Будущая радиотелевизионная башня в Минске, несмотря на то что решение о конкретных сроках ее возведения еще не принято, то и дело возникает на гребне волны общественного интереса. Открытый международный тендер по выбору подрядчика на проектирование и строительство сооружения был проведен еще в 1998 году. Среди представленных предложений творческих коллективов из шести стран были два проекта, разработанные с участием белорусских архитекторов, конструкторов и инженеров. Одному из них — из монолитного железобетона — было отдано предпочтение. Но не менее интересен стальной вариант башни, о котором в предлагаемой сегодня вашему вниманию статье рассказывают его авторы.
Авторский коллектив проекта
Главный архитектор В.В. Крамаренко
Главный конструктор и главный инженер Е.П. Морозов (ЦНИИПСК им. Мельникова, Москва)
Ю.В. Шаронов, директор УП “Белпромпроект”
М.Н. Исаченко, директор ЗАО “Белпроектстальконструкция”
А.В. Жибуль, главный инженер ЗАО “Белпроектстальконструкция”
Телебашня в белорусской столице, как было записано в условиях тендера, должна быть неповторимой, оригинальной и органично вписываться в городскую застройку. Помимо безотказного функционирования всех современных систем радиосвязи и телевидения она призвана не только выполнять градостроительные задачи, но и стать общественно-культурным центром с обзорными площадками, лифтами, кафе и ресторанами, туристическим бюро, лекционным залом, сувенирными киосками.
Авторы статьи задумали выполнить Минскую телебашню в полузабытых традициях русской школы металлостроительства и с использованием самых передовых мировых достижений в этой области. Нет сомнений, что если бы Владимир Григорьевич Шухов смог дожить до сегодняшних дней, непременно одобрил бы нашу (и его тоже!) концепцию этого сооружения. Ведь Шухов просто и удивительно решал и претворял в жизнь насущные инженерные задачи: будь то строительство, котлостроение, судостроение, нефтехимия или другие отрасли промышленности царской и советской России. Инженерные творения Шухова получили мировое признание. Его неоднократно (но безуспешно) приглашали работать в США, называя русским Эдисоном. Особо следует отметить стержневые пространственные конструкции для башен и большепролетных покрытий, геометрия которых была описана линейчатыми поверхностями гиперболоидов. Они получили название “систем Шухова”.
Вот что пишут немецкие специалисты, побывавшие в Москве в 1989 году, о Шаболовской башне, построенной Шуховым в 1922 году: “Эта невероятно легкая, ажурная башня с деталями, подкупающими своей простотой и своеобразной формой, является блестящим конструкторским образцом и верхом строительного искусства”.
Высота осуществленной в годы разрухи и реконструированной в последующее время Шаболовской башни — 156 м, а расход стали — 240 т. Эта башня не только исторический памятник, но и поныне действующая антенная опора радиостанций на УКВ. Сохранились и другие сетчатые башни, построенные Шуховым, например водонапорная башня на железнодорожной станции в Орше. Она хорошо видна всем проезжающим по железной дороге Минск — Москва.
Замечательной архитектурной особенностью сетчатых башен является их зрелищность. Созерцание такого сооружения создает неизгладимое впечатление. Зрелищный эффект особенно проявляется при наблюдении с движущегося транспорта, когда кажется, что башня танцует и кружится. Это объясняется тем, что к проезжающему наблюдателю она быстро поворачивается, закручиваясь вокруг своей оси, в то время как остальные объекты — строения, деревья замечаются как пробегающие силуэты, поворот которых наблюдается вокруг некой вертикальной оси, удаленной за линию горизонта.
К великому сожалению (но может быть, к счастью — нет худа без добра), развитие стальных строительных конструкций пошло по линии типизации — индустриализации с использованием поточных методов в проектировании, изготовлении, скоростном монтаже. При этом не осталось места шуховским сетчатым конструкциям, которые он плел, как плетут корзины, только не из ивовых прутьев, а из стальных профилей, соединяя их заклепками в местах перекрещивания.
Заклепочные соединения уже давно не применяются. Их заменили электросварка и высокопрочные болты. Такая замена потребовала других конструкций. Поэтому при наращивании Шаболовской башни в 1991 году пришлось отказаться от чисто шуховских конструкций, запроектированных специально для этого. Проект наращивания был переделан под технологию завода-изготовителя, а затем — под крупноблочную поставку и укрупненный монтаж.
