Скоро уже 7 лет во всем мире, особенно в США, не стихают дебаты о происшедшем тогда нападении террористов и о его результате, потрясшем Америку и весь мир. В результате обсуждения выкристаллизовались два взаимоисключающих мнения:
а) эти здания разрушили террористы, в результате чего погибло около 2 тысяч человек – в этом вина террористов;
б) здание взорвало ЦРУ, инсценировав нападение террористов – в этом, таким образом, вина ЦРУ и стоящего над ним правительства, очень уж удачно было это событие этим правительством затем использовано.
Увы, ни один из этих вариантов не соответствует картине, которую все видели, но не все поняли. А те, кто понял, (например, в США есть много специалистов по конструкциям высотных зданий), они предпочитают помалкивать.
Итак, что же мы видели?
Мы видели как сначала один самолет влетел в одно здание, а потом второй – во второе. И там, и там начался пожар на тех этажах, куда влетели самолеты. Что мы еще видели?
Мы видели, что после того, как самолеты влетели в здания, эти здания простояли еще: одно – более 45 минут, второе – дольше, около часа.
Остановимся и сделаем первый вывод: оба здания, их каркасы выдержали удар самолета, не разрушившись. В этом нет ничего удивительного, так как их каркасы были рассчитаны на такой удар: в строительных нормах всех стран, строящих небоскребы, такой расчет является обязательным. На момент их строительства (1982г.) такая норма была предусмотрена и в СССР, и в США. А вот возникшего пожара каркасы зданий не выдержали, и именно от пожара они разрушились. Почему?
Неужели те, кто проектировал эти здания, не догадались, что если самолет ударится в здание, то из него выльется авиационный керосин, создающий высокотемпературный пожар: в замкнутом объеме (в том числе – в авиадвигателях) - до1500°С, а в открытом пространстве, как в нашем случае – около 650°С?
Приведу выдержку из учебника для ВУЗов «Металлические конструкции» под ред. Н.С.Стрелецкого, М., Госстройиздат, 1961, стр.48:
«При температурах выше 400-500°С происходит резкое снижение предела прочности и предела пластичности (в 3-4 раза), при 600°С они близки к нулю и несущая способность стали исчерпывается».
Речь идет о строительных сталях. Вообще существуют способы защиты конструкций и от более высокой температуры – например, мартеновские печи работают годами при непрерывном воздействии более высоких температур до 1800°С.
А что же проектировщики предусмотрели? Мы можем судить об этом, потому что чертежи основных узлов этих зданий были представлены в советской технической литературе сразу после завершения их строительства. Каркас был стальным, колонны – коробчатого сечения, пустотелые внутри. Вдоль этих пустот были пропущены трубы, внутри которых циркулировала вода. Эта вода должна была охлаждать колонны в случае пожара. Снаружи колонны и балки были окрашены огнезащитной краской, что тоже как-то предохраняло конструкции от огня, хотя и малоэффективно. Кроме того, во всех помещениях было предусмотрено спринклерное пожаротушение (фонтанчики воды с потолка).
Все эти меры могли защитить конструкции, если бы загорелись, скажем, занавески на окнах или бумаги на столах. Для более сильного пожара они не предназначены. Тем более, что от удара самолета они должны были выйти из строя.
Для сравнения скажу, что советская школа стальных конструкций предусматривает другие технические решения. Например, в каркасе главного корпуса МГУ, которое было окончено строительством в 1952 году, колонны выполнены толстостенными крестового поперечного сечения, а огнезащита выполнена керамической, из глины – аналогично мартеновским печам. От вышеописанного пожара это здание бы не разрушилось, выгорели бы только 2-3 этажа.
Вернемся к нашим зданиям – «близнецам». Согласно нормам, металлоконструкции обязаны выдержать без разрушения прямое воздействие огня в течение 45 минут. Они это честно выдержали.
Теперь посмотрим на междуэтажные перекрытия, которые были выполнены по металлическим балкам. Узел соединения балок с колоннами был принят в расчетной схеме шарнирным, а конструктивно балки опирались сверху на выпущенные из колонн короткие консоли. Такое техническое решение узлов было ненадежным, но зато обеспечивало исключительно высокую скорость монтажа – один этаж в сутки. Американцы сняли кинофильм о монтаже этого здания и очень гордились этим достижением.
Нужно заметить, что строительство зданий финансируется за счет банковского кредита, и каждый день сокращения продолжительности строительства обеспечивает значительное сокращение расходов по кредиту. Поэтому скорость монтажа была поставлена во главу угла!
