Такого объекта вы не найдете ни на одной карте мира. Только на генштабовских топографических картах конца 1980-х годов ярко выделяется идеально ровный круг, полностью залитый чёрным цветом и обозначенный как выдающееся здание. Он имеет более чем впечатляющие размеры, даже крупнее расположенного рядом Новоиерусалимского монастыря, но, несмотря на это, никак не расшифровывается. Так могла бы быть отмечена на карте легендарная Вавилонская башня, но это строение превзошло и её: если основание башни составляло 193 метра, то объект под Истрой имеет диаметр свыше 230 метров!
Речь идёт о самом большом в истории человечества куполе, не имевшем внутренних подпорок. Диаметр этого циклопического сооружения составлял 236,5 метров, а высота - 118,4 метра. При всей своей грандиозности название у него было довольно прозаическое: «Высоковольтный испытательный стенд предприятия Р-6511». Строили его на территории Всесоюзного энергетического института имени В. И. Ленина (коротко ВЭИ).
Возводили купол военные для каких-то своих секретных испытаний. Есть свидетельство, что внутри должны были разместить сверхмощный генератор электромагнитных импульсов (в рамках ответа американской программе СОИ). По другим данным, здесь планировали испытывать высоковольтное оборудование для самой мощной и протяженной линии электропередач «Экибастуз — Центр» напряжением в полтора мегавольта, а так же исследовать оборудование на стойкость к электромагнитным импульсам, возникающим при грозах и атомных взрывах. Как бы то ни было, купол был нужен для работ с колоссальными напряжениями в десятки и сотни миллионов вольт.
Сама по себе задача возведения такого огромного сооружения, не имеющего внутренних опор, является крайне нетривиальной задачей. Форму сооружения выбрали в виде капли, лежащей на ровной поверхности. В таком представлении тонкая оболочка купола должна была играть роль сил поверхностного натяжения жидкости.
Проект разрабатывали в институте «;Стальконструкция» (ЦНИИПСК). К работам приложили руку такие крупные фигуры, как зампред Госстроя СССР И. Н. Дмитриев и многолетний директор ЦНИИПСК, академик Н. П. Мельников, который умер за пару лет до начала строительства купола.
Спроектированная оболочка обладала потрясающей степенью симметрии. В нижней части купола она насчитывала 84 повторяющихся сектора в виде равносторонних треугольников, в средней - 42, а у вершины - 21 сектор. Такая симметрия классифицируется как циклическая группа 21-го порядка, то есть она состояла из 21 секторного элемента, каждый из которых простирался от основания до вершины сооружения.
Роль несущей конструкции выполняла объёмная ферменная структура, состоящая из внешней и внутренней оболочек. Каждая оболочка представляла собой сеть из массивных стальных стержней, образующих равнобедренные треугольники, причём основания треугольников складывались в силовые пояса, образующие горизонтальные окружности на каждом уровне оболочки. Стержни были изготовлены на Челябинском заводе металлоконструкций из стали марки 09Г2С.
Между собой оболочки соединялись сетью из тонких сварных трубок. К внутренней стороне крепились обшитые алюминием панели подвесного потолка, начинённые минеральной ватой для тепло- и звукоизоляции. Общая толщина оболочки составляла 2,5 метра.
На фото хорошо видна сетка оболочки купола, ячейки которой были равнобедренными треугольниками с длиной стороны 9 метров.
К наружным поясам каркаса приваривалась мембрана толщиной в полтора миллиметра из атмосферостойкой стали марки 10ХНДП, что придавало внешнему виду купола сходство с яичной скорлупой.
Купол опирался на фундамент из 63 бетонных опор, расположенных по кругу диаметром 231,7 метра.
Монтаж оболочки производился от основания к вершине блоками по два треугольных элемента без использования каких-либо поддерживающих конструкций. Первые 10 ярусов были собраны двумя башенными кранами, двигавшимися по кольцевому пути снаружи купола.
Начиная с 11 яруса монтаж производился одним краном грузоподъёмностью 25 тонн, установленным внутри купола.
