Вряд ли сам Шухов нашел бы уместным такое объяснение собственных творческих удач. Прежде всего Владимир Григорьевич, с его отличным знанием английского языка, мог бы заметить, что переводчик несколько обеднил смысл четверостишия. В оригинале говорится не просто о нечаянной находке изобретателя, а об открытии, сделанном "по ошибке или недосмотру". Между тем шуховская идея сетчатых конструкций меньше всего обязана своим рождением ошибке, недосмотру, наконец, простой случайности.
"Изыскание вида такой поверхности,- говорит о сетчатых покрытиях Шухова профессор П. К. Худяков,- явилось у изобретателя результатом самостоятельного математического анализа; в существующих курсах инженерного и строительного искусства бесполезно было бы искать на этот случай каких-либо указаний. Поэтому ясно, что подобные покрытия но могли быть созданы заурядными инженерами и архитекторами, имеющими хотя бы и большую практику по копированию существующих устройств, для этого нужна была особенная, неутомимая пытливость ума самостоятельного инженера, с полным сознанием относящегося к каждой новой работе, которая проходит через его руки… Минимальный вес покрытий Шухова,- подчеркивает далее Худяков,- является сам собой, как неизбежный результат предыдущего изыскания".
Каким же путем шел Владимир Григорьевич к своей идее сетчатых покрытий? Основной темой большой аналитической работы, которую вел Шухов задолго до открытия Всероссийской выставки, было рациональное проектирование стропил. Расчеты, проведенные уже на первом этане исследований, помогли значительно уменьшить вес металла даже в таких давно известных конструкциях, как фермы Полонсо.
Продолжая искать возможности дальнейшего уменьшения веса материала, затрачиваемого на единицу площади покрытия, Владимир Григорьевич задается вопросом, насколько оправдано традиционное устройство всех общепринятых покрытий, состоящих из четырех рабочих элементов - настила, обрешетки, прогонов и стропильных ферм. Оказывается, условия работы элементов неодинаковы. На долю каждого последующего элемента приходится нагрузка от всех предыдущих. Неизбежно возрастает вес фермы, поскольку она должна полностью нести нагрузку, собираемую настилом, обрешеткой и прогонами.
Такая неравномерность не устраивает Шухова. Он хочет уравнять условия работы элементов покрытия под нагрузкой, помочь проектировщикам в поисках "наивыгоднейшего геометрического расположения всех частей фермы, при котором вес употребленного на устройство фермы материала был бы наименьший". Анализируя стропильную ферму с этих позиций, Владимир Григорьевич приходит к парадоксальному выводу. Он гласит, что наименьший вес будет иметь покрытие, в котором длина панели а, расстояние между фермами е и расстояние между обрешетинами кровли с равны между собой, т. е. а = е = с.
Пусть читатель не волнуется. Мы вовсе не намерены навязывать ему утомительное и трудное путешествие сквозь заросли математических выкладок. Отметим только, что несложная формула, которой Шухов завершает свои расчеты, на первый взгляд могла показаться строителям лишенной практического смысла. С одной стороны, она убеждает проектировщика уменьшить расстояние между фермами. Но, как признает сам Шухов, "с уменьшением расстояния между фермами возрастает приходящееся на единицу площади покрытия количество материала, которое идет на выполнение стыков, а, с другой стороны, с уменьшением длины панели возрастает число раскосов и число связей между узлами ферм". Иными словами, вес фермы возрастает настолько, что она становится совершенно неэкономичной.
Но значит ли это, что формула Шухова привела нас в тупик, что она чревата неустранимыми противоречиями? Нет, именно опираясь на свою формулу, Шухов делает смелый, подлинно новаторский шаг. Он решается отвергнуть ферму как один из основных элементов покрытий, выдвинуть принципиально новый метод их сооружения. "Единственный практически возможный путь для уменьшения размеров а и е в покрытиях,- пишет он,- заключается в применении устройства сетчатых поверхностей, которые, при самых разнообразных условиях в задании, но составленным мною проектам и были построены конторою А. В. Бари на выставке в Нижнем Новгороде. Расчет таких покрытий делается на основании изложенной здесь теории арочных покрытий".
Почему Шухов заканчивает свою книгу "Стропила" этими словами, отчего расстается с читателем, едва лишь подведя его к расчету сетчатых конструкций? Почему он не считает нужным продолжить работу, в предисловии к книге названную профессором Худяковым "лучшим украшением трудов Политехнического общества"?
