Битва титанов
Текст: Айрат Багаутдинов | 2017-04-19 | 389
Сегодня я хочу рассказать читателям о том, как устроены огромные памятники. Эта тема кажется мне очень важной, поскольку в строительной индустрии инженерия часто отодвигается на второй план, закрываясь архитектурой. На практике это обычно звучит примерно так: «…данное здание построил такой-то архитектор; посмотрите, как умело он сочетал элементы классической ордерной системы и готики…» Но памятники – это тот случай, когда инженеры в гораздо большей степени, нежели скульпторы, служат непосредственной задаче.

С помощью больших памятников люди пытаются распространять какие-то идеалы, например, религиозные (гигантский Христос в Рио-де-Жанейро, гигантские Будды в Японии) или идеологические («Рабочий и Колхозница» в Москве или так и не построенный гигантский Ленин в Москве). Тема колоссальных памятников показывает, что инженеры нужны государству не только для того, чтобы решать прикладные задачи, но и чтобы продвигать какие-то идеологические установки. И в этом смысле памятники являются не только пропагандой того, что задумал заказчик, но и показывают на каком уровне сейчас находится инженерная мысль.

 

Колосс Родосский

Вам известно, какой колоссальный памятник был первым в истории человечества? Ответ лежит в самом слове «колоссальный». Колосс Родосский был построен на острове Родос где-то между 292 и 280 годами до н.э. и являлся одним из семи чудес света. Говоря о нём, мы, к сожалению, можем ориентироваться только на записи античных авторов, путешественников и учёных, которые писали о памятнике уже после того, как тот рухнул. А значит в них неминуемо присутствует определённый вымысел.

Если верить античным источникам, высота Колосса составляла 36 метров. Чтобы понимать эти масштабы, напомню, что высота «Рабочего и Колхозницы» с учётом серпа составляет 27 метров. То есть построенный 2300 лет назад Колосс Родосский был почти на 10 метров выше! Но как 23 столетия назад можно было создать такую махину?

Судя по запискам античных авторов, у Колосса Родосского, как и у любого другого гигантского памятника, имелся каркас. Он состоял из трёх столбов, один из которых был короче остальных и маскировался ниспадающим плащом. Два других столба проходили сквозь всё тело Колосса, вплоть до его плеч. Столбы были каменными, скорее всего, мраморными, но вот балки, которые соединяли колонны воедино в районе пояса и плеч – уже металлическими. Если следовать нормальным пропорциям человеческого тела, то при высоте в 36 метров голова Колосса имела размер около 6 метров. Значит, длина столбов каркаса должна была составлять «оставшиеся» 30 метров, что соответствует высоте девятиэтажного дома.



По распространённой версии, ноги Колосса были широко расставлены и стояли по разные стороны гавани – так, что под ними могли проходить морские суда (сейчас на этом месте установлены два памятника). Впрочем, современные исследователи подвергают эту версию сомнению. Такое исполнение статуи делало её ещё более сложной, и для уровня технологий того времени кажется слишком маловероятным.

Известно, что в те времена колонны и балки уже использовались при строительстве храмов, так что вполне возможно, что каркас памятника был действительно именно таким, каким его описывают античные авторы. Но куда больший вопрос вызывает то, как строители Колосса сделали его оболочку. Судя по запискам, на памятник было потрачено 8 тысяч тонн железа и 14 тысяч тонн меди. Всё железо, скорее всего, ушло на упомянутые выше балки, а на оболочку шла только медь. Если рассчитать площадь поверхности скульптуры и равномерно распределить по этой площади 14 тысяч тонн имеющейся меди, то получится, что оболочка должна была состоять из медных пластин толщиной 2,5 мм. Из точно таких же пластин, кстати, сделана Статуя Свободы, хотя она и появилась на свет почти на 2200 лет позже.

Как именно выколачивали медные листы, как им придавали сложную форму человеческого тела и как соединяли друг с другом, мы, наверное, уже никогда не узнаем. Имеется лишь описание того, каким образом эти листы поднимали наверх. Один из авторов пишет, что по мере строительства скульптуру постепенно засыпали землёй, по которой и затаскивали листы для оболочки. После крепления последнего листа земляной холм, выросший вокруг статуи, был срыт, и Колосс Родосский целиком предстал перед жителями острова. Также мы можем предположить, что памятник имел и какой-то дополнительный внутренний каркас, поскольку прикрепить медные листы сложной формы непосредственно к колоннам и балкам было невозможно.

