Ажурная гиперболоидная металлическая конструкция инженера шухова
Обновлено: 17.05.2024
Говоря об инженерном и изобретательском творчестве вообще и о Шухове в частности, часто главный упор делают на здравый смысл, как компас в работе. Но в этом случае многое может оказаться вне поля зрения, что не устроило бы инженера столь большого масштаба. Только на подлинно научной основе можно прийти к принципиально новому, к парадоксальным выводам и решениям.
Сочетание качеств опытного практика и хорошего теоретика помогло В. Г. Шухову подходить к созданию новых конструкторских форм на основе научного анализа возможных технических решений в широком диапазоне, их обстоятельной математической обработки.
Шухов и Гауди – родоначальники несущих изогнутых сетчатых плоскостей
На исходе XIX столетия появилась новая форма конструкции: регулярные поверхности двоякой отрицательной кривизны, получившие название гиперболоида (рис. 1) и гиперболического параболоида (ГИПАР) (рис. 2). Эти регулярные поверхности были известны в математике с давних пор.
Рис.1. Гиперболоид и его характеристические сечения.
Рис.2. Гиперболический параболоид и его характеристические сечения.
Независимо друг от друга русский инженер В. Г. Шухов и каталонский архитектор Антони Гауди (1852—1926 гг.) выявили конструктивные и производственно-технические преимущества применения таких поверхностей в строительстве. Шухов построил в 1896 г. на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде свою первую башню в виде гиперболоида. Архитектор Гауди, известный своеобразным оформлением зданий в Барселоне, был, кроме того, и выдающимся конструктором. После первых шагов по изучению формообразования (предположительно в 1884 г.) он с 1909 г. начал применять гиперболический параболоид — перекошенную (в трех измерениях) плоскость — как конструкционное решение для форм стен и сводов кирпичных построек.
Тому, что гиперболоид и гиперболический параболоид Шухова — Гауди из регулярных поверхностей и других форм строительных конструкций оказались наиболее предпочтительными, имеются две причины. Первая связана с тем, что их седловидная форма придает даже тонкостенным пространственным конструкциям сравнительно высокую устойчивость. Второй практической причиной их применения в строительстве является то, что эти перекошенные поверхности можно просто изготовить из прямых элементов. Ведь, согласно определению, регулярные поверхности двоякой кривизны образуются в результате перемещения прямой образующей по двум направляющим. При образовании указанных форм в строительстве на смену плоскости (простой поверхности) приходит сетка или решетка с одинаковым шагом линейных элементов. Статические анализы Шухова все дальше уводили его от конструкций «иерархического типа» (стойки, прогоны, стропила, обрешетины и др.) к изогнутым сетчатым плоскостям, которые могли быть изготовлены из одинаковых элементов с ячейками или шагом (рис. 3) примерно такого же размера. Сетчатые башни в форме гиперболоидов явились составной частью этого процесса развития [2].
Рис.3. Водонапорная башня Шухова в Полибино. Получение поверхности двоякой кривизны с помощью прямых стержневых элементов.
Во времена бурного развития машиностроения естественным было воздействие его концепций (механики) на принципы конструирования инженерных сооружений (статику). Действительно, обнаруживается связь механического движения с геометрией регулярных поверхностей. В качестве примера можно назвать вращение, трансляцию или перенос (перемещение вдоль прямой или кривой) и винтовое движение по спирали. Шухов множество раз успешно использовал этот вид формообразования для разработки новых конструкционных форм.
Графическая статика, получившая к тому времени достаточное развитие, привела инженера и использующего инженерный подход архитектора к формам, возникающим не из геометрии, а из силового поля. Это формы, которые не установлены изначально в своих пропорциях (как, например, квадрат, круг или стрельчатая арка), а освобождены от этих ограничений и могут быть созданы с помощью статического метода в соответствии с силами, действующими на конструкцию.
Шуховские башни гиперболоидного типа
Среди конструкций гиперболоидного типа, конечно, наиболее характерными являются шуховские башни.
Для воссоздания истории появления гиперболоидных башен системы инженера Шухова следует привести его воспоминания (в записи Г. М. Ковельмана): «… о гиперболоиде я думал давно. Шла какая-то, видимо, глубинная, немного подсознательная работа, но все как-то вплотную к нему я не приступал». Возможно, что, как он отмечал, корзина для бумаг в его кабинете из ивовых веток в форме гиперболоида стала первичным образом, эмпирической моделью для разработки технического принципа построения гиперболоидной конструктивной формы. Однако при высокой изобретательской смекалке, которая была характерна для Шухова, представить аналитическую модель конструкции можно было, лишь обладая широкими знаниями и инженерной эрудицией. Он отмечал, что в годы учебы «…на лекциях по аналитической геометрии о гиперболоидах вращения рассказывали, конечно, для тренировки ума, но уж никак не для практического использования». При замысле проектирования гиперболоидной башни его геометрические познания об образовании однополостного гиперболоида вращения из взаимно пересекающихся образующих прямых в момент творческого «озарения» должны были увязаться со взглядом на такую поверхность как на функционирующую инженерную структуру. Шухов как инженер должен был увидеть, что направляющие гиперболоида могут рационально осуществлять в сооружении несущие функции, как сжатые стойки.
Основная причина быстрого распространения в России башен системы Шухова заключалась в их низкой стоимости по сравнению с другими типами по критерию экономичности, легкости и устойчивости.
Практически башни Шухова оказались вдвое дешевле аналогичных сооружений для водоснабжения. Это открывало широкие перспективы для их использования в промышленном строительстве. В период промышленного подъема, особенно с 1900 г., в связи со строительством промышленных предприятий и большими потребностями городов и железных дорог в водоснабжении было построено множество одноярусных башен Шухова в качестве водонапорных башен, а также маяков, дозорных и дроболитейных башен.
