные паровые котлы, В. Г. Шухов был награжден Золотой медалью выставки с вручением специальной именной грамоты с указанием фирмы, которую он представлял. Однако владелец фирмы использовал эту награду в своих интересах: наряду с ранее предоставленным ему правом изображать на бланках и других документах фирмы государственный герб он стал помещать изображение медали Всемирной выставки, но без указания имени В. Г. Шухова.

Блистательные результаты участия В. Г. Шухова в крупнейших выставках конца XIX в. являются официально документируемым свидетельством выдающихся достижений нашего талантливого соотечественника. Однако в трудах по истории науки и техники и в монографиях о Шухове есть некоторые пробелы и путаница в освещении этих вопросов.

Впервые предложенные В. Г. Шуховым пространственные тонкостенные конструктивные формы в настоящее время завоевали широкое признание у передовых инженеров и зодчих всего мира. Имя В. Г. Шухова должно стоять первым в ряду таких крупнейших создателей пространственных конструктивных форм, как Е. Фрейссине, Э. Торроха, П. Нерви, Р. Фуллер и др.

ЛИТЕРАТУРА

2. Ковельман Г. М. Творчество почетного академика инженера В. Г. Шухова. М.: Госстройиздат, 1961, 363 с.

3. Ботвинник Н. Расчет висячих крыш.— Техн. сб. и вестн. пром-сти, 1896, № 7, с. 249—251.

4. Барановский Г. В. Здания и сооружения художественно- промышленной выставки 1896 г. в Нижнем Новгороде. СПб., 1897, 90 с.

5. Щербо Г. М. В. Г. Шухов и его сетчатые конструкции.— Пром. стр-во„ 1974, № 5, с. 45—47.

6. История строительной техники. М.; Л.: Госстройиздат, 1962. 560 с.

7. Байот М. А. Наука и инженер.— Мир науки, 1963, № 4, с. 8—10.

8. Шухов В. Г. Строительная механика: Избр. тр. М.: Наука, 1977. 192 с.

9. Нерви П. Л. Строить правильно. М.: Госстройиздат, 1956. 164 с.