Страница 9 из 12
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 и не быть.
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.
В I веке до н. э. в высших эшелонах римского общества родился Марк Лициний Красс. Он вырос и стал уважаемым генералом (он помог подавить восстание рабов под предводительством Спартака) и известным предпринимателем. Красс был человеком, который всюду видел возможности: наблюдая за тем, какие разрушения приносят римские пожары, он создал первую в мире пожарную бригаду, в которую входили 500 специально обученных рабов. Бригада представляла собой частный бизнес: они мчались к горящему зданию, угрожали конкурирующей пожарной бригаде и прогоняли ее, а затем стояли без дела, пока Красс согласовывал размер платы за тушение пожара с ошеломленными хозяевами дома. Если они не приходили к соглашению, то пожарные просто стояли и смотрели, как дом сгорает дотла. Потом Красс предлагал хозяевам смехотворную цену за их дымящиеся руины. Таким образом он быстро скупил много римской земли и на этом сколотил состояние. К счастью, современные пожарные бригады работают более честно.
После Великого пожара Рима император Нерон издал несколько важных указов. Он велел расширить улицы, ограничить высоту жилых домов шестью этажами, а пекарни и кузницы строить подальше от жилых районов и помещать их в зданиях с двойными стенами с воздушной прослойкой. Он провозгласил, что балконы следует делать огнеупорными, чтобы легче было бежать из горящего дома, и инвестировал средства в улучшение системы водоснабжения, благодаря которой можно тушить пожары. Римляне извлекли из этой трагедии урок, да и мы с вами только выиграли от их выстраданной мудрости. Тысячи лет спустя те же простые принципы – разделение комнат, квартир и зданий огнеупорными материалами, воздушные прослойки – по-прежнему используются для предотвращения пожаров в современных зданиях.
11 сентября 2001 года мир в ужасе наблюдал, как два самолета врезаются в башни Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. Я тогда была на каникулах в Лос-Анджелесе перед началом учебы в университете, а на следующий день должна была лететь в Нью-Йорк. Я сидела и в оцепенении смотрела новости, потрясенная тем, что башни рухнули всего через час после того, как в них врезались самолеты. Через несколько дней я полетела прямым рейсом в Лондон, уже ощущая себя частью изменившегося мира.
Если взглянуть на те чудовищные события с инженерной точки зрения, то они оказали огромное влияние на строительство небоскребов. Когда я читала о том, какие упущения в проектировании привели к обрушению башен, я с удивлением узнала, что не только сами самолеты привели к разрушениям подобного масштаба, но и последующий пожар.
В Нью-Йорке много потрясающих небоскребов, а башни-близнецы Всемирного торгового центра (открытого в 1973 году) были одними из культовых символов города. Визуально обе башни казались очень простыми – ровные квадраты с высоты птичьего полета высотой в 110 этажей. В каждой башне была массивная сердцевина из стальных колонн. Но этот позвоночник не отвечал за устойчивость башен – для этого на них был особый «панцирь» с функцией экзоскелета.
Нагрузка находит новые точки приложения, и силы распределяются на соседние части каркаса
Вертикальные колонны, расположенные в метре друг от друга по всему периметру квадрата, соединялись балками на каждом этаже. Балки и колонны вместе образовывали прочный каркас, подобный каркасу «Корнишона», который мы рассматривали ранее, только с огромными прямоугольниками вместо треугольников. Соединения между балками и колоннами были очень прочными. Такой внешний скелет защищал здание от ветра.