Новый стальной каркас скульптурной композиции «Рабочий и Колхозница»

Новый стальной каркас скульптурной композиции «Рабочий и Колхозница»

М.Я.Туллер, А.Б.Павлов

Скульптурная композиция «Рабочий и Колхозница» была создана в 1937 году для Всемирной выставки в Париже. Авторами этого выдающегося произведения являются скульптор В.И.Мухина, архитектор Б.И.Иофан и инженер Н.П.Львов. Статуя общей высотой около 24,5 м была установлена над главным входом советского павильона на высоте около 34 м. После завершения выставки скульптурная композиция была разобрана и перевезена в Москву. Непродуманный демонтаж конструкции и неблагоприятные условия перевозки привели к тому, что значительная часть элементов несущего каркаса и оболочки были повреждены. В 1939 году скульптурная композиция была вновь собрана и установлена на постамент высотой 11 м перед Северным входом Выставки достижений народного хозяйства СССР. При сборке, монтаже и возведении скульптурной композиции поврежденные элементы каркаса и оболочки, например, руки Рабочего и Колхозницы, шарф и т.д. были заменены «по месту» без корректировки чертежей 1936 года. Вновь возведенная скульптура не соответствовала полностью первоначальному замыслу. За 60 лет эксплуатации большая часть элементов несущего каркаса из малоуглеродистой кипящей стали была подвержена значительной коррозии. Вследствие этого возникла аварийная ситуация.

В результате многочисленных обследований было принято решение о полной замене основных несущих и вспомогательных каркасов и реставрации листов обшивки из нержавеющей стали с возможностью их частичной замены. Высота постамента была определена 34,5 м - в соответствии с первоначальным замыслом авторов.

Работы по разработке проектной документации несущего, вспомогательного и второстепенных каркасов для восстановления скульптурной композиции «Рабочий и Колхозница» были проведены в отделе пространственных и легких конструкций №3 (ОПЛК-3) ЦНИИПСК им. Мельникова. Главным инженером проекта и руководителем работы был назначен М.Я.Туллер.

Руководителем авторского коллектива по восстановлению скульптурной композиции «Рабочий и Колхозница» скульптором В.М.Церковниковым были сформулированы основные требования к проекту стального каркаса: срок службы не менее 100 лет; учитывать расчетную высоту постамента - 34,5 м (вместо 10 м - до демонтажа конструкции); коэффициент надежности по ответственности уп принять равным 2,0 (вместо обычно принимаемого для ответственных объектов коэффициента уп=1,2). Эти положения

были утверждены Мосгорэкспертизой, отражены в Техническом задании и приняты за основу при проектировании.

Наиболее сложной задачей являлось определение истинных геометрических параметров каркасов и обшивки. Согласно Исторической справке, переданной институтом «Спец-проектреставрация», скульптурная композиция «Рабочий и Колхозница» после установки на Международной выставке в Париже в 1937 году претерпела ряд изменений в части каркаса и оболочки, как в геометрии, так и в конструкциях и габаритах сечений.

За основной ориентир при разработке геометрической схемы каркаса и установке габаритов сечений элементов каркаса в проекте нового каркаса были приняты чертежи 1936 года и в отдельных случаях возведенные в 1939 году конструкции, по которым имелись измерения. Заказчиком ООО «ПТМ БИОР» и фирмой «Юстас» были представлены трехмерная модель геометрической схемы элементов каркаса и сетевая модель оболочки пространственной скульптурной композиции. К сожалению, обе модели были не-

Рис. 1. Трехмерная модель каркаса скульптуры

полными. Геометрическая схема каркаса включала лишь схему и габариты сечений ног Рабочего и Колхозницы и основного ригеля. При наложении трехмерной модели геометрической схемы элементов каркаса в сетевую модель оболочки пространственной скульптурной композиции были зафиксированы места выхода элементов каркаса из оболочки. Это было вызвано недостаточно подробной сетевой моделью оболочки скульптуры, большой разреженностью сети, а местами и ее отсутствием (область шарфа, юбка, верхняя зона и т.д.).

