Показать меню
Лаборатория
Галина Шеляпина: Когда Шухов строил башню, болты были более дорогим решением
Александр Родченко. Шуховская башня. 1929

Галина Шеляпина: Когда Шухов строил башню, болты были более дорогим решением

О том, что если башню разобрать, собрать ее будет невозможно, бессмысленно

29 апреля 2014 Иван Куликов

Судьбой памятника инженерной мысли, башни Шухова на Шаболовской — может стать пословица: «что имеем — не храним, потерявши — плачем». Перспектива одним росчерком министерского пера уничтожить любимую башню повергла город в состояние шока. И не одни москвичи ужаснулись: письмо в защиту памятника подписали ведущие архитекторы нашей страны и мира. Башня, к счастью, ещё не потеряна, но чтобы сохранить её для потомков необходимо уже сейчас принять решение о том, что следует предпринять. А это зависит от диагноза состояния башни, который варьируется в диапазоне от «простоит ещё столько же» до «рухнет через 2–3 года». О том, что происходит с башней на самом деле, рассказывает Галина Шеляпина — заведующая отделом конструкций связи и нефтедобычи Научно-исследовательского и проектного института строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова.  

Башня Шухова на Шаболовке смотрится просто и изящно. Но можно ли описать её устройство в двух словах?

— Попробую, но слов получится чуть больше. Башня разбита на 6 секций. Каждая секция — это гиперболоид вращения. Секции имеют высоту 25 метров, только верхняя секция имеет высоту ~ 20 метров, но, возможно, в плане было тоже 25. Секции состоят из пересекающихся между собой формообразующих стержней (ног). Количество этих стержней в четырех нижних секциях по 48 штук, в двух верхних — по 24 штуки. Между собой секции соединены кольцевыми фермами жёсткости. Между фермами жёсткости установлены дополнительные кольца жёсткости, обеспечивающие устойчивость «ног» в радиальном направлении. После Шухова такие башни уже не строились. Даже в наших СНиПах (Строительные нормы и правила) нет исчерпывающих рекомендаций, как рассчитывать такие сетчатые системы.

Почему не строились?

— В 60-70 е годы в нашем институте Морозовым Е.П. был разработан проект гиперболоидной телебашни высотой 350 м для Баку, но он не был реализован.

Телевизионная гиперболоидная башня в Баку. Проект. Автор и конструктор Евгений Морозов. // ЦНИИПКС

Было принято решение в пользу железобетонных конструкций. В 90-х годах институт участвовал в конкурсе на строительство телебашни в Минске: также Морозовым был разработан эскизный проект телебашни высотой 425 м с применением гиперболоидных решений Шухова.

Башня стоит на Шаболовке уже более 90 лет. И нате вдруг — проблемы. Если отклониться от проблемы с государственными чиновниками, которые намерены башню разобрать, в чём проблемы самой башни?

— В настоящее время главная опасность для башни — прогрессирующая коррозия металла, особенно щелевая коррозия в заклёпочных соединениях элементов башни. Поверхностная коррозия наклонных стержней равномерна и незначительна благодаря хорошей проветриваемости конструкций и свойств применённой стали, а именно — повышенному содержанию фосфора, препятствующего росту коррозии. Хуже состояние горизонтальных элементов башни (горизонтальных кольцевых ферм жёсткости, горизонтальных колец жёсткости), на которых влага дольше задерживается. В горизонтальных кольцевых фермах жёсткости сильно прокорродировала решётка, выполненная из швеллеров полками вверх, а также пояса ферм, выполненные из уголка.

Щелевая коррозия в клёпанных стыках элементов башни — главная причина аварийного состояния башни.

Как часто обследовалась башня?

— Наш институт проводил мониторинг башни вплоть до 2000 года. Первое обследование было в 1947 году, через 25 лет после её строительства, когда происходила модернизация оборудования башни.