Несущие возможности этих конструкций значительно возросли (емкость резервуаров до 1 230 000 л). Таким образом, к февралю 1917 г. благодаря строительству 33 башен Шухова на протяжении двух десятилетий емкость резервуаров повысилась в 10 раз. В зависимости от различных практических условий применения этих систем башни различаются по высоте (9,1 — 39,5 м) и количеству стержней (25—80 штук). К 1901 г. Шухов произвел расчеты по определению длин стержней несущей сетки и величин сечения различных элементов башен. Он стандартизовал элементы фундамента, предложил определенный порядок разбивки остова кольцами и рассчитал количество уголков для направляющих остова в зависимости от двух параметров: величины емкости резервуара (123, 369, 738 и 1230 м3) и высоты башни. По существу Шухов разработал типовые проекты башен. Он постоянно искал новые соотношения внешних параметров для совершенствования одноярусной конструкции башен.
Для одноярусного маяка высотой 68 м Шухов предложил принципиально новое конструктивное решение гиперболоидной системы с установкой по центру железной трубы (диаметр 2 м), связанной с остовом радиальными тягами в плоскости колец (через 10 м). Выбор конструктивной формы двух гиперболоидных маяков в г. Херсоне (высота 68 и 28 м, 1911 г.) был глубоко продуман Шуховым (рис. 4).
Рис. 4. Маяк Станиславского под Херсоном, высота 28,5 метров.
С 1935 г. началось строительство гиперболических деревянных градирен по системе Шухова вначале для Орской ТЭЦ (высота 36 м, площадь орошения 2400 м2, 1937—1938 гг.), а затем для ТЭЦ в Москве и Харькове на основе патента Шухова.
Шаболовская радиобашня
Самым известным и действующим сейчас сооружением гиперболоидного типа является башня для радиостанции на Шаболовке в г. Москве, которая являлась символом советского радиовещания в течение нескольких десятилетий (рис. 5). 30 июля 1919 г. было издано Постановление Совета рабоче-крестьянской обороны, подписанное В. И. Лениным. Народному комиссариату почт и телеграфов было поручено для обеспечения надежной и постоянной связи центра республики с западными государствами и окраинами «установить… в чрезвычайно срочном порядке в г. Москве радиостанцию», оборудованную наиболее совершенными приборами и машинами. Еще в феврале 1919 г. В. Г. Шухов предложил первоначальный проект и поверочный расчет многоярусной гиперболоидной радиобашни в Москве высотой 350 м, состоящей из девяти секций, постепенно уменьшающихся в диаметре. Доклад В. Г. Шухова о проекте башни и способе ее монтажа был заслушан на заседании строительной комиссии в Народном комиссариате почт и телеграфов. Учитывая нехватку в стране металла в эти годы, было решено установить радиобашню высотой 150 м. В своей рабочей тетради с пометкой от 28 февраля 1919 г. (по заданию Государственных объединенных радиотелеграфных заводов) В. Г. Шухов сделал поверочный расчет для шестиярусной башни беспроволочного телеграфа из гиперболоидных блоков по 25—30 м, массой до 50 т. Работы по изготовлению элементов и сборке первого нижнего блока башни начались поздней осенью 1919 г. Выяснилось, что, хотя на башню требовалось всего 240 т металла, в Москве его найти не могли. Комиссар строительства радиостанции и радиобашни Ф. П. Коваль рассказывал, что председатель правительственной строительной комиссии Народного комиссариата почт и телеграфов А. М. Николаев обратился к В. И. Ленину с просьбой разрешить использовать железо из запасов военного ведомства в г. Смоленске. Вопрос о строительстве радиобашни поставили на заседании Совнаркома, и по предложению В. И. Ленина было принято решение выдать необходимый металл.
Рис. 5. Шаболовская башня.
(используется для трансляций телевидения, снимок 2009 г.)
1 марта 1922 г. была сдана в эксплуатацию радиостанция мощностью 100 кВт незатухающих колебаний с дуговым генератором, установленная на ажурной башне системы Шухова. 19 марта 1922 г. начал действовать телеграфный радиопередатчик Шаболовской (Шуховской) башни. Передачи принимались на окраине страны и за рубежом.
Шуховская башня много лет была наиболее высоким сооружением в стране (высота колокольни Ивана Великого в Московском Кремле 80 м, Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге и башни церкви Петера в Риге 120 м). Конструктивные решения, примененные при строительстве Шаболовской радиобашни, для столь сложного пространственного сооружения оптимально просты. В 1947 г. с увеличением эксплуатационной нагрузки от антенны турникетного типа и рефлекторной антенны проводилось обследование двухсот узлов и башни. Несмотря на 25-летнюю эксплуатацию, коррозия металла в узловых соединениях составляла лишь 5% от толщины. Проект усиления башни предусматривал установку 17 дополнительных колец во II, III и IV секциях. В 1970 г. в связи с установкой на Шаболовской телебашне новой антенны рупорного излучателя, а также подъемника производился расчет ее стержней при коррозии 10% от толщины по машинной программе для ЭВМ «Парадокс-71». В 1973 г. был выполнен соответствующий расчету проект усиления Шаболовской телебашни. Кольца жесткости были предусмотрены в III и V секциях.
