Текст книги "История аварий и катастроф"

7.3. Обрушение «Трансвааль-парка» в г. Москве 14 февраля 2004 г

«Трансвааль-парк» – спортивно-развлекательный комплекс в Теплом Стане мкр. Ясенево на юге Москвы (Голубинская ул., 16), открытый в июне 2002 г. и обрушившийся 14 февраля 2004 г. [45, 46].

«Трансвааль-парк» – первый и самый крупный в Москве аквапарк. Общая площадь комплекса составляла 20 200 м², он мог вместить 2 000 посетителей (в том числе 700 – в водной зоне). На первом этаже размещались ресторан на 50 мест, помещения администрации, инженерное оборудование, а также боулинг с кафе-баром и бильярдной. На втором – были расположены главный вестибюль комплекса с гардеробом, кафе быстрого обслуживания, магазин сопутствующих товаров и камера хранения. На третьем – тренажерный зал и салон красоты.

Основные характеристики сооружения

Здание аквапарка – сложное в плане, вписано в прямоугольник 111,18х92,40 м; сблокировано из одночетырехэтажных объемов с цокольным этажом (подвал, переходящий по рельефу в цокольный и надземный этаж).

Фундамент – монолитная железобетонная плита толщиной 1 000 мм, бетон класса В25, по водонепроницаемости марки W4.

Форма покрытия – сектор оболочки вращения. Внешний криволинейный участок представляет собой дугу окружности радиусом 102,86 м, внутренний – дугу окружности 72,07 м (рис. 7.5).

Рис. 7.5. План и узлы оболочки покрытия аквапарка

Оболочка по контуру и в зените опиралась на стальные колонны из полых труб С-26х9 с шагом от 5 000 до 6 267 мм, объединенные по контуру системой вертикальных связей. Сопряжение колонн с фундаментами и железобетонной оболочкой шарнирное (качающиеся стойки).

Общую устойчивость сооружения обеспечивали колонны, объединенные поверху диском оболочки, и система вертикальных связей по колоннам.

Основные сечения (толщины) элементов оболочки, мм: основного поля скорлупы – 70; то же по контуру примыкания к бортовому элементу – до 200; ребер – 150х400 (высота) с увеличением ширины при примыкании к бортовому элементу до 250; бортового элемента – 200х500 (высота).

Материал оболочки – бетон класса В35. Арматура:

• бортового элемента: продольная – 36 класса А-III. 25Г2С, поперечная – 12 класса А 500С;

• ребер: продольная – 12–28 класса А500С, поперечная – 6 класса А400С;

• основного поля скорлупы – сетка с ячейкой 100х100 из Вр-1.

Для колонн и связей принят класс стали С245 по ГОСТ 27772–88.

Кровля – из цинковых листов по сплошной деревянной обрешетке, обработанной антипиренами, с утеплителем из минераловатных плит.

Участок строительства находился в пределах глубокой эрозионной ложбины, частично засыпанной отвалами грунта при строительстве жилого мкр. Ясенево более 20 лет назад.

Геологический разрез, изученный на глубину до 24 м, был представлен следующими отложениями. Насыпные грунты: перелопаченные глины и суглинки с включением строительного мусора. Мощность слоя – 10,0–11,5 м. До глубины 4,0–5,0 м насыпные – неслежавшиеся; ниже – слежавшиеся: ρ = 2,02 т/м³; R_o = 150 кПа; Е = 14 МПА.

Обрушение

14 февраля 2004 г. примерно в 19 ч 15 мин произошло обрушение крыши аквапарка. В этот момент в здании находилось около 400 человек. По словам очевидцев, под крышей оказались погребены самые популярные аттракционы «Трансвааля», включая детский бассейн. Число погибших составило 28 человек, в том числе 8 детей, травмы различной степени тяжести получили 138 человека (в том числе 51 ребенок).