Материалы обследования башни на Шаболовской. Общий вид конструкции. 1947. // ЦНИИПКС

Был составлен детальный проект обследования, обмерены все геометрические параметры башни, сечения всех элементов. Но, главное, были обмерены все типы узлов, в том числе - основные узлы стыковки ног смежных секций и горизонтальных кольцевых ферм, стыковые узлы элементов, узлы опорных башмаков, узлы пересечений ног и пр. В общей сложности — это 201 тип узлов. Были зафиксированы дефекты, которые были допущены при постройке. Вообще, когда листаешь результаты этого обследования, диву даёшься: два года после окончания войны — и проведена такая скрупулёзная, сложная работа по полному обмеру 150-метровой конструкции!

Зачем потребовался полный обмер? После Шухова не осталось чертежей? Говорят, он относился к типу инженеров-гениев, которые всё держат в голове.

— Возможно. Но оригинальные чертежи башни были утрачены, по всей видимости, во время войны, так как институт эвакуировали со всеми архивами. Далее было ещё одно обследование в 1971 году. Замечу, что тогда башня не воспринималась как инженерный памятник, чуть ли не огороды под ней были, мусор, канавы. В 71-м было принято решение забетонировать её опорные башмаки и фундамент, к которому башня прикреплена анкерами — по четыре на каждые из 48 «ног». Теперь часто говорят, что вот, мол, у Шухова «ноги» были регулируемыми, а теперь нет — забетонировали! Это не так: они были регулируемыми только на момент монтажа, сейчас мы точно также проектируем фундаменты с возможностью вертикальной и горизонтальной регулировки опор башен. Сделать точный фундамент сложно. Если мы закладываем в бетон деталь с анкерными шпильками, то оставляем возможность регулировки.

То есть если башню разбирать, её придется срезать с фундамента?

— Нет, можно открутить гайки и снять башмаки с анкерных шпилек, которыми она прикреплена к фундаменту, их можно разбетонировать. При обследовании в 2011 году, например, уже было открыто несколько фундаментов. Проблема в том, что когда фундамент забетонировали, стало сильно корродировать место стыка с бетоном, которое специально никак не обрабатывалось, например, битумной обмазкой. При этом шпильки, благодаря бетонированию, были спасены. Бетон хорошо защищает металл. В 1991 году башня была надстроена по заказу Минсвязи. Повесили туда 32 антенны УКВ. Телевизионное оборудование было к тому моменту уже демонтировано. Антенны нужно было обслуживать, нужно было сделать к ним подход. Мы долго искали решение, нашли, и башню оно, на наш взгляд, не испортило. Также были осмотрены узлы, и уже тогда мы написали со многими восклицательными знаками на заглавном листе проекта, что в течение года необходимо провести обследования металлоконструкций башни и выполнить необходимые усиления. Тогда мы насчитали 28 узлов с щелевой коррозией. Это узлы пересечения секций и горизонтальной фермы. То есть самые важные узлы. Все прочие менее ответственны, например, пересечения стержней, соединения частей стержней, которых насчитывается до 6 штук по 27-метровой длине «ноги», так как стержни собирались из отдельных кусков, и другие.

Итак, 28 стыков. Можно поподробнее, в чём именно проблема с ними?

— Щелевая коррозия развивается в месте соединения элементов, например, уголков или швеллеров (вертикальных наклонных элементов башни) с фасонками, которые передают усилие с верхних элементов сетчатой конструкции на нижние. Поясню: элементы, которые подходят сверху и снизу к несущим кольцевым фермам, приклёпываются к фасонкам, которые расположены по оси горизонтальных кольцевых ферм, между двумя поясами. Корродируют, собственно, места стыков нижних и верхних вертикальных элементов с этими фасонками. Коррозия раздвигает стыковочные поверхности, притом раздвигает не равномерно, а как бы отгибает полку уголка или швеллера из-за сопротивления заклёпки. Не забываем, ржавчина увеличивает объём металла в 4–5 раз. Поэтому рано или поздно заклёпка может быть разорвана.

Скорее рано или скорее поздно?

— Обследование 1947 года показало, что коррозия не превышает 5%. Но это стандартная формулировка, когда хотят сказать, что коррозия небольшая. В 1971 году видим ту же фразу — не превышает 5%. В 2011 году мы поднялись на башню с нашим коррозионистом, он замерил ширину распора щелевой коррозии, тогда она достигала уже 11 мм. Кстати, не исключаю, что щелевой коррозии оказались наиболее подвержены стыковочные узлы, которые испытали удар при падении одной из секций во время монтажа башни. В Шуховских гиперболоидных башнях ЛЭП на Оке не отмечали такой интенсивной щелевой коррозии, хотя это однотипные с башней на Шаболовской конструкции.

