Не обращать внимание на архитектурные сооружения - все равно что не заметить слона у себя на кухне. Каждый день мы выходим из дома, проезжаем мосты, спускаемся в метро и поднимаемся на верхние этажи небоскребов, но едва ли можем объяснить ребенку, как это построено.
Мы придумали небольшую прогулку по Москве, которая познакомит ребенка с удивительными сооружениями города и поможет ему понять их устройство. Благодаря нашим описаниям вы сможете сами объяснить, что такое арка, зачем нужен железобетон и как башня высотой 540 метров может быть устойчивой.
Просто выбирайте время и приезжайте к сооружениям из нашего списка.
1. Останкинская телебашня
540-метровую башню видно почти из любого района Москвы. Это высочайшее здание в Европе и 14-е по высоте во всем мире. Большая ее часть (385 метров) сделана из бетона, а шпиль собран из стали. Секция с утолщением, в которой расположен ресторан и радиооборудование, сопоставима по размеру с 10-этажным домом. Диаметр конструкции в основании - всего 65 метров, а глубина фундамента не больше, чем у стандартной заводской трубы. Как она не падает?
Все дело в уникальной конструкции - башня собрана из железобетонных колец, стянутых между собой 149 стальными тросами. Систему можно сравнить с бусами, у которых очень сильно натянули нитку. Сооружение специально сделали гибким и упругим - пусть лучше здание покачивается, чем ломается.
Сильный ветер может отклонить верхушку башни на 10 метров. Посетители ресторана на высоте 340 метров при этом будут чувствовать горизонтальные колебания пола с амплитудой 8 см, что напоминает легкую качку в море. Это пугает, но с башней все нормально - она на это рассчитана. В жаркий день одна сторона башни нагревается сильнее другой, вертикальные тросы внутри бетонных колец слегка расширяются, и вершина здания отклоняется на 3 метра. В этом тоже нет ничего страшного.
Благодаря такой “упругой” конструкции башня с легкостью пережила десяток ураганов и небольших землетрясений, дошедших до Москвы. В 2000 году на Останкинской башне произошел крупный пожар, во время которого лопнули 120 из 149 стягивающих тросов, но сооружение устояло. Это подтверждает огромный запас прочности и надежности самого высокого здания нашей страны.
Кстати, в Останкинскую башню можно попасть с экскурсией. Запись тут>>
2. Крымский мост
Многие из вас видели на фотографиях знаменитый мост “Золотые ворота” в Сан-Франциско. Очень похожее (только значительно меньшее) сооружение есть и в Москве - Крымский мост.
Это единственный в Москве вантовый (подвесной) мост. На его примере можно объяснить, как устроена такая конструкция и почему она получается прочной и легкой.
Если вы положите длинную балку на оба берега реки, она будет пытаться прогнуться, ведь весь вес конструкции давит на ее середину. Но если по краям моста установить мощные колонны (они называются пилоны), а затем соединить с ними центр балки тросами, конструкция станет более жесткой. Вес моста, автомобилей и пешеходов будет перенесен со слабого центра балки на мощные опоры.
Крымский мост выглядит так, будто сделан из гигантского конструктора. Между вертикальными пилонами натянута цепь, похожая на велосипедную - она сделана из поставленных на ребро стальных пластин, скрепленных между собой. От цепи к дорожному полотну идут стальные тяжи с винтовой резьбой, посередине которых есть огромные гайки. Они нужны для “тонкой регулировки” моста - отдельные участки полотна можно слегка опустить или приподнять.
Как и любая подвесная конструкция, Крымский мост “мягкий”. Остановитесь на тротуаре посередине пролета и дождитесь, пока мимо проедет грузовик - вы почувствуете, что мост качается. Хоть это и кажется странным, на самом деле такая податливость делает сооружение только прочнее.
3. Шуховская башня
Возле метро “Шаболовская” есть сооружение, которое можно назвать московской Эйфелевой башней - Шуховская радиобашня. Это памятник архитектуры рационализма мирового значения, построенный почти 100 лет назад.
Башня состоит из элементов, называемых гиперболоидами. Это фигуры вращения с широким основанием, сужающиеся к центру и расширяющиеся снова к вершине. Такую форму ввел в архитектуру русский инженер Владимир Шухов. Он доказал, что гиперболоидная структура жестче и экономичнее, чем обычная ферма из треугольников (как у опоры ЛЭП).
Вот несколько фактов о башне, которые наверняка вас удивят:
- Все стальные профили, из которых сделан каркас - прямые, хотя контуры башни выглядят изогнутыми.
