Текст книги "История аварий и катастроф"

Пожар 3 января 2005 г. в Есаульском затоне. Горели баржи, на которых находилось 300 т мазута. В тушении были задействованы 12 пожарных расчетов, руководил работами начальник Сибирского регионального центра МЧС РФ Сергей Салов.

Пожар 23 марта 2005 г. на ул. 60 лет Октября г. Красноярска. Загорелся магазин автозапчастей. Пожар был крупным, поэтому пожарным пришлось даже перекрывать проезжую часть рядом с пылающим павильоном. На место приехала спецбригада МЧС. Спасатели вскрыли железные двери, чтобы проникнуть в офисную часть магазина. Внутри, кроме запчастей, находились автомасла, создающие угрозу взрыва. Сотрудники магазина, придя на работу, сразу принялись спасать имущество. Компьютеры, мебель и другие ценные вещи выносили через окна. Удалось вытащить и сейф с документами. Весь товар, несмотря на все усилия, пришел в негодность. Причина пожара – короткое замыкание в электрощите.

Пожар 31 октября 2005 г. на животноводческой ферме в одной из деревень Абанского района Красноярского края. Погибли 184 дойных коровы и 12 телят. Ущерб превысил 400 тыс. руб. Построенное в 1970 г. здание фермы сгорело за считанные минуты. Причина возгорания – короткое замыкание электропроводки.

Пожар 25 декабря 2005 г. в Политехническом университете г. Красноярска. Пожар начался в главном корпусе вуза, в лекционном зале на пятом этаже. В связи с высокой категорией сложности пожара, а также сильным задымлением было принято решение эвакуировать из здания всех студентов и преподавателей.

На тушение пожара были направлены пожарные и девять единиц техники.

Лесные пожары в Красноярском крае в 2006 г. По словам руководителя Департамента природных ресурсов лесного комплекса Андрея Гнездилова, 2006 г., в опровержение всех прогнозов, получился чрезвычайно «горимым». В период с апреля и по октябрь в крае зафиксировано 792 пожара на площади в 182 455 га. Для сравнения: в 2004 г. за тот же период было зарегистрировано 213 пожаров на площади в 3 888 га. В крае сложилась аномальная ситуация, связанная с большим количеством так называемых «сухих гроз». По вине этого природного явления возникло 44 % пожаров от общего их числа.

В тушении лесных пожаров были задействованы 499 человек, 41 ед. наземной техники, 5 самолетов и 4 вертолета.

Самые крупные возгорания были зафиксированы в Кежемском районе – огнем было охвачено 201,7 га, в Богучанском районе – 126,8 га. Кроме того, горели леса в Казачинском, Пировском, Тасеевском, Большемуртинском, Дзержинском, Енисейском, Туруханском районах. В 17 случаях лесные пожары возникли по вине местных жителей, 9 пожаров – из-за грозы.

7. Большепролетные и высотные сооружения

Ниже предлагаются примеры катастроф, связанных с ними.

7.1. Обрушение купола в г. Истра Московской области 25 января 1985 г

Купол должен был выполнять функцию каркаса здания главного испытательного зала Высоковольтного испытательного центра Всесоюзного электротехнического института им. В. И. Ленина (ВИЦ ВЭИ)». Здание ВИЦ ВЭИ имеет форму оболочки вращения, близкую к форме сплюснутого эллипсоида вращения. Диаметр в основании 227,5 м, высота помещения в центре 112,4 м (рис. 7.1). Стержни каркаса, образующие пространственную треугольную сеть, выполняются двухветвевыми с высотой сечения 1 м. Пояса запроектированы из спаренных неравно-полочных уголков 100х63х8, 160х100х9, 125х80х10, 200х125х11, решетка – из уголков 40х4. Все сечения – из стали 09Г2С-12. К верхним поясам двухветвевых стержней приваривается стальная мембрана толщиной 1,2 мм. Являясь ограждающей конструкцией, мембрана одновременно обеспечивает устойчивость верхних поясов, развязывая их из плоскости максимальной жесткости стержней.

Середины сторон нижних поясов соединены гибкими связями из полос 100х6 для уменьшения их свободной длины. Между поясами и мембраной предусмотрены трубчатые распорки, создающие предварительное напряжение мембраны (рис. 7.2). Монтаж здания производился навесным способом – от фундамента к вершине без вспомогательных лесов и подмостей. Масса стали основных несущих и ограждающих конструкций составляет 10 050 т (108 кг/м² поверхности), а алюминия – 363 т. ЦНИИпроектстальконструкция выполняла рабочий проект металлоконструкций зданий. Начало проектирования – 1971 г., строительства – 1978 г.