Узел крепления стержней на несущей ферме. Материалы обследования башни на Шаболовской. 1947. // ЦНИИПКС

Существует мнение, что чертежи башни и её конструкция сильно расходятся, особенно в части стыковых узлов. Поэтому нужно провести полное обследование всех стыков.

— Еще специалисты из Академии наук, когда обследовали башню с помощью лазерного сканера, отмечали, что в наших обследованиях описаны не все узлы. Это так, но тут надо понимать некоторые особенности «инженерной кухни». Дело в том, что для проектировщика не нужно держать в уме все расположения стыков. При конструировании стыка элемента и при его обследовании проверяется прежде всего несущая способность стыка, а в каком именно месте он находится, и сколько точно должно быть стыков, нам неважно — каждая секция башни состоит из однотипных элементов. Поэтому при обследованиях никогда не ставилась цель обмерять досконально все абсолютно стыки. Тем более что вопрос о потере башней несущей способности тоже никогда не возникал.

Чиновники озвучивают как раз этот вопрос и предлагают башню разобрать, починить и перенести на другое место. На сайте РТРС (ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть») выложен пресс-релиз со «страшными» словами, что «башня без ремонта продержится не больше 2–3 лет».

— Башня не может обрушиться в одночасье. Сетчатые конструкции, имеющие большое количество элементов, очень живучи. Но если ничего не делать, то коррозия будет развиваться, начнут отрываться заклёпки и постепенно отдельные элементы или их части начнут выпадать. Поэтому с реконструкцией-реставрацией башни медлить нельзя, так как чем сильнее разовьётся коррозия, тем дороже будет стоить реставрация башни, и тем больше понадобится замен.

Интересно, что если прочитать заключение МЧС, на которое ссылается РТРС, там сказано буквально следующее: «техническое состояние башни — ограниченно-работоспособное с тенденцией перехода в ближайшее время (2–3 года) в IV категорию «аварийное». Спрашивается, где РТРС увидело, что башня точно «не продержится»? Тут явное лукавство. Вернусь к тому же вопросу: нужна ли полная экспертиза башни? Это важно: такая экспертиза — вещь дорогая, а в министерствах у нас очень хорошо умеют считать деньги, когда заходит речь об архитектурных памятниках, которые занимают много интересных мест в центре Москвы.

— В ближайшие 2–3 года могут происходить отдельные местные повреждения, но не обрушение башни. Сколько ещё можно ждать реконструкции? Мы настаиваем на этом с 1991 года, уже 23 года. Тогда реконструкция башни была бы в несколько раз дешевле, если не на порядок. Полная экспертиза башни была выполнена в 2011 году. Её результатов мы не видели. Но о необходимости разобрать башню не говорилось. Сейчас ещё можно отреставрировать башню без её разборки. Более того, если её разобрать, собрать будет невозможно и бессмысленно. Нужно начать с ремонта основных узлов, вскрывая их постепенно. В процессе ремонта каждый узел башни после его вскрытия по мере продвижения работ должен осматриваться специалистом, который будет давать заключение по состоянию узла и его ремонту. Не исключено, что какие-то узлы или их фрагменты придётся заменить.

Откуда вообще взялась идея разобрать и перенести башню на Шаболовке?

— В конце 2010 года было выделено 135 млн рублей на обследование и реконструкцию башни, с прицелом на то, что работы будут выполнены в 2012–2013 годах. Нам предложили участвовать в тендере, притом только в июне 2011 года - то есть времени до окончания тендера было очень мало, всего три-четыре месяца. Мы оформили заявку, но с нами договор всё равно не заключили, потому что у нашего института не оказалось лицензии на ведение реставрационных работ. Не заключили, несмотря на то что институт участвовал в восстановлении архитектурного памятника — дебаркадера Киевского вокзала в середине 2000-х и в реконструкции несущего каркаса монумента Веры Мухиной «Рабочий и колхозница». Кстати, в 2011-м получить лицензию мы всё равно бы не смогли, их выдача была временно приостановлена.

