Шухов Владимир Григорьевич - гений инженерной мысли Текст научной статьи по специальности «Искусствоведение»

РАЗДЕЛ 2.

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК [624.07(092)+929](477)

ШУХОВ ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ - ГЕНИЙ ИНЖЕНЕРНОЙ МЫСЛИ

Гордость отечественной науки Академик И.П. Бардин (к 160-летию со дня рождения)

Ажермачёв Г.А., к. т.н., профессор

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

Герой Социалистического труда, член-корреспондент Академии наук СССР И.М. Рабинович сказал о В.Г. Шухове: «Поражает огромное количество разработанных сооружений, спроектированных и возведенных под руководством одного человека, уверенно взвалившего на свои плечи, на свою ответственность и легко несущего этот груз, как бы не замечая его тяжесть». Это больше пятисот объектов: резервуары для нефтепродуктов, танкеры, насосы, крекинг-заводы, нефтепроводы, паровые котлы, платформы для орудий, водонапорные башни, маяки, заводские цеха, гражданские здания, мосты, доменные печи и т.д. Но наибольший вклад Шухов В.Г. внес в строительную науку. Очень многое из того, что сделал Владимир Григорьевич, отмечено эпитетами: «впервые в мире», «крупнейший в мире», «самый совершенный в мире», «наиболее экономичный».

Рис. 1. В.Г. Шухов - студент МИТУ

Академик, Герой Социалистического труда Владимир Григорьевич Шухов родился 26 августа 1853 г. в старинном городке Гайворон Курской губернии.

Володя Шухов с отличием окончил гимназию в Петербурге, блестяще выдержал вступительные экзамены и поступил на механический факультет Московского Императорского Технического училища (ныне МВТУ) «казеннокоштным» студентом, который с отличием и золотой медалью окончил в 1876 г. (он даже был освобожден от защиты дипломного проекта) и командирован в США для изучения американской техники.

Совет МИТУ постановил оставить В.Г. Шухова при училище для подготовки к профессорской деятельности. Выдающийся академик П.Л. Чебышев предложил ему совместно работать в области теоретической математики и аналитической механики (рис.1.)

Вернувшись из поездки в США, Шухов отклонил все лестные предложения и избрал путь практической инженерной деятельности.

В 1878 г. В.Г. Шухов поступил на должность главного инженера в контору А.В. Бари, с которым познакомился на выставке в Филадельфии, посвященной столетию независимости США. Инженерный гений В.Г. Шухова превратил небольшую вначале

контору в одну из передовых технических фирм России. Недаром фирму А.В. Бари называли «конторой по эксплуатации изобретений Шухова».

Отец русской авиации профессор МИТУ Николай Егорович Жуковский с гордостью писал о воспитаннике технического училища: «В разрешение всех вопросов, с которыми Владимиру Григорьевичу пришлось соприкасаться за продолжительное время его технической деятельности, он вносил тонкое научное исследование и оригинальность мысли».

При разработке проектов разных сооружений В.Г. Шухов всегда обсуждал со своими ближайшими сотрудниками, инженерами поставленную задачу. Такие совещания проходили интересно, живо. Своими остроумными предложениями он увлекал весь коллектив. Обычно В.Г. Шухов предлагал всем подумать над решением задачи несколько дней. Снова коллективно заслушивали предложения каждого сотрудника. В конце обсуждения Владимир Григорьевич знакомил со своим вариантом решения. Этого момента всегда ждали с нетерпением.

В 1878 г. В.Г. Шухову предлагается самостоятельное руководство филиалом фирмы в Баку, продолжая работать главным инженером конторы Бари. Здесь, знакомясь с развивающейся молодой нефтяной промышленностью России, он увидел, как десятки отечественных и зарубежных предприятий варварски используют несметные нефтяные богатства, увидел убогую, примитивную технику добычи, хранения, перевозки, переработки и сжигания нефти, увидел жесточайшую эксплуатацию рабочих.