В здании комплекса – сектор круга в плане с центральным углом 105^о, площадью 4 500 м², перекрытый монолитной ребристой железобетонной оболочкой, – обрушилось более 4 000 м² покрытия. Обрушение носило лавинообразный характер. Первой потеряла устойчивость колонна, поддерживающая опорный контур оболочки по оси 8/Г, вслед за ней упали остальные колонны, которые поддерживали примерно половину длины опорного контура. Одновременно с колоннами рухнули контур и вся оболочка (рис. 7.6).

Рис. 7.6. «Трансвааль-парк» до и после обрушения

Из акта местной комиссии следует, что в 19 ч 15 мин посетители аквапарка услышали громкий хлопок (треск). Источник звука не был определен. Камера внутреннего наблюдения, расположенная на периметральном балконе с северо-западной стороны аквапарка, на уровне 4–5 этажей, зафиксировала облако пыли в районе высоты 11-й колонны из числа поддерживающих оболочку.

Упали все колонны. Время обрушения – 30–40 с. Время обрушения первой части оболочки – 4–5 с. В результате аварии та часть здания, которую перекрывала оболочка, т. е. непосредственно территория аквапарка, полностью вышла из строя.

По масштабам катастрофы авария относится к первой категории и классифицируется как чрезвычайная.

Оценка качества проекта и его реализация строительно-монтажными структурами

Проект производства бетонных работ был разработан ОАО «Проектно-конструкторский и технологический институт промышленного строительства» (ПКТИпромстрой) при участии специалистов Государственного унитарного предприятия Научно-исследовательского института бетона и железобетона (ГУП «НИИЖБ»). По принятой технологии предусматривалось непрерывное бетонирование без рабочих швов. Бетонная смесь, поставляемая с четырез заводов железобетонных изделий (ЖБИ), принималась на стройплощадке с участием сотрудника ГУП «НИИЖБ».

При бетонировании оболочки были изменены некоторые положения проекта производства работ: увеличена ширина зоны бетонирования; допущено несколько кратковременных перерывов в укладке бетона.

Главный конструктор проекта аквапарка – Нодар Канчели; зам. главного конструктора – М. М. Митюков. Строительно-монтажные работы выполняла турецкая фирма «Колчак Иншаат лтд».

Для экспертной оценки катастрофы был создан ряд комиссий с привлечением большого количества профессионалов. В результате длительной и кропотливой работы было сформулировано множество версий по оценке события. Многие из них были противоречивы, в том числе и по причине лоббирования интересов персоналей и организаций, в той или иной формах участвовавших в строительстве аквапарка.

Естественно, в данном изложении нет возможности стенографически отражать дискуссионный процесс и заключительные акты. Остановимся лишь на отдельных оценочных позициях.

1. Замена стали блюмса (профиль квадратного сечения 100х100 мм) была необоснованной. Сталь марки 30 обладает низкой сопротивляемостью хрупким разрушениям, содержит 0,32 % углерода и относится к трудносвариваемым сталям, поэтому сварка блюмсов в верхних шарнирных опорах была недопустимой: «Сталь 30 не рекомендуется для строительных сварных несущих металлоконструкций», – заключает эксперт ЦНИИСК, д.т.н., проф. П. Одесский.

2. Динамический расчет сооружения показал, что конструкция покрытия в целом перемещается в горизонтальной плоскости (по первой форме – поступательно, а по второй – вращательно) как твердое тело, что свидетельствует о резкой диспропорции жесткостей вертикальных несущих конструкций и конструкции покрытия. Только с третьей формы собственных колебаний оболочка начинает деформироваться в вертикальном направлении, как это принято в традиционном представлении о динамических деформациях таких конструкций. Следовательно, жесткость оболочки была несоизмеримо выше жесткости опорных конструкций.

3. В расчетах в недостаточной степени учитывались сложность геометрии и характер деформирования железобетонной оболочки, допущены ошибки в оценке работы опорной системы из заключения Московского государственного строительного университета (МГСУ).

4. Характер разрушения оболочки позволяет утверждать, что несмотря на серьезные недостатки в расчетах и проектировании, преодоление прочности или устойчивости самой оболочки вряд ли стало причиной аварии (МГСУ).

