Built. Неизвестные истории известных зданий

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.

Когда в башни врезались самолеты, в экзоскелете образовались огромные прорехи. Они разрушили много колонн и балок. На самом деле инженеры учитывали возможность того, что башню может задеть самолет. Они продумывали, что случится, если «Боинг-707» (самый большой коммерческий самолет на момент постройки зданий) врежется в здание, и производили соответствующие расчеты. Балки и колонны сконструировали с очень прочными соединениями, так что, даже если часть каркаса пострадает, нагрузке будет куда распределиться: она уйдет на соседние с повреждением части каркаса (здесь учтен принцип предотвращения несоразмерного разрушения, который инженеры используют после случая в «Ронан-Поинт»).

Самолеты, которые врезались в башни-близнецы, не были «Боингами-707», на основании габаритов которых инженеры делали расчеты за 30 лет до трагедии. Это были более крупные модели «767», и в них было больше топлива. При столкновении топливо загорелось, и из-за состава топлива, деталей самолетов, столов и других горючих предметов в здании стальные колонны раскалились. При нагревании сталь начинает плохо себя вести: крошечные кристаллики, из которых состоит материал, приходят в возбуждение и начинают двигаться, из-за чего прочные соединения между ними расслабляются. Расслабленные соединения делают металл мягким. Поэтому горячая сталь слабее холодной стали и не может выдерживать ту же нагрузку. 11 сентября на колонны, соседние с местами повреждения, пришлась большая нагрузка, потому что на них воздействовала не только та же сила, что и обычно, но и та, которая перераспределилась с их пострадавших соседей. Стальные колонны и горизонтальные балки были обработаны специальной краской с минеральными волокнами, которые защищали сталь от возгораний и перегрева. Но крушение самолета и осколки мусора повредили слой защитной краски, из-за чего большие участки стали оказались незащищенными. Температура колонн по периметру башни поднялась еще выше.

Стальные колонны в сердцевине тоже неестественно перегрелись. От остального здания сердцевину отделяли два слоя гипсокартона (панелей из гипсовой штукатурки, зажатой между двумя плотными листами картона). Смысл был в том, что в случае пожара огонь не сможет проникнуть в сердцевину через эти два слоя, так что люди смогут пройти в безопасную зону и эвакуироваться из здания по лестнице. Но гипсокартон оказался поврежден, из-за чего колонны в сердцевине оказались подвержены огню, и предполагаемый безопасный путь эвакуации оказался заблокирован.

Колонны становились все слабее и слабее, и, когда температура достигла 1000°C, они не выдержали. Они больше не выдерживали нагрузку и стали гнуться.

В конце концов колонны совсем обрушились, и часть здания над ними оказалась уязвима к воздействию гравитации. Этаж над упавшими колоннами рухнул. А этаж, на который он приземлился, не выдержал такой нагрузки и тоже обрушился. Этажи рушились один за другим, как кости домино, и катастрофа Кэннинг-Тауна повторилась, только в гораздо более поразительных масштабах – этажи обрушились, а за ними и обе башни. Противопожарная защита – краска и слои гипсокартона – не соответствовала масштабам и интенсивности возгорания.

С того дня проектирование небоскребов сильно изменилось. Теперь мы следим за тем, чтобы пути эвакуации были защищены более надежно. Легче всего этого добиться, если строить сердцевину здания из бетона, а не из стали, так что между огнем и безопасной зоной будет не слабая гипсокартонная стена, а прочная бетонная.