Для характеристики экономической эффективности интересно сопоставить это сооружение с другими типами конструкций высотных сооружений — башней Эйфеля в Париже и телевизионной башней в Токио. По первоначальному проектному варианту башни (1919 г., 350 м) предполагаемый вес составлял 2,2 тыс. т, в то время как вес башни Эйфеля (305 м) — 8,85 тыс. т, телевизионной башни в Токио (330 м) — 4 тыс. т (для этой башни применялись высокосортные стали). При сравнении этих показателей для трех наиболее высоких в мире сооружений подобного назначения следует отметить экономичность башни Шухова. Высокие эксплуатационные достоинства башни во многом определялись использованием высокопрочных немецких рурских сталей для ее элементов. Остроумное инженерное решение конструкции этого сооружения не сгладится со временем даже при развитии новых методов строительства высотных конструкций.
Гиперболоид инженера Шухова
Есть в слове «гиперболоид» что-то очень интригующее. Вспоминается фантастический роман Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». Но реальность оказалась намного интереснее и драматичнее. Многие знают московскую Шаболовскую башню, долгие годы бывшую символом советского теле- и радиовещания, новогоднего «Голубого огонька». Возможно, кто-то вспомнит и другие гиперболоидные конструкции, например, башню Шухова на Оке. Чем же так уникален гиперболоид?
Знакомая всем гражданам бывшего СССР студия «Голубого огонька» Шуховская башня на Оке
Добрый гений инженера Владимира Шухова
В 1896 году в Нижнем Новгороде проходила XVI Всероссийская промышленная и художественная выставка. Здесь были представлены удивительные технические новинки: первый в России электрический трамвай, первый в мире радиоприёмник (грозоотметчик, как его тогда называли) Александра Попова, первый русский автомобиль конструкции Евгения Яковлева и Петра Фрезе и многое другое. Масштабы выставки поражали: чтобы осмотреть все экспонаты, потребовалось бы не менее недели.
Авторами выставочных павильонов были лучшие архитекторы того времени: Александр Никанорович Померанцев, Леонтий Николаевич Бенуа, Лев Николаевич Кекушев, Федор Осипович Шехтель и многие другие. Но более всего обращали на себя внимание творения инженера Владимира Григорьевича Шухова (1853-1939): восемь легких построек с перекрытиями в виде сетчатых оболочек, круглый стальной павильон-ротонда и гиперболоидная башня. Никогда и нигде прежде публика такого не видела.
Строительство овального павильона с сетчатым стальным висячим покрытием для Всероссийской выставки 1896 года в Нижнем Новгороде, фотография А.О.Карелина, 1895 Первая в мире стальная мембрана-перекрытие. Ротонда В.Г.Шухова, Нижний Новгород, 1896 Первая в мире гиперболоидная конструкция В.Г.Шухова на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде, фотография А.О.Карелина, 1896
Гиперболоидная 37-метровая башня Шухова поражала своей необычностью. Она имела изящную вогнутую форму, но при этом была построена из прямых балок! Это была водонапорная башня, снабжавшая водой всю выставку. Над баком была установлена смотровая площадка, куда вела винтовая лестница. От желающих взглянуть на выставку с такой высоты не было отбоя.
После Нижегородской выставки башню выкупил фабрикант и меценат Юрий Степанович Нечаев-Мальцов (1834-1913) и перенес её к себе в имение — в село Полибино Данковского района Липецкой области. Она сохранилась до настоящего времени, является памятником архитектуры и находится под охраной государства. Однако её конструкции поражены коррозией и нуждаются в срочной реставрации.
Еще до революции Владимир Григорьевич Шухов, выпускник Императорского Московского технического училища, сотрудник фирмы Бари, прославился как гениальный инженер. В крупнейших магазинах того времени — Верхних торговых рядах (ныне ГУМ, Москва, 1893) и Фирсановском (Петровском) пассаже (Москва, 1903-1906), им были сконструированы арочные стеклянные своды. На Выксунском металлургическом заводе (Выкса, 1897) впервые в мире он применил сетчатые оболочки-перекрытия двоякой кривизны. Конструкции Шухова можно увидеть в зданиях Киевского вокзала в Москве (1899) и Московского центрального почтамта (1899). Для Музея изящных искусств в Москве (Государственный музей изобразительных искусств имени Пушкина, 1912) Шухов сконструировал светопрозрачные перекрытия в виде стальных арок со стяжками и рамных конструкций. Он принимал участие в проектировании и строительстве Нового Мытищинского водопровода в Москве. И это далеко не полный список!
Большой популярностью пользовались гиперболоидные конструкции Шухова. Они применялись для строительства водонапорных башен, морских маяков, мачт военных кораблей, опор линий электропередач. Шухов сконструировал не менее 200 сетчатых гиперболоидных башен, из которых до нашего времени дошла лишь десятая часть. Так, на Украине сохранились 32-метровая водонапорная башня в Николаеве (1907), односекционный 70-метровый Аджигольский маяк в Днепровском лимане под Херсоном (1910), 34-метровая водонапорная башня в городе Черкассы (1913-1914) и другие.
Владимир Григорьевич Шухов, фото 1891 года
Но не только гиперболоиды и сетчатые конструкции прославили Шухова. Он внес огромный вклад в развитие нефтяной и газовой промышленности: сконструировал первые в России нефтепроводы, мазутопроводы с подогревом, цилиндрические резервуары-нефтехранилища, речные танкеры, разработал основы нефтяной гидравлики, изобрел установки для крекинга (высокотемпературной обработки) нефти, трубчатые паровые котлы и многое-многое другое.
В конце XIX века по типовым шуховским проектам были построены 417 мостов. Свою руку приложил Шухов и к созданию новой Мытищинской системы водоснабжения Москвы. В годы Первой Мировой войны он создает морские мины и платформы тяжёлых артиллерийских систем, проектирует батопорты морских доков.