Советская школа использует для аналогичных зданий другие узлы. Например, в уже упоминавшемся здании МГУ балки соединены с колоннами жестко, вварены в них всем сечением. Это обеспечивает высокую надежность каркаса в целом. Но в скорости монтажа мы американцам сильно уступаем…
Что же произошло с "близнецами" далее? Под влиянием высокой температуры перекрытия в них ослабли и прогнулись, в результате они сползли с опор. Одно перекрытие упало на нижележащее, которое не выдержало такой дополнительной нагрузки и тоже в свою очередь сползло с опор, вместе они упали на нижележащее, и это падение продолжилось как в костяшках домино. Балки перекрытий служили развязками для колонн; лишившись развязок, колонны потеряли устойчивость и разрушились.
Многих удивляет симметричный характер разрушения зданий при заведомо несимметричном расположении огня: здания буквально просели вниз, не отклоняясь в сторону. Появилась даже такая версия происшедшего, как заговор ЦРУ, якобы взорвавшего это здание. По этой версии заряды были заложены по всему периметру у всех колонн и взорваны одновременно, что и объясняет симметрию разрушения.
В такой версии нет необходимости: и при несимметричном пожаре здание разрушается симметрично. Попробую это пояснить с помощью чертежа: на листе бумаги проведите две вертикальные линии – это будут колонны переднего и заднего ряда. Теперь проведите 110 горизонтальных линий между ними – это будут междуэтажные перекрытия. Допустим далее, что на 81 этаже возле левой колонны возник пожар, и в результате этого левый конец балки этого перекрытия сполз с левой колонны. Таким образом, левая колонна лишилась распорки, расстояние между развязанными точками колонны увеличилось вдвое.
Если в нормальном состоянии это расстояние (высота этажа) было, скажем 4 метра, то теперь неразвязанный участок колонны (так называемая «свободная длина») увеличилась в 2 раза и стала равной 8 метрам. Согласно теории Эйлера, несущая способность колонны уменьшается пропорционально квадрату увеличения свободной длины, то есть несущая способность колонны уменьшилась в 4 раза!
Теперь посмотрим, что произошло с правой колонной. Балка с колонны не сползла, это так, но левый конец балки упирается в воздух! То есть правая колонна оказалась неразвязанной на такой же длине и в том же месте, что и левая. Ее несущая способность тоже уменьшилась в 4 раза: полная симметрия! Если сползет еще одно перекрытие и свободная длина колонны увеличится в 3 раза, то несущая способность колонны уменьшится в 3х3= 9 раз. А таких запасов прочности в колоннах наверняка не было.
Пожар раскалил перекрытия, как минимум двух этажей – под и над пожаром и они перестали служить распорками для колонн, которые в этом месте были нагружены вышележащей частью здания. Уже из-за этого произошло катастрофическое снижение несущей способности колонн – в 9 раз! Эти два перекрытия неизбежно упали или опустились на следующее снизу. Если они резко упали, то имела место динамика, которая увеличила их разрушающую способность. Если они опустились медленно, то тогда произошел перегрев и этого самого нижнего из трех перекрытия, так как пожар продолжался все время, а раскаленное перекрытие не может служить защитой от перегрева.
Заметьте, что я нигде не говорю про нагрев колонн: мне неизвестно как по отношению к колоннам располагался пожар и внесла ли повышенная температура колонн свой вклад в снижение несущей способности этих колонн. Хотя наверняка, находясь 45 минут в помещении с температурой 650°С они тоже хорошо прогрелись. Но и без этого они были обречены…
С этого момента катастрофа стала неминуемой: колонны выпучивались и ломались, висевшие на них стеновые панели обрывались, все это падало вниз вместе с участком здания, находившимся над зоной пожара. Грохот обрушения и облака пыли, поднимавшиеся с земли – все это мы видели…
Теперь мы возвращаемся к вопросу - кто в чем виноват. Согласно законодательству России, да и многих других стран, уголовную ответственность в случае разрушения здания несут два человека: главный конструктор проекта (или как он там в США называется) и владелец здания. Очевидно, что под давлением владельца главный конструктор пошел на такие ненадежные решения (вот пусть ему прокурор это обстоятельство и зачтет). Но они оба преступники, их нужно отдать под суд!
Увы, я нигде не встречал такого суждения – ни в американской, ни в российской прессе. Во всем винят террористов… Но террористы только использовали удачную для них возможность легко обрушить плохо построенное здание. Знали ли сами террористы о такой возможности? Спросите у Бен-Ладена, он как профессиональный строитель мог об этом догадаться. А вот главный конструктор и владелец знали об этом наверняка…
PS. А что, главный конструктор «Титаника» не знал, что спасательных шлюпок на всех не хватает?
Семен Сладков, к.т.н. по строительной механике и стальным конструкциям зданий
|
|