Вопрос этот занимал, надо полагать, многих почитателей инженерного таланта Владимира Григорьевича. К примеру, доцент Н. Ботвинкин, воздав в "Техническом сборнике и вестнике промышленности" должное новизне и оригинальности сетчатых покрытий инженера-механика Шухова, отметил все же, что теория расчета таких конструкций отсутствует, и даже попытался восполнить этот пробел своей статьей "Расчет висячих крыш".
Выход обещанной Политехническим обществом второй части труда Шухова, содержащей основы расчета его сетчатых покрытий, так и не состоялся. Причину этого вряд ли стоит искать только в непомерной загруженности Владимира Григорьевича, в работе над новыми проектами. Вероятнее всего, воздержаться от публикации продолжения труда Шухова вынуждает должность главного инженера частной технической конторы. Ведь даже книга "Стропила" была, как предупредительно оговорил Худяков, напечатана "с любезного разрешения А. В. Бари". Изобретения Шухова, пусть даже и запатентованные им, по условиям того времени, являлись собственностью фирмы. И владелец ее вовсе не испытывал желания вооружать возможных конкурентов основами расчета оригинальных конструкций, которым должно принадлежать большое будущее.
Просматривая издания девяностых годов прошлого столетия, находишь во многом повторяющие друг друга отзывы о выставочных павильонах, сооруженных по проектам Шухова. "Система Шухова основана на принципе устройства палаток,- сообщает "Технический сборник и вестник промышленности",- строится железная сетка, которая прямо покрывается кровельным железом". "Павильоны очень оригинальной формы,- находит журнал "Нива",- имеют вид шатра, у которого крыша не установлена на стропилах, а представляет натянутую висячую сетку. Это новость, шаг вперед в архитектурном деле…" "Своеобразным шатром" называют шуховские покрытия авторы одного из путеводителей по выставке.
Итак, палатка, шатер. В чем же тут дело - во внешнем сходстве? Не только в нем. Ведь шатровые крыши над деревянными и каменными постройками возводились еще в Древней Руси. Обычная двускатная крыша над старой крестьянской избой тоже напоминает своими очертаниями шатер или палатку, хотя и является самой что ни на есть жесткой конструкцией.
Речь, следовательно, идет не о внешнем облике, а о принципе. Покрытия выставочных павильонов строительного и инженерного дела так же, как шатры первобытного человека, сделанные из шкур,- висячие конструкции. Разумеется, это нисколько не умаляет значение идеи, блестяще разработанной и осуществленной Шуховым. Казалось бы, что общего между легким, хлопающим на ветру тентом и стальной конструкцией перекрытия? Общее в том, что основные элементы и подвесного сетчатого покрытия, и древнего как мир шатра работают по преимуществу на самый выгодный в инженерном смысле вид усилия - на растяжение.
То, что принцип висячей конструкции стар как мир, лишь подчеркивает новаторство Шухова. Разве роль Можайского или братьев Райт в истории авиации меркнет от того, что прообраз первых летательных аппаратов тяжелее воздуха - древний воздушный змей? К простейшему решению Шухова ведут остроумные догадки, рожденные долгими поисками, точными расчетами. Он с полным правом мог бы сказать: мои конструкции легки потому, что в них нет праздного металла.
Владимир Григорьевич решает свою задачу, сближая несущие элементы покрытия, превращая их в однородную сетку, заменяющую одновременно обрешетку, прогоны и, наконец, фермы. Как видно, Шухов хорошо понимал, какое значение имеет открытая им возможность снять вековое противоречие между легкостью и прочностью конструкции. Поэтому он решил закрепить свой приоритет на сетчатые покрытия заявками в департамент торговли и мануфактур. Заявки на "сетчатые покрытия для зданий" и "сетчатые сводообразные покрытия" датированы 27 марта 1895 года, то есть поданы за тод с лишним до открытия выставки в Нижнем Новгороде.
Нет, однако, оснований полагать, что плодотворная идея обязана своим появлением на свет именно выставке. Эта идея родилась значительно раньше, в тот период, когда Владимир Григорьевич тщательно анализировал существующие системы покрытий.