Неудивительно, что творения Шухова были востребованы советской властью. Они полностью отвечали духу и эстетике новой эпохи. Владимир Григорьевич отказался от эмиграции, полагая, что его профессия и навыки будут востребованы в Советской России.
В сущности, так оно и произошло, хотя прославленный к тому времени инженер был вынужден жить в весьма стесненных условиях. Ему были присуждены высокие звания и государственные награды: член-корреспондент и почётный член Академии наук СССР, лауреат премии имени Ленина, Герой Труда.
В 1932 году Шухов принял участие в работах по восстановлению после землетрясения древнего медресе Улугбека в Самарканде. Совместно с архитектором М.Ф.Мауэром он осуществил уникальную работу: выпрямление «падающего» минарета.
Поистине, это был человек-гигант, предопределивший многие направления развития промышленности и архитектуры не только XX, но и XXI века.
Гиперболоиды и гиперболоидные конструкции
Теперь настало время разобраться в общих чертах, что же такое гиперболоид. Однополостный гиперболоид, который Шухов использовал для строительства своих башен — дважды линейчатая поверхность. Это означает, что через любую точку такой поверхности можно провести две пересекающиеся прямые линии, которые будут целиком принадлежать этой поверхности. Прямые балки, установленные на поверхности вдоль этих линий, образуют характерную решётку. Само сооружение имеет характерную вогнутую форму.
Уникальная черта таких гиперболоидных конструкций — жесткость, ветроустойчивость и способность нести вес, превышающий массу самой конструкции. Еще один существенный плюс — невысокая материалоемкость и, следовательно, дешевизна.
В математике однополостный гиперболоид определяется как вид поверхности второго порядка в трёхмерном пространстве, задаваемый в декартовых координатах уравнением:
где a и b — действительные полуоси, а c — мнимая полуось. Если a = b, то такая поверхность называется гиперболоидом вращения. Однополостный гиперболоид вращения получается путем вращением гиперболы вокруг её мнимой оси.
Кроме того, существует двуполостный гиперболоид, который описывается уравнением:
a и b — мнимые полуоси, а c — действительная полуось. Двуполостный гиперболоид вращения может быть получен вращением гиперболы вокруг её действительной оси.
Однако для того, чтобы гиперболоидные конструкции нашли применение в строительстве, нужен был толчок. Или счастливый случай. Владимир Шухов позднее вспоминал:
О гиперболоиде я думал давно. Шла какая-то глубинная, видимо, подсознательная работа, но всё как-то вплотную я к нему не приступал… И вот однажды прихожу раньше обычного в свой кабинет и вижу: моя ивовая корзинка для бумаг перевернута вверх дном, а на ней стоит довольно тяжелый горшок с фикусом. И так ясно встала передо мной будущая конструкция башни. Уж очень выразительно на этой корзинке было показано образование кривой поверхности из прямых прутков.
Невольным соавтором открытия Шухова оказалась горничная, которая поставила тяжелое растение на перевернутую корзину…
Вскоре гиперболоид начал свое победное шествие по миру. В начале XX века гиперболоидными мачтами стали оснащать боевые корабли, в основном в США. В России гиперболоидные мачты были установлены только на двух эскадренных броненосцах типа «Андрей Первозванный».
Линейный корабль типа Colorado, США
Такие великие архитекторы XX века, как Гауди, Ле Корбюзье, Оскар Нимейер весьма часто использовали гиперболоидные конструкции, что придавало их творениям особую пластику и визуальную привлекательность. В знаменитом Саграда Фамилия (храм Святого Семейства) в Барселоне тоже применяются гиперболоиды.
Гиперболоидные башни украшают разные города мира. Самая высокая из ныне существующих — 600-метровая башня Canton Tower в Гуанчжоу в Китае, построенная в 2005-2010 годах.
Башня Canton Tower в Гуанчжоу
Шаболовская башня в Москве
В 1919 году Шухов приступил к созданию радиобашни на Шаболовке в Москве, ставшей самым знаменитым творением инженера. Она должна была заменить радиостанцию на Ходынском поле, которая уже не справлялась с растущими объемами радиограмм.
Строительство началось в 1920 году. По первоначальному проекту, башня должна была состоять из девяти секций и достигать в высоту 350 метров, что было на 30 метров выше парижской Эйфелевой башни.
Чертеж Шаболовской башни, 1919 год
Однако из-за острой нехватки строительных материалов в условиях Гражданской войны высоту башни пришлось уменьшить до 148,5 метров, а число гиперболоидных секций сократить до шести. Высота каждой секции составляла около 25 метров. Новая башня выглядела весьма внушительно. Её масса составила 240 тонн. Проект был одобрен лично Владимиром Ильичом Лениным.
Строительство башни на Шаболовке. Гиперболоидные секции собирались внизу и затем по одной поднимались наверх
Однако в 1921 году во время подъёма четвёртой секции произошла авария, в результате которой была серьезно повреждена третья секция. Погибло нескольких рабочих. Шухов был обвинен в саботаже и приговорен к расстрелу с отсрочкой наказания до окончания строительных работ.
Разрушение третьей секции при строительстве Шаболовской башни
Позднее в ходе строительства выяснилось, что настоящая причина аварии — усталость некачественного материала: в обескровленной революцией и гражданской войной стране металл собирали буквально «с миру по нитке». Башню достроили, а приговор Шухову был отменен.
Общая высота Шаболовской башни составила 160 метров. 19 марта 1922 года отсюда началась трансляция радиопередач.