Примерно в 222 году до н.э. на Родосе случилось землетрясение, в результате которого простоявший 60 лет памятник обрушился. Он согнулся в районе колен: ноги устояли, но остальная часть статуи упала, воткнувшись головой в землю. В таком виде Колосса и застали многие средневековые авторы. Он пролежал там ещё 800 лет, пока во второй половине VII века не был продан на металлолом.


Статуя Свободы

Следующий герой нашего обзора – 46-метровая Статуя Свободы, создатели которой (скульптор Бартольди и инженер Эйфель) позиционировали её как воссоздание Колосса Родосского. Тогда все газеты пестрили заголовками о строительстве нового Колосса. Бренд под названием «Статуя Свободы» был сформирован позднее.

И по форме, и по техническим параметрам оба памятника оказались очень похожи. По некоторым предположениям, Колосс держал в своей руке факел, выступая в качестве маяка, поэтому Статую Свободы тоже сделали маяком с факелом.

Статуя была задумана как подарок от французского правительства Соединённым Штатам Америки в честь 100-летия их независимости и была возведена в 1886 году. Внутри неё находится металлический каркас, спроектированный Эйфелем – мастером создания различных металлических башен.

Форма статуи представляет собой практически идеальный конус, слегка сужающийся кверху. Я думаю, что немалую роль здесь сыграли инженеры, попросив скульпторов сделать статую максимально похожей на башню. Хотя отчасти это могло быть вызвано и художественными задачами – определённой стилизацией под классику, для которой характерна устойчивость.



Перед началом строительства статуи Бартольди создал её модель высотой в 5 с лишним метров. Модель была условно разбита на определённое количество кусков. Эти куски замерялись, и все полученные параметры умножались на 8. Затем все элементы изготавливались в натуральную величину из гипса, а гипсовая постройка, в свою очередь, обстраивалась деревом. Получались так называемые контрформы, по которым впоследствии выколачивались медные листы до придания им требуемой формы.

Для соединения металлического каркаса и медной оболочки использовался промежуточный каркас, состоящий из металлических уголков или пруткового железа всевозможного сечения, с помощью которых нагрузка от собственного веса оболочки передавалась на центральную башню.

Сборка Статуи Свободы в Париже заняла около двух лет с учётом времени изготовления деталей. Затем её разобрали на отдельные кусочки, погрузили на корабль и отправили в Америку, где снова собрали – за четыре месяца.

И если Колосс Родосский послужил образцом для подражания для американцев, то американская Статуя Свободы служила и продолжает служить неким ориентиром для всех тех, кто создавал огромные памятники после неё.



«Рабочий и Колхозница»

Первым воплощённым в жизнь колоссальным памятником в нашей стране стали, конечно, «Рабочий и Колхозница». Многие считают, что этот памятник придумала Вера Мухина. Но это не совсем так. Памятник создавался как часть нашего павильона для Всемирной промышленной выставки 1937 года в Париже. Автором проекта выступил Борис Иофан, и это он придумал, что павильон будет увенчан скульптурой рабочего и колхозницы. Но Иофан был архитектором, а не скульптором или художником. Он придумал идею и утрированно её изобразил. А вот реализатором и автором конечного результата как раз стала Вера Мухина.

Но сначала была изготовлена в 15 раз уменьшенная копия «Рабочего и Колхозницы» высотой 1,7 метра. Для того, чтобы снять с неё размеры, был использован сконструированный инженером Журавлёвым станок. Устроен он был следующим образом: между двумя планками были зажаты спицы, которые выдвигались на нужную длину, пока не коснутся поверхности скульптуры. На спицах были нанесены размеры. Это был своеобразный аналоговый 3D-сканер, с помощью которого определялись пространственные координаты любой точки на поверхности модели относительно зафиксированной точки отсчёта. Таким образом бригада из 30 чертёжников на протяжении месяца занималась измерениями. Они сняли координаты для 200 тысяч точек по всей поверхности скульптуры – сложно даже представить, насколько скрупулёзной была эта работа. Её результатом стала таблица, в которую было занесено 200 тысяч точек по осям X, Y, Z.