Деятельность В.Г. Шухова оказала огромное влияние на развитие нефтяной промышленности. Вот как охарактеризовал его работы крупный ученый, директор Всесоюзного нефтегазового научно-исследовательского института член-корреспондент Академии наук СССР А.П. Крылов: «В сравнительно короткий срок изобретения и усовершенствования В.Г. Шухова коренным образом изменили технику нефтяного производства. Его предложения были поддержаны Д.И. Менделеевым. Уровень техники хранения и транспорта нефти соответствовал архаическим методам ее добычи. В.Г. Шуховым были рассчитаны, сконструированы и построены первые цилиндрические резервуары из металла, первый нефтепровод с подогревом для перекачки нефти, форсунки для сжигания нефти, распыленной паром. Глубокий математический анализ и инженерный расчет в сочетании с экономическими соображениями позволили В.Г. Шухову дать законченную теорию сооружения резервуаров минимального веса. В результате сложных исследований и расчетов им были получены простые формулы расчета нефтепроводов, которые стали классическими».

Паровые котлы В.Г. Шухова - эпоха в котлостроении, классика, ставшая непременным достоянием всей литературы, от учебной и специальной до популярной.

Мировая история техники занесла замечательные изобретения В. Г. Шухова в свои скрижали. Но шуховские котлы - это не только история. Некоторые из них служат еще и сейчас. Поразительный пример редчайшего долголетия для века стремительного прогресса техники, когда многие инженерные творения, едва успев появиться, устаревают, уступая дорогу новому.

Рис.2. Большепролетный павильон в Нижнем Новгороде на Всероссийской

промышленной выставке

В период первой мировой войны контора Бари выполняла ряд важных военных заказов. И здесь инженерный гений В.Г.Шухова позволил блестяще решить поставленные задачи. Он создал несколько типов плавающих мин с сетями заграждения, спроектировал батопорты - плавучие ворота, закрывающие доступ воде в сухой судоремонтный док, разработал оригинальную конструкцию орудийной платформы и др.

Творчество В.Г. Шухова оставило особенно большой след в строительной технике. Блестящие, подлинно пионерские теоретические работы Шухова по теории устойчивости и прочности пространственных упругих систем позволили ему спроектировать уникальные по сложности сетчатые сооружения.

В 1899 г. Владимир Григорьевич получил две привилегии на новые конструктивные решения сетчатых покрытий. В 1896 г. в Нижнем Новгороде на Всероссийской промышленной выставке он демонстрирует шесть большепролетных павильонов, перекрытых висячими сетчатыми мембранными системами (рис.2). Это было настолько неожиданно и оригинально, что даже специалисты удивились таким сооружениям. Позднее такие системы Шухов применил в покрытиях промзданий.

Висячие покрытия В.Г. Шухова примерно на 50 лет опередили другие страны в применении подобных конструктивных решений. Широкое применение висячих покрытий началось только с 50-х гг. ХХ века.

Профессор Худяков П.К. писал: «Изыскание вида такой поверхности 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 не могли быть созданы заурядным инженером. Для этого нужна была особая, неутомимая пытливость ума самостоятельного инженера, широкая деятельность которого оказала развитию русской промышленности ряд других, не менее важных, услуг... У всех специалистов по инженерному и строительному делу, осматривающих выставочные здания, покрытия инженера Шухова возбудили к себе захватывающий интерес, и особенно потому, что идея их устройства не могла быть позаимствована ни в Европе, ни в Америке».

Рис.3. Аджигольский маяк

Еще одно замечательное сооружение привлекало посетителей выставки 1896 г. «Резервуар на 10 тысяч ведер питьевой воды помещается на вершине высокой башни, представляющей своего рода «гвоздь» нынешней выставки», - писалось в ее путеводителе.

«Гвоздь» выставки - это результат дальнейшего развития плодотворной идеи использования в различных конструкциях сетчатых покрытий. Вот как описывает идею сам В.Г. Шухов (в тексте заявки на привилегию): «Ажурная башня, характеризующаяся тем, что остов ее состоит из пересекающихся между собой прямолинейных деревянных брусков, или железных труб, или уголков, расположенных по производящим тела вращения, форму которого имеет башня, склеиваемых между собой в точках пересечения и, кроме того, соединяющих горизонтальными кольцами».

Показанные сооружения в натуральную величину получили широкий резонанс. Даже в зарубежной прессе подробно сообщалось о шуховских конструкциях («The Nijni-Novgorod exhibition: Water tower, romm under construction, springing of 91 feet span». The Engineer, London, 83, 1897, 19.3 - p.292-294).

Гиперболоидная форма нашла широкое применение в практике проектирования и строительства не только металлических, но и железобетонных конструкций (градирни, резервуары для хранения жидкостей и т. д.).