На основании этих материалов в ЦНИИПСК им. Мельникова с согласованием В.М.Церковникова была интуитивно разработана геометрическая трехмерная модель основного каркаса скульптуры, выполненная по наружным граням элементов каркаса, составленная из соответствующих коробчатых сечений (рис. 1), которая и легла в основу проекта.

В дальнейшем в процессе изготовления и сборки каркаса подтвердилось, что разработанная трехмерная модель близка авторской идее В.И.Мухиной, то есть облик восстановленной скульптуры соответствует первоначальному парижскому варианту, а не повторяет частично искаженный облик скульптуры, выполненный «по месту» в 1939 году.

Для осуществления поставленных задач по разработке нового стального каркаса скульптурной композиции «Ра-

бочий и Колхозница» были приняты следующие конструктивные решения.

1. Все расчетные нагрузки и воздействия в соответствии с принятым коэффициентом надежности по ответственности приняты увеличенными вдвое, что привело - с учетом принятого метода монтажа скульптуры, наличием дополнительных связей, усилений, а также повышением отметки верха постамента до 34,5 м - к увеличению веса скульптуры почти вдвое.

2. При составлении технического задания и разработке несущего и второстепенных каркасов совместно с руководителем авторского коллектива было принято решение, что несущие элементы каркаса, доступ к которым при эксплуатации невозможен, необходимо разработать из нержавеющей стали. Были определены элементы, усилия в которых позволяли их выполнить из нержавеющей стали, имеющей пониженное расчетное сопротивление по сравнению с низколегированными высокопрочными сталями.

Из нержавеющей стали 12Х18Н10Т*, которая имеет наибольший срок применения и апробирована во многих отраслях промышленности, были запроектированы серп и молот, руки Рабочего и Колхозницы, несущие элементы основного шарфа, плечевые зоны Рабочего и Колхозницы, шарф у правой ноги Рабочего и все промежуточные каркасы для крепления обшивки, которая также выполнена из нержавеющей стали.

Рис. 2. Фрагмент каркаса скульптуры. Ноги и торсы

В связи с тем, что нержавеющие стали не отражены в СНиП II-23-81* «Нормы проектирования. Стальные конструкции», Заказчик поручил ФГУП «ВИАМ» разработать Специальные технические условия (СТУ) по применению нержавеющих сталей.

Основные несущие конструкции каркаса (базы, ноги, основной ригель, оба торса) запроектированы из высокопрочный марки стали С390. Каркас юбки, вспомогательных элементов и деталей баз запроектирован из стали С345.

3. Для определения несущей способности и деформатив-ности проектируемой конструкции несущего каркаса использованы две сертифицированные программы: Robot Millennium и SCAD Office. В качестве основной расчетной модели была принята пространственная стержневая модель, составленная из коробчатых сечений. В качестве дополнительной расчетной модели для анализа напряженного состояния в местах, не поддающихся описанию по стержневой модели, например, основной ригель, нижние участки ног, области плечевых поясов и др., использовалась комбинированная расчетная модель, составленная из стержней и пластинчатых элементов.

Расчет несущего каркаса скульптуры по двум указанным программам при одинаковых нагрузках, их расчетных сочетаниях, одинаковых жесткостях элементов показал достаточно близкие результаты.

Рис. 3. Фрагмент каркаса скульптуры. Монтажный стык на высокопрочных болтах

Оценка усталостной прочности наиболее нагруженных элементов конструкции несущего каркаса и анкерных болтов крепления опор скульптуры к постаменту под действием пульсационной составляющей ветровой нагрузки показала, что установленная техническим заданием долговечность в 100 лет обеспечена.

4. Скульптурная композиция «Рабочий и Колхозница» имеет сложную конфигурацию, что при высоте самой скульптуры 26 м и высоте постамента 34,5 м создало значительные сложности при изготовлении, транспортировке, сборке и монтаже ее на проектную отметку.

Элементы несущего каркаса скульптуры для упрощения монтажа были разделены на максимально возможные крупные (по условиям транспортировки и сборки) монтажные блоки в количестве 23 штук. Кроме этих крупноразмерных элементов основного несущего каркаса были изготовлены и смонтированы около 100 элементов второстепенных каркасов юбки, монтируемых на болтах и частично на сварке. Такое количество второстепенных элементов каркаса было обусловлено сверхсложной геометрией обшивки юбки.

В проекте предусмотрено заводское изготовление ног скульптурной композиции от низа плиты базы до стыка с основным ригелем. Эти монтажные марки укладывались в необходимые транспортные габариты.

Рис. 4. Строповка скульптуры

5. Основные несущие элементы каркаса выполнены из листов, сваренных в замкнутую коробку (рис. 2).

Применение сварных прямоугольных труб с внутренними диафрагмами представляет возможности качественного выполнения элементов из низколегированной высокопрочной стали, изменения сечения по длине и создания сложной геометрической формы конструкции, сборки элементов на высокопрочных болтах, что обеспечило проведение предварительной «сухой сборки» несущего каркаса.

Коробчатые сечения, по этим же соображениям, приняты также и для элементов из нержавеющих сталей, тем более что прокатные сечения из нержавеющих сталей требуемых параметров нашей промышленностью не выпускаются.

Для элементов несущего каркаса из нержавеющей стали там, где это допустимо по расчетным усилиям, применялись конструкции в виде пространственной решетчатой фермы переменного прямоугольного сечения.

Торсы Рабочего и Колхозницы для упрощения монтажа и эксплуатации скульптуры выполнены решетчатыми из низколегированной стали.

Жесткость коробок обеспечивается установкой с требуемым шагом поперечных ребер внутри коробок, приварива-

Рис. 5. Скульптурная композиция «Рабочий и Колхозница» перед подъемом на постамент

емых через специальные окна в боковых стенках, впоследствии завариваемых. В ребрах предусмотрены отверстия в середине плоскости ребра и по углам для обеспечения стока воды и вентиляции.

При коробчатом сечении несущего каркаса оболочку к нему можно крепить в любом месте.

Соединения элементов каркаса выполнены с помощью накладок и высокопрочных болтов из стали 40Х «Селект» с предварительным натяжением (рис. 3). В боковых стенках коробок элементов каркасов фигур, а также в нижней грани сечения шарфа в необходимых местах выполнены большие овальные отверстия, предназначенные для обеспечения возможности установки высокопрочных болтов в стыках монтажных элементов. Эти отверстия служат для подачи болтов в стыках, а также для осмотра, вентиляции и т.д.

Для соединения элементов из низколегированной и нержавеющей сталей использованы специально обработанные высокопрочные болты. В стыках между низколегированной и нержавеющей сталью, а также в стыках из нержавеющей стали накладки выполнены из нержавеющей стали.

Металлоконструкции каркаса были изготовлены в ЗАО «Энергомаш», г. Белгород.

6. Для увеличения надежности конструкции был дополнительно запроектирован коробчатый каркас правой руки Рабочего, отсутствующий в первоначальном варианте. Ранее обшивка руки, усиленная шпангоутами, крепилась по консольной схеме, а в проекте ЦНИИПСК им. Мельникова -по балочной схеме на двух опорах.

Крепление шарфа к левой руке Колхозницы запроектировано жестким в отличие от первоначального шарнирного варианта. Это решение было вызвано в том числе тем, что при принятой схеме монтажа одним из трех мест закрепления троса подъемной траверсы было крепление к шарфу.

7. Для защиты от коррозии элементов конструкции и накладок из низколегированных сталей было предусмотрено нанесение на все поверхности комбинированного покрытия, включающего:

- газотермическое цинковое покрытие толщиной 40п50 мкм, наносимого электродуговым способом;

- газотермическое алюминиевое покрытие толщиной 160п200 мкм, также наносимого электродуговым способом;

- лакокрасочного покрытия общей толщиной 120п140 мкм, включающих 1 слой грунтовки и 1 слой эмали.

Высокопрочные болты применены с термодиффузионными цинковыми покрытиями с проведением специальных мероприятий по обеспечению защиты их от коррозии, в том числе и контактной.