После блочного 21 яруса было собрано коробчатое кольцо диаметром 34 метра, на которое силовыми полиспастами подняли центральную часть оболочки весом более шестисот тонн.
Высота «капли» к концу строительства достигла 118 метров. Всего на неё ушло более 10 тысяч тонн стали и 363 тонны алюминия. Её экватор имел диаметр 236,5 метра и проходил на высоте 23 метров.
В вершине купола было предусмотрено технологическое помещение диаметром 34 метра и массой 110 тонн, которое можно было расширить до 90 метров.
Купол оборудовали грузовыми подъёмниками на 5, 25 и 100 тонн, установленными на внутренней поверхности на высоте 106,7 метров. Для обслуживания наружной поверхности было смонтировано устройство в виде полуарки, внутри которой имелись грузопассажирский лифт и лестницы.
Строительство в основном завершилось к лету 1984 года, внутри велись отделочные работы. Следующая зима выдалась холодной и снежной. 25 января 1985 года в 7:45 купол обрушился. Есть сведения, что в течении нескольких дней перед этим с оболочки осыпались крепёжные болты и слышался треск.
Идущие на работу сотрудники института издалека увидели, как красные огни светоограждения, установленные на верхушке, плавно начали спускаться вниз. Воздух внутри сыграл для падающей оболочки роль амортизатора. Сторож, находившийся рядом с куполом, поначалу даже ничего не услышал и воспринял тревожный звонок за шутку. Потом, по свидетельству доцента МГИЭМ Л. А. Ашкинази, пришла ударная волна, такая, что идущих на работу людей сдуло с тропинки, а в институтском корпусе, стоявшем в нескольких десятках метров, сорвало с окон решетки и вдавило их в комнаты.
К счастью, в момент разрушения внутри купола никого не было, поэтому ни один человек не пострадал.
Свои впечатления от посещения рухнувшего купола в книге «Тайны стальных конструкций» описал один из членов комиссии по расследованию причин катастрофы В. Н. Гордеев:
„Зрелище было следующее. Заходишь в обычные штатные ворота сооружения и попадаешь в фантастический мир. Крупногабаритные обломки купола - скорлупы размером в несколько десятков метров - образовали подъёмистые гроты. В этих гротах свободно разместились совершенно неповреждённые подъёмные краны, экскаваторы, бульдозеры и другая техника. Высоко над головой раскачиваются обрывки ограждающих конструкций - алюминиевая обшивка, утеплитель, какая-то плёнка.
Есть места, где можно выйти на поверхность и залезть на обрушенные конструкции сверху. Я так и сделал. Передо мной простёрся как бы застывший бурный океан. Иллюзию
создавала наружная обшивка, выкрашенная в белый цвет. Особенно сильные разрушения претерпели конструкции, которые были вверху, в замке. Там были листовые детали толщиной 30-40 мм. Этот металл был порван, как папиросная бумага. Весь центральный узел, пригруженный сверху аркой, на десятки сантиметров вошел в землю. В других местах разрушения были менее масштабными. Это преимущественно были стержни, потерявшие устойчивость. Разорванного металла было не так много.”
Для расследования причин аварии была создана специальная комиссия, рассмотревшая различные версии.
Версия 1. Ошибки монтажа.
Комиссия выявила отсутствие должного контроля за геометрией сооружения в ходе монтажа, отсюда возникла одной из наиболее правдоподобных версий о том, что форма купола отличалась от проектной. Сборка велась навесным способом снизу вверх, погрешности монтажа, вызванные прогибами конструкции под собственным весом, накапливались, и в результате форма купола могла оказаться более «сплющенной», чем предполагалось. В этом случае верхушка купола могла работала не как свод, а скорее, как плита. Версия подкреплялась тем фактом, что во время строительства часть стержней теряли устойчивость. Причины перегрузки тогда устранили, но прогибы могли остаться. Также было выявлено, что отверстия под крепёжные болты сверлились не заранее, а по месту прямо во время монтажа, что также способствовало отступлению формы оболочки от проектной.
Версия 2. Некачественные материалы.
