ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГИПЕРБОЛОИДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Гиперболоидные конструкции представляют собой сооружения в виде гиперболоида вращения или гиперболического параболоида. Несмотря на свою кривизну, данные конструкции строятся из прямых балок.

Основной особенностью таких конструкций являются однополостный гиперболоид и гиперболический параболоид – дважды линейчатые поверхности, через любую точку которых можно провести две пересекающиеся прямые, принадлежащие поверхности.

Гиперболоидную форму конструкций ввёл в архитектуру В. Г. Шухов. Первая в мире стальная сетчатая башня в форме гиперболоида вращения была построена Шуховым для крупнейшей дореволюционной Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде, проходившей с 28 мая (9 июня) по 1 (13) октября 1896 года (рис. 1).

Однополостный гиперболоид вращения первой башни Шухова образован 80 прямыми стальными профилями, концы которых крепятся к кольцевым основаниям. Сетчатая стальная оболочка связана восьмью поперечными кольцами, расположенными между основаниями. Высота гиперболоидной оболочки башни — 25,6 м. Диаметр нижнего основания — 11,0 м, верхнего — 4,2 м. В центре башни от уровня земли до уровня дна резервуара устроена красивая стальная винтовая лестница. В центральной части бак имеет цилиндический проход с прямой лестницей, ведущей на смотровую площадку на верхней поверхности резервуара.

После выставки первая башня Шухова была перенесена в имение мецената Ю. С. Нечаева-Мальцова в село Полибино Данковского района Липецкой области. Башня сохранилась до нашего времени, является памятником архитектуры, охраняется государством.

Рисунок 1. Первая Шуховская башня, установленная в Нижнем Новгороде, 1896 г.

Дальнейшей модификацией сетчатых гиперболоидных конструкций стала конструкция радиобашни на Шаболовке в Москве, ставшая самым знаменитым творением инженера (рис. 2, рис. 3).

Строительство началось в 1920 году. По первоначальному проекту, башня должна была состоять из девяти секций и достигать в высоту 350 метров, 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. В связи с последующей аварией при установке башни в 1921 г её строительство было приостановлено, но всё-таки она была возведена, и уже 19 марта 1922 года отсюда началась трансляция радиопередач. Общая высота Шаболовской башни составила 160 метров.

Шаболовская башня активно эксплуатировалась вплоть до постройки Останкинской телебашни (1960-1967), но и позднее в самые тяжелые моменты спасала положение, даже после пожара в Останкинской телебашне в 2000 году.

Рисунок 2. Шаболовская радиобашня в Москве, 1919-1922 гг.

Рисунок 3. Шаболовская башня, внутренний вид, 1989 г.

Ещё одним творением инженера является Шуховская башня на Оке, в 12 км 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 (рис. 4), две 68-метровых и две 20-метровых.

В отличие от Шаболовской башни, строящейся в условиях дефицита и плохого качества материалов, башни на Оке возводились из одного материала, что позволило создать одинаковую высоту и ритмический рисунок всех секций.

Несмотря на региональный охранный статус, полученный еще в 1997 году, уцелела лишь одна из башен высотой 128 м, остальные были демонтированы. Единственной сохранившейся Шуховской башне ЛЭП на Оке был присвоен статус объекта культурного наследия федерального значения в декабре 2014 г.

Основной причиной быстрого распространения в России башен системы Шухова заключалась в их низкой стоимости, а также лёгкости и устойчивости.

Практически башни Шухова оказались в 2 раза дешевле подобных сооружений для водоснабжения, что в будущем повлияло на широкое использование их в промышленном строительстве.

Рисунок 4. Башни Шухова на Оке, 1988 г.

Гиперболоидные сетчатые башни использовались также и в качестве корабельных мачт. Они сохраняли устойчивость даже после многих попаданий снарядов в них. Первые такие мачты были установлены на линкоре «Император Павел I» в 1903 (рис. 5).

Так как патент Шухов действовал только на территории России, то американцы тут же начали оснащать гиперболоидными сетчатыми мачтами и свои военные корабли (рис. 6). Такое решение объясняется необходимостью размещения большого объёма наблюдательных и дальномерных приборов на большой высоте от палубы, меньшей уязвимостью в бою и амортизацией ударов от отдачи собственных, очень мощных, орудий.

Рисунок 5. Линкор «Император Павел I» с сетчатыми мачтами Шухова, 1903 г

Рисунок 6. Линейный корабль США типа «Невада», 1925 г.

В 1963 г. по заветам Шухова в японском порту города Кобе была построена по проекту компании 108-метровая башня, которая выполнена в виде комбинации несущей сетчатой оболочки и центрального ядра. Используется для обзора панорамы порта и города. В форме Шуховского гиперболоида выполнена и 318-метровая башня Aspire в столице Катара Дохе. Это внушительное сооружение в виде факела было открыто в 2006г. и стало одним из символов XV Азиатских игр.

Рисунок 7. Гиперболоидная 610-метровая телебашня в Гуанчжоу

Весьма распространены подобные сооружения и в XXI веке. Так, в Китае расположена самая высокая телебашня в мире – Гуанчжоу, возведённая в 2005-2010 годах к Азиатским Играм 2010 г компанией ARUP. Она планировалась как 610-метровая, но высота была уменьшена из-за близлежащего аэропорта. Башня предназначена для трансляции ТВ- и радио-сигналов, а также для обзора панорамы города Гуанчжоу и рассчитана на приём 10 000 туристов в день (рис. 7).

Рассмотрев историю развития гиперболоидных конструкций, можно смело сказать, что их использование в строительном деле стало революцией и большим техническим прорывом. Геометрические свойства этих поверхностей обосновывают их конструкционные качества, а, следовательно, и широкое применение в строительстве. Создание каркаса из прямых балок является главной особенностью сооружений на основе гиперболических поверхностей.

Список литературы:

1.Шухов В.Г. (1853-1939). Искусство конструкции/ Под ред. Р. Грефе, М. Гаппоева, О. Перчи. – М.: Мир, 1995. – 192 с.