8. Сборка скульптуры в Париже в 1937 году и в Москве в 1939 году производилась отдельными блоками, включающими элементы каркаса и обшивку.

В связи с тем, что при демонтаже скульптуры в 2003 году она была разрезана на 40 блоков, причем линии разрезов

не совпадали со стыками несущего каркаса, выполнить монтаж на высоком постаменте таким же способом, как в предыдущие годы, не представлялось возможным.

ЦНИИПСК им. Мельникова предложил производить полную сборку скульптуры, включая каркасы и обшивку, во временном ангаре на земле с последующим подъемом готовой скульптуры на постамент мощным краном. Подъем предполагалось осуществлять с помощью специально разработанной треугольной траверсы со строповкой в трех узлах: верхние узлы элементов голов Рабочего и Колхозницы и узел в средней части шарфа (рис. 4, 5).

Такое решение потребовало утяжеления конструкции шарфа, голов, а также установки достаточно металлоемких горизонтальных связей в уровне опор.

Для обеспечения точной установки опор скульптурной композиции с регулировкой на необходимую отметку были предусмотрены упорные планки с установкой их на рихто-вочные гайки, расположенные под планками на анкерных болтах. Это позволило до монтажа выставить эти планки точно по требуемым отметкам. Анкерные болты выполнены с резьбой до верха фундаментов для установки и рихтовки

Рис. 6. Скульптурная композиция «Рабочий и Колхозница»

на постаменте в момент открытия

96 2 2010

упорных гаек и планок. Это решение позволило установить всю скульптурную композицию весом 160 тонн на анкерную группу постамента в течение часа при помощи специального крана. Монтаж и сборку конструкции каркаса и обшивки производили ЗАО «Ассоциация Сталькон» и ОАО «Стальмонтаж-Оптим».

Следует высказать слова благодарности за высокопрофессиональную работу сотрудникам отдела ОПЛК-3 ЦНИИПСК им. Мельникова, принимавшим участие в разработке и реализации данного проекта: Г.К.Якунину, О.А. Мер-жану, Н.Ю.Симон, А.А.Фадееву, Т.М.Колосовской.

Реставрацию обшивки из тонколистовой нержавеющей стали и соединение ее элементов между собой на монтаже на сварке производили ООО «ПТМ БИОР», ФГУП «ВИАМ», ФГУП «Спецпроектреставрация» и другие организации под общим руководством руководителя авторского коллектива по восстановлению скульптурной композиции «Рабочий и Колхозница» В.М.Церковникова.

Хотелось бы отметить самоотверженную и плодотворную работу руководителя авторского коллектива, сотрудников ООО «ПТМ БИОР», ООО «СК Стратегия», ЗАО УКС «Здравоохранение», ООО «Архинж», ФГУП «Спецпроектреставрация», ФГУП «ВИАМ», Москомархитектуру, Москомнаследие, Мэрию г. Москвы, Комитет государственного строительного надзора и многие другие организации, которые принимали участие в восстановлении скульптурной композиции «Рабочий и Колхозница».

Благодаря тесному сотрудничеству всех этих организаций удалось открыть памятник в назначенный срок - 4 декабря 2009 года (рис. 6).

Уникальному, сложнейшему и наиболее художественно выразительному памятнику эпохи предстоит долгая и интересная жизнь.

The Steel Skeleton of the Sculptural Composition «Rabochiy and Kolkhoznitsa». By M.Ya.Tuller, A.B.Pavlov

The main constructive decisions of the new steel skeleton of sculptural composition "Rabotchiy and Kolkhoznitsa" are introduced. Structure design has been developed in MelnikovInstitute of Steel Structure. The presentation of the monument after the reconstruction was on December 4, 2009.

Ключевые слова: скульптурная композиция, стальной каркас, обшивка, коробчатые сечения, низколегированная высокопрочная сталь, нержавеющая сталь, соединения на накладках, высокопрочные болты, защита от коррозии, траверса, строповка, монтаж.

Key words: sculptural composition, steel skeleton, sheeting, channel section, low-alloyed high-strength steel, stainless steel, connection on covers, high-strength bolts, corrosion prevention, crossbeam, strapping, erection.