При проверка работы изготовителя конструкций были выявлены существенные недочёты. Не все силовые стержни были выполнены из стали повышенной прочности. Даже не были в полном объёме поставлены высокопрочные болты для несущей конструкции. Но это не объясняет, почему купол не обрушился ещё на стадии возведения.
Версия 3. Температурный перепад.
В январе 1985 года стояли морозы до -30°, а накануне обрушения наступила оттепель. Разница между температурой стержней внешней и внутренней оболочек могла внести в конструкцию значительную деформацию. Однако, полученные при поверочных расчётах значения напряжений не могли сами по себе привести к разрушению.
Версия 4. Аэростатическая нагрузка.
Упомянутый температурный перепад мог спровоцировать нагрузку, обычно не учитываемую при проектировании зданий. Из-за того, что во время морозов воздух внутри купола остыл, а наружный воздух нагрелся во время оттепели, возникла разность давлений, составившая около 10% от собственного веса конструкции. Это заметная величина, но купол был рассчитан на такую нагрузку.
В своём заключении экспертная комиссия отметила прогрессивность и технологические достоинства выбранной конструкции купола, эффективность применённого метода навесного монтажа крупных готовых блоков, позволившего возвести столь грандиозное сооружение в короткие сроки. В то же время она сочла недостаточными предварительные теоретические и экспериментальные работы по расчёту статической работы сооружения. Было обнаружено, что сопротивление элементов конструкции и их поведение в стадии монтажа и эксплуатации не учитывалось на должном уровне.
Вывода об однозначной причине катастрофы комиссия сделать не смогла. Было принято, что причиной стало неблагоприятное сочетание небольших погрешностей при проектировании, изготовлении и монтаже конструкций купола. Несмотря на это, никто из проектировщиков и строителей купола не понёс наказания.
Тот факт, что точные причины аварии остались невыясненными, дало повод для возникновения фантастических версий случившегося. Любители аномальных явлений связали аварию с разломом земной коры и геопатогенной зоной в районе строительства, но это расходится с тем, что фундамент купола остался цел и невредим. До сих пор можно услышать историю, как незадолго до разрушения к куполу подошли священники из Новоиерусалимского монастыря, встали на колени и прочитали молитву, очевидно, с просьбой избавить их от непрошеного «соседа». Надо сказать, у монахов имелся зуб на строителей купола: колоссальным сооружением была полностью подавлена предыдущая высотная доминанта округи — Воскресенский собор Новоиерусалимского монастыря.
Виктор Петров в своей статье «Не ставший куполом тысячелетия» высказал оригинальную зрения на причины катастрофы. По его мнению, к ней привёл скопившийся за зиму на верхней части купола снег. Под весом снежно-ледяной массы почти плоская поверхность оболочки прогнулась внутрь подобно мембране, как показано на схеме ниже. С наступлением оттепели в образовавшейся ёмкости стала собираться талая вода. Вес воды, смешанной со льдом и снегом, в конце концов превысил значение, которое могла вынести конструкция.
Автор выдвинул предположение, что проектировщикам было нужно принять во внимание многовековой опыт строительства стрельчатых куполов церквей. Такая форма обеспечивает жёсткость даже при небольшой толщине, а конусное завершение не позволяет дождевой воде и снегу скапливаться на куполе.
Источники и дополнительная информация:
1. «Не ставший куполом тысячелетия», Виктор Петров, журнал «Техника — Молодёжи», № 6, 2004 г.
2. «Тайны стальных конструкций», М. М. Арошенко, В.Н. Гордеев, И.Н. Лебедич, Киев, «Сталь», 2004 г.
3. «Секретное яйцо марсиан».
4. Статья о куполе на сайте Союза русских куполостроиелей.
5. «Неофициальное жизнеописание Всесоюзного электротехнического института имени В. И. Ленина», Л. А. Ашкинази, Электронная библиотека «Наука и техника».
6. «Современный автоматизированные системы контроля деформации большепролётных конструкций», Г. Е. Рязанцев, И. А. Седельникова, И. А. Назаров.
7. «Остатки Большого купола Истры».