Шаболовская башня в 1940-е годы
Шаболовская башня активно эксплуатировалась вплоть до постройки Останкинской телебашни (1960-1967), куда были перенесены большинство передатчиков. Но и позднее Шаболовка в самые тяжелые моменты спасала положение. Так, после пожара в Останкинской телебашне в 2000 году Шаболовская башня почти полтора года поддерживала вещание основных российских телеканалов.
Шуховская радиобашня на Шаболовке
К несчастью, в наши дни Шуховская башня на Шаболовке находится в аварийном состоянии. Сказалась усталость некачественного материала, хотя сам Шухов рассчитал, что его гиперболоидные сооружения при соблюдении всех технологий строительства простоят до 200 лет.
Внутри башни видны поддерживающие её конструкции
В 2014 году Шаболовскую башню было предложено разобрать и перенести на другое место, с заменой поврежденных конструкций. Однако идея переноса творения Шухова, ставшего одним из символов столицы, вызвала сильнейшее сопротивление общественности. Был проведен референдум, на котором почти 90% москвичей высказались за сохранение башни на прежнем месте.
Шаболовская башня вечером, вид со Смотровой площадки на Воробьевых горах
В 2016 году Всемирный фонд памятников (World Monuments Fund) внес Шаболовскую радиобашню в список объектов, находящихся под угрозой исчезновения (World Monuments Watch). В этом же году внутри башни установили дополнительную конструкцию, которая снимает часть нагрузки с каркаса. Для облегчения конструкции, с башни сняты почти все передатчики. Сейчас готовится проектная документация по реконструкции башни.
Шаболовская радиобашня
Башня Шухова на Оке
Шуховская башня на Оке
Башня Шухова на Оке, фото 1988 года
В декабре 2014 года по предложению Министерства культуры России, единственной сохранившейся Шуховской башне ЛЭП на Оке был присвоен статус объекта культурного наследия федерального значения. Украденные балки восстановили заново. Впрочем, этот инцидент наглядно показал устойчивость шуховских конструкций.
А что же с гиперболоидом инженера Гарина? В реальности двуполостный гиперболоид, описанный в романе, не может производить такие разрушительные действия, это всего лишь фантазия Алексея Толстого. Хотя… Изобретатель лазера, нобелевский лауреат Чарльз Таунс (1915-2015) говорил, что это произведение (в английском переводе — «The Garin Death Ray») вдохновило его на создание лазера. Но это уже совсем другая история…
Онлайн-сервисы, которые помогают мне путешествовать:
- Дешевые авиабилеты: Aviasales
- Отели, транспорт, туры, кэшбек: Яндекс.Путешествия
- Квартиры и дома: Суточно.ру
- Туристическая страховка: Cherehapa
- Экскурсии на русском языке: Tripster и Sputnik8
.
Хотите узнать больше о Китае?
Об этом я пишу в своем телеграм-канале "Срединный Путь"
«Башня строилась без кранов, без лесов»: как в Москве появился гиперболоид Шухова
19 марта 1922 года в Москве на Шаболовке было завершено строительство самой высокой в стране 150-метровой башни гиперболоидной конструкции по проекту архитектора и изобретателя Владимира Шухова. В тот же день через установленные на этой башне радиопередатчики началась работа Московской радиотелеграфной станции. Позднее, в 1939 году, с этой башни начали проводить первые в СССР телетрансляции и она подросла до 160 м, оставаясь самым высоким сооружением до постройки в 1967 году Останкинской телебашни.
Решение о строительстве новой радиобашни в Москве на Шаболовке было принято в 1919 году, спустя год после переноса столицы из Петрограда в Москву и последовавшего за тем переезда правительства. 30 июля 1919 года Ленин потребовал «установить в чрезвычайно срочном порядке в г. Москве радиостанцию, оборудованную приборами и машинами наиболее совершенными и обладающими мощностью», достаточной для связи с западными государствами и окраинами республики.
Несмотря на срочность и ответственность задания по сооружению новой радиобашни, которое было поручено — после проведения конкурса — «Строительной конторе» — артели известного архитектора Владимира Шухова, вскоре выяснилось, что ресурсов на это строительство у молодой советской власти все же катастрофически не хватает — ни материальных, ни человеческих. Первоначальный проект Шухова подразумевал возведение 350-метровой башни гиперболоидного типа, которая по высоте превзошла бы Эйфелеву башню, а весить при этом должна была в три раза меньше — 2200 вместо 7300 тонн. Однако и такого количества стали в стране не было, поэтому решили ограничиться башней высотой 148,3 м и массой 240 т, состоящей не из девяти, а из шести секций. Специалисты подсчитали, что такой высоты достаточно для нужд радиосвязи, и проект был одобрен лично Лениным.
Но даже после принятия этого решения Шухов испытывал изрядные проблемы с получением необходимого количества металла, подчас был вынужден использовать материалы из разобранных конструкций сомнительного качества — с мостов, заводов и т.д., — а также с нуля обучать малоквалифицированных строителей. «Отечественной металлопромышленности пришлось пережить большие испытания и большой упадок в работе из-за недостатка чугуна, который являлся ее основой… Нехватка прокатного материала порождает дороговизну его, задерживает ход строительных работ и непроизвольно удорожает стоимость металлических конструкций», — писал он в своем дневнике. Постройка башни, которую первоначально планировали закончить уже в середине 1920 года, велась с 1920 по 1922 год.
Идея ажурной гиперболоидной формы сооружений была введена Шуховым в архитектуру еще в конце XIX века — он получил на нее патент Российской империи № 1896 от 12 марта 1899 года, который был заявлен изобретателем 11 января 1896 года.
