Величайший «Купол» науки из Истры
Археологи удивляются мастерству древних архитекторов. Не имея современных инструментов, они могли строить поражающие воображение объекты. Здания далекого прошлого настолько не вписываются в наши представления о жизни предыдущих поколений, что дают почву для роста альтернативных теорий про атлантов, пришельцев, хрононавтов. Если через множество лет, когда от человечества останутся лишь осколки пластика, разбросанные на окаменевшем ложе между ископаемыми сланцами Бёрджес и тысячелетним слоем грязи, на Землю прилетят инопланетяне, то они с той же недоверчивостью будут изучать наши железобетонные мегалитные сооружения.
Чтобы испытать эмоции от соприкосновения с историей, не нужно далеко ходить. Достаточно выехать в Подмосковье, где под кустами, землей и древней бетонной плитой лежат останки крупнейших загадочных сооружений. Сегодня расскажем об одном из таких мест — главном испытательном полигоне Всероссийского электротехнического института.
Высоковольтные проекты
Источник
В 70–80 гг. прошлого столетия в Советском Союзе стартовал масштабный проект строительства сверхмощного энергомоста, который должен был связать электростанции Сибири, Экибастузский энергоузел, где расположена крупнейшая тепловая электростанция Казахстана, с промышленно развитым Уралом и европейской частью России.
В 1978 году началось строительство самой длинной ЛЭП в мире — линия постоянного тока длиной 2414 километров связала бы города Экибастуз и Тамбов. Максимальная мощность должна была составить 6000 МВт.
В 1988 году была построена уникальная высоковольтная линия переменного тока проектного напряжения 1150 кВ «Барнаул — Экибастуз — Кокшетау — Костанай — Челябинск». Это единственная в мире линия электропередачи такого класса напряжения, пропускная способность которой достигает 5500 МВт.
Проекты подобного масштаба невозможно было осуществить без реальных проверок высоковольтной техники, но испытательного стенда, оснащенного необходимым оборудованием и соответствующего высокому уровню безопасности, на тот момент не было.
Кроме того, в рамках подготовки «асимметричного ответа» на «Стратегическую оборонную инициативу» Рейгана, военные рассматривали различные теории создания оружия на базе искусственных молний. Площадка, на которой свободно удалось бы генерировать мегаваттные электрические разряды, стала бы ответом на все вопросы как для гражданских ученых, так и для армии.
Период с конца 1960-х по конец 1980-х годов — один из самых интересных в истории архитектуры СССР. Это было время смелых, необычных, футуристических проектов. Мы на портале Недвижимость Mail.Ru даже как-то делали подборку проектов в виде летающих тарелок и причудливых шатров.
Истринская доминанта
Диаметр основания — 236,5 метров. Высота — 118,4 метров
Проект, названный «Высоковольтный испытательный стенд предприятия Р-6511», строили для Всесоюзного энергетического института имени В.И. Ленина (ВЭИ) на площадке, уже принадлежащей ВЭИ, у города Истра, на высоком берегу одноименной реки. В строительстве здания высоковольтного испытательного центра участвовали разные организации. Проект металлической части был разработан ведущей организацией страны в области металлических конструкций — Центральным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским и проектным институтом строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова.
«Главспецстрой» — головная строительная организация, работающая на военно-промышленный комплекс страны — стал генподрядчиком. Практически все работы по строительству купола были выполнены 168-м Военно-строительным управлением. Самую сложную часть проекта, монтаж металлоконструкций, поручили «Спецстальконструкции» (Министерство специальных строительных работ СССР).
В ВЭИ приняли решение, что здание должно быть сделано в виде купольной конструкции — именно по сфере должны были распространяться волны от генератора электромагнитных импульсов во время испытаний, а оболочка должна была экранировать импульсы. Строительство началось в 1982-м, и через два года был возведен самый большой в истории человечества купол, построенный без использования внутренних опор.
Вызывающая уникальность
Так как монтаж производился без использования поддерживающих конструкций, потребовалось внедрение особых технических решений. Подсказку дала сама природа. Форму сооружения выбрали в виде капли, лежащей на ровной поверхности. Капля — это весьма устойчивая структура, благодаря поверхностному натяжению. Стены огромного купола, возвышающегося над пустотой, должны были работать аналогично «стенкам» капли.
Первые 10 ярусов здания были собраны двумя башенными кранами, двигавшимися по кольцевому пути снаружи купола, а далее монтаж производился одним установленным внутри краном. Наклонная часть сферы своим весом давила на нижние слои и так сохраняла устойчивость. Явных причин для отказа от поддерживающих конструкций не было, в расчет брали прогрессивность и технологические достоинства метода навесного монтажа, позволявшего возводить огромное сооружение в кратчайшие сроки и при этом сократить расход необходимых материалов.
Тонкая «скорлупа» купола представляла собой сеть из массивных стальных стержней, образующих равнобедренные треугольники. Стержни каркаса были выполнены в виде ферм с параллельными стальными поясами, состоящими из спаренных углов. К внутренней стороне крепились обшитые алюминием панели, начиненные минеральной ватой для тепло- и звукоизоляции. Общая толщина оболочки составляла 2,5 метра.
К наружным поясам каркаса приваривалась мембрана из атмосферостойкой стали толщиной всего в полтора миллиметра, которую сразу окрашивали в светлый цвет, придавший внешнему виду купола сходство с яичной скорлупой.
