Повесть о великом инженере - Леонид Арнаутов

Арочные покрытия Шухова, осуществленные на Нижегородской выставке в 1896 году,- прообраз металлического свода Юнкерса и свода Цоллингера из деревянных косяков, появившихся в двадцатых годах нашего столетия. В основе покрытий Ламеля и Цолльбау также лежат конструкции, разработанные Шуховым.

Немецкий инженер Брода пытается изменить конструкцию дощатого свода Шухова, введя прогоны между рабочими слоями досок. Это несколько повышает общую устойчивость свода, но отрицательно сказывается на его эксплуатационных качествах. В России эта конструкция получает известность под названием двойного гнутого свода Шухова - Брода. А в Германии имя инженера Шухова, подлинного автора сетчатых сводов, вообще не упоминается.

Примечательно, что идея арочных сводов изменила облик чердаков-мансард, излюбленного прибежища поэтов, художников, студентов - нищей романтической богемы. Вместо традиционных крутых мансардных крыш стали устраивать высокий свод с жесткими затяжками - они же балки междуэтажного перекрытия. Эта шуховская конструкция на Западе носила название крыши Кольба из сводов Брода.

Парадокс гиперболоида

Преподаватель математики 5-й Петербургской классической гимназии Виталий Львович Розенберг рассказывал на уроке о жизни и трудах Пифагора. Он привел доказательство его знаменитой теоремы, а под конец поведал легенду о ста быках, якобы принесенных Пифагором в жертву богам как благодарность за ниспосланное ему свыше откровение.

Когда на следующем уроке Виталий Львович спросил, кто желает доказать теорему, к доске вышел гимназист Владимир Шухов. Предоставив ему возможность выполнить мелом рисунок, известный многим поколениям учащихся под названием «пифагоровых штанов», преподаватель углубился в классный журнал. Подняв через несколько минут голову, он обнаружил на доске незнакомый, нисколько не соответствующий учебнику чертеж и под ним короткий, в одну строчку, вывод. - Я попробовал доказать теорему Пифагора другим, более простым способом,- пояснил не смущаясь гимназист.- Позвольте объяснить.

Выслушав Шухова, педагог вынужден был признать, что доказательство безупречно, однако объявил, что снижает балл «за нескромность и вольнодумство». Так в классном журнале появилась необычная для первого ученика четверка.

Не беремся судить, насколько точен этот рассказ, записанный в свое время И. Д. Вавицким, посвятившим многие годы собиранию материалов о жизни и творчестве почетного академика В. Г. Шухова. И уж, конечно, вряд ли мы когда-нибудь узнаем, каков был ход рассуждений Володи Шухова. По так ли это существенно? Разве историкам науки известно доподлинно, каким именно образом малыш Карл Фридрих Гаусс, будущий «принцепс математикорум» (король математиков) мгновенно решил в уме трудную задачу и ошеломил учителя, записав на своей грифельной доске правильный ответ?

Тысячи и тысячи молодых людей добросовестно штудировали курс аналитической геометрии, прилежно записывали уравнения, которыми определяются направления линий, образующих однополостный гиперболоид. Но надо быть Шуховым, чтобы увидеть в бесстрастных очертаниях этой фигуры что-то иное, задуматься над ее особенностью, которую, правда, не сразу обнаружишь зрительно.

Дело в том, что поверхность гиперболоида может быть создана не только вращением кривой линии - гиперболы - вокруг некоторой оси. Она может быть составлена также из двух семейств прямых линий. Именно это свойство положено Шуховым в основу нового вида сетчатых конструкций, в которых пространственный каркас, имеющий криволинейные очертания, образован из одинаковых прямых элементов. Вот почему в современных учебниках по аналитической геометрии не только рассматриваются уравнения, определяющие системы образующих однополостный гиперболоид линий, но и воздается должное заслугам Владимира Григорьевича Шухова, которому принадлежит идея использования гиперболоида в строительной технике.

В шуховских башнях металлические элементы расположены так же, как прямолинейные образующие однополост-ного гиперболоида вращения. Здесь Владимир Григорьевич верен принципу, уже воплощенному им в сетчатых арочных покрытиях: части конструкции не должны различаться по функциям восприятия усилий.

До появления шуховских башен высотные металлические конструкции состояли обычно из стоек, взаимно соединенных связями. Задача этих связей - образовать систему, воспринимающую горизонтальные ветровые нагрузки, обеспечить жесткость башни и устойчивость ее элементов. Как правило, связи не участвуют в передаче вертикальных нагрузок, а стойки лишь частично «работают» на горизонтальные ветровые нагрузки. Вот и получается: прочность связей, требующих по условиям жесткости металла больших сечений, используется далеко не в полной мере.

Проектируя свои конструкции, Шухов всегда беспощаден к элементам, которые, образно говоря, не хотят разделить тяжесть труда с соседями потому, что это «не их дело». Для Владимира Григорьевича такие конструктивные элементы подобны кариатидам, притворно изнемогающим под тяжестью карниза или балкона. С самого начала надо помочь конструкции сбросить лишний вес, избавить ее от «ожирения». Можно сказать, что в шуховских конструкциях основные элементы обеспечены, помимо основной должности, еще и «совместительством». Так, в ги-перболоидной башне Шухова ее наклонные ноги работают как на горизонтальные, так и на вертикальные нагрузки. Отпадает надобность в установке внутри башни каких-либо связей.

Ажурная башня, состоящая из пересекающихся прямолинейных деревянных брусьев, или железных труб, или угольников, расположенных по производящим тела вращения, склепываемых между собой в точках пересечения и, кроме того, соединенных горизонтальными кольцами,- так примерно Шухов определяет суть конструкции гиперболоидной башни в своей заявке. Главное, что примечательно в этой предельно краткой и деловитой формулировке - это указание на прямолинейность элементов, пересекающихся между собой и образующих конструкцию башни.

Как опытный производственник, не раз имевший дело с прямолинейными прокатными профилями, Владимир Григорьевич хорошо знал, что такие конструкции просты в изготовлении и удобны в монтаже. Гибка деталей, имеющих криволинейные очертания,- дело трудоемкое, требующее специальных шаблонов. Усложняется и сборка изогнутых элементов.

Когда глядишь на легкие, плавно округленные и сужающиеся кверху гиперболоидные башни, с трудом верится, что они - если не считать колец жесткости - целиком сделаны из прямолинейных элементов. Технологичность, как выразились бы мы сейчас,- тоже одно из решающих преимуществ шуховских конструкций.