5. Представляется, что в результате накопления энергии деформирования опорного кольца (40–50 мм вместо 15 мм по расчету ЗАО «Киселев и партнеры») произошло ее высвобождение путем внезапного раскалывания первого и последующих верхних узлов стальных колонн (МГСУ).

6. Опорная система попыталась реализовать свои проектные свойства, позволяющие опорному кольцу при шарнирно-неподвижном опирании колонн сверху и снизу свободно сместиться по радиусу. Но система связей в виде крестов и распорок оказалась неспособной удержать оболочку в проектном положении. Более того, в ряде колонн связи создали напряженно-деформированное состояние, существенно отличное от проектного, что привело не только к «выпрыгиванию» колонн из-за отсутствия препятствий в виде ограничителей смещения в верхних узлах, но и к их разрушению от изгиба (МГСУ).

7. В результате расчетов установлено, что прогиб оболочки от нагрузок собственного веса на оси симметрии составил 114,7 мм, что согласуется с результатами замеров прогибов при распалубливании (из заключения НИИЖБа).

8. Суммарный прогиб оболочки в сечении по оси симметрии от всей нагрузки, включая длительно действующую, при расчете с учетом геометрической нелинейности показывает, что при действии нормативной нагрузки оболочка теряет устойчивость (НИИЖБ).

9. Выполненные расчеты показали, что принятые форма поверхности (чрезмерная пологость на половине пролета у внешнего контура) и конструктивное решение оболочки не обеспечивают ее жесткости (НИИЖБ).

Версии причин обрушения парка

Версия главного проектировщика Нодара Канчели. По мнению конструктора купола «Трансвааля», причиной обрушения первой колонны и всего аквапарка в целом стал взрыв.

Выводы технической комиссии. 1. По проектным решениям:

а) коэффициент по ответственности сооружения в расчетах следовало бы принять 1,2;

б) выбранная форма оболочки не соответствовала оптимальному восприятию основного сочетания нагрузок (замечание МГСУ). План оболочки (более четверти круга – выположенность кривизны одного направления при приближении к циркульной части опорного контура) требовал или явно выраженного увеличения высоты сечения ребер, или изменения геометрии покрытия;

в) отсутствовал расчет в нелинейной физической и геометрической постановках для пологих оболочек (замечания НИИЖБа и МГСУ). Железобетонные конструкции следует рассчитывать с учетом нелинейности в физическом и геометрическом смыслах;

г) необоснованно были применены качающиеся опоры (замечание МГСУ). Первая и вторая формы собственных колебаний сооружения подтверждает опасность такого решения;

д) неоправданно были использованы в качающихся опорах принятые конструкции верхних и нижних шарниров;

е) замена стали С245 на сталь 30 в верхних опорных шарнирах стоек (замечание ЦНИИСКа) не допустима.

2. По предпроектной деятельности: по выбранному месту для строительства (замечания Федерального государственного унитарного предприятия «Центр региональных геофизических и геоэкологических исследований» ФГУП ГЕОНа).

Овраги – проявление фундаментальных «неспокойствий» в подстилающих слоях грунтового массива, что могло оказать внешнее воздействие на сооружение.

Совещание, проведенное членами комиссии Н.Н. Никоновым и В.И. Травушем с крупнейшими в стране сейсмологами, геофизиками и тектонистами, не подтвердило опасений.

3. По организационным упущениям при проектировании и строительстве: наблюдения за поведением покрытия при эксплуатации не проводились.

4. По строительным материалам и технологиям строительства: поставленный бетон и арматура на стройке по результатам контрольных испытаний признаны соответствующими проектным требованиям.

В качестве основной причины трагедии эксперты признали обратный прогиб и обрушение тонкостенной оболочки покрытия. На времени обрушения покрытия сказались неблагоприятное сочетание температуры окружающего воздуха и атмосферного давления и крайне неудачные конструктивные решения, принятые проектировщиками. Все это стало возможным благодаря грубейшему пренебрежению расчетно-конструкторскими нормами, низкому качеству строительно-монтажных работ, отсутствию экспертного контроля со стороны государственных органов.

