Первые сооружения в форме стержневых пространственных систем: творческое наследие В. Г. Шухова, Г. Эйфеля, П. Л. Нерви

Как отмечалось в параграфе 7.1, первые оболочечные конструкции – купола, своды, навесы – появились в Средние века и были распространены по всему миру. Стержневые пространственные конструкции стали строиться значительно позже, в самом конце XIX в. По-видимому, это связано со сложностью устройства узловых соединений и, кроме того, отсутствовала потребность в возведении этих структур, в основном башенного или мачтового типа.

Первая стержневая пространственная мачтовая структура была возведена в Париже инженером-строителем Г. Эйфелем в представительских целях для Всемирной выставки 1889 г. в Париже (рис. 8.1,8.2). Эта конструкция вызвала массу споров о се полезности, эстетичности и выразительности. Но, как показало время, Г. Эйфель

Рис. 8.1. Эйфелева башня. Франция, г. Париж

Рис. 8.2. Фрагмент Эйфелевой башни (на малом карнизе написаны фамилии ученых-механиков: Seguin, Tresca, Lagrange, Laplace, Nevier и др.)

был прав, теперь Эйфелева башня стала символом города, и невозможно представить Париж без этого строения. Кроме этой башни Г. Эйфель (Gustave Eiffel, 1832–1923) построил несколько мостов, виадуков и других металлических конструкций. Он – автор каркаса Статуи Свободы для Нью-Йорка (1886). С 1900 г. он занимался в основном исследованиями по аэродинамике.

Родоначальником строительства стержневых пространственных систем можно смело назвать В. Г. Шухова (1853–1939), выдающегося русского инженера. Он первый создал, запроектировал и построил стержневые конструкции в форме однополостного гиперболоида вращения. В самом конце XIX в. Шухов построил первую в мире решетчатую гиперболическую башню, а затем оболочку двойной кривизны (рис. 8.3). Привилегия Шухова № 1856 "Ажурная башня" имела приоритет в подаче патента от 11 января 1896 г.

Рис. 8.3. Сетчатые стальные оболочки положительной гауссовой кривизны. Нижегородская обл., г. Выкса, 1897 г. (металлургический завод)

С 1906 г. на военных кораблях США стали возводиться гиперболоидные башни из стальных труб, указанных в шуховской привилегии, но они получили название американских башен. На российских броненосцах такие башни начали возводить с 1909 г. Отметим, что из более 200 построенных Шуховым опор линий электропередач в России осталось менее 10, высотных многосекционных – всего две. В 1989 г. 20- и 60-метровые опоры были демонтированы и оставлены только 128-метровые как наследие гениального русского инженера-ученого. Одна из его башен – Шаболовская радиотелебашня (1919–1922, рис. 8.4) – считается шедевром авангардной архитектуры. Его стержневые гиперболоиды вращения просматриваются в формах многочисленных современных стержневых структур. Методика конструирования и возведения безарочных сводов, предложенная В. Г. Шуховым (рис. 8.5), используется до

Рис. 8.4. Шаболовская радио-телебашня

настоящего времени. Его проекты – это функциональное совершенство, оптимальная схема, снижение материальных и трудовых затрат.

Некоторые исследователи сетчато-стержневых оболочек отдают первенство в строительстве стальных сетчатых конструкций Самуэлю Катлеру (Samuel Cutler), построившему стальные сетчатые оболочки газгольдеров в Восточном Гринвиче в 1886–1888 гг. (рис. 8.6) на восемь лет раньше В. Г. Шухова. Катлер начал строить такие оболочки с 1878 г. Однако можно напомнить слова профессора МИТУ П. К. Худякова (1858–1935): "Новые покрытия инженера Шухова возбудили к себе захватывающий интерес, особенно потому, что основная идея устройства является вполне оригинальной и нс могла быть позаимствована изобретателем ни в западноевропейских, ни в американских образцах..." Позднее, в 1940-х и в 1950-х гг., благодаря Б. Фуллеру и Н. Фостеру, стальные сетчатые оболочки стали одним из средств формообразования авангардных зданий. Их стали называть геодезическими куполами.

Сетчатая сводчатая конструкция многократно исполнена и запатентована П. Л. Нерви, хотя впервые патент № 1896 выдан Шухову на "Сетчатые сводообразные покрытия" еще 12 марта 1899 г., заявлен 11 января 1896 г. В 1936 г. патент Нерви был им осуществлен в двух ангарах Орвието размером 100,3 х 40,7 м в плане (рис. 8.7). Ромбическая сетка монолитного покрытия образована железобетонными ребрами сечением 14,4 х 109 см при шаге 5,16 м, по которым забетонирована пятисантиметровая плита, работающая совместно с ребрами. В 1938 г. уже по новому патенту Нерви построил еще шесть ангаров тех же размеров в плане, но покрытых сеткой из ребер сквозной конструкции. Сборные ребра фермочки

Рис. 8.5. Безарочный свод В. Г. Шухова

Рис. 8.6. Газгольдеры в Восточном Гринвиче. США, 1886–1888 гг.

Рис. 8.7. Ангар в г. Орвието. Италия, 1936 г., арх. П. Л. Нерви

длиной 3 и высотой 0,9 м готовили на стройплощадке и соединяли в сетку сваркой арматурных выпусков; кровлей служат волнистые асбестоцементные листы. Для ангара в Орбетелло (рис. 8.8) Нерви использовал свои идеи, воплощенные в своих ранних работах из стали и дерева для ангаров и временных выставочных помещений в Германии. Позже построены сетчатые оболочки Нерви над одним из залов Туринской выставки (1949–1950), над солевым складом в Тортоне (1951), над овальным залом для танцев в Чианчиано (1952–1953). В Чианчиано ребра сетчатого купола забетонированы в армоцементных опалубочных элементах, оставленных в качестве отделочного слоя. В публикациях, посвященных сетчатым конструкциям Нерви, нигде ни упоминается В. Г. Шухов!

В большинстве своих стержневых сооружениях П. Л. Нерви использовал очень красивые и функционально оправданные сети из армированных пересекающихся балок (рис. 8.9). Сверху сетки ребер укладывался армоцементный слой толщиной 2 см. Армоцементная оболочка, приведенная на рис. 8.9, состоит из отсеков гипара.

П. Л. Нерви неоднократно подчеркивал, что интуиция архитектора-проектировщика стоит на первом месте в процессе создания нового образа сооружения. Он писал: "Концепция создания новой структурной формы есть созидательное действие, только частично основанное па научных данных".

В число инженеров, первыми обративших внимание на пространственные стержневые конструкции, должен быть включен также Ал. Гр. Белл, который получил несколько патентов на пространственные стержневые структуры. Август Феппль, опубликовавший свой научный труд "Theorie des Fachwerks" ("Теория структур"),

Рис. 8.9. Собор Девы Марии. США, г. Сан-Франциско, 1963–1971 гг., арх. П. Л. Нерви, П. Белуши и др.

Рис. 8.8. Ангар в г. Орбетелло. Италия, 1938 г., арх. П. Л. Нерви

первым предложил методику расчета пространственных стержневых систем в 1880 г. Эта работа использовалась Г. Эйфелем при проектировании его башни в 1889 г.