Built. Неизвестные истории известных зданий
Шрифт:
Много лет спустя, когда я училась в магистратуре по проектированию зданий, мы проходили, как обезопасить высотные здания от взрывов. Вдруг события того страшного дня в марте снова ожили передо мной. Впервые мне в голову пришла мысль: если взрыв произошел прямо в основании здания, а потом там возник пожар, то почему вся башня Бомбейской фондовой биржи не обрушилась?
Теперь я знаю, что этому есть две основные причины. Первая причина в том, что инженеры проектируют здания так, что они защищены от взрывов, так что, даже если здание будет повреждено, оно не обрушится как карточный домик. Существует минимальный стандарт безопасности, которым руководствуются проектировщики всех зданий, но самые уязвимые здания – культовые высотные сооружения, например, или те, где больше всего народу, – проектируют особым образом, чтобы защитить
Но мы не сразу начали так строить, нам пришлось учиться на катастрофах прошлого.
Проснувшись рано утром 16 мая 1968 года, Айви Ходж пошла на кухню приготовить себе чашку чая. Она включила газовую плиту, зажгла спичку – и в следующую секунду уже лежала на полу и смотрела на небо. Стены ее кухни и гостиной исчезли.
В квартире Айви на 18-м этаже 22-этажного жилого дома в Кэннинг-Тауне в Лондоне произошел взрыв. Это случилось в мирное время в тихом жилом районе, так что событие оказалось для Лондона беспрецедентным и сильно повлияло на все дальнейшее строительство.
Этот дом наспех построили в рамках проекта застройки, столь необходимого после Второй мировой войны. В этом районе около четверти домов разрушились во время бомбежек, а так как после войны население стало стремительно расти, город нуждался в срочном решении жилищного кризиса. Чтобы быстро застроить районы вместительными домами, проектировщики экспериментировали с новыми видами зданий. Этот дом был второй из девяти идентичных жилых башен, входивших в комплекс «Ронан-Поинт».
< image l:href="#"/>Некачественное соединение, подобное тому, которое использовали при строительстве «Ронан-Поинт», представляющее собой небольшое количество жидкого бетона между готовыми панелями
Башню наспех соорудили из «сборных конструкций». Вместо того чтобы заливать жидкий бетон в формы прямо на строительной площадке и ждать, когда он затвердеет, чтобы потом строить стены и перекрытия (как того требует большинство бетонных конструкций), бетонные панели в форме готовых комнат изготовили на заводе. Затем их привезли на площадку и собрали вместе с помощью подъемного крана. Это напоминало постройку карточного домика: сначала установили стены первого этажа, на них положили готовые горизонтальные перекрытия, и так до самого верха. Панели соединили между собой на площадке небольшим количеством жидкого бетона. Вес здания распределялся прямо на огромные несущие панели. У здания не было никакого каркаса. Такие панельные здания оказались гораздо дешевле и строились быстрее, да и рабочих требовалось меньше – а все эти экономические факторы оказались решающими в проекте восстановления послевоенной Британии.
В квартире Айви Ходж произошла утечка газа из-за недавно установленной неисправной системы котлов.
Из-за одной спички газ взорвался, и – БА-БАХ! – от дома оторвались угловые панели, из которых состояли стены. Так как панели квартиры внизу лишились опоры, они тоже упали на нижний этаж. И так одна за другой разрушились угловые панели всего дома, утащив за собой вниз большой кусок здания. Погибли четыре человека, которые спали в своих квартирах.
Странно, что взрыв не повредил Айви барабанные перепонки, – и это говорит о том, что взрывная волна была не такой уж и сильной, потому что для повреждения перепонок достаточно совсем небольшой силы. И в самом деле, расследование показало, что, даже если бы взрыв был в три раза слабее, эти бетонные панели все равно разрушились бы. Так как блоки просто стояли друг на друге и не были как следует соединены, ничто не мешало им оторваться и улететь. Проектировщики уповали на силу трения между блоками и на слабенькое соединение из жидкого бетона, которое должно было их скреплять. Этого было недостаточно. Сила взрывной волны, приложенная к стене, была больше сопротивления, которое оказывали сила трения и бетонное соединение, и стена просто отлетела. А так как стенам верхних этажей было больше некуда распределять вес, они попросту упали.