Первая башня такого типа была построена Шуховым в 1896 году для крупнейшей дореволюционной Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде, затем эта башня была куплена фабрикантом и меценатом Юрием Нечаевым-Мальцовым и перенесена в его имение в село Полибино у Куликова поля, где находится и поныне.
95 лет назад была введена в эксплуатацию Шуховская, или Шаболовская, башня. Почему автора конструкции.
Однополостный гиперболоид вращения и гиперболический параболоид — это дважды линейчатые поверхности, то есть геометрически через любую их точку можно провести две пересекающиеся прямые, целиком принадлежащие этой поверхности. В роли этих прямых, отстоящих друг от друга на примерно равных расстояниях, и выступают стальные балки, образующие характерную гиперболическую решетку. Даже если места соединений пересекающихся балок сделать шарнирными, вся эта конструкция все равно останется жесткой и будет сохранять форму даже при воздействии внешних сил. Решетчатость конструкции помимо изрядной экономии металла обеспечивает также устойчивость под ветровыми нагрузками, поскольку парусность ее сравнительно невелика. И до, и после башни на Шаболовке Шухов проектировал множество сооружений самого разного назначения, основанных на своих «коронных» гиперболоидных конструкциях, — их общее число достигло двух сотен, и это были не только башни, но и сетчатые стальные висячие перекрытия, водонапорные башни, морские маяки, опоры линий электропередачи и даже мачты кораблей. По собственному признанию Шухова, первоначально на эту идею его натолкнул вид плетения ивовых корзин.
Строительство башни велось необычным, но весьма остроумным методом — без строительных лесов и высоких подъемных кранов. Отдельные решетчатые секции высотой 25 м, собираемые прямо внутри башни, протягивались лебедками сквозь предыдущий «гиперболоид», нижний диаметр обруча при этом на время стягивали, а после подъема сквозь установленную секцию вновь расширяли, стыковали с предыдущей секцией и окончательно монтировали.
«Изумительна была красота сборки башни, когда целые секции высотой 25 метров и весом до 3000 пудов или траверсы длиной 10 м без единого рабочего наверху неожиданно появлялись на фоне неба в облаках и привлекали внимание жителей Москвы. Башня монтировалась без кранов, без лесов. Целые секции… поднимались за низ свободным верхом», — писал один из участников строительства Александр Галкин.
Нижнее опорное кольцо крепилось к фундаменту анкерными болтами, а сам бетонный фундамент диаметром 40 м был выкопан и залит бетоном вручную, глубина его составила всего три метра. Позднее, при реконструкции в 1970-х годах, этот фундамент укрепили, забетонировав при этом опорные узлы, что усилило коррозию и нарушило замысел архитектора, который изначально подразумевал, что конструкция будет подвижной.
В процессе сооружения башни случались не только задержки с поставками металла: строители бастовали из-за задержек зарплаты и плохого питания, хотя им положен был дополнительный паек, работали медленно и вынуждены были подолгу задерживаться на площадке в зимние морозы. В семье же самого Шухова в самом начале строительства случилось две трагедии — от холеры умер его младший сын, а затем мать. А 29 июня 1921 года случилась крупная авария, которая едва не стоила Шухову жизни или, по крайней мере, свободы: при подъеме четвертой гиперболоидной секции оборвался трос и стал обваливаться уже установленный третий ярус. Четвертая секция упала с 75-метровой высоты и повредила при падении заготовки пятой и шестой секций. Шухова после этого немедленно обвинили в саботаже и приговорили к «условному расстрелу» — с отсрочкой приговора до конца строительства.
Причиной многочисленных неприятных инцидентов служило в том числе и очень плохое качество материалов. Так, в отчете об обследовании конструкции в 1937 году говорилось: «Металл Шуховской башни может быть отнесен к сталям Ст-1, Ст-2 и Ст-3. Образцы имеют завышенное содержание вредных примесей: серы или фосфора, а в некоторых образцах — и того, и другого». Для восстановления третьего яруса пришлось в результате использовать все тот же упавший металл, и строительство продолжилось. Наконец шестая секция была установлена и закреплена 14 февраля 1922 года, а 28 февраля поверх нее установили мачту, после чего сооружение самой башни закончилось. Обвинения с Шухова были сняты, приговор отменен. Немало споров вызвал выбор оборудования: руководитель Нижегородской радиолаборатории профессор Михаил Бонч-Бруевич, пионер радиоламповой промышленности и будущий членкор АН СССР, предлагал установить сконструированный в его лаборатории ламповый передатчик, однако строители Шаболовской радиостанции первоначально выбрали более ходовую в то время дугу Паульсена, хотя в России и она тоже была новинкой — прежде устанавливали исключительно искровые радиостанции, каковыми были, собственно, Царскосельская и на Ходынском поле.
19 марта, после установки соответствующего оборудования, с Шуховской башни началась трансляция радиопередач. Первым в эфир вышел концерт русской музыки с участием Надежды Обуховой и Бориса Евлахова. Мощность передатчика на башне составила 100 кВт, стабильная дальность его работы — 10 тыс. км. В то время это превосходило возможности радиостанций Парижа, Нью-Йорка и Берлина. Шуховская башня стала символом возросшей технологической мощи советского государства, у ее подножия со временем вырос аппаратно-студийный комплекс радио- и телецентра. В 1927 году после установки нового радиооборудования и внесения изменений в конструкцию самого верха эта башня стала «Радиобашней Коминтерна». С 1937 года начались экспериментальные трансляции ТВ-передач, а в 1939 году был достроен телецентр на Шаболовке, установлены новые передатчики телевизионного сигнала и состоялась историческая телетрансляция в новом формате документального фильма об открытии XVIII съезда ВКП(б), которую принимала всего сотня телевизоров типа ТК-1.
