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?
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.
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.
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:
где 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».
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
Башня Шухова на Оке
Но самое совершенное творение Шухова стоит на Оке, в 12 километрах от города Дзержинск в Нижегородской области, близ поселка Дачный. Это единственная в мире гиперболоидная многосекционная опора линии электропередачи, часть плана ГОЭЛРО. Она была построена в 1927-1928 годах. Первоначально башен было шесть: две 128-метровых, две 68-метровых и две 20-метровых.
128-метровые башни состояли каждая из 5 секций по 25 метров. В отличие от окских башен, Шаболовская башня в Москве строилась в условиях дефицита и плохого качества стройматериалов, приходилось биться за каждую заклепку. Секции, которые рассчитывалась каждая под свое качество стали, несколько различались. На Оке же все башни строились из одного материала, что позволило создать одинаковую высоту и ритмический рисунок всех секций.
После изменения маршрута ЛЭП четыре башни (68-метровые и 20-метровые) были демонтированы, их конструкции сданы на металлолом. Сохранились лишь железобетонные основания.
Пара стоящих на берегу Оки 128-метровых башен производила неизгладимое впечатление. Верх башен венчала горизонтальная стальная 18-метровая траверса для крепления трёх высоковольтных проводов. Тем не менее, несмотря на региональный охранный статус, полученный еще в 1997 году, весной 2005 года одна из башен была… сдана на металлолом. В прибрежном сосновом бору до сих пор можно увидеть след от её падения. Угроза нависла и над второй башней, треть конструкций которой была украдена охотниками за металлом.
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.
- Подробнее о единственной в мире гиперболоидной опоре ЛЭП читайте в статье «Поездка к Шуховской башне на Оке».
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…
© Сайт "Дорогами Срединного Пути", 2009-2023. Копирование и перепечатка любых материалов и фотографий с сайта anashina.com в электронных публикациях и печатных изданиях запрещены.