Когда координаты увеличили в 15 раз, то поняли все соотношения между точками на настоящей скульптуре. На их основе были изготовлены фанерные контрформы, на которые накладывались листы нержавеющей стали. «Рабочий и Колхозница» стали первым памятником, изготовленным из нержавейки. Инициатором использования этого материала стал русский инженер Пётр Львов. Он был одним из пионеров сварки, создавшим первый сварной самолёт, рубиновые звёзды Кремля и многие другие вещи, в том числе и оболочку «Рабочего и Колхозницы». Она сварена по его методике и под его руководством. Её толщина составляет от 0,5 мм до 1 мм, что сопоставимо с человеческой кожей. Только представьте себе, что металлическая кожа «Рабочего и Колхозницы» такая же, как наша с вами, хотя этот памятник больше нас в 15 раз!

Как и в случае со Статуей Свободы, листы нержавейки выколачивались для придания формы киянками. Затем они приваривались к промежуточному каркасу из стального уголка – для того, чтобы статуя держала форму.

Но с головами было сложнее. Головы очень детализованы, поэтому их всегда стараются сделать в натуральную величину. В данном случае они были сделаны из глины, и листы нержавейки выколачивали уже по ней.


Конечно, наша скульптура имеет внутри себя и стальной каркас, но гораздо более сложной формы, чем у Статуи Свободы. Этот каркас похож на скелет: у него есть руки, ноги, туловище, голова. С инженерной точки зрения, он невероятно сложен. Возьмём, к примеру, отведённую назад руку. Это так называемая консоль – балка, защемлённая с одной стороны и свободно болтающаяся с другой. Консоль всегда находится в невыгодном положении: она легко изгибается и может сломаться. Но ещё более сложным участком для инженеров стал шлейф, который выносится на 10 метров назад относительно туловища, весит 6 тонн и при этом ни на что не опирается.

После того как статую собрали в Москве, её вновь разобрали и повезли в Париж. 11 железнодорожных вагонов были загружены разными частями скульптуры. На парижской выставке памятник имел невероятный успех. Он даже завоевал гран-при, хотя гран-при обычно давали тому, что располагается внутри павильонов, а не служит частью его оформления.

В Москве «Рабочего и Колхозницу» было решено поставить перед входом на строящуюся тогда Всесоюзную сельскохозяйственную выставку, которая должна была открыться в 1939 году. Авторскому коллективу было дано задание собрать парижский памятник заново. Однако его главный инженер – Пётр Львов – возражал, говоря, что памятник создавался из расчёта, что он будет стоять только четыре месяца, а не как постоянное сооружение. Он опасался, что статуя едва ли способна простоять два года. В итоге оболочку заменили новой, двухмиллиметровой, каркас при этом оставив прежним.


«Рабочего и Колхозницу» поставили на новый десятиметровый пьедестал, который был гораздо ниже, нежели парижский. Авторы памятника до конца своей жизни писали письма в правительство, пытаясь добиться того, чтобы скульптуру поставили на правильную высоту, потому что она изначально создавалась для осмотра на высоте 33 метра.

Но в итоге памятник без каких-либо изменений простоял 66 лет. Только в 2005 году его разобрали для реконструкции. Каркас скульптуры был заменён на новый. Он был заново рассчитан в Центральном научно-исследовательском проектном институте стальных конструкций имени Мельникова, и весит теперь в 2,5 раза больше – 120 тонн против 47,5. Рассчитан на 100 лет. Обновлением оболочки занимался Всероссийский институт авиационных материалов. По их свидетельству, оболочка находилась в хорошем состоянии: потребовалось заменить только 10%, а остальную часть просто очистили от копоти и покрыли специальным антикоррозионным составом, который используют в авиации. Наконец, в 2012 году после семилетней реставрации памятник был открыт на пьедестале, который соответствовал размерам оригинального павильона.