Новый каркас для скульптурной композиции "Рабочий и колхозница", 2009. // ЦНИИПКС

Обследованием и реконструкцией, в результате, занималась компания «Качество и надёжность», которая привлекла для выполнения этих работ ЦНИИПромзданий. Это хороший институт, с «железом» он тоже работает, но его основная специализация — железобетонные конструкции. Их итоговое предложение — разгрузочные 100-метровые леса, на которые подвешивается башня. Эти леса весят 2 тысячи тонн. В то время как башня, напомню, весит 240 тонн!

Разобрать башню — идея этого института?

— Нет. ЦНИИПромзданий предложил свой вариант реставрации, они ведь тоже согласны, что башню можно и нужно ремонтировать.

А у вас в 2001 году уже были идеи, как ремонтировать башню?

— Да, уже тогда мы считали, что делать это можно совершенно другим способом — с помощью небольших переставных подмостей: отремонтировали один участок — переставили на другой. Уже тогда мы общались с организацией, которая готова была сделать такие подмости — подвесные, типа люлек с защитным кожухом, лестницами, ремонтными площадками. Дело в том, что когда у вас достаточное для обеспечения устойчивости количество стержней, а их 48 штук, то предварительные расчёты показывают, что в спокойную погоду при скорости ветра до 10 м/c можно освободить и выключить из несущей схемы до 6 стержней одновременно. Произойдёт корректное перераспределение нагрузок без угрозы деформации конструкции. Таким образом, если подвесить к башне 4 люльки с ремонтными бригадами, можно постепенно отремонтировать несущие узлы: высверлить заклёпки, вскрыть все щели, обработать пескоструйным аппаратом, металлизировать и законсервировать.

Все узлы?

— Нет. Вскрывать нужно только те, где толщина коррозии больше 3 мм. В остальных случаях шприцем вводятся пассивирующие составы, которые цементируют заклёпку. Далее её нужно обработать пескоструйкой, металлизировать газотермическим способом — цинком или алюминием и законсервировать.

В каком состоянии находятся другие элементы башни?

— Длинномерные стержни корродированы мало, что отмечает и ЦНИИПромзданий. И это притом что 25 лет башню не красили.

То есть единственная проблема башни — несколько десятков ржавых стыковочных узлов? И из-за них Министерство хочет избавиться от памятника архитектуры и истории мировой значимости?!

— Ну, скажем так, помимо узлов есть ещё проблемы с горизонтальными фермами. Там сильная коррозия, ведь швеллеры, из которых состоит решётка ферм, положены на стенку, то есть в нескольких фермах расположены полками вверх, наподобие корытца. Швеллер ведь рассчитан на работу в вертикальной плоскости, где основная нагрузка приходится на полки, поэтому стенки у них тонкие — 4–5 мм. Похоже, фермы нужно восстанавливать в первую очередь, но мы не можем что-либо вскрывать и заменять без какой-либо компенсации нагрузки, ведь это ключевая часть башенной конструкции. Есть технические решения, которые предусматривают такую компенсацию, это очень важный момент. Но я сейчас не буду раскрывать детали предложенного нам решения.

Есть ли в институте и вообще в России специалисты, которые могут провести эту работу?

— Я слышала мнение, что специалистов для реставрации башни в России нет. Но, насколько я понимаю, речь идёт о специфичных зарубежных технологиях преобразования ржавчины и защиты металлических конструкций от коррозии. А это уже относится к компетенции реставраторов. Решить же главную задачу — обеспечить конструктивную сохранность башни российские специалисты могут сами. В этом нет никаких сомнений. Что касается технологий реставрации металла, то в любом случае их нужно строго проверять по критерию сохранения несущей способности металла, который в случае башни на Шаболовке является более приоритетным.

Возникает вопрос, где проходит грань, отделяющая ремонт от потери исторической аутентичности строения.