Один из биографов Шухова удачно сравнивает его с художником, который, задумав большую картину, вначале работает над ее фрагментами и продумывает отдельные элементы композиции. Задолго до выставки Владимир Григорьевич проверяет свою идею на сооружениях меньшего масштаба. По существу, первой практической проверкой расчетов Шухова была постройка двух сетчатых арочных покрытий над зданием нефтекачки в Грозном еще в 1890 году. Следующим шагом стало устройство висячего сетчатого покрытия над круглым зданием Московского котельного завода, законченное в ноябре 1894 года. Лишь после этого, во всеоружии теории и опыта, Шухов приходит к решению выступить на Нижегородской выставке с широким показом различных вариантов применения сетчатых конструкций. Многое из того, о чем здесь рассказано, может показаться достаточно элементарным. Не слишком ли распространяются авторы по поводу общеизвестных истин? И в самом деле, развернем взятую наудачу книгу по сопротивлению материалов, вышедшую в наши дни, и прочтем: "С уменьшением поперечных размеров брус теряет способность воспринимать изгибающие моменты. В этом случае целесообразно принять, что его жесткости на изгиб, кручение и на сжатие равны нулю и что он способен работать только на растяжение. Так рождается схема гибкой нити. Ее дальнейшим развитием является схема гибкой сети. Аналогичные обстоятельства позволяют создать схемы мембраны и гибкой оболочки, способных работать только на растяжение". (Курсив наш.- Авт.)
Выводы, к которым Владимир Григорьевич приходил путем многолетних неустанных поисков, здесь звучат как прописные истины. Но разве это умаляет роль Шухова? Разве можно осуждать ученого за то, что ему приходилось доходить своим умом до многих положений, изложенных в учебниках восемьдесят лет спустя?
Поэзия точного расчета
А теперь попробуем перенестись в прошлое. Представим себе, что от 1896 года нас не отделяет целых восемь десятилетий. Мысленно присоединимся к нашим соотечественникам, посетившим Всероссийскую выставку в Нижнем Новгороде в один из летних дней этого года, постараемся взглянуть на выставку их глазами, разделить их впечатления.
В одном из вагончиков электрической железной дороги (новинка для того времени!) мы с вами объехали территорию выставки - обширное пространство, где раскинулись фантастические сооружения, смахивающие то ли на мечеть, то ли на пагоду, то ли на дворец сказочного магараджи, затейливые терема и хоромы, возведенные в том псевдорусском стиле, который, по меткому определению Максима Горького, выдумал немец - архитектор Ропет.
Изрядно утомленные кричащей разноголосицей архитектурных мотивов, мы подходим к зданию инженерного отдела и останавливаемся как вкопанные. В противовес всему виденному, перед нами сооружение, поражающее своей предельной простотой. Четкие и плавные изгибы линий, чередование стекла и металла, легкость, простор, обилие света… Примерно так попытались бы мы выразить свое первое впечатление.
Легкое сетчатое покрытие павильона слегка провисает. Действительно, напрашивается сравнение с полотнищем шатра, которое почему-то не успели натянуть как следует. Чем больше всматриваешься в конструкцию павильона, тем отчетливее начинаешь сознавать, что интервалы между колоннами, выстроившимися в шеренгу по продольной оси здания, так же, как форма мелких ячеек гибкой сетки, образующей перекрытие, продиктованы не произволом зодчего, не его капризом, но вызваны к жизни точным инженерным расчетом.
Далее мы убедимся, что сетчатые конструкции Шухова подкупают не только своей оригинальностью и новизной, но и тем, что их легко и удобно использовать для самых разнообразных зданий. Это наглядно демонстрирует овальный павильон - дополнительное здание фабрично-заводского отдела. Его центральная часть имеет вид прямоугольника. Чтобы устроить над таким павильоном покрытие обычного типа, потребовалось бы устанавливать весьма громоздкие фермы. Гибкие висячие сетки Шухова, которые выглядят особенно изящными и почти невесомыми над большими пролетами павильона, дают строителю возможность просто и успешно решить задачу.
Еще большее внимание привлекает круглое здание инженерного отдела. Посреди просторного зала ведут хоровод ажурные металлические стойки, наверху соединенные прочным металлическим кольцом. Другое кольцо, большего размера, покоится на стенах здания. Между кольцами протянуты скрещивающиеся полосы железа, образующие сетчатое покрытие. Можно было бы сравнить такое покрытие с огромным колесом, втулка и обод которого соединены металлическими спицами. Но воспользоваться этим сравнением мешает то, что полосы, соединяющие кольца, в отличие от спиц, несколько провисают под действием собственного веса.