Во время Великой Отечественной войны Шуховскую башню после вывоза оборудования заминировали и едва не взорвали в тот момент, когда войска вермахта вплотную подступили к Москве, однако уже 7 мая 1945 года, перед капитуляцией Германии, с нее первой в Европе возобновились трансляции телепередач.
В 1948 году башня подросла до 160 м и была переоборудована для перехода на высокочастотное телевидение. До постройки в 1967 году Останкинской телебашни она оставалась самым высоким сооружением в стране. C 2002 года башня для теле- и радиовещания перестала использоваться, на ней лишь размещены передатчики сотовой связи, однако она считается объектом культурного наследия, шедевром русского архитектурного авангарда, и продолжаются попытки собрать деньги на ее полноценную реставрацию. К тому же общественность пока успешно блокирует все попытки переноса башни на другое место, куда-нибудь вроде ВДНХ или Парка Горького.
Шухов со временем стал важным советским чиновником, членкором и почетным академиком, получил звание Героя Труда, стал также лауреатом Ленинской премии, но все это уже гораздо позже радиобашни. Помимо архитектуры, он внес большой вклад в строительство первых российских нефтепроводов и нефтеперерабатывающих заводов в Баку.
Шуховская башня в Краснодаре: скрытое от глаз чудо
Шуховская башня в Краснодаре – одна из не самых очевидных достопримечательностей города. Многие туристы, гуляя по Красной улице, даже не подозревают, что в двух шагах расположена уникальная конструкция. Из статьи узнаете, почему так вышло, как строили башню и в чем ее уникальность.
Шухов — первый в мире инженер, использовавший стальные сетчатые оболочки для создания ажурных гиперболоидных конструкций. Они стали спасением в послереволюционное время, поскольку тогда не хватало строительных материалов.
Однако же первую подобную башню возвели еще до начала XX века. Талант Шухова пригодился при организации Всероссийской художественно-промышленной выставки в Нижнем Новгороде в 1896 году. Сейчас на первую Шуховскую башню можно посмотреть в селе Полибино Липецкой области.
В первой половине XX века возвели около 200 башен по шуховской системе. К настоящему времени остались единицы. Самая известная башня Шухова носит название Шаболовской телебашни и функционирует в Москве до сих пор. Еще одна известная конструкция Шухова находится под Нижним Новгородом. О ней я рассказывал в отдельной статье.
Шуховская башня в Краснодаре не такая известная, как ее гиперболоидные сестры, но сам факт, что она сохранилась до наших дней, уже делает ее достопримечательностью города.
История башни Шухова в Краснодаре
Шуховская башня в Краснодаре расположена в историческом центре города, неподалеку от здания цирка и пересечения улиц Рашпилевской и Володи Головатого. Ее возвели в качестве водонапорной башни по архитектурному проекту инженера Владимира Шухова.
Строительство краснодарской Шуховской башни началось в 1929 году, а эксплуатироваться она начала в 1935 году. Документы о возведении сооружения утеряны, потому даты приблизительные. В годы Великой Отечественной войны башню едва не разобрали. Руководство завода «Октябрь», рядом с которым построили сооружение, попросило местные власти демонтировать его. Мол, башня Шухова — слишком хороший ориентир для немецких самолетов. Каково было решение не ясно, но водонапорная башня осталась нетронутой.
Вплоть до 1990-х годов здание функционировало по назначению. Одновременно со строительством башни в Краснодаре провели водопровод и местные жители перестали пользоваться колодцами как основным источником воды.
К началу 90-х годов XX века водонапорная башня утратила свою функцию, ржавый водный резервуар с башни сняли. В 1993 году газета «Кубанский курьер» опубликовала новость о том, что местный бизнесмен разводит в баке башни крокодилов. Во время демонтажа бака трос якобы оборвался, бак упал, а хищники попали в реку Кубань. В городе началась паника, и журналистам пришлось опровергнуть «утку».
Башня в наши дни
Сегодня конструкция является памятником эпохи конструктивизма. На вершине башни, где ранее стоял бак для воды, установили по кругу рекламные щиты. Со всех сторон уникальное сооружение окружают здания торгового центра «Галерея». Именно поэтому обычно ажурную красавицу не замечают гости Краснодара. Хотя я сделал бы бывшую водонапорную башню обязательным пунктом обзорной экскурсии по Краснодару.
Высота башни 25 метров. Вверх устремляются 50 наклонных ветвей: по 25 штук в каждую сторону. Диаметр фундамента по оси кольца чуть больше 14 метров. В центре винтовая лестница, по которой можно подняться на вершину башни.
В 2018 году здесь открыли галерею «Вершина культуры» с поп-ап-выставками. Последняя на момент написания статьи проводилась в феврале 2020 года. Скорее всего, деятельность приостановлена из-за пандемии.
Состояние Шуховской башни считается удовлетворительным, она внесена в список объектов культурного наследия народов России.
Полезная для посещения информация
- Адрес: пересечение улиц Рашпилевского и Володи Головатого. Ориентир — ТЦ «Галерея», внутренний двор.
- Время работы: круглосуточно. В темное время суток башня подсвечивается.
- Как добраться: проще всего совместить посещение Шуховской башни в Краснодаре с прогулкой по главной улице Краснодара — Красной, или шопингом в ТЦ «Галерея». Здесь же работают несколько сетевых кафе со средним ценником и неплохой кухней. Это «Любо» и «Мэни Пельмени».
Шуховская башня в Краснодаре на карте
Текст Игорь Озин, фото Даня Привольнов.