Около 200 металлических водонапорных башен и маяков такой формы были построены по всей стране и за рубежом. Большое количество башен привело к частичной типизации общей конструкции и ее отдельных элементов. Тем не менее, эти серийно изготовляемые башни демонстрируют поразительное разнообразие форм.

Рис. 4. Башня высотой 108 м в порту Кобе (Япония)

В.Г. Шухов с нескрываемым удовольствием использовал свойство гиперболоида, применяя самые разные формы, например, изменяя положение раскосов или диаметры верхнего и нижнего краев. И каждая башня имела свой, отличительный от других внешний вид и свою несущую способность.

Сложная, в том числе и в конструктивном отношении, задача заключалась в том, чтобы установить тяжелые баки на необходимой в каждом случае высоте, зрительно не подавив при этом предельно легкую опору, и всегда решалась с удивительным ощущением формы. Наибольшую высоту среди гиперболоидных башен имела башня Аджигольского маяка - 68 м. Это прекрасное сооружение сохранилось и находится в 80 км к юго-западу от Херсона (рис.3).

Идеи конструктивных решений шуховских башен находят применение и в современных сооружениях. В 1963 г. в порту Кобе (Япония) была построена 108-метровая гиперболическая шуховская башня. Архитекторы Даниэль Рот и Александр Ком в 2003 г.

построили гиперболическую башню Шухова в Цюрихе. 610-метровая гиперболическая башня Шухова была построена в 2005-200^^^^Гуанчжо^Китай).

Рис.5. Покрытие дебаркадера Киевского вокзала в Москве

Сейчас шуховская башня признана международными экспертами одним из высших достижений инженерного искусства. На международной научной конференции «Heritage at Risk. Сохранение архитектуры ХХ века и всемирное наследие», прошедшей в апреле 2006 г. в Москве с участием более 160 специалистов из 30 стран мира, ученые в своей декларации назвали шуховскую башню в числе семи архитектурных шедевров русского авангарда, рекомендованных на включением в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.

В последующие годы были запроектированы и построены по всей стране сотни сооружений с шуховскими конструкциями: в Москве - покрытие дебаркадера Киевского вокзала (рис.5; пролет - 48 м, высота 30 м, длина 230 м), центрального зала Главного почтамта, зала ресторана «Метрополь», музея изобразительных искусств, пассажей ГУМа на Красной площади, цехов на заводах «Динамо», «АМО» и многие другие. На Выксунском чугуноплавильном заводе цех был впервые перекрыт сводом двоякой кривизны.

Особенно следует остановиться на конструктивном решении покрытия пассажей ГУМа на Красной площади, где В.Г. Шухов применил ажурное сводчатое покрытие из арочных элементов, имеющих высоту сечения 1/400 от пролета, «заставив» их воспринимать одностороннюю снеговую нагрузку за счет преднапряжения арок тонкими наклоненными струнными затяжками (рис.6).

Рис.6. Конструкции покрытия ГУМа на Красной площади в Москве

После гражданской войны под руководством В.Г. Шухова было восстановлено 30 крупных и построено более 400 различных железнодорожных мостов, запроектированы и возведены покрытия мартеновских цехов Кузнецкого и Магнитогорского металлургических заводов, построены доменные цеха и т. д.

В 1919 г. молодое правительство России ставит перед инженерами задачу -обеспечить возможность непосредственной связи с внешним миром и окраинами страны.

По первоначальному замыслу специалистов Государственного объединения радиотехнических заводов для выполнения поставленной задачи требовались радиотехнические сооружения высотой не менее 350 м. В это время в мире существовало единственное сооружение высотой 300 м - Эйфелева башня.

Разработку проекта башни было поручено В.Г. Шухову. Он пошел оригинальным путем, запроектировал башню высотой 350 м. Таких сооружений в мире еще не было. В.Г. Шухов доложил проект в правительстве страны, и, будучи гражданином с большой буквы, высказал свои опасения. Если Эйфелева башня при высоте 300 м имеет массу 8000 т, а запроектированная башня при высоте 350 м - 2200 т, то сможет ли государство при настоящем экономическом состоянии найти столько металла?

Этот довод на заседании правительства сыграл решающую роль. Проект был кардинально переработан. Высота башни составила 148 м. Сократилась дальность приема радиосигналов. Но с уменьшением высоты башни в два с лишним раза вес требуемого металла сократился в десять раз.