А сейчас присмотримся внимательнее к покрытию центральной части павильона. Гибкая сетка перекрывает только часть здания между стенами и внутренним рядом колонн. Если бы сооружение предназначалось не для выставочного павильона, а, скажем, для цирка, то под висячей сеткой оказались бы лишь трибуны для зрителей. А что над ареной, то есть центральной частью павильона? Купол, как в цирке? Нет, эту часть покрытия уместнее было бы назвать антикуполом - куполом, как бы вывернутым наизнанку.
Казалось бы, Шухов шагнул уже достаточно далеко, отойдя от громоздких ферм с прогонами и связями. Его сетчатые конструкции, словно сбросившие с себя бремя излишеств, освобожденные от ненужных запасов прочности, казались многим пределом смелости, которую может позволить себе проектировщик. Но и на этот раз сказывается присущая Шухову неудовлетворенность достигнутым. Снова и снова подвергая анализу свою идею крыш-сеток, Владимир Григорьевич находит возможности ее дальнейшего развития. Пример - покрытие центральной части круглого павильона - яркое сочетание инженерной фантазии со строгим научным расчетом.
Шухов исходит из того, что в его висячем покрытии несущим элементом служит одна лишь сетка, а лежащий на ней настил из листового железа фактически является лишь ограждением, усилий сам по себе не воспринимает. Поскольку кровельное железо обладает достаточно большой прочностью, Владимир Григорьевич решается поручить настилу не вспомогательную, а самостоятельную роль, использовать его в качестве несущего устройства.
Вот почему центральная часть круглого павильона, заключенная между колоннами, несущими внутреннее кольцо, сверху выглядит как чаша из тонкого листового железа. Шухов впервые в мире на деле доказал возможность использования в качестве несущей висячей конструкции тонкого железного листа, закрепленного лишь по краям. Это было полное торжество той его идеи, которая подвергалась сильным нападкам, расценивалась как бесплодное фантазерство.
Пройдет больше полувека, и немецкий ученый Фрей Отто, большой знаток висячих конструкций, заявит, что "начало развитию современных висячих покрытий было положено в 1932 году сооружением висячей кровли элеватора в Олбани (США) из листовой стали… провисающей по очертанию цепной линии". Крупным шагом в развитии висячих покрытий Отто называет также сооружение в 1937 году павильона Франции на выставке в Загребе (Югославия): "Покрытие в форме опрокинутого усеченного конуса из листовой стали толщиной 2 миллиметра подвешено к жесткому сжатому опорному кольцу…"
И. Г. Людковский, редактор русского издания книги Ф. Отто, вынужден будет напомнить в послесловии, что Шухов применил стальной лист в качестве несущей висячей пространственной конструкции еще за 36 лет до постройки элеватора в Олбани и за 41 год до сооружения павильона Франции в Загребе.
Важные сведения об этом Отто мог бы почерпнуть из "Путеводителя по Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде", выпущенного в 1897 году. Там говорится, что висячая сетка инженера-механика В. Г. Шухова "имеет в разрезе вид цепной линии". Кровля элеватора в Олбани, как сказано у Отто, провисает "по очертанию цепной линии". Характерное совпадение!
Справедливости ради заметим, что в своих последующих работах Отто уже пишет о приоритете Шухова в области висячих металлоконструкций. "К числу первых инженерных работ в области висячих конструкций, в которых мембрана покрытия и несущая конструкция представляли единое целое,- сообщает он читателям,- относятся сооружения В. Г. Шухова, возведенные им на Нижегородской ярмарке 1896 г. Эти работы были забыты и только недавно снова привлекли к себе внимание".
В середине шестидесятых годов нашего столетия Ф. Отто приезжал в Москву, посетил, в частности, ГУМ, где любовался легкостью и изяществом шуховских сводов. По свидетельству И. Г. Людковското, он нашел, что эти конструкции затмевают перекрытия прославленного Кристаль-Паласа в Лондоне.
В 1958 году посетители Всемирной выставки в Брюсселе восхищались павильоном США - гигантским шатром из стали и пластмасс. Театр при павильоне был сооружен на сходном принципе - сетчатые стены и потолок. Павильон фирмы "Филипс" тоже напоминал шатер, стены которого еще не натянуты…