Индивидуальные и групповые экскурсии по Будапешту и Венгрии от Спутника! Скидка 5% на ЛЮБУЮ экскурсию по промокоду TRIPANDME21 Выбрать экскурсию
Канал сайта в Телеграм. Присоединяйся! А тут я выкладываю красивые фоточки
Идеи В.Г. Шухова и современность
10 ноября 2008 года на Сретенском бульваре в г. Москве был поставлен памятник величайшему инженеру 20 века Владимиру Григорьевичу Шухову. Несмотря на то, что после его смерти уже прошло более семидесяти лет его идеи продолжают вдохновлять инженеров на смелые новаторские замыслы.
Второе рождение гиперболоидных башен
Идеи гиперболоидных конструкций башен Шухова известный архитектор Михаил Посохин предложил использовать при проектировании новых небоскребов в деловом центре «Москва-Сити». В 2005-2009 гг. в Гуанчжоу в Китае построена 610-метровая гиперболоидная башня Шухова. Планируется возведение 300-метровой башни в Лондоне.
Даже в Челябинске получила продолжение тема гиперболоидных поверхностей. Это новое здание вокзала пригородных касс, где центральная часть представляет собой усеченный снизу гиперболоид, правда здесь гиперболоид выполняет в большей степени художественную функцию. Конструкции Владимира Григорьевича Шухова описываются во многих европейских учебниках по архитектуре.
Здание пригородного вокзала г. Челябинска на этапе возведения.
Архитектура XXI века причудливыми формами подчас напоминает инопланетные объекты. Применение интересных и своеобразных конструкций стало возможным благодаря тому, что ведущие архитекторы Запада широко используют сетчатые кровли и оболочки. Между тем первым, кто их спроектировал, был российский инженер Владимир Шухов. Его второе непревзойденное до сих пор достижение Шухова — уникальные висячие сетчатые покрытия. Такие как перекрытия ГУМа в Москве, Киевского и Казанского вокзалов, перекрытия цехов в г. Выксе.
Покрытия двоякой кривизны
«К числу наиболее интересных и оригинальных металлических конструкций, созданных Шуховым, следует отнести покрытие на выксунском заводе. Впервые в мировой строительной практике Шухов продемонстрировал возможность компоновать пространственное прямоугольное в плане покрытие двоякой кривизны из однотонных стержневых элементов.» — инженер Ковельман Г.М. (коллега В.Г.Шухова). В историю строительной техники вошло покрытие здания листопрокатного цеха Выксунского металлургического завода, выполненные Шуховым в 1898 году. Эта конструкция по сравнению со стропильным перекрытием давала до 30% экономии металла. Выполнена в виде металлического сетчатого свода двоякой кривизны, опирающегося на трехшарнирные арки. Интерьер сооружения лаконичен: прямоугольный, вытянутый цех перекрыт пятью громадными сводами-оболочками без внутренних промежуточных опор. Парусность создает ощущение еще большей емкости сооружения. Вся нагрузка передается на шарнирные арки, идущие с шагом в 15 метров. Шухов создал классическое сводчатое покрытие по принципиально новой конструкции: из металлических прокатных элементов.
Множество уникальных архитектурных творений современности создается с применением сетчатых конструкций. Знаменитый Мюнхенский олимпийский стадион с тентовыми конструкциями — «восьмое чудо света», — построенный в 1972 году, является воплощением творческих идей Шухова. Еще один олимпийский объект, также относящийся к сетчатым конструкциям – стадион «Птичье гнездо» в Пекине. Сравните покрытия в г. Выксе и вид на «Птичье гнездо»
Покрытие цехов на металлургическом комбинате. Г. Выкса.
Стадион «Птичье гнездо». Г. Пекин.
Сетчатые конструкции Шухова как новые технические системы
Рассуждая о техническом творчестве, Владимир Григорьевич однажды заметил, насколько важно черпать материал из опыта поколений, составляющего копилку выдумки и смекалки безвестных мастеров. О том, как он сам это делал, могут свидетельствовать соображения относительно прообразов некоторых его конструкций. Например, осматривая памятники русского зодчества XV—XVII веков, он не мог не обратить внимания на многочисленные кованые решетки оконных проемов, выполненные из вертикально установленных зигзагообразных элементов, соединенных между собой в местах соприкосновения. В шуховском цилиндрическом своде из гнутых полос или: мы видим ту же идею, но в совершенно ином качестве. В этом контексте возникает один из центральных вопросов: что могло вдохновить В. Г. Шухова на создание висячих сетчатых покрытий? Их не случайно современники называли шатрами по аналогии с брезентовыми цирками-шапито. Цирковые шатры должны были привлечь внимание Владимира Григорьевича, в частности во время поездки в Америку.
Сейчас принято все изобретения подразделять по значимости решаемых ими задач на пять уровней — от мелких усовершенствований известных технических систем до уровня, охватывающего техническое воплощение результатов новых открытий. Многие изобретения Шухова можно отнести к очень высокому четвертому уровню, содержащему крупные идеи в качестве основы для создания новых технических систем. Среди них все его сетчатые конструкции.
Масштаб, диапазон и глубина творческой активности этого неутомимого труженика не только впечатляют, но и служат ярким примером гармоничного и в высшей степени плодотворного сочетания природных качеств, практической и теоретической подготовки, воспитанной целеустремленности, последовательности и настойчивости, постоянного внимания ко всему новому и передовому, умения вкладывать весь творческий потенциал в решение каждой поставленной задачи. Все это явилось фундаментальной основой уникальных достижений русского инженера-новатора, во многом опередившего свое время.
Читайте также: