Металлические колонны крестовых сечений, впервые применявшиеся на строительстве высотного здания МГУ. 1949 г.

Железобетонные индустриальные жилые дома вначале строились высотой в 1–2 этажа, потом высотой 4–6 этажей, затем были разработаны проектные предложения домов в 10 и более этажей. По мере накопления опыта и увеличения этажности планировалось улучшить и архитектурное оформление фасадов, сократить расход металла до 3–4 кг на 1 м 3 здания. Высотные здания по своим конструктивным решениям отразили высочайшую для своего времени степень развития строительной промышленности и техники.

Сварная конструкция, впервые примененная в Советском Союзе для высотного строительства, имела ряд преимуществ перед существовавшей в мировой практике конструкцией с монтажными соединениями на заклепках – снижение веса, снижение трудоемкости изготовления элементов и снижение трудоемкости монтажа. Каркасная система позволила свести роль наружных стен лишь к оболочке, изолирующей внутреннее пространство здания от внешних температурных колебаний. Все нагрузки здания теперь передавались на каркас, представляющий собой систему балок и колонн, которые воспринимали вес здания и передавали его на фундамент. В основу советских методов проектирования стальных каркасов были положены тр уды выдающихся русских инженеров Н.А. Белелюбского, П.Я. Проскурякова, В.Г. Шухова и других, а позднее – Е.О. Патона, Б.Г. Галёркина, Н.С. Стрелецкого, создавших уже к началу XX века свою школу и рациональные конструктивные формы[154].

Электросварка, изобретенная в России инженера ми Н.Д. Славяновым и Н.И. Бенардосом в 80-е годы XIX столетия, получила особенно широкое распространение после Октябрьской революции в различных областях промышленности и в том числе в строительстве. В СССР электросварка заменила клепку еще с 1928 года. Успешное развитие сварочного дела дало возможность уверенно применить сварку и при монтаже стальных конструкций: каркасы всех высотных зданий в Москве были не только изготовлены, но и полностью смонтированы на сварке[155].

Предусматривались наиболее простые монтажные сопряжения колонн и ригелей каркасов, причем колонны доставлялись на строительную площадку с уже приваренными к ним элементами сопряжения для крепления ригелей и балок при монтаже. Торцы элементов колонн фрезеровались на заводе, при стыковании таких колонн не требовалось временное крепление в виде расчалок, стыковка производилась при помощи болтов, которые вставлялись в специальные приваренные у торцов «ребра», выполнявшие роль фланцев. Условия упрощения и облегчения монтажа потребовали и максимального сокращения монтажных элементов. Например, при возведении каркаса здания на Смоленской площади при общем весе конструкций 5200 т количество монтажных элементов составило всего 7900 единиц. Монтажный вес колонн колебался от 5,0 т до 1,2 т, ригелей от 4,5 т до 0,3 т[156].

При строительстве зданий на Смоленской площади, на площади Восстания и на Котельнической набережной колонны и ригели каркаса выполнили из прокатных и сварных профилей двутаврового сечения. Для каркаса МГУ на Ленинских горах были впервые применены колонны крестового сечения, изготовленные на заводах металлических конструкций путем соединения автоматической сваркой толстых листов стали толщиной до 50 мм. При этом способе сварка производилась не вручную, а при помощи «сварочного трактора» – механизма, который автоматически с небольшой скоростью перемещает электрод вдоль шва и осуществляет его подачу по мере оплавления. При этом горение электрической дуги осуществлялось под слоем флюса – порошка специального состава, что давало возможность увеличить мощность электрической дуги и улучшить качество шва. Герметизация сварочной ванны от атмосферных газов позволяла получить более стабильную и однородную структуру сварного шва (в последующие десятилетия по мере развития техники для этих же целей начала применяться сварка в среде инертных газов). Применение автоматической сварки позволило снизить трудоемкость процесса в 5–6 раз. За разработку метода и аппаратуры скоростной автоматической сварки Е.О. Патону было присвоено звание лауреата Сталинской премии[157].

Металлоконструкция центральной части главного корпуса МГУ. Примыкание поэтажных балок к несущей колонне. 1950 г.

Универсальный башенный кран УБК-5-49 на строительстве здания МГУ. 1950 г.

С начала 50-х годов была разработана и автоматическая точечная сварка электродом. При этом способе электрозаклепки большой площади получались в результате оплавления неподвижного толстого электрода (также под слоем флюса), причем горение электрической дуги прекращается автоматически после оплавления электрода на определенную длину. Такая сварка была применена, например, для изготовления колонн стального каркаса высотного здания МГУ. А контроль качества сварки производился при помощи радиоактивного и рентгеновского излучений[158].

Внедрение каркасной технологии было сопряжено и с огромным количеством сложностей. Инженерам в кратчайшие сроки предстояло провести комплексные исследования, результаты которых в обычных условиях следовало проверять на практике в течение многих лет. Для опытных испытаний изготавливались образцы железобетонных колонн определенного сечения и длины, армированных несколькими различными типами арматуры. В целях достижения заданной твердости бетона образцы выдерживались до начала испытаний в течение 1–1,5 года. Эксперименты проводились на 500-тонных и 1000-тонных прессах в лабораториях ЦНИС МПС и ЦНИПС. Колонны испытывались на осевое и внецентренное сжатие. Специальные приборы фиксировали величины деформаций, наступающих с увеличением нагрузок, так продолжалось вплоть до разрушения образцов. Испытание каждой колонны длилось 2,5–4 часа. Эти базовые результаты измерений легли в основу обобщающих таблиц, показывавших степени отклонения фактических разрушающих нагрузок от рассчитанных ранее теоретических. Колонны, успешно прошедшие испытания, впоследствии были запущены в серийное производство[159].