Текст книги "История аварий и катастроф"

7.6. Угроза обрушения крыши ледового дворца в Крылатском

Общая площадь объекта вместе с прилегающей территорией составляет 7,7 га; площадь застройки – 3 га; площадь ледового поля – 12 тыс. м²; количество мест на трибуне – 8 тыс.; площадь кровли – 26 тыс. м²; высота «Л»-образной опоры с поддерживающими крышу высокопрочными канатами – почти 72 м; внутренняя высота кровли – 27,6 м; общая мощность холодильных машин для обеспечения оптимальной температуры льда – 1,7 МВт; толщина льда – 3–4 см; ледовое поле включает 400-метровую дорожку, 250-метровую детскую дорожку, хоккейную коробку (30х60 м) и ледовый круг для отработки виражей, а также две неохлаждаемые зоны. Комплекс состоит из 5 уровней: 0 (1-й этаж); 3,9 м (2-й этаж); 13 м (3-й этаж); 18 м (4-й этаж); 21,5 м (5-й этаж).

На сегодняшний день конькобежный центр «Крылатское» является единственным в России комплексом с крытой 400-метровой ледовой дорожкой международного уровня, для заливки которой используется специально подготовленная водонапорная вода. Отличительная черта центра – уникальная конструкция крыши: для ее поддержки используются 19 несущих базовых и 38 второстепенных стропильных деревянных ферм с нижним поясом из металлических труб (рис. 7.9). В состав комплекса вошли ледовая арена с тремя конькобежными дорожками и одна круговая беговая дорожка, спортивный игровой зал. Центр арены трансформируется под площадки для хоккея и фигурного катания. Общая площадь ледового покрытия составляет 12,7 тыс. м ², вместимость трибун – до 10 тыс. человек. В круглогодичном режиме здесь можно проводить любые соревнования, вплоть до чемпионатов мира по скоростному бегу на коньках, хоккею, русскому хоккею и фигурному катанию. В состав конькобежного комплекса «Крылатское» входит также медицинский центр, гостиница для спортсменов на 50 мест и автостоянка на 500 машин.

Рис. 7.9. Предаварийная ситуация комплекса «Крылатское»

«Фотография четкой картины не дает, хотя на левом плане видны зерна, борозды, очевидно, отсюда шло разрушение, – говорит прочнист, старший научный сотрудник Курчатовского института Олег Лоскутов. – Согласен, что диаметр детали слишком большой для того, чтобы добиться ее равномерного прокаливания. Возможно и то, что исходный материал изначально был с дефектом – например, с пузырем. При эксплуатации из-за ветровой нагрузки, как бы раскачиваясь взад-вперед, пузырь постепенно превращается в трещину и “рвет” деталь на части. Подобные дефекты устанавливаются еще изготовителем при помощи ультразвукового контроля. Обычно такой контроль проводят на сварных деталях, а не на цельных».

В результате экспертной оценки была подтверждена дефектность соединительного элемента (штифта) по вине завода-изготовителя [49, 50]. Изготовив на Уралмашзаводе все штифты, провели восстановительные работы, реализовав план Ю. М. Лужкова.

Около 14 ч 30 мин 27 ноября 2007 г. из опорной конструкции ледового дворца, расположенного на Крылатской ул. г. Москвы, выпал один из блоков, вследствие чего в крыше здания образовалась трещина. По оценке специалистов, это могло привести к частичному обрушению крыши сооружения. Обломок штифта весом около тонны и диаметром больше полуметра, который скреплял элементы несущей конструкции ледового дворца, стал объектом пристального внимания специалистов. По словам соавтора проекта стадиона Дмитрия Буша, кровля держится на двух оттяжках. Из-за разрушения этого штифта потеряна часть прочности одной из оттяжек. По расчету, если одна оттяжка полностью выйдет из строя, вторая выдержит нагрузку. Но при условии, что не будет сверхсильного снегопада.

