VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Владимир Григорьевич Шухов (16 (28) августа 1853 – 2 февраля 1939) – великий инженер, изобретатель, учёный; почётный член Академии наук СССР, Герой Труда.

Его творчество навсегда останется образцом ломки устаревших технических традиций. Он всегда опережал свое время. Он не подражал никому, ему подражали многие. Академик инженерного звания. Великий инженер.

В.Г. Шухов первым в мире применил для строительства зданий и башен стальные сетчатые оболочки. Впоследствии архитекторы хай-тека, знаменитые Бакминстер Фуллер и Норман Фостер, – окончательно внедрили сетчатые оболочки в современную практику строительства, и в XXI веке оболочки стали одним из главных средств формообразования авангардных зданий.

В конце XIX века, изобретением конструкций на сетчатой основе, Владимир Шухов обогнал инженерную мысль на десятки лет вперёд. Именно ему первому пришла идея использования совместной статической работы системы из металлических стержней, перекрещивающихся в двух направлениях. При такой конструкции покрытие работает как одно целое, причем все стержни несут приблизительно одинаковую нагрузку, что позволяет изготавливать их одного сечения.

Шухов ввёл в архитектуру форму однополостного гиперболоида вращения, создав первые в мире гиперболоидные конструкции. Позднее гиперболоидные конструкции использовали в своём творчестве такие знаменитые архитекторы, как Гауди, Ле Корбюзье и Оскар Нимейер.

В состав архитектурных сооружений этого выдающегося человека вошли: водонапорные башни всевозможных видов, и конфигураций; теле-и радиобашни; маяки; арочные конструкции; мосты; линии электропередач и многие другие сооружения. В своей работе я бы хотел более подробно остановиться на башенных сооружениях гиперболоидного типа, вникнуть в монтаж этих конструкций.

Сам Шухов Владимир Григорьевич отмечал, что в годы учёбы «на лекциях по аналитической геометрии о гиперболоидах вращения рассказывали, конечно, для тренировки ума, но уж никак не для практического применения». ^[2]

В.Г. Шухов является изобретателем первых в мире гиперболоидных конструкций и металлических сетчатых оболочек строительных конструкций (патенты Российской Империи № 1894, № 1895, № 1896; от 12 марта 1899 года, заявленные В. Г. Шуховым 27.03.1895 −11.01.1896).

Сейчас рассмотрим наиболее известные гиперболоидные конструкции Владимира Григорьевича Шухова.

Ажурная башня на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде, выполненная в форме гиперболоида, она стала первенцем в ряду самобытных металлических конструкций, неизвестных до этого миру. Проектируя свою башню, Шухов использовал известное из аналитической геометрии свойство образования криволинейной поверхности однополостного гиперболоида вращением вокруг прямой оси.

Сужающаяся кверху по плавной кривой, башня вся, не считая колец жесткости, была собрана из прямых металлических стержней. Простая в изготовлении и удобная при монтаже, она была, говоря современным языком, технологична.^[1]

В 1922 году под руководством Шухова была сооружена знаменитая радиобашня на Шаболовке в Москве, состоящая из шести отдельных секций-гиперболоидов и навсегда ставшая символом отечественного радио- и телевещания.

Рис. Рабочий чертёж радиобашни

Рис. радиобашня на Шаболовке

Петропавловская Ирина Александровна так описывает монтаж шаболовской радиобашни в городе Москве: «При возведении башни Шухов осуществил «телескопический» метод монтажа крупными блоками путём последовательного подъёма каждой очередной гиперболоидной секции внутри одной или нескольких предыдущих. Сначала монтировалась нижняя опорная секция; на верхнем ее кольце устанавливались А-образные деревянные опоры, оснащенные полиспастами, необходимыми для подъёма следующей секции. Внутри опорной секции монтировалась вторая секция. Наверху второй секции закреплялись, пока секция еще находилась на земле, кольцевые леса и А-образные двуноги, необходимые для подъёма третьей секции; затем с помощью полиспастов первой секции вторую секцию поднимали в проектное положение, закрепляли и т.д. Для «телескопического выдвижения» каждой последующей секции В.Г. Шухов предложил временное упругое уменьшение нижнего диаметра поднимаемой секции специальными стяжками, необходимыми только для процесса монтажа. Подняв секцию, т.е. пропустив ее через верхнее кольцо нижнестоящей секции, стяжки ослаблялись, нижнее кольцо поднимаемой секции принимало проектное положение, что позволяло сомкнуть верх нижней и низ верхней секций»^[2]

Башня Шухова была единственным в мире сооружением подобного типа. По форме она напоминала конус, состоявший из шести отдельных секций, высотой по 25 м каждая. Сетчатая конструкция башни создавала минимальную поверхность для ветра, обусловливающую основные нагрузки для сооружения большой высоты. Основание нижней первой секции опиралось на железобетонный фундамент глубиной 3 м и диаметром 42 м.

