На выставке «Анатомия конструкции» в галерее «На Шаболовке», посвященной выдающимся произведениям инженерного искусства рубежа XIX – ХХ веков, представили аналитические материалы, описывающие уникальные черты каждого объекта и общие закономерности развития конструктивных систем в российском и общеевропейском контексте в этот период.

Что такое инженерное искусство

По словам инженера-конструктора и научного сотрудника Технологического университета в Карлсруэ Сергея Фёдорова, инженерное искусство – это подход, при котором проектирование конструкций рассматривается как искусство. Великий инженер, визионер и архитектор Бакминстер Фуллер говорил так: «Приступая к проекту, я думаю только о решении задачи. Но если найденное решение некрасиво, я знаю, что оно неверно».

Конец XIX – начало ХХ века считается золотым периодом инженерного искусства.

В это время произошел качественный переход от теории и практики конструкций в третье измерение: на смену плоским стропильным системам пришли масштабные пространственные оболочечные конструкции. Постепенно они стали обретать собственную эстетику, перестав нести лишь декоративную функцию.

Бурное экономическое и социальное развитие Европы того времени требовало новых типологий зданий и нетрадиционного подхода к конструктивным решениям. Их реализация стала возможной благодаря стремительному прогрессу в области строительной механики в 1840 – 1860-х годах, который привел к появлению фундаментально новых конструктивных систем – пространственных оболочек.

Их математически выверенные формы сразу стали культовыми и радикально изменили вектор развития архитектуры последнего столетия. Рассмотрим уникальные инженерные решения в архитектуре России XIX – ХХ веков – от кровельных шпренгелей Зимнего дворца и легких стропильных конструкций пассажей Верхних торговых рядов до «плетеной» радиобашни Владимира Шухова.

Здание Государственного Эрмитажа

В декабре 1837 года здание императорского Зимнего дворца в Санкт-Петербурге (ныне современный музейный комплекс «Государственный Эрмитаж») полностью сгорело. Это стало одной из самых масштабных катастроф в области объектов культуры в Европе того времени, ведь там использовались деревянные перекрытия и конструкции. Не было предусмотрено ни брандмауэров (стен из огнеупорного материала, разделяющих смежные строения или части одного строения), ни других противопожарных элементов.

Было принято решение полностью восстановить здание к Пасхе 1839 года, сделав его несгораемым. За полтора года во всех реконструированных помещениях были запроектированы и возведены новаторские для своего времени конструкции. Для поддержания кровли Зимнего дворца инженер М.Е. Кларк разработал треугольные стропильные фермы – кровельные шпренгели, а для перекрытий залов дворца – дутые эллиптические балки.

Шпренгели и балки были изготовлены на Александровском заводе, при этом использовали только две технологии обработки металла – ковку и литье. Шпренгели установили в залах шириной до 20 метров, балки – до 14 метров.

В конструкциях применяли самые разнообразные соединения – на болтах, заклепках, клиньях, хомутах, использовали также сварку ковкой. После случаев деформации конструкций для предотвращения смещения между шпренгелями были установлены распоры.

От качества теплоизоляции чердака зависел температурный режим, а значит, и поведение металлоконструкций. В августе 1841 года произошла крупная авария: в Георгиевском зале обрушился потолок. Комиссия, расследовавшая этот случай, пришла к выводу, что двутавровые балки опирались на ненадежные места несущих стен, поэтому при восстановлении уже использовали шпренгели.

Перекрытие Георгиевского зала стало одним из первых примеров использования проката в отечественном строительстве – в конструкции шпренгелей применяли элементы таврового прокатного профиля Камско-Воткинского завода. В 1887 году под руководством архитектора Горностаева проводилось обновление некоторых деформированных и усиление старых конструкций. Большинство из них до сих пор исправно несут свою службу.

При устройстве перекрытий между ближайшими балками были сделаны микросводы из пустотелых гончарных горшков на известковом растворе. Снизу в залах крепили металлический потолок или оштукатуривали его.

Параллельно по схожему принципу в Москве возводился Кремлевский дворец.