В этом обрушении был еще один интересный факт. Мы ожидаем, что наибольший ущерб нанесет взрыв в основании здания, так как над ним много этажей и все они могут обрушиться. Но в этом случае, если бы взрыв произошел в основании, обрушения могло
Трение зависит от веса. Чем тяжелее груз, который давит на соединение двух поверхностей, тем больше между ними трение. Наверху башни (где была квартира Айви) было всего четыре этажа, вес которых был приложен к соединению стен и пола, поэтому сила трения была мала. Сила взрыва оказалась больше силы трения, и потому бетонные панели улетели. Но у основания башни вес более чем двадцати этажей бетонных блоков создавал гораздо большее трение между панелями (по той же причине достать журнал из основания стопки гораздо труднее, чем из ее вершины). Так что, вопреки интуитивным ожиданиям, взрыв в верхней части здания привел к катастрофическим последствиям. Сейчас такое происходит нечасто – в основном потому, что, как мы увидим, здания больше не строят подобным образом.
Трагедия в «Ронан-Поинт» научила будущих строителей двум важным вещам. Во-первых, необходимо соединять части постройки вместе таким образом, чтобы при воздействии какой-либо силы на стену или на поэтажное перекрытие соединения не дали панелям развалиться. (Например, в «Ронан-Поинт» можно было бы соединить готовые панели разных этажей стальными прутьями, и они бы выдержали взрыв. Подобная система соединений используется в современных панельных домах.) Даже при более традиционном способе постройки, когда на стройплощадке заливают бетон и фиксируют стальной каркас, нужно убедиться, что у всех балок и колонн прочные соединения. В случае со стальным каркасом нужно использовать при его сборке достаточно прочные болты, которые выдержат не только нормальную нагрузку под воздействием ветра и гравитации, но и прочно соединят между собой части конструкции.
Несоразмерное обрушение этажей после взрыва в «Ронан-Поинт» в Лондоне в 1968 году
Во-вторых, инженерам нужно было предотвратить несоразмерные последствия. В «Ронан-Поинт» из-за небольшого взрыва на 18-м этаже обрушился весь угол здания на всех этажах. Такой эффект домино несоразмерен силе взрыва, и так появился новый термин – несоразмерное разрушение. Если происходит, например, взрыв, то, конечно же, он нанесет зданию ущерб, но маленький взрыв на одном этаже не должен повреждать сразу все этажи. Проблемой башни в Кэннинг-Тауне было то, что нагрузке было некуда распределиться. Так что суть в том, чтобы убедиться, что силам есть куда распределяться, даже если какая-то часть постройки вдруг исчезнет. Это все равно что сидеть на стуле: теоретически на каждую из четырех его ножек приходится всего четверть нашего веса. Но если, как и многие люди, вы любите качаться на стуле, то нагрузка на эти две ножки удваивается относительно той, которую предусмотрели проектировщики стула, и ножки могут не выдержать, а вы упадете и ударитесь спиной. Зато если инженеры предусмотрят такое поведение и сделают ножки достаточно прочными для двойной нагрузки, то вы в безопасности.
Таким образом родилась идея сознательно создавать новые пути, по которым может распределяться дополнительная нагрузка. В компьютерной модели я удаляю одну колонну, учитываю увеличение силы, воздействующей теперь на соседние колонны, и проектирую их таким образом, чтобы они выдержали новую нагрузку. Я знаю, что если одну колонну убрать, то соседние все выдержат. Потом я ставлю колонну на место и убираю какую-нибудь другую, и так я тестирую различные варианты и проверяю, сохранит ли моя постройка устойчивость в случае взрыва. Никогда не пытайтесь выиграть у инженера-строителя в «Дженгу»: мы знаем, какие блоки вынимать и как извлечь из постройки детали так, чтобы она не обрушилась.
На протяжении всей истории и инженеры, и власти борются с общим врагом – пожарами, которые грозят сжечь наши города дотла. В Древнем Риме дома часто строили на деревянных каркасах, с деревянными перекрытиями и крышами, из-за чего они легко загорались, потому и пожары там были нередки. Великий пожар Рима в 64 году н. э. уничтожил две трети города. Раньше древесину не обрабатывали ничем противопожарным, а стены сооружали из плетеных прутьев и глины. Плетенку – решетку из узких деревянных реек, напоминавшую плетеную корзинку, – покрывали глиной, а точнее, смесью глины, влажного грунта, песка и соломы. Такая конструкция легко загорается, и пожар по ней распространяется очень быстро. Узкие улочки только усугубляли ситуацию, потому что огонь легко преодолевал небольшое расстояние между домами.