 

«Рабочий со звездой»

Ну, а мы переходим к следующему герою. К Всемирной выставке 1939 года в Нью-Йорке советский павильон вновь готовил Борис Иофан. По его задумке в центре павильона должна была возвышаться 50-метровая башня, увенчанная 20-метровой скульптурой рабочего с горящей звездой.

Созданием скульптуры занялся Вячеслав Андреев, по традиции первоначально сделав четырёхметровую гипсовую модель. Для снятия размеров модели было разработано новое устройство. Оно также было оснащено спицей, которую водили по поверхности модели, но на обратной стороне этой спицы располагалось пишущее устройство, которое на бумаге зарисовывало контур. Получилось множество сечений – «слоёв» памятника по высоте. То, что нарисовало пишущее устройство, фотографировалось и увеличенным в пять раз с помощью фотоувеличителя проецировалось на стену. К стене прикладывалась фанера, и изображение обрисовывалось на её поверхности. По обрисованному контуру лобзиком выпиливались две одинаковые фанерки, которые с помощью поперечных досок сшивались в пакет высотой 4 см. Получалась стопка слоёв сложной конфигурации. И уже на эту стопку, безо всяких обратных форм (в отличие от памятников-предшественников), клали нержавейку (на этот раз с примесью титана) и выколачивали. Полученные листы нашивались на промежуточный каркас, более простой, чем у «Рабочего и Колхозницы» (форма памятника была вертикальной). Голову и руку Андреев изготовил в натуральную величину из глины, и соответствующие оболочки делал уже по ней. В руки рабочему дали звезду. Как и кремлёвские звёзды, она была сделана из рубинового стекла и горела. В ней были даже специальные устройства для промывки и сушки.


Точно так же, как в случае с «Рабочим и Колхозницей», после окончания Нью-Йоркской выставки памятник разобрали, привезли в Москву и собирались поставить в парке Горького, но помешала начавшаяся Великая Отечественная война. К сожалению, после войны к этой идее больше не вернулись, и памятник бесследно исчез.

 

Монумент «Покорителям космоса»

Из-за необходимости восстановления народного хозяйства после войны следующий гигантский памятник был построен только в эпоху Хрущёва. Это 107-метровый монумент «Покорителям космоса». Но устроен он достаточно просто. Это не сложная форма человеческого тела, а просто огромный шлейф, уносящийся в небо и увенчанный ракетой. Скульптор монумента – Файдыш-Крандиевский; инженеры – уже упомянутый ЦНИИПСК им. Мельникова.

Спроектировать такую башню, казалось бы, несложно, если бы не одно «но»: она наклонена под углом 77 градусов. Конечно, для придания устойчивости достаточно было сместить центр тяжести, и все необходимые для этого расчёты были произведены. Но когда ты смотришь на памятник, то всё равно испытываешь восхищение проделанной работой.


Не менее впечатляет и то, как этот монумент сооружался. Для подъёма памятника использовался «метод падающей стрелы», известный ещё с 1920-х годов и разработанный Владимиром Шуховым. Башня при таком методе строится лёжа (это гораздо проще, чем строить в высоту). Потом у её основания приделывается небольшая вертикальная стойка, которая соединяется тросом с вершиной. Дальше тянем за свободный конец троса и поднимаем башню.


Памятник был собран в 1964 году. Его обшили титановыми пластинами – это было личное предложение Королёва. Титан активно используется в космической индустрии, что было символично для монумента «Покорителям космоса».

 

Монумент Победы

Следующие московские колоссы относятся к эпохе Лужкова. Это монумент Победы, поставленный в 1995 году, и памятник 300-летия Российского Флота 1997 года, который мы чаще называем памятником Петру I.

Символически монумент Победы должен был означать трёхгранный штык винтовки высотой 141,8?м (1418 дней Великой Отечественной войны). С инженерной точки зрения, монумент представляет собой 150-метровую башню.

Единственное, что несколько усложняет форму монумента, – это шеститонная богиня Ника, которая висит на 100-метровой высоте.

В отличие от всех предыдущих памятников, в монументе Победы использованы бронзовые части 5-сантиметровой толщины. С помощью так называемого фахверка, то есть более мелкого каркаса, бронзовые листы крепятся к основному каркасу.