Мэр Юрий Лужков почти сразу после аварии заявил о том, что ее причина – брак, допущенный изготовителем штифта и других аналогичных элементов здания Электростальским заводом тяжелого машиностроения.

«Монтажники подвели 19 опор-домкратов, которые обеспечили устойчивость крыши, – поясняет Лужков. – Мы приняли решение о замене всех пальцев-тросов, которые держат крышу в ледовом дворце. Для этого будет использоваться 500-тонный кран, который поднимет крышу здания. Угроза обрушения будет ликвидирована».

«Рассмотрев фотоснимок, мы с коллегами пришли к выводу, что это чистейший усталостный излом, который произошел от динамических нагрузок, – сообщил «Известиям» физик Борис Олькин, много лет прослуживший в ЦАГИ им. Жуковского. – Видны очаг разрушения, усталостная зона, участок долома. Видимо, эта шпилька была недостаточно прокалена, а это принципиально важно для прочности детали. Если эти особенности не учитываются при проектировании, значит, вся конструкция здания неживуча».

7.7. Обрушение купола Центра гимнастики Казани 27 июля 2010 г

Центр гимнастики – здание на прямоугольном плане 60х30 м с куполом 40х15 м (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Центр гимнастики до и после обрушения купола

Примерно в 15 ч металлические конструкции купола рухнули вниз после того, как 6 несущих железобетонных колонн потеряли устойчивость.

Версий произошедшего несколько:

• усталость металла;

• конструктивные недостатки;

• некачественное выполнение проектных работ;

• нарушение техники безопасности и правил производства строительных работ (железобетонные колонны монолитились на жаре, строительство производилось в спешке, а потому колонны не успевали набрать даже 70 % проектной прочности);

• большие нежелательные деформации металлических элементов вследствие высокой температуры;

• наличие на строительной площадке большегрузной техники. Не исключено, что при ее передвижении была задета часть опор, что и стало причиной обрушения.

Данное ЧП обернулось трагедией для четырех человек.

7.8. Обрушение торгового центра Sampoong в Сеуле 29 июня 1995 г

Торговый центр по проекту представлял собой пятиэтажное здание. По конструктивной схеме здание – сборно-монолитное с безбалочным перекрытием. Колонны монолитные железобетонные диаметром 800 мм. Плиты перекрытия связывались между собой и колоннами арматурными стержнями, заглубленными на 5 см под поверхностью пола.

О причинах обрушения торгового центра представлен доклад директора Центра изучения сейсмической активности Национальной исследовательской лаборатории Кореи профессора Лэн Чана.

Торговому центру было всего 5,5 лет. Возведен он был очень быстро. Тревожные «звонки» начались за день до катастрофы. На крыше здания возникла трещина. В день обрушения с самого утра с потолка 5-го этажа при включении кондиционера начала капать вода. Руководство центра попросту его отключило. Тревожные признаки нарастали. На 5-м этаже в одном месте выгнулся пол. Возникли вибрации, от которых в магазине посуды звенели бокалы. Около полудня на 5-м и 4-м этажах начали трескаться перекрытия. В 14 ч в кабинете директора торгового центра состоялось совещание, на котором приняли решение вызвать эксперта.

В 15 ч 30 мин прибывший инженер сфотографировал изменения и через час дал заключение: ничего страшного, трещины можно заделать. Как позже выяснилось, он не был достаточно подготовлен. В 17 ч 30 мин 29 июня в течение 20 с огромное пятиэтажное здание сложилось внутрь, как картонный домик. Погибло более 500 человек. Главная причина катастрофы – отступление от проекта в период строительства по желанию собственника, стремящегося максимально использовать внутренний объем. Уменьшен размер диаметра колонн с 800 мм на 600 мм, сокращено число арматурных стержней в колоннах с 16 до 8 шт., изменена (увеличена с 5 до 10 см) глубина заделки арматурных стержней, объединяющих плиты между собой и с колоннами, а также функциональное назначение 5-го этажа (вместо катка для роликобежцев этаж превращен в ресторанный зал), что увеличило расчетную нагрузку на 25 %. В перекрытиях сделали дополнительный вырез для устройства мусоропровода и др. [51].