В июне 1921 г. Шухов и его помощники столкнулись с непредвиденным испытанием: строительство башни уже близилось к концу, но при подъеме четвертой секции лопнул трос одной из лебедок, и гигантская конструкция рухнула вниз с высоты 75 м. При этом она основательно деформировала ранее возведенные секции и превратила в металлолом лежавшие на земле, но уже смонтированные и готовые к подъему, пятую и шестую секции.

Стальная оболочка Шуховской башни на Шаболовке благодаря своей сетчатой структуре испытывает минимальную ветровую нагрузку, представляющую главную опасность для высотных сооружений. Секции башни – однополостные гиперболоиды вращения, сделанные из прямых балок, упирающихся концами в кольцевые основания. Круглый конусный корпус башни состоит из 6 секций высотой 25 метров каждая. Нижняя секция установлена на бетонном фундаменте диаметром 40 метров и глубиной 3 метра.

К счастью, специальная комиссия установила, что причина аварии в усталости металла, и нужно было, не теряя времени, заново начинать работу. В результате невероятных усилий и огромного труда строительство башни было завершено в установленные сроки, в конце 1921 г.

Шуховская башня на Шаболовке признана архитекторами всего мира выдающимся, уникальным шедевром инженерного искусства. Мировое значение Шуховской башни подтверждают экспозиции ее макетов на престижных архитектурных выставках Европы последних лет. На выставке "Инженерное искусство" в центре Помпиду в Париже изображение Шуховской башни использовалось как логотип.

Шуховская башня признана памятником архитектуры и инженерной мысли, охраняется государством. Но башня никогда не реставрировалась. Попытки придать ей дополнительную прочность с помощью сварных элементов, признаются как варварство по отношению к уникальной конструкции. Во время усиления элементов башни был нарушен основной принцип, заложенный Шуховым, — определенная доля подвижности и самокомпенсации по отношению к внешним нагрузкам. Башня не защищается от коррозии Подвижное основание забетонировано, что нарушает шуховскую кинематическую схему конструкции. Шаболовская башня располагается на закрытой территории, и туристы не могут к ней подойти. Сейчас обсуждается вопрос о реставрации башни в ее первозданном виде и идея создания у ее подножия рекреационно-туристической инфраструктуры, включающей «Шуховский центр науки, культуры и искусства».

На выставке "Лучшие конструкции и сооружения в архитектуре XX века" в Мюнхене в 2003 году был установлен позолоченный шестиметровый макет Шуховской башни. Конструкции Владимира Шухова подробно описываются во многих европейских книгах по истории архитектуры. На международной научной конференции "Heritage at Risk. Сохранение архитектуры XX века и Всемирное наследие", прошедшей в Москве в апреле 2006 года с участием 170 специалистов из 30 стран мира, Шуховская башня признана шедевром русского архитектурного авангарда и объектом всемирного наследия.

Интересно, что первая гиперболоидная башня (рис. 1) была возведена Шуховым еще до официального одобрения патента – летом 1896 г. она стала украшением крупнейшей в дореволюционной России промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде.

Рис. 1. Первое в мире сооружение гиперболоидной формы – башня Шухова в Полибине.

Это первое в мире сооружение гиперболоидной формы и первая в мире башня, выполненная в виде несущей сетчатой оболочки. Однополостный гиперболоид вращения первой башни Шухова образован 80 прямыми стальными профилями, концы которых крепятся к кольцевым основаниям. Сетчатая стальная оболочка из ромбовидно пересекающихся профилей упрочнена 8 параллельными стальными кольцами, расположенными между основаниями. Высота гиперболоидной оболочки башни – 25,2 метра (без учёта высот фундамента, резервуара и надстройки для обозрения). Диаметр нижнего кольцевого основания – 10,9 метра, верхнего – 4,2 метра. Максимальный диаметр бака – 6,5 метра, высота – 4,8 метра. От уровня земли из центра основания башни до уровня дна резервуара поднимается красивая стальная винтовая лестница.