Кроме того, покрытие в результате принятых проектных решений долгое время находилось в состоянии предельного равновесия, что сделало последствия отказа в его работе настолько трагичными.

Заключение прокуратуры. Прокуратура Москвы, проводившая следствие, пришла к выводу о виновности главного конструктора проекта аквапарка Нодара Канчели. Ему была предложена амнистия в связи со 100-летием Государственной Думы РФ, на которую он согласился (не признав себя при этом виновным). Замоскворецкий суд 27 октября 2006 г. признал законность амнистии. В отношении второго обвиняемого – начальника Мосгорэкспертизы Анатолия Воронина – уголовное дело было прекращено 30 августа 2006 г. за отсутствием состава преступления.

В 2005 г. профессор Ю. П. Петров опубликовал статью «Новые свойства систем дифференциальных уравнений и их связь с задачами строительной механики» [47], в которой делается попытка в завуалированной форме объяснить причину аварии и оправдать проектировщиков «Трансвааль-парка». Он предполагает, что «Трансвааль-парк» может быть отнесен к «особым» объектам, математическая модель которого изменяет корректность решений при эквивалентных преобразованиях. В использованных программных комплексах эти свойства не учтены, а, как следствие, ошибочные результаты – не по вине проектировщиков. Виной следует считать отставание от научного прогресса фундаментальной науки – указанного в названии статьи.

7.4. Обрушение покрытия бассейна «Дельфин» в г. Чусовой 4 декабря 2005 г

Бассейн входил в состав спортивно-оздоровительного комплекса «Металлург» Чусовского металлургического завода.

Бассейн расположен в здании с размерами в плане 30х21 м. Конструкция покрытия – железобетонные ребристые плиты 1,5х6 м, уложенные на стены по осям А–И, и металлические фермы в осях Б–ГД–Ж, с параллельными поясами, высота 1 715 мм.

По рассказам очевидцев, в момент обвала крыши (примерно в 14 ч 30 мин) в бассейне находилось около 30 человек. Сначала на людей, плавающих в чаше бассейна, полетели листы обшивки, а потом обрушились железобетонные ребристые плиты и стены сооружения. Площадь завала составила около 250 м², более 70 % здания было разрушено [48].

Сохранили проектное положение оставшиеся две стальные фермы ФС3 и ФС4 пролетом 21 м, а также ребристые железобетонные плиты покрытия размерами 1,5х6 м с элементами совмещенной кровли, конструкциями подвесного потолка и ходовых мостиков в осях Д–И.

Обрушение конструкции покрытия плавательного бассейна произошло в результате разрыва горизонтальной стыковой накладки и фасонки в монтажном узле нижнего пояса фермы ФС2 по оси Г.

Основной причиной сильной локальной коррозии горизонтальной стыковой накладки и фасонки в монтажном узле нижнего пояса фермы ФС2 по оси Г стало систематическое замачивание этого узла атмосферными осадками из-за нарушений герметичности гидроизоляционного ковра в месте примыкания его к вытяжной шахте. Развитию коррозии металла ферм способствовала также влага, конденсирующаяся на поверхностях конструкций.

Бассейн выполнен по типовому проекту (шифр 294-3-24) с привязкой к местным условиям.

АПМ-1 института «Пермгражданпроект» в 1989 г.; рабочие чертежи – шифр 3262-91-1АС. Согласно требованиям СН 227–82 этот типовой проект привязывать не допускалось, так как он был исключен из списка действующих Письмом Госгражданстроя № 4-220 от 14.04.1988 г.

В качестве несущих конструкций покрытия помещения большой ванны приняты металлические фермы марки ГФУ 21.1.8-5 IV под расчетную погонную нагрузку 5,1 т/м по серии 1.263.2-4 «Унифицированные конструкции стальных ферм для покрытия зальных помещений общественных зданий», разработанной ЦНИИЭП им. Б.С. Мезенцева в 1982 г.