Опорные панели не представляли собой единого целого. Сначала заливались только плиты и подушка на колонне до уровня стяжек, потом ставились стяжки, и бетон над ними заливался позже. Таким образом, заливка в этих местах была неоднородной, а значит, менее прочной. По расчетам специалистов, безопасность перекрытия из-за всех этих нарушений уменьшилась в три раза.

В таких условиях катастрофа была неизбежной. Стоило только одной колонне, не выдержав нагрузки, чуть накрениться – и могла начаться цепная реакция, что и произошло 29 июня 1995 г. (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Обрушение торгового центра

Как отмечает управляющий директор по технической диагностике группы компаний «Городской центр экспертиз», на счету компании – обследования более тысячи зданий и опасных сооружений. Проблемы, выявленные в ходе диагностических работ, так или иначе связаны с халатностью собственников и нарушениями требований надзора. «Очень часто отсутствует исполнительная документация на строительные работы, не ведутся паспорта и технические журналы по эксплуатации зданий, в срок не проводятся инструментальные обследования надежности конструкций и ремонтные работы, нет согласований органов надзора при отклонении от проектов, вовсе нет проектной документации».

Анализ аварий конструкций уникальных зданий и сооружений позволяет установить основные причины аварий: дефекты и низкое качество строительно-монтажных работ, отступление от проектов при возведении зданий и сооружений и их элементов, нарушение элементарных правил монтажа и условий обеспечения жесткости и устойчивости конструкций при проектировании и в процессе их возведения, применение материалов и конструкций недостаточной прочности, замена материалов конструкций или их частей без санкции проектных организаций, недостатки проектных решений в совокупности с дефектами производства работ, перегрузка несущих конструкций в процессе эксплуатации, отсутствие надежных средств и методов антикоррозионной защиты. Также причинами обрушений являются недостаточная изученность работы некоторых конструкций под нагрузкой, дефектность, низкий уровень инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий оснований.

8. Аварии в жилых зданиях

Конструкции зданий и сооружений должны проектироваться так, чтобы они могли надежно воспринимать все возможные экстремальные сочетания нагрузок и воздействий и передавать их на естественное основание. К нагрузкам и воздействиям относятся: масса людей, машин, оборудования, напор ураганных ветров, землетрясений и еще многие другие реальные или предполагаемые воздействия. Надежность и долговечность зданий обеспечивается в процессе их возведения путем использования высококачественных материалов, строгого соблюдения технологии работ, соответствия требованиям проекта. В процессе эксплуатации надежность и долговечность зданий под действием различных факторов снаружи и изнутри зданий может снизиться.

8.1. Общее представление проблемы с примерами по объектам Российской Федерации

Работа по техническому анализу причин аварий зданий и сооружений, произошедших на территории Российской Федерации, проводится Главной инспекцией Госархстройнадзора и лицензирования Госстроя России в соответствии с Положением о порядке расследования причин аварий зданий и сооружений, их частей и конструктивных элементов на территории Российской Федерации, утвержденным приказом Минстроя России от 06.12.94 № 17-48, зарегистрированным в Минюсте России (регистрационный № 761 от 23.12.94).

Целью проведения такой работы является установление основных видов нарушений, которые способствуют возникновению аварийных ситуаций при строительстве и эксплуатации объектов. Анализ и классификация этих нарушений по различным признакам позволяют осуществлять разработку предложений и рекомендаций по предотвращению аварий за счет проведения участниками строительства и эксплуатационными организациями необходимых профилактических мероприятий, корректировку органами государственного управления, учреждениями и организациями соответствующих нормативных документов и проектов, способствуют повышению действенности государственного контроля и надзора за качеством строительства.