Разработчикам Минской телебашни удалось соединить подходы к конструированию и строительству высотных и глубоководных сооружений с сетчатыми системами Шухова. Многие концепции и технические разработки являются изобретениями ЦНИИпроектстальконструкции (ныне — ЦНИИПСК им. Мельникова) — организации, выросшей из проектно-строительной конторы Бари и Шухова в мощнейшее проектное и исследовательское предприятие в СССР и Российской Федерации. Они были воплощены при строительстве телебашен в Ташкенте, Алма-Ате и при создании проекта Минской телебашни.
Какой же представляется она авторам? Это убывающий в геометрической прогрессии по высоте ритм пространственных сетчатых секций. Стержни секций расположены на поверхностях геометрически подобных однополостных гиперболоидов. Тем самым достигается постоянство углов наклона стержней, что является основополагающим фактором для проведения типизации конструкций, узловых соединений стержней, производственных процессов изготовления, повторяемости монтажных операций и всего того, что в итоге определяет высокое качество исполнения.
Две верхние гиперболические секции имеют больший наклон образующих стержней, чем нижележащие. Они создают некий шатер, венчающий архитектурную композицию. В его вершину (на высоте около 270 м) заделана консоль антенной этажерки высотой 155 м.
На стыках соседних по высоте гиперболических секций размещены кольцевые диафрагмы. Они выполнены в виде ферм с внешним и внутренним поясами и стержнями решетки между ними — раскосами и радиальными распорками. На распорках ферм закреплены на сварке наклонные стержни соседних гиперболических секций. Фермы имеют геометрически подобное строение с тем же коэффициентом подобия, что и гиперболические секции. Их наклонные стержни и горизонтальные стержни кольцевых диафрагм выполнены из стальных круглых труб, а их соединения — встык и вврез — на сварке. Использование круглых труб увеличивает обтекаемые свойства конструкций и уменьшает их аэродинамическое сопротивление в ветровом потоке более чем в 2 раза по сравнению с конструкциями из сортовых и фасонных профилей. Наклонные стержни стянуты между собой в зазорах в местах их перекрещивания и жестко соединены в стыке. Тем самым, во-первых, увеличена их устойчивость при продольном изгибе, что позволяет отказаться от промежуточных кольцевых диафрагм в гиперболических секциях; во-вторых, обеспечена сдвигоустойчивость конструкции в целом.
Антенная этажерка выполнена из сварных круглых цилиндрических оболочек-царг диаметром внизу 4 м и далее (по высоте) с последовательным его уменьшением, стыки царг — с помощью сварки или на высокопрочных болтах. Это исключает необходимость антикоррозионной защиты при монтаже в зонах термического влияния сварки.
Все описанные выше конструкции являются силовыми, образующими силовой каркас башни, способный противостоять действию ураганов. Стержневые конструкции защищаются от коррозии современными лакокрасочными покрытиями, обеспечивающими межремонтный период в течение 20–25 лет. Антенная этажерка снаружи покрывается металлизационным покрытием — алюминием или цинком с целью увеличения межремонтного периода в 2 раза. Тем самым обеспечивается длительное и бесперебойное функционирование антенных устройств.
Все, что навешивается на силовой каркас и допускает возможность изменения в период эксплуатации, относится к эксплуатационным устройствам или так называемым грузовым конструкциям, к которым предъявляются требования местной прочности и обеспечения самонесущих функций. Они увеличивают парусность сооружения и влияют на прочность несущего каркаса, определяя необходимость и достаточность его несущей способности. Грузовые конструкции решены в блочно-модульном исполнении и допускают совершенствование блоков и модулей, из которых они состоят, или возможность их замены на другие, имеющие при ином содержании ту же форму. Учитывая, что способы и средства связи — наиболее изменчивая во времени область техники, модульный подход вполне правомерен.
Грузовые конструкции и устройства включают:
– пассажирские шахты лифтов туристического комплекса (их три), которые установлены вокруг сетчатого каркаса под углом 120° в плане на самостоятельных фундаментах и поддерживаются кольцевыми диафрагмами;
– грузопассажирские шахты лифтов, эвакуационных лестниц, кабельного и фидерно-волноводного хозяйства, коммуникаций электроснабжения, водоснабжения, канализации (их тоже три) установлены на тех же фундаментах, что и шахты лифтов туркомплекса, но проходят внутри сетчатого каркаса и крепятся к внутренним поясам диафрагм;
– здание для аппаратных помещений в виде круглой шайбы находится внутри сетчатого каркаса и закреплено на уровнях диафрагм на высоте 213–227 м;
– здание туристического комплекса с вестибюлем, обзорными площадками, рестораном, кафе выполнено в виде шара, подвешенного к зданию аппаратных, и раскреплено к диафрагме на высоте около 183 м;
– помещение метеослужбы шарового очертания находится в нижней части антенной этажерки на высоте около 320 м;
– технологические, эксплуатационные и переходные площадки располагаются на антенной этажерке, кольцевых диафрагмах и на крыше здания аппаратных помещений.
