Чтение онлайн

В 1972 г. в филиппинском городе Нага-Сити произошла следующая история. Приближался день большого религиозного праздника, насыщенный массовыми шествиями и зрелищами. Кульминационным событием была торжественная процессия на полноводной реке, протекающей через город: в ней участвовали сотни верующих на пышно украшенных лодках и небольших парусных суденышках. Это зрелище удобнее всего было наблюдать с большого автодорожного моста, который в роковой день и час заполнился любопытствующими — верующими и неверующими, местными жителями и иностранными туристами. Когда ожидаемая процессия наконец показалась, люди столпились на одной стороне моста, не подозревая о том, что случится в следующее мгновение. Мост ужасающе заскрежетал, изогнулся и, не выдержав огромной односторонней нагрузки, внезапно рухнул. Деревянными балками и металлическими конструкциями было раздавлено 130 человек. Знаменательно, что подобная катастрофа при тех же обстоятельствах уже произошла в этом месте в 1949 г.

В принципе бывает довольно трудно предусмотреть обстоятельства (или, соответственно, «живую нагрузку»), которые могут сказаться критическими для здания или сооружения. Тем не менее они не такие уж невозможные. Совершенно очевидно, что увеличение полезных нагрузок до невероятных пределов предполагает проектирование чрезмерно прочных, чрезмерно надежных и, естественно, чрезмерно неэкономичных строительных конструкций. Другой крайностью было бы закрыть глаза на известную, но маловероятную возможность реализации необычайно высокой полезной нагрузки. В этом случае конструкции будут гораздо более экономичными при весьма сомнительной надежности. По-видимому, наилучшим решением здесь будет разумный компромисс.

Возьмем следующий пример. Возможно ли, чтобы в жилом доме помещения наполнились людьми до такой степени, чтобы полезная нагрузка достигла величины 400 кг/м2? Говоря житейским языком, на каждом квадратном метре пола должно собраться по четыре толстяка весом по 100 кг. Но чтобы разместиться на столь малой площади, они должны были бы прижаться друг к другу… А это была бы уже такая теснота, которая возможна только при огромных скоплениях людей — на стадионах, в зрительных залах, в фойе и т.п. Для подобных объектов полезная нагрузка 400 кг/м2 вполне уместна, поэтому именно эта величина считается для них нормативной. Для коридоров и лестничных клеток административных зданий нормативная полезная нагрузка составляет 300 кг/м2. При проектировании жилых зданий, где статическая ситуация, подобная описанной, является почти невероятной, проектировщик практически ориентируется на полезную нагрузку 150 кг/м2.

Подобным же образом, но путем гораздо более сложных расчетов решается вопрос о подвижных полезных нагрузках в случае мостовых конструкций. Расчетом учитываются транспортные средства, которые, с одной стороны, наиболее типичны для данного исторического момента в данной стране, а с другой стороны, могут оказывать наиболее тяжелое воздействие на мост и вызывать в нем напряжения и деформации. Причем важное значение здесь имеет не только величина нагрузок, но и их взаимное расположение. Поэтому еще в проектной мастерской моделируются различные дорожно-транспортные ситуации, которые могут самым неблагоприятным образом отразиться на состоянии как отдельных конструктивных элементов, так и конструкции в целом.

28 января 1922 г. над Вашингтоном бушевала метель. Во второй половине дня снегопад усилился и улицы опустели. К вечеру огромные снежные сугробы покрыли крыши, парки, улицы и площади, а снег все шел и шел.

Демонстрация фильма в огромном кинотеатре «Никарбокар» началась при переполненном зале. Едва ли кто-нибудь из зрителей подозревал, что происходит над его головой, хотя именно в это время сложные процессы в конструкции перекрытия тайно готовили катастрофу.

Едва ли кто-нибудь подозревал, что невидимый конфликт между силами гравитации и слабой, плохо спроектированной и выполненной конструкцией стремительно развивается в самом опасном, гибельном направлении и что очень скоро верх возьмут слепые силы гравитации. Тем временем толщина снежного покрывала на перекрытии достигла полуметра, более чем на 15% превысив расчетную величину. И «чаша переполнилась»…

В 21 ч 10 мин перекрытие над зрительным залом внезапно рухнуло: 91 человек погиб, а около 200 были тяжело ранены.

