Овальный павильон фабрично-заводского отдела для Всероссийской выставки 1986 г.
Нижний Новгород, 1895-6 гг.
Инженер: В.Г. Шухов
Производитель: Строительная контора инженера А. В. Бари

МАРШ — Технологии. ВА2 2019-2020.
Владислав Алейников, Вадим Галичан, Марина Горлова, Александра Карпушина, Ярослава Комаркова, Екатерина Постоюк
Наряду с круглым и прямоугольным висячими сетчатыми покрытиям павильонов, возведенных строительной конторой А.В. Бари к Выставке в Нижнем Новгороде 1986 г., покрытие овального павильона является наиболее ранней реализованной пространственной висячей оболочкой двоякой отрицательной кривизны.
Важнейшим достоинством этих конструкций было то, что они были в среднем в два раза легче конструкций сходных пролетов других конструктивных топологий.
Для исследования нами был выбран овальный павильон, так как он вмещает в себя принципы построения формы покрытий прямоугольного и круглого павильонов.

КОНТЕКСТ

XVI Всероссийская промышленная и художественная выставка 1896 года в Нижнем Новгороде по праву считается одной из самых значительных экспозиций XIX века и самой масштабной в России. До этого Всероссийские выставки организовывались преимущественно в Москве и Петербурге, иногда в Варшаве. Выставка в Нижнем Новгороде стала первой провинциальной выставкой. На этой выставке В.Г. Шухов построил 8 сетчатых павильонов, включая 4 павильона с покрытиями в виде висячих стальных мембран: круглый, два прямоугольных и овальный, ставшие первыми в мире висячими покрытиями в виде стальной сетчатой мембраны.

Отличительной чертой всех четырех висячих павильонов, особо отмеченных посетителями выставки, было отсутствие привычных глазу стропил. Вся нагрузка от кровли, снега и ветра воспринималась исключительно тонкой пространственной сетчатой мембраной, провисающей в форме цепной линии между верхними и нижними опорами, рассчитанной и произведенной по запатентованному Шуховым методу.
строительство овального павильона в Нижнем Новгороде, 1895 г.

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Из четырех висячих павильонов, овальный — наибольший по площади с габаритами в плане 71 × 51 м и высотой до верха кровли 15 м. Конструкция павильона состоит из сетчатого покрытия, верхнего и нижнего опорных колец, центральных колонн, несущих верхнее кольцо, и колонн с диафрагмами, несущих нижнее кольцо. Сетчатое покрытие павильона собрано из взаимопересекающихся металлических полос, подвешенных между верхним и нижнем опорными кольцами и принимает форму поверхностей: одинарной кривизны в центральной прямоугольной части здания и двоякой отрицательной кривизны в торцевых полукруглых частях здания.
изометрия Овального павильона
Диаграммы внутренних усилий от а) собственного веса, б) снеговой и в) ветровой нагрузок

АНАЛИЗ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИИ

Согласно теории сетчатых конструкций Шухова, форма меридионального сечения покрытия является линией равновесия под действием заданных нагрузок. Материал при этом испытывает исключительно осевые напряжения, а изгибающие моменты отсутствуют. При соблюдении этого условия никаких других несущих элементов (в т. ч. стропил или шпренгелей) предусматривать не нужно.
Конструктивный расчет покрытия павильона подтвердил, что при расчетных нагрузках (собственный вес + снег) оболочка искомой формы работает исключительно на осевое растяжение. Растяжение является самым благоприятным типом напряжения для большепролетных конструкций и требует наименьших затрат материала. Максимальное значение составляет 16 кН/см2, что не превышает предел прочности современной стали на разрыв (21 кН/см2). Однако, в своих расчетах Шухов использовал более низкие значения прочности (13,5 кН/см2) и не закладывал коэффициенты безопасности. C такими характеристиками конструкция очевидно работала на пределе своих возможностей.
расчетная схема покрытия овального павильона в Нижнем Новороде
Диаграммы внутренних усилий от а) собственного веса, б) снеговой и в) ветровой нагрузок

МАКЕТ

Нашей основной целью в создании макета была реализация работающей конструкции, воспринимающей усилия, как и реальный объект.
Макет собирался в масштабе 1:50 общими габаритами 1 м х 1,4 м.
В качестве материала использовалась стальная плоская проволока сечением 2 мм х 0,5 мм.
Для получения нужной формы оболочки использовалась опалубка из склеенных листов фанеры, на которой впоследствии выполнялась сборка покрытия. Опалубка была вырезана на фрезеровальном станке.
Для остальных частей конструкции (центральные несущие колонны, соединенные фермой, нижние кольцо и колонны, соединенные диафрагмами)


использовались готовые латунные профили и вырезанные с помощью лазерной резки капители центральных колонн (латунь, 0.5 мм). Для соединения частей использовалась пайка.

На этапе сборки покрытие снималось с опалубки, крепилось с помощью пайки и проволоки к верхнему поясу и колоннам. Заключительным этапом было создание и крепление нижнего пояса колонн.
В качестве подмакетника был выбран лист фанеры размером 1,5 м х 1,2 м
Итогом проделанной работы является работающий макет, в котором элементы воспринимают один из видов усилий: центральные колонны несут основной вес покрытия, сетчатое покрытие работает на растяжение, а нижнее и верхнее кольца работают на сжатие.
Фотографии макета: Юрий Пальмин


Благодарность
Особую благодарность хотелось бы выразить Государственному музею архитектуры имени А.В. Щусева и куратору выставки «Шухов. Формула Архитектуры» Марку Акопяну за проведение экскурсии по выставке и предоставление архивных материалов и расчетов В.Г. Шухова, а также главному архитектору ГУМа Владимиру Камышникову, преподавателю МГСУ Юрию Южакову, главному инженеру Metal Yapi Василию Анопченко и доценту РГГУ Илье Печенкину за конструктивную критику по проектам.
Источники
Архив Российской Академии Наук, Ф. 1508

Дополнительная литература по теме
Шухов В.Г., Стропила. Изыскание рациональных типов прямолинейных стропильных ферм и теория арочных ферм. Русское Товарищество печатного и издательского дела. Москва. 1897
Шухов В. Г., Строительная механика. Избранные труды; Под редакцией академика А. Ю. Ишлинского. — Москва : Наука, 1977