На самом верху башни на высоте 425 м устанавливается флагшток с государственным флагом Республики Беларусь в поворотном корпусе.
Внизу внутри каркаса на самостоятельных фундаментах находится основное здание, включающее аппаратно-студийный комплекс, туристическое бюро, ресторан и демонстрационный зал. Отсюда производится посадка в лифты. Шахты лифтов туркомплекса прозрачные с углом обзора 120°. Внутри шахт проходят двухскоростные лифты с прозрачными кабинами, оборудованными сидячими местами в виде амфитеатра. При подъеме-опускании лифтов с большой скоростью (4 м/сек) кабины могут быть закрыты шторами.
Особенности и достоинства стального варианта видятся авторам в следующем. Архитектура башни создана ритмом геометрически подобных сетчатых конструкций, воспринимающихся как единое кружево. Каркас ее не огражден, легкая коничность и четкий ритм стержневых секций создают сильное впечатление при обозрении с любого расстояния. Изнутри сетчатая конструкция предстает в виде каркаса гигантского шатра — просматриваются концентрические окружности диафрагм, сетка стержней и лучи трех лифтовых шахт. Общее впечатление усиливается вечерней подсветкой. Башня и ее окрестности могут стать популярной зоной отдыха минчан и приезжих.
Главная конструктивная особенность стального варианта сооружения — разделение несущих и ограждающих функций. Традиционный ствол с коммуникациями, который присущ аналогичным объектам (в Ташкенте, Киеве, Алма-Ате), отсутствует. Вместо единого несущего ствола предложены три отдельных самонесущих каркаса на две половины. Во внешней находятся грузопассажирские лифты с обзорной кабиной и аварийная лестница, во внутренней сосредоточены служебные лифты и имеются закрытые отсеки для радиотехнических, электротехнических и сантехнических коммуникаций. Наличие трех внутренних отсеков ствола позволяет сгруппировать коммуникации по их функциональному назначению. Так, силовые кабели могут быть отделены от радиотехнических проводок. Сантехнические проводки оборудованы средствами пожаротушения. С каждого отсека шахты есть выход на кольцевые диафрагмы. Тем самым при необходимости возможен проход в отсеки соседних шахт.
Наличие самонесущих прислоненных шахт дает возможность их переустройства и переоборудования в зависимости от возникающих задач модернизации и технического совершенствования, не затрагивая основные несущие конструкции; в случае пожара позволяет подойти к источнику возгорания со стороны незадымленной шахты и с других шахт в каждом ярусе преградить путь огню. Пожарная безопасность обеспечивается прежде всего разделением лифтовых, лестничных и коммуникационных шахт, а также возможностями перехода из одной шахты в другую.
Физический износ конструкций из строительных сталей определен исходя из 100, 200 и более (или менее) лет в зависимости от технических требований на проектирование. Межремонтный период определяется качеством антикоррозионных покрытий и технологией их нанесения.
Строительство башни может быть обеспечено Молодечненским и Минским заводами металлоконструкций и монтажными предприятиями страны. На возведение башни со всеми ее силовыми и грузовыми конструкциями потребуется около 6 тыс. т стали. При правильной организации работ предполагаемый срок строительства — 2 года.
Литература
Шухов В. Г. Искусство конструкции / Под ред. Грефе Р., Гаппоева М., Перчи О. / Пер. с нем. М.: Мир, 1994.
Проектное предложение по телебашне в
г. Минске. УП “Белстройэкспорт”, ЦНИИПСК им. Мельникова (г. Москва), ЗАО “Белпроектстальконструкция”,
УП “Белпромпроект”, Творческая мастерская архитектора В.В. Крамаренко, РУП МЗМК (г. Молодечно), АООТ “Спецстальконструкция” (г. Москва), ГСПИ РТВ (г. Москва).
Морозов Е.П. Требуются конкурентоспособные телебашни // Промышленное и гражданское строительство. № 5. 1999.