В центральной части бак имеет цилиндрический проход с прямой лестницей, ведущей на смотровую площадку на верхней поверхности резервуара. Над смотровой площадкой на баке сделана гиперболоидная надстройка с прямой лёгкой лестницей, ведущей на более высокую малую смотровую площадку. Гиперболоидная надстройка смонтирована из 8 прямых профилей, упирающихся в кольцевые основания, между которыми расположено ещё одно упрочняющее кольцо. Верхняя площадка в 1896 году имела деревянный настил и ограждение (не сохранились). Общая высота башни до верхнего кольца надстройки составляет 37 метров. Все стальные элементы конструкции башни соединены заклёпками. К выступающим из фундамента металлическим стержням арматуры, имеющим нарезанную резьбу, кольцевое стальное основание башни прикручено гайками.

Одним из памятников деятельности Владимира Григорьевича является башня на реке Оке.

Единственная в мире гиперболоидная многосекционная опора линии электропередачи, выполненная в виде несущей сетчатой оболочки. Шуховская башня на Оке построена через семь лет после башни на Шаболовке, признаётся западными специалистами более совершенной и достойной внесения в список Всемирного наследия.

Обследование башни занимались сотрудники Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета. Ими были проведены работы по уточнению состояния башни, а так же анализ состояния отдельных её элементов, несколько из которые подверглись коррозии, и деформациям, связанными, возможно, с ошибками при монтировании.. Это отчётливо видно на фотографиях, которые были предоставлены, после осмотра башни.

По результатам обследования был сделан вывод, что башня находиться в хорошем состоянии, местные деформации в элементах и коррозия не повлияли на общую устойчивость и прочностные характеристики башни.

После проведения ремонтных работ по восстановлению утраченных 16 опорных стержней и окраски элементов, башня вернула своё первоначальное состояние и былую красоту. Студенты ННГАСУ постоянно занимаются исследованиями, связанными с шуховскими конструкциями. Диссертация Н.А. Василяко «Исследование напряжённо-деформированного состояния элементов башни высотой 128 м системы В.Г. Шухова» в которой проводилась оценка надёжности восстановленной башни. Также прводилось исследование связанное с ветровым воздействием на башню, была создана модель, которая в дальнейшем помещалась в аэродинамическую трубу и продувалась, ценность этой работы заключается в следующем:

• получены коэффициенты надёжности при разных режимах работы

• получены виды распределения скоростей ветра

• графики зависимости значения аэродинамических характеристик от диаметра конструкции

Шуховские гиперболоидные башни в современной истории.

В настоящее время запатентованные гиперболоидные конструкции Владимира Григорьевича Шухова используются по всему миру, ярким примером является телебашня Гуанчжоу, высота которой составляет 610 метров. Сетчатая оболочка башни выполнена из стальных труб большого диаметра. Башню венчает стальной шпиль высотой 160 метров.

В 1963 г. по заветам Шухова в японском порту Кобе возвели 108-метровую башню, предназначенную для туристов, откуда они могут полюбоваться замечательной панорамой города и побережья. Конструкция не подкачала: даже во время 7-балльного землетрясения, случившегося в 1995 г., башня выстояла. Шуховский гиперболоид представляет собой и 318-метровая башня Aspire в столице Катара Дохе. Это внушительное сооружение в виде факела было открыто в 2006 г., хотя внутренняя отделка его еще не до конца закончена. Интересно, что прочность конструкции позволила разместить здесь настоящий спортивный бассейн – в 80 м над уровнем земли.

Рис. башня Aspire в столице Катара Дохе

Есть гиперболоидные башни в Польше и Бразилии, Испании и Австралии, Чехии и Швейцарии. Сетчатые конструкции использовали, наверное, все великие архитекторы XX века – и Антонио Гауди, и Оскар Нимейер... даже знаменитые здания-шары Бакминстера Фуллера имеют решетчатую основу, изобретенную Шуховым.

Библиографический список:

1. Виноградова Т. П., Авдеев С. О.; Нижегородский открытия. Код Шухова. Н. Новгород. 2013г.

2. Грефе Р., Гаппоева М.М., Перчи О., перевод с немецкого Глотова Л.М., Гаппоева М.М.;

В.Г. Шухов. Искуство конструкции., Москва «Мир» 1994г.

3. Хан-Магомедов С.О.; Творцы авангарда. Владимир Шухов. Москва 2010г. 192 с.

Код для цитирования: Скопировать