На купол ушло около 10 тысяч тонн стали и 363 тонны алюминия, был смонтирован 21 симметричный блочный ярус, сверху было установлено коробчатое кольцо диаметром 34 м, на которое подняли центральную часть оболочки весом свыше 600 т. Фундамент купола был выполнен из 63 бетонных опор, некоторые из которых уцелели до наших дней.
В вершине купола собрали технологическое помещение диаметром 34 м с площадью пола 900 м² и массой 110 т. К нему в самом центре купола должны были прикрепить на подвесах генератор импульсных напряжений большой мощности.
На внутренней поверхности купола были оборудованы грузовые подъемники на 5, 25 и 100 тонн, установленные на высоте 106,7 метров. С целью обслуживания наружной поверхности купола предусматривалось устройство в виде полуарки, внутри которой были расположены грузопассажирский лифт и лестницы.
Катастрофа и расследование
На месте обрушения конструкции. Сверху — остатки самоходной полуарки, находившейся на внешней стороне купола
К осени 1984 года основные работы были завершены, но спустя всего несколько месяцев, 25 января 1985 года, купол рухнул. Лишь раннее время катастрофы (7:30 утра) позволило избежать жертв. Было уничтожено свыше 16 тысяч тонн металлоконструкций.
Техническая комиссия по расследованию причин аварии рассматривала множество версий произошедшего, от тектонических толчков до диверсии. Проверялся вариант того, что действительная форма купола значительно отличалась от проектной. Если изначально в проекте были ошибки, то со временем они накапливались, уменьшая кривизну верхней части купола. В результате «крышка» купола могла давить на всю остальную конструкцию как плита.
Во время монтажа некоторые сжатые стержни действительно теряли устойчивость. Причину перегрузки устранили, а прогибы, видимо, остались. Кроме того, перед обрушением сильные морозы сменились оттепелью. Под куполом собрался холодный воздух, а на поверхности стал давить теплый. Стремление сэкономить на сроках и деньгах привело к тому, что некоторые стержни были выполнены не из стали повышенной прочности, а из обычной. Не все несущие высокопрочные болты были поставлены.
Однако эксперты комиссии пришли к выводу, что все эти недочеты не могли стать причиной обрушения. На этапе проекта статистические расчеты купола производились в программе «Парадокс», учитывавшей верхнюю часть купола, как плоскую плиту, опертую по контуру. Таким образом, одно только дополнительное воздействие снега, воды или воздуха, не говоря уже о собственном весе, не могли обрушить «крышу» купола. Техническая комиссия пришла к выводу, что авария произошла в результате неблагоприятного сочетания десятков небольших погрешностей при проектировании, изготовлении и монтаже конструкций. Одним из важнейших факторов критического накопления ошибок стало игнорирование заказчиком научно-исследовательских и экспериментальных работ на реальных моделях. А уже во время монтажа не хватало приборов для наблюдения за деформациями купола в автоматическом режиме — их просто не было в СССР.
Последствия
Госстрой СССР пытался заставить Главспецстрой построить купол заново за два года. Более того, строить собирались по прежнему проекту. Однако прежде чем удалось решить все вопросы, связанные с финансированием, наступила перестройка, за ней распад СССР, и денег на амбициозные научные проекты не осталось.
Несколько лет спустя после падения купола в Истре был разработан действующий в настоящее время национальный стандарт «Надежность строительных конструкций и оснований». В нем появились следующие очень важные строчки: «для уникальных сооружений, не имеющих надежных методов расчетов или опробованных ранее в России аналогичных решений, расчет конструкций и оснований необходимо производить на основе специально поставленных экспериментальных исследований на моделях или натурных конструкциях».
Для наблюдения за возможной деформацией материалов во время строительства в конце 90-х годов в России стали использовать безотражательные электронные тахеометры. Их применяли, например, при строительстве Лефортовского тоннеля в Москве.
Тысячи тонн железобетонных конструкций вывезли с места обрушения. Остался только забетонированный котлован. Позже на нем построят «Стационарный имитатор электромагнитного импульса «Аллюр», предназначенный для испытаний и исследований объектов авиационной, радиолокационной, бронетанковой и автомобильной техники, ракетных комплексов, систем связи, энергоснабжения и боевого управления, вычислительной техники и различной аппаратуры на стойкость к воздействию мощных электромагнитных импульсов техногенного и природного происхождения.
На территории ВЭИ находится еще один испытательный корпус с купольным завершением, так называемый «Малый купол», но его размеры несоизмеримы с рухнувшим большим куполом.
На переднем плане генератор «Аркадьева-Маркса», установка постоянного напряжения до 2,25 мегавольта. На заднем плане виден генератор импульсных напряжений Маркса
Неподалеку находится испытательная площадка открытого типа, на которой установлена 43-метровая башня — генератор импульсных напряжений Маркса мощностью 9 МВ. Она использовалась для исследований по физике молнии.
В последние годы объект находится в полузаброшенном состоянии, а сам ВЭИ ведет тяжелую борьбу за собственное выживание и не имеет денег на содержание инфраструктуры.
Источники:
«Тайны стальных конструкций», М. Арошенко, В. Гордеев, И. Лебедев.
«Секретный купол на просторах Подмосковья», deletant.
«Современные автоматизированные системы контроля деформации большепролетных конструкций», Г.Е. Рязанцев, И.А. Седельникова, И.А. Назаров.
«Упавшая капля», журнал «Спецстрой», Олег Догадин.
«Большой Купол в Истре на территории Всесоюзного энергетического института им. Ленина (ВЭИ)»
