Эрмитаж. Науки служат музам - Павел Георгиевич Крутиков
В инженерном отношении история восстановления дворца интересна и поучительна. Инженер Н. И. Ольховский, участвовавший в восстановлении Зимнего дворца, писал в 1839 г., что «Сравнение одних и тех же качеств железа и чугуна между собой явно заставляет отдавать предпочтение железным балкам и стропилам». Решение Комиссии использовать при восстановлении здания Зимнего дворца в качестве несущего конструкционного материала только железо и полностью исключить дерево повлекло за собой возникновение множества интересных технических проблем, всколыхнувших творческую инженерную мысль как в России, так и за границей. Стали поступать предложения от отечественных и иностранных специалистов: И. Г. Калашникова, Новосильцева, Р. Роллера, А. Я. Вильсона, Ш. Энна-Витта, Г. Лавеса и др. Например, архитектор Фишер настаивал на создании «металлических прямых потолков огромных размеров» путем устройства железных коробчатых балок. Инженер Н. В. Набоков разработал устройство висячих потолков, механик А. Роллер предложил систему чугунных сводов. Все предложения Комиссия рассматривала в двухнедельный срок.
С декабря 1837 по февраль 1839 г. были практически заново восстановлены все залы Зимнего дворца. Поскольку в это время еще не существовало научных методов расчета сложных металлических перекрытий, то широко использовалось проведение различного рода опытов. Окончательное решение принималось после полномасштабных натурных испытаний.
Для изготовления необходимых металлических деталей при восстановлении Зимнего дворца требовалась мощная техническая база. Одним из наиболее известных заводов, славившихся изготовлением высококачественной продукции, был казенный Александровский завод. Его возглавляли талантливый инженер и организатор М. Е. Кларк и инженер корпуса горных инженеров полковник И. Филлон. Завод, работавший уже целое десятилетие, ранее изготовлял лестницы для Зимнего дворца, детали купола для столичного «экспозиционного зала». В цехах завода отливали львов, установленных на набережной у Адмиралтейства, декоративные детали, украшающие арку Главного штаба. Во время строительства архитектором К. И. Рос-си Александрийского театра в 1828 - 1832 гг. М. Е. Кларк рассчитал фермы для перекрытия зрительного зала, предложил новаторскую для того времени подвеску лож ярусов на консолях. На Александровском заводе выполнены также железные конструктивные элементы исполинского купола Исаакиевского собора. За время своего существования завод выпустил большое количество великолепных произведений прикладного искусства. Русские умельцы с изумительным мастерством воплощали в металле любые замыслы архитекторов и скульпторов. Все это послужило основанием передать завод в распоряжение Комиссии по восстановлению Зимнего дворца. В течение четырех лет завод выполнял в основном заказы для царской резиденции.
Множество металлоконструкций, сложных элементов систем отопления и водопровода, металлические детали архитектурных украшений были изготовлены и собраны руками александровцев. Только для одного Большого тронного (Георгиевского) зала в кратчайший срок понадобилось поставить 18 тысяч деталей из прочеканенной литой бронзы. В этом же зале заводскими инженерами и рабочими была решена весьма трудная задача - создание огромного (шириной в 20.5 м) безопорного перекрытия, основанного на фермах со шпренгелями.* Потолок зала, собранный из медных листов, подвесили на стержневой металлической конструкции.
[* Шпренгель - стержневая конструкция, служащая для усиления основной несущей конструкции балки.]
При восстановлении Зимнего дворца все технические вопросы решались силами отечественных инженеров и рабочих. Для перекрытия больших и малых помещений были использованы эллиптические балки из котельного железа, металлические стержневые шпренгели и кирпичные своды. Для пролетов не более 6.5 саженей (13.87 м) применялись эллиптические железные балки из кровельного железа. Кларк так писал об этом: «Я приготовил две металлические балки пяти саженей длины и нахожу, что из сего железа весьма полезно будет приготовлять металлические балки длиной от 2 до 5 саженей. Сделанные мною по собственному моему изобретению балки я имел честь 24 числа сего месяца (апреля, - П. К., Н. П.) показать гг. архитекторам Стасову, Штауберту, Брюллову и Тону, которые сие изобретение одобрили и признали весьма полезным употребление сих балок для Зимнего дворца и… в других значительных строениях» [42, с. 11].
В. П. Стасов и А. Д. Готман писали в своем заключении: «Из двух образцовых балок предпочесть должно эллиптическую… По простоте своей она потребует весьма мало материалов и работы; по малой тяжести, равняющей только 1/3 против деревянной балки одинаковой длины, стены будут терпеть меньшее давление…».** Эллиптическая балка состояла из четырех вертикальных полос котельного железа. Крайние полосы, зажатые сверху и снизу уголками и в середине раздвинутые болтами, образовывали в сечении форму вытянутого эллипса с малым диаметром 13 - 15 см и вертикальной стенкой по большему диаметру размером 53 - 62 см; соединение полос осуществлялось с помощью заклепок. Такие балки использовались в перекрытиях Фельдмаршальского зала, Парадной лестницы и Малой церкви.
[** ЦГИА, ф. 482, он. 3, д. 16, л. 27.]
Перекрытие больших залов - Гербового, Большой церкви - осуществлялось с помощью другого изобретения Кларка - металлических балок со шпренгелями. Они представляли собой плоские фермы из слегка изогнутых дуг, состоявшие из верхнего и нижнего поясов. Между дугами - обратная шарнирная арка, подтянутая болтами к верхнему поясу, выполнявшая роль шпренгеля. Ферма имела вертикальные стойки - хомуты, делившие ее на панели. Пояса из полосового железа создавали крестообразное сечение в верхнем поясе и Х-образное - в нижнем. Каждая арка делалась из параллельных полос. Шпренгельные балки (именовавшиеся тогда шпренгелями) применялись для перекрытия пролетов, достигавших 21 м, и каждая весила около 3.7 т.
25 апреля 1838 г. «три образцовых для больших залов дворца шпренгеля длиной каждый в 9 сажень 1 аршин и 14 вершков и вышиной в 8 фут» (20.5 м и 2.4 м) были освидетельствованы А. Д. Готманом, В. П. Стасовым и А. П. Брюлловым. На каждую ферму нагрузили по 500 пудов (8 т) и, «хотя никакой осадки или изгиба они не дали, но для вящей еще их прочности назначили прибавить, сверх плоских по верху полос, еще по одной на ребро» и заключили, что «шпренгели по назначенной системе могут быть употреблены в залах без всякого сомнения».* В результате таких длительных и трудоемких проверок принимались решения о пригодности той или иной конструкции. Так формировались методы испытаний и теория надежности конструкций.
[* Там же, д. 201, л. 7.]
Первоначально шпренгельные балки испытывались на заводе-изготовителе, где сначала проверялись их составные детали. Испытание на растяжение производилось с помощью «сидерометра» нагрузкой до 4 тонн на квадратный дюйм (6.2 кг/мм2). Собранные фермы подвергались последующим испытаниям «по три за
