Первые в СССР сэндвич-панели были спроектированы в УПИ

09:00, 10 августа 2021

Патент на изобретение получил коллектив Уральской научной школы металлистов-строителей

Один из соавторов изобретения Владимир Крохалев разработал печь для получения «начинки» сэндвич-панелей из пенопласта. Фото: Владимир Петров.

Продолжаем серию публикаций, посвященных 100-летию университета. В этот раз расскажем про Уральскую научную школу металлистов-строителей, ученики которой изобрели сэндвич-панели.

В наши дни сэндвич-панели — широко распространенный стеновой, кровельный и ограждающий строительный материал, состоящий из двух тонкостенных металлических листов и утеплителя между ними. Преимущества сэндвич-панелей — легкость, экологичность и экономичность, быстрота монтажа. В Советском Союзе производство сэндвич-панелей было впервые организовано в середине 1970-х годов на Челябинском заводе профилированного стального настила. А разработчиками материалов и технологии их производства стали Фридрих Тамплон, Владимир Крохалев и Александр Чебыкин — сотрудники кафедры строительных конструкций Уральского политехнического института (ныне УрФУ). Основанная 85 лет назад, сегодня кафедра действует как подразделение института новых материалов и технологий Уральского федерального университета.

«Задача нашей научной группы, которую возглавлял Фридрих Фридрихович Тамплон, состояла в том, чтобы создать прототипы оборудования для выпуска сэндвич-панелей, получить их опытные образцы и исследовать их напряженно-деформированное состояние, то есть выяснить, какую предельную нагрузку можно оказывать на них. До нас таких исследований в Советском Союзе не проводили. Задача была решена успешно», — вспоминает Владимир Крохалев.

Именно Крохалев разработал печь для получения «начинки» сэндвич-панелей из пенопласта, изучил влияние пенопласта на металлические профили и произвел расчеты критических нагрузок, которые могут выдержать металлические листы разной толщины и плотности.

Работа Тамплона, Крохалева и Чебыкина отмечена на всесоюзном конкурсе как лучший научно-исследовательский комплекс в области ограждающих конструкций и удостоена медали и диплома Министерства высшего и среднего специального образования СССР, а также четырех медалей ВДНХ.

В Свердловской области серийное производство несгораемых металлических стеновых и кровельных панелей с высокоэффективным утеплителем было организовано совместно с трестом «Главсредуралстрой» и Первоуральским заводом комплектных металлических конструкций. Из данных панелей построено несколько корпусов Нижнетагильского металлургического комбината, цеха Северского, Синарского и Первоуральского трубных заводов, компрессорные здания шести газовых магистралей «Западная Сибирь — Европа», первый универсам «Кировский» и спортивно-оздоровительный комплекс МЖК в Екатеринбурге.

Позже на базе Первоуральского завода комплектных металлических конструкций Фридрих Тамплон и Владимир Крохалев при участии будущего завкафедрой архитектуры УрФУ Михаила Ананьина разработали складные конструкции из сэндвич-панелей, которые при подъеме краном раскрываются под собственным весом и образуют помещения для складов, гаражей, мастерских и т. д. На данные конструктивные исследования коллектив разработчиков получил патент на изобретение.

Тамплон, Крохалев и Чебыкин являются учениками основателя Уральской научной школы металлистов-строителей Бориса Сперанского, который возглавлял кафедру строительных конструкций в 1960-78 годах. К примеру, Владимир Крохалев поступил на кафедру после трех лет работы на строительстве первого в СССР пускового комплекса для испытаний межконтинентальных баллистических ракет на космодроме Байконур.

«Борис Александрович Сперанский являлся автором четырех монографий, авторитетным ученым и инженером. Благодаря его усилиям кафедра представляла собой мощную образовательную и научную школу, которая имела прочные связи с зарубежными университетами. При Сперанском она подготовила около тысячи инженеров, преподавателей и ученых для строительной отрасли Поволжья, Урала, Сибири и Дальнего Востока. По инициативе Бориса Александровича на кафедре осуществлялась подготовка кадров по специальности „Промышленное и гражданское строительство — металлические конструкции“», — рассказывает Владимир Крохалев.

Воспитанники Сперанского, в том числе кандидаты и доктора наук, защитившиеся на кафедре, трудились и продолжают трудиться не только в Свердловске-Екатеринбурге, но и в Челябинске, Казани, Ульяновске, Самаре, Тюмени, Барнауле, Красноярске, Хабаровске, Магадане. Самый известный ученик Бориса Александровича — Яков Ольков, однокурсник и близкий друг Бориса Ельцина, впоследствии — действительный член Академии архитектуры и строительных наук, преемник Сперанского в должности заведующего кафедрой, которую Ольков возглавлял на протяжении почти 20 лет.

Сам профессор Сперанский вошел в историю науки как один из первых проектировщиков и исследователей стержневых большепролетных предварительно напряженных конструкций с применением металлических канатов на жестких и гибких затяжках. Такие конструкции отличаются легкостью и вместе с тем особой прочностью и устойчивостью, удобством в монтаже и его и повышенной скоростью, способны выдерживать значительные нагрузки, при этом обеспечивая большую экономию металла.

«Канаты и затяжки, спроектированные еще одним представителем научной школы кандидатом наук Борисом Сушенцевым, были настолько прочны, что на Магнитогорском металлургическом комбинате с их помощью целиком переместили многотонную мартеновскую печь. Кроме того, Борис Михайлович разработал несколько типов строительных канатов, а также единственный в своем роде стенд для изготовления и испытаний канатных затяжек на Нижнеисетском заводе металлоконструкций», — поясняет Владимир Крохалев.

Наиболее известная разработка Бориса Сперанского — покрытие машинного зала Рефтинской ГРЭС, изготовленное из плоских стальных ферм с пролетом более 40 метров. При изготовлении покрытия применили метод блочного монтажа: в этом случае фермы предварительно собираются в крупные блоки, а затем поднимаются мощными кранами и устанавливаются в проектное положение. Как показала широкая практика применения блочного монтажа, использование этого метода ведет к существенному упрощению, ускорению и повышению качества сборки, экономии материалов, сокращению трудозатрат и численности персонала, снижению стоимости работ.

Еще один уникальный проект Бориса Сперанского — двухпролетное пространственное покрытие стоянки строительных машин на проспекте Космонавтов в Екатеринбурге. Пролеты этого сооружения составляли 54 метра. К сожалению, в 1990-е годы оно было разобрано.

Отдельная функция Уральской научной школы металлистов-строителей — экспертиза технического состояния металлических конструкций промышленных и гражданских зданий. По словам Владимира Крохалева, такие работы провели, в частности, на Нижнетагильском металлургическом комбинате, Уральском вагоностроительном заводе, комбинатах «Ураласбест» и «Магнезит», а всего — на более чем ста объектах.

«В 1970-х годах наша с Фридрихом Тамплоном и Александром Чебыкиным экспертиза старых, еще демидовских цехов Верх-Исетского металлургического завода выявила чрезвычайно опасные деформации металлических колонн, поддерживавших пролеты мостового крана. Таким образом, мы не только сберегли от разрушения заводское оборудование, но и спасли жизни работников завода», — подчеркивает Владимир Крохалев.