В последнее время по разным причинам в зарубежных СМИ и особенно в СМИ РФ появилось много сообщений об авариях и катастрофах строительных объектов разного целевого назначения. В РФ этот факт обусловлен такими причинами: фактическим увеличением числа аварий из-за снижения качества строительно-монтажных работ, ликвидацией многих контрольных структур, старением технологического оборудования на промышленных предприятиях, включая строительную индустрию, снятием жесткого решения секретности, которая была характерна для СССР. Снятие секретности об авариях должно было способствовать накоплению опыта, повышению профессиональной квалификации специалистов всех уровней и направлений строительного комплекса, включая стадии проектирования, строительства, эксплуатации и как результат снижению аварийности. Однако пока этого не наблюдается, «побеждают» негативные факторы, порожденные перестроечным периодом. К ним относятся:

• разукрупнение (дробление), а в ряде случаев и полная ликвидация, базовых структур, обслуживающих строительный комплекс (тресты инженерно-геологических изысканий, проектные и отраслевые НИИ, специализированные строительные тресты и др.);

• прекращение выпуска приборов, инструментов, оргтехники, расчетных программ, специального монтажно-строительного оборудования для инженерно-геологических изысканий строительных площадок;

• перенос в регионы России без учета их региональных особенностей зарубежного опыта, включая технологии, строительные материалы, конструктивные решения;

• приостановка на длительный период использования объектов промпредприятий без должной консервации, а при возобновлении эксплуатации – без проведения технической экспертизы и необходимых ремонтов;

• снижение профессионального уровня кадрового обеспечения во всех сферах деятельности строительного комплекса, нарушение системности в подготовке и переподготовке кадров.

Все из названных факторов формируют условия для будущих аварий и катастроф. Тенденция к их увеличению начинает проявляться уже сегодня.

В качестве примеров рассмотрим статистические данные аварий зданий разной конструктивной схемы и вида основного конструктивного материала в РФ за 1994–1998 гг. (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Аварии зданий и сооружений в зависимости от их конструктивной схемы и основного конструкционного материала

Из приведенных данных следует, что в 1998 г., как и в предыдущие годы, подавляющее количество аварий (97 %) зарегистрировано на зданиях из железобетонных, каменных и металлических конструкций.

Наибольшее количество аварий приходится на здания и сооружения из железобетонных конструкций. Их доля в 1998 г. составила 44 % от общего количества зарегистрированных аварий, в 1996 г. – 26 %, в 1997 г. – 32 %.

Доля аварий на зданиях и сооружениях из каменных конструкций в 1998 г. составила 35 %, из стальных конструкций – 18 %. В 1997 г. эти показатели составляли 48 и 14 % соответственно.

В 1998 г. произошло увеличение количества аварий на одноэтажных зданиях по сравнению с 1996–1997 гг. Доля аварий по таким объектам составила 62 %. Соответственно, в 1996 году – 51,6 %, в 1997 г. 40,7 %.

В 1998 г. основными причинами возникновения аварий на зданиях и сооружениях из сборного железобетона явились отступления от проектных решений при выполнении строительно-монтажных работ, низкое качество конструкций и изделий, а также ошибки, допущенные при проектировании.

Существенный недостаток распространенных приемов монтажа крупнопанельных зданий заключается в свободной установке основных крупноразмерных элементов конструкций, при которой точное фиксирование на месте монтируемых деталей почти невозможно [52]. Качество монтажных работ во многом зависит от опыта и квалификации строителей.

Неточность установки элементов конструкции при обычных приемах монтажа вызывает следующие дефекты:

• несовпадение опорных плоскостей и уменьшение площади опирания, что снижает прочность и несущую способность конструкций;

• излишнее утолщение швов, что облегчает проникновение влаги и воздуха, а также увеличивает объем мокрых процессов и трудоемкость работ, связанных с выравниванием поверхностей;

• перекос стеновых панелей в плоскости, что снижает их несущую способность, так как панель опирается в этом случае не по всей площади основания, а в отдельных точках;

• отклонение стеновых панелей от вертикали, что затрудняет осуществление сопряжения с панелями вышележащих этажей и нарушает схему передачи нагрузки на панель;

• смещение стыковых швов в плоскости стены, что не позволяет обеспечить надежную герметизацию швов;

• образование щелей между стенами, перегородками и элементами перекрытий, что ухудшает звукоизоляцию помещений.