Самое интересное, что, на мой взгляд, есть в этом памятнике – это способ, с помощью которого инженеры борются с ветром, обеспечивая аэродинамическую устойчивость. Когда ветер воздействует на любое высотное сооружение, то представляет определённую угрозу. Многие думают, что это связано с тем, что он дует и давит на сооружение как на парус. Это, конечно же, так, но это не самое опасное, тем более для такого узкого столба. Дело вот в чём: когда ветер обтекает башню, то на её обратной стороне создаётся зона пониженного давления, которая начинает «подсасывать» памятник на себя. В результате меняется направление ветра, а вслед за ним меняется и давление. Это приводит к очень сложной форме колебаний в таких сооружениях.

Но как это компенсировать? В данном случае использовано два механизма. Первый – это динамический гаситель колебаний. Это тяжёлый стальной диск, подвешенный на штанге. Снизу у него имеются так называемые демпферы или, проще говоря, пружины, которые удерживают эту массу в определённом положении. Такие гасители, наверное, можно сравнить с неваляшкой. Когда памятник стремится сместиться, огромная масса своей инерцией удерживает его на месте. Гасители разного размера и веса установлены в разных частях монумента. Самый крупный расположен за статуей Ники. Весит он 15 тонн.

Второй механизм сглаживания колебаний расположен в верхней части памятника. Там сделаны отверстия, в которые вставлены трубы. Благодаря им атмосферное давление на поддуваемой и на обратной ей стороне выравнивается.

Но несмотря на чёткую проработку – все гасители колебаний были рассчитаны и расставлены как нужно – в процессе строительства колебаний всё-таки избежать не удалось. Не учли того факта, что пока памятник будет возводиться, гасителей в нём ещё не будет, но ветровая нагрузка-то никуда не денется! И вот когда памятник вывели примерно на 100-метровую отметку, то он вошёл в резонанс и начались серьёзные деформации. К счастью, разрушение удалось предотвратить. Было принято решение расчалить строение: на определённой высоте закрепили тросы и притянули их к земле по трём сторонам. Ну, а по окончании строительства, разумеется, поставили запланированные гасители.

 

Памятник Петру Великому

Ну, и наш последний на сегодня герой – это памятник Петру Великому. Его инженером был Геннадий Калашников, а скульптором – Зураб Церетели.

Форма у этого памятника вертикальная, устойчивая. Это пьедестал высотой около 34 метров и корабль с мачтой высотой ещё почти 60 метров. Мачта – это огромная труба, дополнительно упрочнённая сзади двумя подпорками. Конфигурация ботика довольно сложна, но всё это собирается как конструктор из двутавровых металлических балок.


Статуя Петра достаточно небольшая – её высота составляет 20 метров, но при этом вес всего памятника – 2 тысячи тонн. Для сравнения: «Рабочий и Колхозница» весит 185 тонн, да и другие предшественники имели вес примерно такого же порядка. Невероятно огромными стали расходы на каркасы, к тому же при строительстве памятников использовали тяжёлую бронзу. В народе памятник даже прозвали стратегическим запасом бронзы.

Статуя Петра имеет несложный скелет трубчатого сечения. Собран он был лёжа на земле, а потом краном его подняли на ботик.

Отдельно хотелось бы сказать про паруса и такелаж. Ванты, конечно, чисто декоративные, но мачта в любом случае раскачивается ветром, и если они будут жёстко к ней приделаны, то они разорвутся – бронза всё-таки не очень пластичный материал. Поэтому внутри них находятся металлические тросы, а бронзовый такелаж – это лишь оболочка. Однако и металлические тросы тоже не вечны. Поэтому инженеры решили использовать противовесы. И теперь, когда мачта качается, противовесы поднимаются-опускаются – всё происходит, как на настоящем корабле.

 

В заключение: я очень надеюсь, что мне удалось убедить вас в том, что колоссальные монументы – это памятники не только какой-то идеологии, но и передовой инженерной мысли.


Подпишитесь на eRazvitie.org в Фейсбуке и ВКонтакте, чтобы не пропустить новые материалы.