Несмотря на эти особенности и тот факт, что конструкции Государственного Эрмитажа являются неотъемлемой частью охраняемого ЮНЕСКО исторического центра Санкт-Петербурга, они до сих пор не получили систематической оценки как самостоятельный архитектурный и конструктивный феномен европейской практики.

Пушкинский музей

Первые в мире трехуровневые светопрозрачные металлостеклянные перекрытия для Пушкинского музея и все инженерные системы спроектировал инженер и архитектор Владимир Шухов.

Перекрытия Пушкинского музея сами по себе являются раритетом и музейным экспонатом, восхищая многих, в том числе знаменитого британского архитектора лорда Нормана Фостера. Они лучше всех сохранились из элементов конструкции, которая сильно пострадала во время Великой Отечественной войны. Стекла кровли тогда были разбиты, влага просочилась внутрь и скопилась под крышей. Жидкость попала в пазухи, в результате основы опор сгнили: к 1960-м годам выяснилось, что крыша может рухнуть в любой момент.

Второй этаж практически все 1960-е годы был закрыт на ремонт – была проблема с подведением новых опор под перекрытия, но в итоге это удалось сделать. И вплоть до сегодняшнего дня кровля бережно сохраняется и обслуживается. Кондиционирование в здании есть только частично, но сейчас музей готовится к реконструкции. Не исключено, что особые ресурсы «воздушной подушки», которую в свое время заложил в здание Шухов, будут открыты и использованы.

Верхние торговые ряды (ГУМ)

Мнение о том, что к постройке Верхних торговых рядов был причастен инженер Шухов, является ошибочным и относится к разряду городских легенд. Световые покрытия пассажей современного ГУМа были изготовлены на Санкт-Петербургском металлическом заводе с применением инновационной системы скрепления арочных стропил лучевыми затяжками, изобретенной директором завода инженером Отто Крелем.

Оригинальность изобретения Креля была отмечена современниками и официально запатентована заводом. Привилегия на «Новую систему скрепления металлических арок» действовала до 1912 года. Систему успешно применяли заводчане в здании Машинного отдела на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде в 1896 году, но с усовершенствованиями, вызванными значительно большей величиной перекрываемого пролета.

Шуховская башня

В 1890-е годы Шухов изобрел первые в мире гиперболоидные конструкции и металлические сетчатые оболочки строительных конструкций. Эта идея была заимствована из структуры плетеных крестьянских корзин. В книге «Стропила» 1897 года он доказал, что треугольная форма на 20 – 25% тяжелее арочной с лучевой решеткой. После этого архитектор и инженер оформил ряд патентов на сетчатые покрытия и ажурную башню. Разрабатывая новые конструкции, архитектор стремился достичь не только большей прочности и жесткости конструкции, но также легкости и простоты за счет использования как можно меньшего количества строительного материала.

Первая сетчатая башня в форме гиперболоида была построена для Всероссийской промышленной и художественной выставки в Нижнем Новгороде в 1896 году. По проектам Шухова стали возводить сооружения в качестве маяков, водонапорных башен, корабельных мачт и линий электропередачи. Одной из сетчатых конструкций в форме гиперболоида вращения стала радиоантенная башня на Шаболовке.

«Геодезический купол» Ричарда Бакминстера Фуллера

Американский архитектор, дизайнер, инженер, изобретатель, философ-футурист Ричард Бакминстер Фуллер – последователь идей Шухова. Вдохновившись его плетеными конструкциями, он создал сферическое архитектурное сооружение, собранное из образующих геодезическую структуру стержней. Это дало сооружению хорошие несущие качества.

Геодезический купол является несущей сетчатой оболочкой. Форма купола образуется благодаря особому соединению балок: в каждом узле сходятся ребра слегка разной длины, которые образуют многогранник, близкий по форме к сегменту сферы. Конструкция геодезического купола заинтересовала Фуллера прежде всего малой массой при большом внутреннем пространстве. Фуллер надеялся, что геодезисты помогут решить послевоенный жилищный кризис.

Такие купола нашли применение в разных архитектурных строениях – больших оранжереях, планетариях, аудиториях, складах, ангарах, но для жилых объектов не оправдали ожиданий из-за высокой стоимости.