Каждый специалист хорошо знает, что снег — далеко не маловажный фактор и его нельзя недооценивать. Пушистый и легкий, он постепенно образует толстые пласты и уплотняется, вследствие чего его объемная масса может достигать значительной величины. Если в январе — феврале свежий снег весит до 300 кг/м2, то в марте масса 1 м2 снежного покрова может достигать 0,5 т. Кроме того, следует принимать во внимание одно дополнительное и весьма неприятное обстоятельство: в промышленных районах и крупных городах снег смешан с пылью (тяжелый снег), в связи с чем снежные нагрузки здесь могут быть гораздо более значительными, чем в сельской местности. О том, насколько коварным может оказаться обычный снег, говорит следующий факт. С 1955 по 1966 г. только в Канаде произошло восемь крупных аварий на строительных объектах, и, как показала экспертиза, причина была одна — чрезмерные снежные нагрузки.

Наибольшая толщина слоя снега, накопившегося за одни сутки, зарегистрирована в штате Колорадо (США) 14—15 апреля 1921 г. Это так называемая экстремальная ситуация, которая складывается не так уже часто. Возникает логичный вопрос: какой же должна быть нормативная снежная нагрузка, чтобы конструкция не подвергалась опасности аварии, но в то же время не была и «чрезмерно» надежной?

Здесь, как и в случае полезных нагрузок, вопрос может решаться с точки зрения статистической вероятности. Но, в отличие от полезных нагрузок, паразитическая снежная нагрузка не поддается никакому регулированию со стороны человека. Снег — это просто довольно неприятный для конструктора фактор, который он должен учесть и по возможности наиболее точно. Многолетние наблюдения позволяют получить подробные данные о колебаниях толщины снежного покрова. На основании этих данных выбирается год с особенно обильными снегопадами. Но как часто, по теории вероятности, повторяются такие снежные годы? Именно здесь возникает дилемма, которая всегда встает перед конструктором, когда он имеет дело с явлениями природы. Решение находится где-то на границе между чрезмерной драматизацией опасности и преувеличенным оптимизмом. Таким образом, речь снова идет о разумном компромиссе, который в значительной степени зависит от социальных и экономических установок.

Очевидно, было бы излишней предосторожностью ориентироваться на толщину снежного покрова, которая наблюдается раз в сто лет. Вполне вероятно, что период существования постройки может целиком уместиться между двумя такими «снежными событиями». Но, естественно, снег, который выпадает раз в пять лет, ни в коей мере нельзя считать обычным природным явлением. Так или иначе, но эта проблема имеет наибольшее значение для северных стран. На территории Болгарии снежный покров бывает значительно более скромным.

В соответствии с нормами снеговых нагрузок территория Болгарии разделена на три зоны, в которых максимальная масса снежного покрова на горизонтальной поверхности равна 50, 70 и 100 кг/м2. Для особых, главным образом горных, районов нормативная снеговая нагрузка определяется на основании результатов специальных наблюдений.

15 июля 1976 г. в ФРГ был официально открыт большой отводной, канал на р. Эльбе. Внушительная 115-километровая трасса канала, включая десятки километров дамбы, береговые сооружения и мосты, была построена за необыкновенно короткий срок. Канал рекламировался как техническое достижение XX в.

Через три дня после официального открытия, 18 июля, в районе Люнебурга был прорван 20-метровый участок одной из дамб. За считанные минуты огромная масса воды затопила обширную территорию — жилые районы, сельскохозяйственные угодья, несколько автомобильных магистралей и железнодорожную линию.

Вот одно из недавних событий, которое может служить иллюстрацией внушительных возможностей воды, водной стихии. Лишенные преграды водяные массы устремляются вперед с ужасающей скоростью. Их кинетическая энергия огромна, их движение неудержимо, и нет силы, которая могла бы укротить эту разбушевавшуюся стихию, сметающую на своем пути здания, улицы, целые села и города. Есть только одна возможность — не допускать подобных ситуаций.