При сборе нагрузок проектировщиками было допущено большое количество неточностей. На стадии разработки чертежей марки КМД несущая способность ферм была не обеспечена (перенапряжение от скорректированных проектных нагрузок в горизонтальной стыковой накладке составило 10 %). Однако с учетом предусмотренных в наших нормах запасов прочности конструкций этот фактор также не мог явиться одной из причин аварии фермы.

При изготовлении ферм покрытия Чусовским металлургическим заводом были заменены марки сталей в поясах, фасонках и накладках согласно представленным заводом сертификатам на металл и изменены сечения элементов по сравнению с чертежами марки КМД.

Главным фактором, вызвавшим разрыв горизонтальной стыковой накладки и фасонки, стало уменьшение площади рабочего сечения накладки и фасонки вследствие коррозии металла (рис. 7.7).

Далее ферма ФС2 переломилась в середине пролета – и началось ее перемещение в пространстве: произошел срыв с опорных подушек кирпичных стен. Одновременно ферма ФС1 по оси Б, увлекаемая падающей фермой ФС2, сорвалась вместе с опорной подушкой со стены по оси 3; при этом срезалась часть кирпичной кладки, выдавила опорным узлом участок противоположной стены по оси 1 – и произошло массовое обрушение покрытия в осях А–Д и 1–3.

Замена низколегированной стали повышенной прочности и повышенной стойкости к агрессивным воздействиям на малоуглеродистую сталь обыкновенного качества при некотором увеличении сечений элементов привела к тому, что напряжение в наиболее нагруженных раскосах от скорректированных проектных нагрузок превысило расчетное сопротивление стали на 14 %, в стыковой накладке – на 39 %. Таким образом, фермы после изготовления не обладали необходимой несущей способностью, согласно действовавших в те годы норм.

Сборка ферм из двух отправочных марок и монтаж металлоконструкций выполнялись ПМК-6 общестроительного треста № 15 в зимний период. В горизонтальных стыковых накладках и элементах нижних поясов ферм отсутствовали отверстия под монтажные болты для точной выверки ферм при сборке. Изменен узел опирания ферм на опорные подушки. Опирание ферм по проекту предусматривалось на анкерных болтах через промежуточную опорную подкладку с овальными отверстиями 60х22 мм для компенсации температурных перемещений, с устройством графитовой смазки между подкладкой и закладной деталью опорной подушки.

Рис. 7.7. Монтажный узел нижнего пояса фермы по оси Г до и после аварии

Фактически элементы опорных узлов ферм (опорное ребро или пластина) были частично приварены непосредственно к закладной детали опорных подушек.

Фактическая нагрузка на фермы от покрытия в 1,65 раза превысила проектное значение.

К негативным факторам, ставшим причиной аварии, следует отнести положительную оценку технического состояния конструкций здания, данную незадолго до аварии группой «карманных» экспертов из «УралПромЭкспертизы», которые впервые в России и справедливо привлечены к уголовной ответственности с обвинением в ненадлежащем исполнении служебных обязанностей и причинении смерти по неосторожности. В аварии погибло 14 человек, из них 10 детей.

7.5. Обрушение кровли Басманного рынка в Москве 23 февраля 2006 г

Здание Басманного рынка (ул. Бауманская, д. 47/1) было построено в 1974 г. Главный архитектор проекта – Л. Гильбурд («Моспроект-3»), конструктор перекрытий – Н. В. Канчели.

Крыша рынка рухнула в 5 ч 45 мин 23 февраля 2006 г. на площади в 2000 м². В 14 ч 30 мин под обломками начался пожар, ликвидированный к 16 ч 20 мин. Погибло 66 человек, было ранено не менее 32. Комиссия правительства Москвы вынесла решение о том, что происшедшее – следствие систематической неправильной эксплуатации здания на протяжении всего срока его службы [17].