- Соединения балок и колец башни подвижные. Это сделано для того, чтобы все нагрузки и колебания равномерно распределялись по конструкции. В 1971 году башню попытались укрепить, забетонировав фундамент и опоры, после чего башня стала… менее прочной.
- Из всего 240 тонн стали (вес двух средних авиалайнеров) получилась башня высотой 150 метров. Она настолько ажурная, что практически не оказывает сопротивления ветру, а значит не боится даже ураганов.
- Башня построена без кранов или строительных лесов. Каждую гиперболоидную секцию собирали внутри предыдущей, затем слегка “сжимали” и блоками поднимали наверх.
Увы, сейчас Шуховская башня в плохом состоянии. За 100 лет без капитального ремонта стальные конструкции проржавели, к тому же, сказывается неправильное укрепление 1970-х. Уже много лет сооружение ждет реставрации - с башни сняли всю радиоаппаратуру, а внутрь установили поддерживающий каркас из труб.
4. Дебаркадер Киевского вокзала
Этот инженерный шедевр разработал все тот же Владимир Шухов. Гигантское перекрытие над платформами - отличный шанс показать ребенку, как работает арка.
С древности многие строители решали одну задачу - как перекрыть максимально возможную площадь без опор посередине. Прямая балка большой длины просто прогнется под собственным весом, поскольку сила тяжести действует на ее середину. Но если использовать изогнутую вверх конструкцию - арку, силы будут распределяться от центра к краям, и крыша будет гораздо прочнее. Единственная проблема - стороны арки стремятся “разъехаться” (так называемый боковой распор), поэтому их нужно либо стянуть друг с другом тросом, либо хорошо закрепить по бокам.
Дебаркадер Киевского вокзала состоит из 31 легкой ажурной арки. Они незаметно перетекают в опоры, которые крепятся к земле небольшими шарнирами. Ширина укрытия - 48 метров, а высота каждой арки - 28 метров. Несмотря на огромные размеры, дебаркадер Шухова был построен без использования кранов - конструкции собирали на земле, вставляли концы опор в шарниры, а затем строители поднимали арки тросами одну за другой.
5. Дом на ножках (ул. Беговая, д. 34)
Издалека это здание выглядит как обычный панельный дом. Но если подойти поближе, можно заметить, что у этого сооружения нет первого этажа. Вообще нет. Дом стоит на железобетонных ногах, которые, кажется, подломятся с минуты на минуту.
Такая странная конструкция возможна благодаря свойствам железобетона. Этот материал состоит из стального каркаса, залитого цементом. Но почему он такой прочный?
Железо способно отлично выдерживать растяжение и сжатие, оно упругое и с трудом рвется. Но при этом железные изделия не очень жесткие и легко гнутся. Бетон наоборот очень твердый - его невозможно согнуть, зато он легко трескается и ломается. Совмещение этих материалов суммирует их сильные стороны, компенсируя слабые. Бетон перераспределяет нагрузки на металлическую арматуру, поэтому изделия из железобетона и твердые, и прочные.
Дом на Беговой, построенный архитектором Андреем Меерсоном в 1978 году, выглядит как инженерная издевка. Опоры сужаются книзу, что создает ощущение непрочности. А еще, если приглядеться, можно заметить, что каждый следующий этаж шире предыдущего на толщину одной железобетонной панели. Казалось бы, такая перевернутая пирамида должна упасть, но прочность железобетона позволяет строить и не такое.
Если ребенок заинтересовался архитектурой и инженерным делом
1. Сводите его на нашу научную программу “Архитектура”. За два часа ребенок разберется в свойствах материалов и спроектирует здание в сейсмоопасном районе. Поработаем с гидравлическим прессом, чертежными инструментами, отольем изделия из цемента, поставим эксперименты на сейсмостенде. Все будет почти по-настоящему, только в масштабе 1:100. Дата проведения программы зависит от расписания, смотрите на сайте.
2. Запишитесь на экскурсии и мастер-классы проекта “Москва глазами инженера”. Организаторы предлагают множество тематических прогулок с экскурсоводом по Москве, а на мастер-классах ваш ребенок сможет сам собрать модель Шуховской башни, мост Архимеда, геокупол и другие сооружения.
3. Купите ребенку металлический конструктор. Он гарантирует множество вечеров увлеченного проектирования шедевров. Собрав своими руками арку, ферму и вантовый мост, ребенок навсегда запомнит физические принципы, лежащие в основе этих конструкций.
____________
Полезные советы родителям, ответы на сложные детские вопросы, развивающие подборки книг, фильмов и приложений, профориентация и интервью с экспертами — все это в нашем телеграм канале Sciencely.
Подписывайтесь по ссылке → https://t.me/+9vA7KUHJNH8xNmIy
Возраст — 5+ лет