Здание было оборудовано грузоподъемными устройствами 1х100, 1х25, 62х5 т.

Для эксплуатационного обслуживания наружной поверхности здания было предусмотрено специальное подвижное устройство в виде полуарки, представляющей собой пространственную металлическую конструкцию из труб. Внутри полуарки располагались грузопассажирский лифт и лестницы.

Рис. 7.1. Схема несущего каркаса здания главного испытательного зала ВИЦ ВЭИ им. В.И. Ленина

Рис. 7.2. Монтажный блок каркаса

Монтаж оболочки купола осуществлялся навесным методом от фундамента до вершины крупными блоками 9х9 м (два соединенных треугольных элемента) полной строительной готовности без использования каких-либо поддерживающих конструкций. Первые десять ярусов собраны двумя башенными кранами, движущимися по кольцевому пути снаружи здания. Начиная с одиннадцатого яруса монтаж производился одним краном грузоподъемностью 25 т, перемещавшимся по рельсовым путям внутри здания. Блоки 1–18 ярусов имели массу от 7 до 9 т, а 19-го и 20-го, включавшие участки технологического перекрытия, – 18 т. После блочного 21-го яруса было собрано коробчатое кольцо диаметром 34 м. На него полиспастами подняли центральную часть оболочки массой более 600 т.

К началу 1985 г. металлические конструкции купола были изготовлены и смонтированы. Внутри купола выполнялись отделочные работы.

Ранним утром (7 ч 30 мин) 25 января 1985 г. на стадии завершения произошло обрушение купола [36]. Обрушение происходило тихо. Очевидцы, ехавшие в это время на работу, издали видели, как красные огни светового ограждения медленно опускались вниз. Сторож, находившийся в помещении рядом с куполом, ничего не слышал. Когда ему позвонили и сообщили, что сооружение обрушилось, он принял звонок за шутку. Все же он вышел посмотреть. Ему показалось, что купол был на месте.

Расследование причин аварии

В криминальном плане делом занималась Генеральная прокуратура СССР. Техническая комиссия была организована при Центральном научно-исследовательском институте строительных конструкций и сооружений (ЦНИИСК) им. Кучеренко. У строителей нашли недочеты. Так, некоторые стержни были выполнены не из стали повышенной прочности, а из обычной. Не все несущие высокопрочные болты были поставлены. Не было должного контроля над геометрией монтируемого сооружения.

Комиссия по расследованию причин аварии отметила прогрессивность, архитектурные и технологические достоинства технического решения здания в виде двухпоясного сетчатого купола. Она отметила также эффективность примененного навесного монтажа крупными блоками полной строительной готовности, обеспечивающего высокую скорость возведения сооружения при малых трудозатратах. В то же время комиссия сочла принятое решение сложным, особенно с точки зрения правильного определения усилий в элементах оболочки. «Для успешной практической реализации такого решения, – заключила комиссия, – требовалось провести детальные экспериментальные, теоретические и расчетные исследования с целью изучения статической работы сооружения, действительного сопротивления элементов конструкции, особенностей работы конструкций в монтажной и эксплуатационной стадиях. В полной мере эти исследования выполнены не были, в результате чего при проектировании сооружения, изготовлении и монтаже металлоконструкций имел место ряд упущений».

Комиссия выявила многочисленные дефекты и отступления от проекта, допущенные при изготовлении и монтаже узлов купола. Так, вместо высокопрочной легированной стали местами оказалась низкосортная. Отверстия под крепежные болты сверлились не заранее по контроллеру, а при монтаже по месту в несущих элементах каркаса. Все это снижало прочность оболочки. Перед обрушением температура воздуха в течение суток повысилась от –32 до +2^оС и резко упало атмосферное давление. Остывшая за время морозов внутренняя часть оболочки не успела прогреться, как наружная. В результате возникли сильные термомеханические напряжения, не принимавшиеся в расчет при проектировании. На крыше купола было много снега. Расчетная снеговая нагрузка в то время составляла 140 кг/м2. По оценке ЦНИИСК им. Кучеренко, снеговая нагрузка составила половину расчетного значения. На самом деле она могла быть значительно большей.

Во время монтажа уже были неприятности. Некоторые сжатые стержни теряли устойчивость. Причину перегрузки устранили, а прогибы, видимо, остались.