Рис. 7.8. Обрушение кровли

Басманный рынок обрушился полностью (рис. 7.8). Помимо кровли рухнули железобетонные конструкции, а общая площадь обрушения составила 3 тыс. м². Комиссия установила, что крыша рынка обрушилась из-за обрыва одного из тросов-вантов, на которых она держалась. А сам обрыв стал следствием нескольких причин, среди которых были коррозия ванта и внеплановая перестройка здания.

Согласно одной из версий, причиной обрушения стало большое количество снега, скопившегося на крыше. Однако снежная масса не могла стать причиной обрушения рынка. Нагрузка снега на крышу была ниже расчетной и не была предельной.

Характер завала был очень сложным – железобетонные конструкции купола сложились как слоеный пирог.

Людей, которые остались в этом завале живыми, согревали при помощи тепловых пушек. Спасатели МЧС, сменяя друг друга, работали в круглосуточном режиме почти двое суток. Благодаря их усилиям были спасены жизни 33 человек; 66 человек, которые находились на момент обрушения купола на рынке, погибли.

Архитектор пояснил, почему «причиной обрушения мог стать снеговой перегруз»: «Никто его не убирал, а крыша там не выгнутая как в „Трансвааль-парке”, а вогнутая, как тарелка». Канчели сказал, что здание рынка у метро Бауманская эксплуатируется около 30 лет и было построено согласно действовавшим нормам. При этом он добавил, что «в те годы нормативная нагрузка была 100 кг/м², расчетная 140 кг/м ², а сейчас действует уже норма расчетной нагрузки 220 кг/м²». Он не исключил, что причиной обрушения могла стать перегрузка второго этажа товаром торговцев – весь он был застроен палатками.

Кроме того, по словам архитектора, причиной трагедии могла стать коррозия железных тросов, которые держат купол.

Между тем профессор кафедры железобетонных конструкций Московского государственного строительного университета Владлен Алмазов обратил внимание на то, как падало здание. По его словам, причиной трагедии могло оказаться смещение опор здания, которое и привело к падению купола.

«Возможно, конструкции были плохо защищены от атмосферных воздействий, но снег не мог вызвать такую перегрузку, – заявил Владлен Алмазов. – Больше всего меня смущают опоры, на которых стояло здание. Рынок “лег” настолько плавно, что даже стекла на фонаре под крышей не разбились». Вполне мог поехать фундамент. Поддерживающие купол тросы рассчитаны на нормативную нагрузку 140 кг/м². Эти нормы были установлены в 1977 г. В 2000 г. их повысили до 200 кг. Однако, по словам профессора, крыша рынка была сделана с большим запасом прочности и должна была выдержать. И если купол не выдержал нагрузки, то в результате просчетов тех, кто эксплуатировал здание. Такие конструкции нужно осматривать минимум раз в два года с момента строительства и убеждаться, что там ничего не проржавело; необходимо проверять также натяжение тросов.

Специализированный сайт Стройнаука.ru отмечает уникальную особенность Басманного рынка – «висячую вогнутую оболочку диаметром 80 м». «Покрытие имеет 80 радиальных вант (тросов), закрепленных в наружном (бетонном) и внутреннем (стальном) кольцах», – отмечают эксперты. На ванты сначала были уложены керамзитобетонные плиты, а уже потом стальные тросы натягивали при помощи специального устройства. Один из возможных недостатков такой конструкции, полагают эксперты, заключается в том, что «критически важные элементы сооружения, ванты, были замоноличены, и их состояние невозможно проверить».

Крыша, по мнению экспертов, обрушилась из-за того, что один из тросов-вант, на котором держалась кровля, насквозь проржавел и лопнул. Коррозия металла началась под воздействием талой воды, которая протекала сквозь крышу здания. Проверяющие из правительства Москвы этих протечек не замечали.

В пользу той же версии ранее высказалась и Моспрокуратура. Следователи квалифицировали катастрофу как халатность, повлекшую по неосторожности гибель двух и более лиц. Был назван и предполагаемый виновник – гендиректор госпредприятия «Басманный рынок».