Идея для будущего
Идея для будущего
Принципиальное значение шуховских конструкций поначалу не было по-настоящему оценено в комитете по устройству выставки. В то время как одни сотрудники комитета сразу стали горячими сторонниками идеи Шухова, другие отнеслись к ней достаточно скептически. Они утверждали, что висячие сетчатые перекрытия окажутся слишком зыбкими, не смогут оказать должного сопротивления односторонней нагрузке - ветру и снегу. Решающим оказалось мнение заведующего техническим и строительным разделами выставки Э. К. Фон-Циглера, который сумел понять преимущества новых покрытий и предугадать тот живой интерес, какой они вызвали не только у специалистов, но и у широких кругов посетителей.
К немалому удивлению Шухова, прогрессивность и новизну его конструкций должным образом оценили и в министерстве путей сообщения. В нарушение прочно бытующих здесь традиций кастовой замкнутости, Владимиру Григорьевичу, инженеру-непутейцу, предложили взять на себя проектирование павильонов железнодорожного транспорта России.
Управление казенных железных дорог, заключившее с конторой Бари контракт на постройку павильонов, не пошло по стопам выставочной комиссии, наверное, потому, что не было стеснено в средствах. Оно с лихвой возместило все расходы конторы по изготовлению конструкций и постройке с уговором, что после закрытия выставки здания становятся собственностью министерства путей сообщения и будут использованы на одной из железных дорог.
Уже в процессе сооружения выставочных построек выяснилось, что ставка на шуховские проекты целиком оправдала себя. Павильоны росли с непостижимой быстротой. По контракту контора Бари была обязана приступить к работам на территории Нижегородской выставки 1 мая 1895 года и сдать постройки в законченном виде через три месяца - не позже 1 августа. Срок этот, казавшийся многим специалистам совершенно нереальным, был выдержан.
«Легкость и аккуратность сборки и простота установки покрытий Шухова,- отмечал «Технический вестник и сборник промышленности»,- зиждется на применении им принципов организации массовых работ над большим числом легких и однообразно повторяющихся полос, которые размечаются и выкраиваются по одним и тем же шаблонам и требуют для всей обработки и сборки наипростейших приемов».
Журнал подчеркивал, что шуховские покрытия можно возводить при минимальных затратах и стоимости материала, времени и рабочей силы, что для сборки конструкций не требуются опытные рабочие и сложные приспособления, что подъем тяжелых частей на высоту совершенно исключен, «работы идут споро, без задержек».
Напрасны были и опасения насчет неустойчивости перекрытий Шухова, их неспособности выдержать тяжесть снега.
– Беспочвенность таких страхов можно доказать наглядно,- предложил Владимир Григорьевич членам выставочного комитета.
– А именно?
– Впереди зима, возможно, суровая. До открытия выставки остается больше полугода. Распорядитесь, чтобы до весны снег с наших крыш не сбрасывали. Если перекрытия останутся целыми и невредимыми - споры вокруг них сразу прекратятся.
– Не слишком ли рискованно? Кто знает, сколько снегу может выпасть за зиму?
– Ничего. Ответственность полностью беру на себя. Уверенность Шухова, как всегда, была основана не
только на интуиции, кстати, редко обманывавшей его, но и на точном расчете. Позднее в своей книге «Стропила» Владимир Григорьевич писал, что «неравномерное распределение снега по обоим скатам крыши может дать одностороннюю нагрузку, величина которой, вообще говоря, незначительна». Шухов объясняет, что при сильном ветре снег сдувает как с вершины кровли, так и с той стороны, откуда дует ветер. Поэтому не может быть совокупного действия ветра, даже ураганного, и снега на одну сторону кровли. Исключением является мокрый снег, прилипающий к крыше с наветренной стороны. Владимир Григорьевич показывает, как рассчитать перекрытие, учитывая возможность такой односторонней нагрузки.
Правота Владимира Григорьевича подтвердилась ветреным весенним днем, когда с карнизов начали обрушиваться ледяные сосульки, а санные колеи на территории выставки заполнились водой. Поднявшись по лестнице, специально устроенной для скептиков, как пошутил Шухов, сотрудники администрации убедились воочию, что предсказания противников проекта не сбылись: никаких «снеговых мешков» в вогнутых частях покрытия не видно, остатки снега быстро исчезают под лучами весеннего солнца, талые воды беспрепятственно уходят через внутренний водосток.