Государственная комиссия по предоставленным сведениям Минмонтажспецстроя СССР не установила причин обрушения, не выявила виновных – и дело потихоньку забылось. Никто серьезно не пострадал, не был отдан под суд и даже не был исключен из партии.

В ходе расследования аварии были выявлены такие факторы:

1. Заказчиком и проектными институтами (разработчиками проекта) не были организованы научно-исследовательские и экспериментальные работы на моделях с целью изучения напряженно-деформированного состояния купола на стадии монтажа и эксплуатации при разных схемах загружения. На стадии расчетов не был обеспечен учет особенностей конструктивного решения купола и технологии монтажа навесным методом.

2. Со стороны заказчика, завода-изготовителя, генподрядной и монтажной организаций не были обеспечены необходимый контроль качество металла, точности изготовления и монтажа.

Гипотетическая версия причин обрушения купола

Анализ экспертного заключения, включая рассмотренные причины и версии обрушения купола, общие выводы и отсутствие конкретных персоналей – виновников события, позволяет усомниться в объективности заключений экспертных комиссий.

В интернет-сайтах и в книге [37] неоднократно было указано, что на чертежах была надпись «В проекте использовано изобретение по авторскому свидетельству № 590414. Авторы И. Н. Дмитриев, Н. П. Мельников, В. А. Савельев». И. Н. Дмитриев (начальник строительного отдела ЦК КПСС) и Н. П. Мельников – директор ЦНИИпроектстальконструкция, действительный член АН СССР.

Представляется странным, что эксперты очень скромно, как бы извиняясь перед авторами идеи проекта и проектировщиками, отметили принятое решение сложным, особенно с точки зрения правильного определения усилий в элементах оболочки. Комиссии вполне квалифицированно указали на проблемы, которые должны быть решены для надежной оценки статической работы сооружения, и отметили, что в полной мере эти исследования выполнены не были. Фактически разработчики проекта проявили некомпетентность, самоуверенность, стадия проектирования сопровождалась широкой саморекламой, например, на международном форуме в г. Алма-Ате [36] и на страницах Справочника проектировщика.

Возвращаясь к проекту, можно предположить, что проектировщики, не выделив в отдельную стадию процесс монтажа, допустили ошибки в определении расчетных усилий. При данной технологии монтажа расчетные усилия должны формироваться по результатам расчета с использованием как минимум двух расчетных схем. В упрощенном варианте с учетом симметрии системы усилия от действия собственного веса должны определяться с использованием консольной схемы искривленного стержня; при этом наружные волокна по всей поверхности купола будут растянуты, а внутренние – сжаты.

От временной нагрузки, которая прикладывается после замыкания купола, усилия должны определяться с использованием арочной схемы. При такой схеме эпюра моментов будет знакопеременной.

Можно предположить, что расчет на все виды загружений производился с учетом симметрии с использованием арочной схемы.

Второе замечание абсолютно бесспорно, оно, как следствие, вытекает из скромной констатации экспертов: «… во время монтажа (какого-то яруса) уже были неприятности. Некоторые сжатые стержни теряли устойчивость. Причину перегрузки устранили, а прогибы, видимо, остались…», – не рассматривалось и, естественно, не учитывалось изменение статических качеств системы. Из осесимметричной система превратилась в несимметричную. В реальной конструкции уже на стадии монтажа, после произошедшего события (локальной потери устойчивости и замены отдельных стержней), изменилась картина распределения усилий.

И это в дополнение к вышеуказанным экспертами причинам могло стать главным побудительным мотивом катастрофы.

7.2. Разрушение башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке 11 сентября 2001 г

Всемирный торговый центр (ВТЦ) – комплекс из семи зданий, спроектированных Минору Ямасаки, американским архитектором японского происхождения, и официально открытый 4 апреля 1973 г. в Нью-Йорке (США).

Архитектурно-конструктивное решение

Архитектурной доминантой комплекса были две башни, каждая по 110 этажей – Северная (высотой 417 м, а с учетом установленной на крыше антенны – 526,3 м) и Южная (высотой 415 м). Комплекс ВТЦ был разрушен в результате террористической атаки 11 сентября 2001 г. [38–43].

В комплексе, рассчитанном на 50 000 рабочих мест и 80 000 посетителей ежедневно, находились управления и отдельные торговые фирмы, фирмы страхования, банки и гостиница.

Служебные помещения со свободной планировкой, занимая 110 этажей, имели полезную площадь на каждом этаже 2 900 м². В пяти подвальных этажах были расположены станции электропоездов и метро, подземный гараж на 2 000 автомобилей, оборудование торговых предприятий и сервиса.