Сначала предполагалось разместить московскую радиостанцию в Кремле. Однако вскоре стало понятно, что металлические купола Ивана Великого и Успенского собора, крыши и металлические конструкции Кремлевского дворца помешают радиосигналам, дальность действия которых не превышает в среднем 600-800 км. Поэтому выбрали более подходящее место для строительства по соседству с Шаболовкой.

19 марта 1922 г. вступил в эксплуатацию мощный радиопередатчик Шаболовской радиостанции, а 1 апреля состоялся митинг по случаю выдающегося строительного достижения не только для РСФСР, но и для всего мира (рис.7).

Рис.7. Башня В.Г. Шухова на Шаболовке

Шаболовская радиостанция оставалась главной радиостанцией до 1967 г., когда в Москве был построен новый радиотелевизионный центр с башней высотой 533 м.

В 1417-1420 гг. в г. Самарканде было построено медресе два минарета средневекового астронома и математика Улугбека. На протяжении пяти веков они выдержали несколько катастрофических землетрясений. К началу ХХ века они имели отклонения от вертикали. В одном это отклонение составляло 1,8 м и требовало немедленного спасения сооружения. В 1932 г. при консультации В.Г. Шухова этот минарет был выправлен. Минарет был отрезан от своего основания и временно закреплен на металлической раме, а затем его установили на железобетонной плите. Выправление минарета высотой 32 м заняло всего несколько дней.

В.Г. Шухов более пятидесяти лет занимался проектированием и созданием оригинальных сооружений. Он является основателем исследовательского и проектного института металлических конструкций - ЦНИИПроектстальконструкция, коллектив которого вместе с дочерними подразделениями насчитывал несколько тысяч специалистов высокого класса. В этом коллективе Владимир Григорьевич проработал до 1939 г. На фасадной стене института установлена мемориальная доска Шухова.

Автору этих строк очень приятно, что, работая в этом институте многие годы, ему посчастливилось встречаться с теми, кто еще работал с В.Г. Шуховым, учиться у них. Это лауреаты многих государственных премий в области металлостроительства: Н.П. Мельников, Г. Д. Попов, А.Г. Соколов, З.И. Брауде и многие другие.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Стрелецкий Н.С., Гениев А.Н., Балдин В.А., Беленя Е.И., Лессиг Е.Н. Стальные конструкции. / Под общ. ред. Н.С. Стрелецкого. - М., Госстройиздат, 1952. - 852 с.

2. Мельников Н.П. Металлические конструкции. - М., Стройиздат, 1983. - 543 с.

3. Труды III Международной конференции по предварительно напряженным металлическим конструкциям. Т.1, 2, 3. - М., «Мир», 1971.

4. Шухов В.Г. Строительная механика. / Под ред. А.Ю. Ильшинского. - М., 1977. -192 с.

УДК 624.016

РАБОТА УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ СТРУКТУРНОЙ КОНСТРУКЦИИ С ЭЛЕМЕНТАМИ РЕЩЕТКИ, ВЫПОЛНЕННОЙ ИЗ КРУГЛОЙ ТРУБЫ

Митрофанов С. В., ассистент каф. МДК

Национальная академия природоохранного и курортного строительства.

Статья посвящена исследованиям работы узловых соединений структурных плит.

Представлены результаты теоретических расчетов и практических испытаний.

Выполнен анализ, полученный данных. Произведено сравнение практических и

теоретических значений. Сделаны выводы по результатам исследований.

Ключевые слова: структуры, узел структуры, стержневые элементы, метод

конечного элемента.

Введение

После распада Советского Союза основная часть заводов по производству элементов для легких структурных конструкций осталась на территории России. Возможности Украины по быстрому наращиванию производственных мощностей по производству конструкций из эффективных быстровозводимых структурных покрытий значительно снизились. К этому времени появилась необходимость в разработке зданий с уменьшенной сетки колонн с небольшой ячейкой и эффективным защитным покрытием всех элементов структурных конструкций.

Разработанные при участии автора структурные конструкции с ячейкой средних размеров позволяют значительно ускорить выпуск конструкций, которые имеют высокую эффективность при изготовлении и минимальные эксплуатационные расходы. Для их изготовления было создано фасонное узловое соединение, позволяющее быстро выполнить соединение стержневых элементов, не нарушая защитного покрытия [1, 2].

Целью исследований является

численные и экспериментальные исследования узловых соединений структурных конструкций для определения наиболее вероятных причин отказа.