Повесть о великом инженере

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.)