Каждая башня была оборудована 100 пассажирскими и четырьмя грузовыми лифтами.

Главный холл в первом этаже и два «поднебесных» холла на 45-м и 79-м этажах делили башню на три транспортные зоны. Одиннадцать и, соответственно, двенадцать скоростных лифтов соединяли оба верхних холла с первым этажом. Двадцать четыре местных лифта вели от каждого из трех холлов к вышележащим этажам. Кроме того, пять скоростных лифтов соединяли первый этаж со 108-м и 111-м этажами.

Обе башни имели высоту по 411 м, размеры в плане 63,5х63,5 м, размеры ядра жесткости 24х42 м. Высота этажей 3,66 м, высота помещений 2,62 м, высота главного вестибюля 22,3 м.

Конструкция каркаса башен определена способом восприятия ветровых нагрузок. По каждой внешней стороне расположено 59 пустотелых колонн (расстояние в осях 1,02 м), жестко соединенных в уровне перекрытий горизонтальными ригелями.

Междуэтажные перекрытия не имели дополнительных опор между наружными колоннами и ядром жесткости; 44 колонны пустотелого коробчатого профиля ядра жесткости воспринимали лишь вертикальные нагрузки.

В верхних этажах наружного каркаса и фасада пустотелые коробчатые колонны имели постоянные наружные размеры 450х450 мм. Ригель изготовлен из стального листа высотой 1,32 м.

На высоте 12 м от уровня входа каждые три колонны объединены в базисную колонну, имеющую наружные размеры 800х800 мм при шаге 3,06 м. От нижнего к верхнему этажу толщина стенок и прочность стали наружных колонн постепенно уменьшались (толщина стенок – от 12,5 до 7,5 мм; предел текучести стали – от 70 до 29,5 кгс/мм²).

Перекрытия сборно-монолитные по стальным фермам высотой 900 мм (шаг 2,04 м, в поперечном направлении раскреплены второстепенными балками), плита из легкого бетона толщиной 10 см по профилированным листам, используемым в качестве опалубки. Связь между стальными фермами и плитой осуществлялась путем пропуска раскосов решетки сквозь профилированные листы в бетонные плиты. Собственный вес перекрытия 50 кгс/м², полезная нагрузка 488 кгс/м².

Каждое междуэтажное перекрытие состояло из 32 монтажных элементов, которые уложены между ядром жесткости и наружными колоннами. Размеры элементов 18,3х6 м у продольной стороны ядра и 10,7х4 м около поперечной стороны ядра.

Огнезащита стальных конструкций осуществлялась нанесением слоя вермикулитовой штукатурки толщиной 3 мм. Ядро жесткости здания – 24х42 м.

Версии причин разрушения башен

Первая версия – террористический акт. 11 сентября 2001 г. террористы захватили рейс 11-й авиакомпании American Airlines и устроили преднамеренное столкновение его с Северной башней в 8 ч 46 мин (со стороны северного фасада, между 93-м и 99-м этажами). Спустя семнадцать минут вторая группа террористов врезалась на таком же самолете рейса 175 (United Airlines Flight 175) авиакомпании United Airlines в Южную башню (этажи 77–85). Вследствие разрушений, причиненных Северной башне корпусом самолета, были полностью перекрыты все выходы из здания выше места столкновения, в результате чего в ловушке оказались 1 344 человека. Удар второго самолета пришелся ближе к углу небоскреба (рис. 7.3), и один лестничный колодец остался неповрежденным. В 9 ч 59 мин Южная башня рухнула из-за пожара, повредившего стальные элементы конструкции. Северная башня обрушилась в 10 ч 28 мин (после пожара, длившегося 102 мин).

Рис. 7.3. Столкновение самолетов с башнями

Обрушились здания не в результате столкновения с самолетами, а в результате подрыва несущих конструкций. Этот вывод сделан, в частности, на основании схожести характера падения небоскребов и сноса похожих зданий с помощью взрывов. На многих кадрах падения башен-близнецов отчетливо видны взрывы внутри башен, характерные для управляемого сноса зданий. Кроме того, существуют свидетельства очевидцев, которые подтверждают наличие множественных взрывов в здании, причем первые взрывы были перед тем, как самолет врезался в башню.