— Важно понимать специфику реставрации именно инженерных сооружений. Подчёркиваю — инженерных! Собственно, под реставрацией здесь понимается не столько восстановление внешнего вида (например, удаление ржавчины), сколько восстановление несущей способности конструкций. В случае дебаркадера Киевского вокзала коррозия была вообще сквозная, и без замены насквозь проржавевших элементов реставрировать конструкцию было невозможно! Хотя несколько торцевых арок удалось сохранить, конструкции были заменены на аналогичные, выполненные по проекту Шухова. Также заклёпки там были заменены на болты с головками, которые хорошо имитируют вид заклёпок. Кстати, болтов много применено и на Шуховой башне — примерно около 20%. Особенно их много в верхних секциях.

Архитектурные пуристы, насколько мне известно, настаивают на сохранении заклёпок.

— Мне всё время об этом говорят. Вот архитекторы спрашивают: ну почему вы против заклёпок? Сейчас заклёпки — это модно, я так понимаю. Но в случае с башней на Шаболовке никакого правила в их использовании нет. По всей видимости, решение ставить заклёпки или болты принималось на ходу, по обстановке. Не забываем — это рубеж 20-х, жуткий дефицит стройматериалов. Я так скажу: функции заклёпок и болтов одинаковые, их расчёты производятся по одним и тем же формулам. Когда башню строили, болты были, по всей видимости, более дорогим решением, новшеством. Их меньше. А вот заклёпки в то время — налаженная, хорошо изученная технология. Их больше. И ещё: при восстановлении сильно корродированных узлов заклёпки не будут эффективными. Это важно понимать. Если мы хотим сохранить заклёпки, придётся как-то восстанавливать корродированные отверстия.

Необходимо ли сохранить в неизменном виде все стыковочные узлы башни при её возможной реставрации?

— Всё зависит от характера коррозии металла в узлах: равномерная или «язвенная». Это можно установить только при их вскрытии. Тогда можно принимать решение: только очистить, усилить или заменить. С точки зрения несущей способности «ног», которая определяется их устойчивостью в радиальном направлении, некоторое уменьшение толщины полок уголков и швеллеров в опорных узлах допустимо. Главная цель — сохранить несущую способность башни при воздействии расчётных ураганных ветров. Вклад Шухова — это инженерная идея, конструктивная схема, которую он придумал. К тому же, по всей видимости, во время строительства Шухов вносил изменения в конструкцию в соответствии с качеством и сортаментом наличного метала. По результатам обследования видно, что есть фрагменты очень хорошего качества, есть похуже.

Решающий вопрос: можно ли разобрать башню и собрать заново?

— Нельзя. Нельзя разобрать и собрать башню даже из одного-единственного гиперболоида, как, например, Шуховская водонапорная башня в Выксе. Разобрать-то получится, конечно. Но вот собрать обратно — большой вопрос. Институт участвовал в проекте восстановления несущего каркаса мухинского монумента «Рабочий и колхозница». Его разобрали, отвезли на склад, десять лет он там лежал. И хотя конструкция была проще, несущий каркас пришлось делать новый. Если Шуховскую башню разберут, её придётся строить из других материалов. 3,5 тыс. узлов, 6,5 км общей длины стержней с огромным количеством составных элементов — просто нереально собрать всё это заново! Все заклёпки придётся высверливать, иначе её не разберёшь.

Итак, были 130 млн рублей на обследование и реконструкцию башни на Шаболовке, из которых осталось чуть меньше 100. Итог: проект по возведению монструозных стометровых лесов. Министерство его испугалось, решило башню разобрать и увезти на склад, а уж там — не наше бюрократское дело. И есть ваш альтернативный проект ремонта башни. Что дальше?

— По обращению Союза архитекторов России мы подготовили своё экспертное заключение по башне с предложением, как можно её отремонтировать с помощью переставных подмостей. Возможно, наши предложения будут учтены и пойдут дальше — в правительство. А там посмотрим. Союз архитекторов России, все эксперты отстаивают башню Шухова, общественная реакция очень сильная.Наши потомки не простят москвичам утрату этого замечательного сооружения, опередившего время. Одновременно надо решать вопрос об использовании башни как туристического объекта. Такие возможности есть.

См. также
Все материалы Культпросвета