Еще больше удивились оппоненты Шухова, когда обнаружилось, что зимняя непогода ничуть не повлияла на покрытия круглого павильона, навлекавшие на себя особенно много критических замечаний. Вогнутое покрытие центральной части здания, выстроенного по проекту Владимира Григорьевича, напоминало огромную чашу. Выводы экспертов насчет прочности покрытия приводятся в уже цитированной статье «Технического сборника и вестника промышленности»: «Опыты с такими покрытиями… показали, что в чаше снег не держится, весь выдувается из нее, и опасения относительно продавливания чаши с тонкими стенками под тяжестью снега оказываются лишенными всякого основания».
Посещения экспертов, инспекторов, администраторов для проектировщика лишь репетиция перед премьерой - открытием выставки. И вот этот день настал. 28 мая 1896 года взвились флаги над всеми 120 павильонами Всероссийской промышленной и художественной выставки, капельмейстер оркестра лейб-гвардии Преображенского полка взмахнул палочкой, в воздухе поплыли звуки увертюры к «Жизни за царя», и праздничный поток гостей двинулся по аллеям и дорожкам.
Уже в первые часы после открытия можно было догадаться, что здания, построенные по проектам Шухова, станут одной из главных достопримечательностей выставки. Посетителей, неискушенных в тонкостях строительного дела, ошеломлял вид легких, кажется, почти невесомых шатров из металла и стекла, раскинувшихся над просторными залами. Люди, знакомые с основами строительного дела, подолгу простаивали в шуховских павильонах, запрокинув вверх головы: где же прогоны, обрешетка, фермы, световые фонари - привычные элементы перекрытий?
– Для меня это далеко не первая выставка такого рода,- говорил Шухову знакомый инженер-строитель, прохаживаясь вместе с ним по залу машинного отдела.- Бывал в Вене, Чикаго. Любовался Хрустальным дворцом в Лондоне, тем, который Стасов назвал началом новой эпохи в архитектуре. Гулял под арками Дворца машин на Всемирной выставке в Париже. Большепролетными конструкциями из металла меня не удивишь. Откровенно говоря, не рассчитывал увидеть здесь, в Нижнем Новгороде, что-то очень интересное. Но посетил ваши павильоны и понял, что был не прав. Исключительно удачное решение, я бы сказал, счастливая находка!
Счастливая находка, проблеск света во тьме. Обязаны ли своим рождением шуховские конструкции внезапной вспышке вдохновения? Если плодотворная идея сетчатых покрытий всего лишь случайная гостья, заглянувшая к Шухову, то перед нами лишь подтверждение мнения английского поэта-сатирика Сэмюэля Батлера:
Все изобретенья обязаны рожденьем
Не разуму людей, не тонким рассужденьям;
Они дались тому, кто счастлив был:
Он свет на них нечаянно пролил.
Вряд ли сам Шухов нашел бы уместным такое объяснение собственных творческих удач. Прежде всего Владимир Григорьевич, с его отличным знанием английского языка, мог бы заметить, что переводчик несколько обеднил смысл четверостишия. В оригинале говорится не просто о нечаянной находке изобретателя, а об открытии, сделанном «по ошибке или недосмотру». Между тем шуховская идея сетчатых конструкций меньше всего обязана своим рождением ошибке, недосмотру, наконец, простой случайности.
«Изыскание вида такой поверхности,- говорит о сетчатых покрытиях Шухова профессор П. К. Худяков,- явилось у изобретателя результатом самостоятельного математического анализа; в существующих курсах инженерного и строительного искусства бесполезно было бы искать на этот случай каких-либо указаний. Поэтому ясно, что подобные покрытия но могли быть созданы заурядными инженерами и архитекторами, имеющими хотя бы и большую практику по копированию существующих устройств, для этого нужна была особенная, неутомимая пытливость ума самостоятельного инженера, с полным сознанием относящегося к каждой новой работе, которая проходит через его руки… Минимальный вес покрытий Шухова,- подчеркивает далее Худяков,- является сам собой, как неизбежный результат предыдущего изыскания».
Каким же путем шел Владимир Григорьевич к своей идее сетчатых покрытий? Основной темой большой аналитической работы, которую вел Шухов задолго до открытия Всероссийской выставки, было рациональное проектирование стропил. Расчеты, проведенные уже на первом этане исследований, помогли значительно уменьшить вес металла даже в таких давно известных конструкциях, как фермы Полонсо.
