Высотные здания Москвы - Н. Кулешов

мысли о необходимости расчленить те несущие и теплозащитные функции, выполнение которых испокон веков возлагалось только на стены. Тогда-то и появился каркас, назначение которого было ограничено единственной задачей: он должен воспринимать на себя только нагрузки здания. Что же касается теплоограждения здания, то эти функции строитель переложил на стены, стремясь выкладывать их из материала менее прочного, но зато более «теплого» и более легкого, чем кирпич.

Каркас здания стали делать из металла или железобетона. Будучи значительно более прочными, чем кирпич, эти материалы позволили очень ощутительно уменьшить размеры несущих конструкций. Вместо толстых, громоздких сплошных несущих стен появилась легкая, ажурная, сетчатая конструкция, составленная из колонн, продольных прогонов и поперечных балок.

Однако с увеличением высоты зданий к каркасу стали предъявляться требования уже не только прочности, но и жесткости. Это - не одно и то же. Металл, например, является очень прочным материалом, но далеко не всякое изделие из металла жестко. Мы неоднократно видели, как, например, рельсы или длинные трубы при перевозках на автомашинах покачиваются не меньше, чем обычные доски.

Каждое сооружение, как известно, испытывает на себе действие ветра, которое тем больше, чем сооружение выше. Ветровые нагрузки бывают очень значительными, и их действие порой видно даже на глаз. Так, например, и в сравнительно тихую погоду дымовые фабричные трубы раскачиваются так, что на их верхушке трудно стоять.

Вполне естественно, что перед строителями высотных зданий встал вопрос о придании несущему каркасу такой жесткости, при которой действие ветра не вызвало бы у проживающих и работающих в этих домах никаких неприятных ощущений. Решить эту задачу пытались и американцы, строившие свои небоскребы, но их попытки полного успеха не имели.

Технические нормы [1] США допускают, чтобы под действием ветра вершина здания отклонялась от его вертикальной оси на величину до 1/500 высоты здания. Иначе говоря, если, к примеру, высота здания 200 метров, то американцы считают допустимым, чтобы под действием ветра верхний этаж отклонялся на 40 сантиметров, при высоте в 300 метров - на 60 сантиметров и т. д. Такими техническими нормами американцы как бы признают, что еще большее увеличение жесткости каркаса, а стало быть, и уменьшение прогибов зданий невозможно либо не нужно.

[1 Техническими нормами называются правила, официально издаваемые в каждой стране и обязательные для применения всеми инженерно-техническими работниками.]

Как же ощущается подобное нормирование жесткости, когда сооружение уже выстроено?

В США были зарегистрированы неоднократные случаи, когда под действием ветра верхние этажи небоскребов раскачивались так, что штукатурка стен и потолков растрескивалась.

Американцы долгое время считались единственными «законодателями» в области проектирования и возведения высотных домов. Советские строители, однако, не пошли по пути американской небоскребо-строительной техники, отвергли ее законы и в создании каркасов высотных домов также обратились к изысканию новых, передовых приемов, обеспечивающих сооружению ту жесткость, при которой обитателей здания не беспокоили бы ни раскачивания, ни непрерывные потрескивания.

Советские инженеры сумели разработать новую конструкцию жесткого каркаса, при которой вершина высотного здания, к примеру на Котельнической набережной, даже в самые сильные ветры не сможет отклоняться более чем на 1/3000 его высоты.

С первого взгляда может показаться, что сделать каркас здания жестким довольно просто, надо лишь придать металлоконструкциям большие размеры, утяжелить их, сделать более массивными. Все это, конечно, увеличило бы жесткость каркаса, но такое решение нельзя было бы считать передовым и прогрессивным. Во-первых, массивные металлические конструкции отняли бы у здания непомерно большую часть полезного пространства, а во-вторых, на них ушло бы очень много металла, и экономически такое решение было бы расточительным.

Действительно, в американских небоскребах даже при допускаемых колебаниях в 1/500 высоты расход металла на конструкции каркаса превышает 30 килограммов на кубометр здания! В наших же высотных зданиях, обладающих неизмеримо большей жесткостью, расход металла на кубометр здания составляет примерно 20 килограммов, а в 32-этажном здании на Котельнической набережной - даже 16 килограммов. Стало быть, придать каркасу жесткость можно и без утяжеления металлоконструкций.

В чем же заключается сущность тех новых конструктивных решений, которые, в отличие от методов, применяемых в Америке, были осуществлены советскими строителями в создании каркаса высотных домов?

Во всех наших высотных зданиях применен металлический каркас. Сейчас его уже не видно, но каждый москвич помнит, как в начальные этапы строительства в небо поднимались эти величественные ажурные конструкции. И хотя с первого взгляда наши каркасы мало разнятся от американских, все же по своей технической сущности и рациональности они в корне отличаются от них.

Каркас американских небоскребов представляет собой конструкцию, в которой металлические колонны, прогоны и балки, лишь в некоторых местах усиленные подкосами, вручную соединены заклепками. При проектировании американский конструктор рассчитывает, что прочность и жесткость здания должны быть обеспечены именно таким клепаным металлическим каркасом.

Ни в одном из наших каркасов не нашла применения кустарная, ручная и технически несовершенная клепка конструкций. Заклепок в наших каркасах нет. Если бы у нас был принят вариант клепаного каркаса, то на каждом здании пришлось бы поставить вручную не менее полумиллиона заклепок.

Каркасы всех наших высотных зданий сварные. На специальных заводах толстые стальные листы, уголки, швеллеры соединялись при помощи высокосовершенных.автоматических электросварочных аппаратов в мощные колонны и прогоны, которые доставлялись на площадку в готовом виде. На строительной площадке эти конструкции соединялись в каркас, но опять же не заклепками, а при помощи электросварки. Москвичи помнят, как на возводившихся каркасах наших высотных зданий днем и ночью светлячками вспыхивали дуги электрической сварки.

Сваривать металлоконструкции неизмеримо легче, чем клепать их. Труд советского монтажника-сварщика во много раз легче и производительнее труда американского монтажника-клепальщика. Да и сами сварные соединения технически более совершенны, чем соединения на заклепках: они и прочнее, и жестче их. Значит, и сварной каркас прочнее и жестче клепаного каркаса.

Как известно, электросварка была изобретена еще в 1886 году талантливым русским инженером Н. Г. Славяновым на пермских заводах.

Установка первых металлических колонн крестового сечения каркаса высотного здания Московского государственного университета.

Но в царские годы это изобретение не нашло себе в России достойного применения. Под названием «славяновской» она стала известна за границей и, в частности, в Америке. В советские годы и особенно в годы пятилеток электросварка получила у нас очень широкое распространение. Методы электросварки непрерывно совершенствуются, и важнейшим усовершенствованием явилась созданная академиком Е. О. Патоном полная автоматизация сварки металла. Металлоконструкции, прибывавшие на высотные стройки со специальных заводов, сваривались там на патоновских аппаратах, полностью устранивших ручной труд электросварщика.

Но не только этим отличаются каркасы наших высотных строек. На ряде зданий у нас были применены конструкции, вообще не имевшие примера в мировой и, в частности, в американской строительной практике. Так, обычным, общепринятым типом несущей конструкции является колонна двутаврового