Можно отметить еще ряд признаков, указывающих на подрыв башен:

• 118 свидетелей слышали звук взрыва в районе попадания самолетов в башни ровно за секунду до обрушения зданий;

• серия взрывов на 40 этажей ниже места, где началось обрушение;

• ударная волна шла строго вертикально по всему периметру здания;

• здания рухнули строго вертикально. Их падение проходило по линии опорных колонн, т. е. по пути наибольшего сопротивления. Такое возможно, если опорные колонны не оказывали сопротивления и были разрушены;

• зона радиусом в 427 м вокруг зданий была равномерно усыпана обломками;

• взрывная волна выбила стекла в зданиях в радиусе 120 м;

• тысячи стальных балок весом от 20 до 50 т были разбросаны в радиусе 150 м от здания. Разброс был горизонтальный;

• здание рассыпалось на отдельные детали. Несущие конструкции были полностью уничтожены.

Все характеристики этих разрушений свидетельствуют о том, что это было контролируемое обрушение.

Документальные кадры и записи радиопереговоров пожарных также свидетельствуют о множественных взрывах внутри зданий и под ними (в районе фундамента), в том числе и перед ударом самолета. Кроме того, в результате этих взрывов в холле одной из башен со стены были сорваны мраморные плиты размерами около 3х3 м.

Вторая версия – слабая изоляция [44]. Инженеры высказывают предположение, что крушению «близнецов» ВТЦ способствовала несовершенная противопожарная изоляция стальных перекрытий между этажами.

Разрушение «близнецов» было связано с тем, что из-за высокой температуры, вызванной взрывом топливных баков врезавшихся самолетов, начали прогибаться стальные перекрытия, на которых лежали бетонные полы этажей. Один этаж стал падать на другой, образуя смертельной тяжести «бутерброд».

По расчетам строителей «близнецов», стальные перекрытия могли сдерживать вес до трех рухнувших этажей, но их оказалось больше. И когда вес бетонного «бутерброда» достиг критической массы, небоскребы начали рушиться.

Фотографии перекрытий, сделанные во время инспекции, подтверждают, что в некоторых местах сталь была лишь едва прикрыта изоляцией. Профессор Колорадского университета Хайман Браун, который в свое время инспектировал ход строительных работ, считает, что причиной полного обрушения стала динамическая последовательность длительного нагревания стальных колонн до очень высоких температур. Нагревание уменьшило предел текучести и вызвало вязкопластическую потерю устойчивости колонн наружной каркасной оболочки по периметру башни и колонн центрального ядра здания. Возможный сценарий разрушения был, вероятно, таким.

Рис. 7.4. Стадии разрушения здания (высота этажа увеличена)

На стадии 1 (рис. 7.4) большой пожар, вызванный тем, что авиационное топливо разлилось внутри сооружения, нагрел стальные колонны до температуры, очевидно превышающей 800^оС. При таких температурах снижается предел текучести конструкционной стали и появляются значительные вязкопластические деформации (т. е. ползучесть – увеличение деформации при неизменной нагрузке). Это ведет к потере устойчивости колонн вследствие ползучести и несущей способности (стадия 2). Как только примерно более половины колонн на критическом этаже, который нагревается больше всего, теряют устойчивость (стадия 3), вес верхней части сооружения над этим этажом не может быть воспринят и, таким образом, верхняя часть начинает падать на нижнюю часть, находящуюся под критическим этажом, набирая скорость до тех пор, пока не ударит нижнюю часть. В этот момент верхняя часть уже приобретает огромную кинетическую энергию и значительную скорость падения. Вертикальный удар массы верхней части на нижнюю часть (стадия 4) создает огромную вертикальную динамическую нагрузку на расположенную ниже конструкцию. Эта нагрузка намного превышает несущую способность конструкции даже при нормальной температуре. Далее происходит разрушение нижерасположенной многоэтажной части башни (стадия 4). Разрушение связей несущих ферм перекрытий и колонн либо происходит одновременно, либо за ним тут же следует потеря устойчивости центрального ядра и общая потеря устойчивости каркасной оболочки, причем неустойчивость, вероятно, охватывает высоту многих этажей (стадия 5).

Несмотря на то что со времени террористического акта прошло более десяти лет, в различных источниках информации, например в [37–42], появляются новые версии, но при детальном анализе все они оказываются противоречивыми и бездоказательными. Бесспорным является лишь факт терроризма, возможно в более расширенном представлении по сравнению с авиаатаками.

Рассмотренное событие можно классифицировать как специфическую антропогенную катастрофу.

В традиционном представлении антропогенных катастроф человек формирует условия для катастроф непосредственно, неосознанно, в результате в целом прогрессивно направленной деятельности; в данном же случае террорист выступает в роли активного, осознанного варвара – разрушителя.