Продолжая искать возможности дальнейшего уменьшения веса материала, затрачиваемого на единицу площади покрытия, Владимир Григорьевич задается вопросом, насколько оправдано традиционное устройство всех общепринятых покрытий, состоящих из четырех рабочих элементов - настила, обрешетки, прогонов и стропильных ферм. Оказывается, условия работы элементов неодинаковы. На долю каждого последующего элемента приходится нагрузка от всех предыдущих. Неизбежно возрастает вес фермы, поскольку она должна полностью нести нагрузку, собираемую настилом, обрешеткой и прогонами.
Такая неравномерность не устраивает Шухова. Он хочет уравнять условия работы элементов покрытия под нагрузкой, помочь проектировщикам в поисках «наивыгоднейшего геометрического расположения всех частей фермы, при котором вес употребленного на устройство фермы материала был бы наименьший». Анализируя стропильную ферму с этих позиций, Владимир Григорьевич приходит к парадоксальному выводу. Он гласит, что наименьший вес будет иметь покрытие, в котором длина панели а, расстояние между фермами е и расстояние между обрешетинами кровли с равны между собой, т. е. а = е = с.
Пусть читатель не волнуется. Мы вовсе не намерены навязывать ему утомительное и трудное путешествие сквозь заросли математических выкладок. Отметим только, что несложная формула, которой Шухов завершает свои расчеты, на первый взгляд могла показаться строителям лишенной практического смысла. С одной стороны, она убеждает проектировщика уменьшить расстояние между фермами. Но, как признает сам Шухов, «с уменьшением расстояния между фермами возрастает приходящееся на единицу площади покрытия количество материала, которое идет на выполнение стыков, а, с другой стороны, с уменьшением длины панели возрастает число раскосов и число связей между узлами ферм». Иными словами, вес фермы возрастает настолько, что она становится совершенно неэкономичной.
Но значит ли это, что формула Шухова привела нас в тупик, что она чревата неустранимыми противоречиями? Нет, именно опираясь на свою формулу, Шухов делает смелый, подлинно новаторский шаг. Он решается отвергнуть ферму как один из основных элементов покрытий, выдвинуть принципиально новый метод их сооружения. «Единственный практически возможный путь для уменьшения размеров а и е в покрытиях,- пишет он,- заключается в применении устройства сетчатых поверхностей, которые, при самых разнообразных условиях в задании, но составленным мною проектам и были построены конторою А. В. Бари на выставке в Нижнем Новгороде. Расчет таких покрытий делается на основании изложенной здесь теории арочных покрытий».
Почему Шухов заканчивает свою книгу «Стропила» этими словами, отчего расстается с читателем, едва лишь подведя его к расчету сетчатых конструкций? Почему он не считает нужным продолжить работу, в предисловии к книге названную профессором Худяковым «лучшим украшением трудов Политехнического общества»?
Вопрос этот занимал, надо полагать, многих почитателей инженерного таланта Владимира Григорьевича. К примеру, доцент Н. Ботвинкин, воздав в «Техническом сборнике и вестнике промышленности» должное новизне и оригинальности сетчатых покрытий инженера-механика Шухова, отметил все же, что теория расчета таких конструкций отсутствует, и даже попытался восполнить этот пробел своей статьей «Расчет висячих крыш».
Выход обещанной Политехническим обществом второй части труда Шухова, содержащей основы расчета его сетчатых покрытий, так и не состоялся. Причину этого вряд ли стоит искать только в непомерной загруженности Владимира Григорьевича, в работе над новыми проектами. Вероятнее всего, воздержаться от публикации продолжения труда Шухова вынуждает должность главного инженера частной технической конторы. Ведь даже книга «Стропила» была, как предупредительно оговорил Худяков, напечатана «с любезного разрешения А. В. Бари». Изобретения Шухова, пусть даже и запатентованные им, по условиям того времени, являлись собственностью фирмы. И владелец ее вовсе не испытывал желания вооружать возможных конкурентов основами расчета оригинальных конструкций, которым должно принадлежать большое будущее.
Просматривая издания девяностых годов прошлого столетия, находишь во многом повторяющие друг друга отзывы о выставочных павильонах, сооруженных по проектам Шухова. «Система Шухова основана на принципе устройства палаток,- сообщает «Технический сборник и вестник промышленности»,- строится железная сетка, которая прямо покрывается кровельным железом». «Павильоны очень оригинальной формы,- находит журнал «Нива»,- имеют вид шатра, у которого крыша не установлена на стропилах, а представляет натянутую висячую сетку. Это новость, шаг вперед в архитектурном деле…» «Своеобразным шатром» называют шуховские покрытия авторы одного из путеводителей по выставке.