Указанные дефекты, возникающие при монтаже, ликвидировать почти невозможно. Они же являются причиной недопустимых деформаций, которые отрицательно сказываются на нормальной эксплуатации здания.

Здания и сооружения из каменных конструкций считаются наиболее долговечными: срок их службы по экспертной оценке может достигать 150 лет. Однако нарушения технологии их возведения, использование некачественных материалов, отступления от проектных решений и нарушения правил технической эксплуатации нередко приводят к деформациям, повреждениям или обрушениям зданий, их отдельных частей и конструктивных элементов как в процессе строительства, так и в период эксплуатации.

Опыт строительства кирпичных зданий весьма велик, однако 32 % всех аварий, имевших место в строительстве, падает на кирпичные здания. Основные причины аварий и обрушений на строительстве кирпичных зданий: низкое качество производства кирпичной кладки; применение низкопрочного кирпича; конструктивные неувязки, связанные с применением разнородных по прочности и жесткости материалов для кладки (например, керамический или силикатный кирпич); возведение зданий на просадочных грунтах без предварительного укрепления; нарушение правил производства работ в зимних условиях.

В табл. 8.2 приведены примеры аварий в жилых зданиях различных регионов РФ в 1998 г.

Подобную ситуацию можно усмотреть при анализе аварийности строительных конструкций на промышленных объектах. Данные об авариях конструкций и промышленных объектов в целом широко представлены в работе [53].

Основными причинами возникновения аварий являются:

1. Нарушение правил технической эксплуатации зданий и сооружений.

2. Потеря несущей способности узловыми монтажными соединениями из-за допущенных дефектов и отступлений от проектных решений.

3. Превышение расчетных нагрузок на конструкции при строительстве, реконструкции и выполнении ремонтных работ.

4. Низкая прочность конструкционных систем и отдельных конструкций.

5. Просадки фундаментов, вызванные снижением несущей способности грунтов основания и их подвижками.

Таблица 8.2

Примеры аварий в жилых зданиях различных регионов РФ в 1998 г.

Окончание табл. 8.2

6. Применение ошибочного проектного решения.

7. Необеспечение требований распределения нагрузки в местах опирания несущих конструкций на каменную кладку.

Вместе с тем анализ причин указывает на то, что они случаются чаще всего при невыгодном сочетании нескольких факторов. При этом здания и сооружения, возводимые по реальным конструктивным решениям и из различных видов строительных материалов, имеют свои особые (характерные для них) виды повреждений и разрушений, которые необходимо учитывать при расчете и конструировании.

Приведенные характерные признаки основных аварий зданий и сооружений являются следствием отступлений от проектных решений и нарушений правил производства строительно-монтажных работ, изготовления строительных конструкций, а также правил технической эксплуатации [54].

Увеличение в 1,6 раза по сравнению с 1997 г. количества аварий из-за нарушения правил технической эксплуатации зданий указывает на снижение контроля за состоянием несущих и ограждающих строительных конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений.

Эксплуатационными организациями не принимаются меры по устранению протечек в кровле, усилению, замене или ремонту строительных конструкций, несущая способность которых снижена. Зачастую только обрушения зданий или их конструктивных элементов являются толчком к приостановке эксплуатации здания и проведения необходимых профилактических мероприятий.

По данным МЧС за 1993–2011 гг. до 26 % аварий случились из-за нарушений правил эксплуатации и в 28 % случаев причинами стали дефекты на стадии строительства и отступления от проектов. Скудное финансирование мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации и своевременному проведению ремонтных работ является острой проблемой в наши дни. Недостаточное, а часто и просто поверхностное изучение причин свершившихся трагедий, нередко приводит к тиражированию ошибок проектирования, строительства и эксплуатации.