Итак, палатка, шатер. В чем же тут дело - во внешнем сходстве? Не только в нем. Ведь шатровые крыши над деревянными и каменными постройками возводились еще в Древней Руси. Обычная двускатная крыша над старой крестьянской избой тоже напоминает своими очертаниями шатер или палатку, хотя и является самой что ни на есть жесткой конструкцией.
Речь, следовательно, идет не о внешнем облике, а о принципе. Покрытия выставочных павильонов строительного и инженерного дела так же, как шатры первобытного человека, сделанные из шкур,- висячие конструкции. Разумеется, это нисколько не умаляет значение идеи, блестяще разработанной и осуществленной Шуховым. Казалось бы, что общего между легким, хлопающим на ветру тентом и стальной конструкцией перекрытия? Общее в том, что основные элементы и подвесного сетчатого покрытия, и древнего как мир шатра работают по преимуществу на самый выгодный в инженерном смысле вид усилия - на растяжение.
То, что принцип висячей конструкции стар как мир, лишь подчеркивает новаторство Шухова. Разве роль Можайского или братьев Райт в истории авиации меркнет от того, что прообраз первых летательных аппаратов тяжелее воздуха - древний воздушный змей? К простейшему решению Шухова ведут остроумные догадки, рожденные долгими поисками, точными расчетами. Он с полным правом мог бы сказать: мои конструкции легки потому, что в них нет праздного металла.
Владимир Григорьевич решает свою задачу, сближая несущие элементы покрытия, превращая их в однородную сетку, заменяющую одновременно обрешетку, прогоны и, наконец, фермы. Как видно, Шухов хорошо понимал, какое значение имеет открытая им возможность снять вековое противоречие между легкостью и прочностью конструкции. Поэтому он решил закрепить свой приоритет на сетчатые покрытия заявками в департамент торговли и мануфактур. Заявки на «сетчатые покрытия для зданий» и «сетчатые сводообразные покрытия» датированы 27 марта 1895 года, то есть поданы за тод с лишним до открытия выставки в Нижнем Новгороде.
Нет, однако, оснований полагать, что плодотворная идея обязана своим появлением на свет именно выставке. Эта идея родилась значительно раньше, в тот период, когда Владимир Григорьевич тщательно анализировал существующие системы покрытий.
Один из биографов Шухова удачно сравнивает его с художником, который, задумав большую картину, вначале работает над ее фрагментами и продумывает отдельные элементы композиции. Задолго до выставки Владимир Григорьевич проверяет свою идею на сооружениях меньшего масштаба. По существу, первой практической проверкой расчетов Шухова была постройка двух сетчатых арочных покрытий над зданием нефтекачки в Грозном еще в 1890 году. Следующим шагом стало устройство висячего сетчатого покрытия над круглым зданием Московского котельного завода, законченное в ноябре 1894 года. Лишь после этого, во всеоружии теории и опыта, Шухов приходит к решению выступить на Нижегородской выставке с широким показом различных вариантов применения сетчатых конструкций. Многое из того, о чем здесь рассказано, может показаться достаточно элементарным. Не слишком ли распространяются авторы по поводу общеизвестных истин? И в самом деле, развернем взятую наудачу книгу по сопротивлению материалов, вышедшую в наши дни, и прочтем: «С уменьшением поперечных размеров брус теряет способность воспринимать изгибающие моменты. В этом случае целесообразно принять, что его жесткости на изгиб, кручение и на сжатие равны нулю и что он способен работать только на растяжение. Так рождается схема гибкой нити. Ее дальнейшим развитием является схема гибкой сети. Аналогичные обстоятельства позволяют создать схемы мембраны и гибкой оболочки, способных работать только на растяжение». (Курсив наш.- Авт.)
Выводы, к которым Владимир Григорьевич приходил путем многолетних неустанных поисков, здесь звучат как прописные истины. Но разве это умаляет роль Шухова? Разве можно осуждать ученого за то, что ему приходилось доходить своим умом до многих положений, изложенных в учебниках восемьдесят лет спустя?
Данный текст является ознакомительным фрагментом.