В статье проанализированы причины наиболее значительных обрушений покрытий общественных зданий. Даны рекомендации по организации комплексного контроля технического состояния зданий для минимизации риска возникновения аварийных ситуаций.
Ключевые слова: контроль состояния, обрушение, безопасность зданий.
Обеспечение надежности и безопасности зданий всегда имело огромное значение. Возникновение различных аварийных ситуаций может нанести вред жизни и здоровью граждан, имуществу и окружающей среде. На территории Российской Федерации безопасность зданий и сооружений регулируется федеральным законом от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [1].
Особому контролю следует подвергать общественные здания, предназначенные для пребывания большого количества людей, например, административные, спортивные и торговые здания, здания для проведения культурно-массовых мероприятий. Часто такие здания имеют технологически сложные большепролетные вантовые, купольные или ферменные перекрытия, перекрытия-оболочки. Ошибки при проектировании и возведении таких конструкций могут приводить к частичному или полному обрушению кровли и впоследствии разрушению всего здания. Далее будут приведены наиболее значительные случаи обрушения кровли, произошедшие за последние десятилетия, как на территории Российской Федерации, так и за рубежом, и рассмотрены причины аварий. В статье рассматриваются обрушения, произошедшие вследствие человеческого фактора; не подлежат рассмотрению аварии, вызванные природными катаклизмами и террористическими актами. То есть будут проанализированы те случаи, когда трагедии можно было бы избежать при должном контроле технического состояния здания.
14 февраля 2004 года произошло обрушение купола спортивно-развлекательного комплекса «Трансвааль-парк» в Москве (введен в эксплуатацию в июне 2002 г.) (см. рисунок 1), жертвами трагедии стали 28 человек. Следствие пришло к заключению о виновности главного конструктора проекта аквапарка Нодара Канчели [2]. 23 февраля 2006 года обрушилось здание Басманного рынка в Москве (построен в 1974 году), погибло 68 человек. Обрушение произошло вследствие обрыва одного из тросов, удерживающих покрытие здания. Причиной обрыва стали нарушения при эксплуатации здания и ненадлежащий контроль над техническим состоянием конструкций, приведший к значительной коррозии вантовых конструкций [3]. Типом перекрытия обоих зданий являлась железобетонная оболочка.
4 декабря 2005г. обрушились металлические конструкции и крыша бассейна «Дельфин» в городе Чусовой Пермского края (построен в 1993 году), погибло 14 человек. Причинами стали факты утяжеления при проектировании и строительстве несущей кровли почти в два раза и 50-процентное коррозийное повреждение ферм, а также нарушение правил технического обслуживания и эксплуатации здания бассейна [4].
Рис. 1. Последствия обрушения развлекательного комплекса «Трансвааль-парк», Москва
23 мая 2004 года, менее чем через год после открытия, произошло обрушение части перекрытия терминала аэропорта Шарль-де-Голль в Париже, приведшее к гибели четырех человек [5]. Произошло разрушение горизонтальной железобетонной балки, что привело к пробитию покрытия колоннами. По результатам экспертизы причиной стали ошибки в проектировании и недостаточное качество бетона, использовавшегося при строительстве [6].
15 человек погибло при обрушении крыши ледового катка в Германии (построен в 1971 году) в январе 2006 года, произошедшего вследствие обильного снегопада и неверной оценки количества снега на крыше [7].
28 января 2006 года обрушилась крыша торгового зала на Международной ярмарке в Катовице, Польша (построен в 2000 году). Причинами трагедии, унесшей жизни 65 человек, названы ошибки в проектировании, а именно, недостаточная несущая способность ферм покрытия и возникновение значительных горизонтальных сил, приведших к опрокидыванию колонн [8]. Также влияние оказало превышение расчетного значения снеговой нагрузки вследствие обильного снегопада.
Обрушение кровли гипермаркета «О ‘Кей» в Санкт-Петербурге в январе 2011 года было вызвано обильным снегопадом и непроектными изменениями, внесенными в конструкцию при изготовлении на заводе [9]. Обрушение торгового центра «Maxima» в Риге, произошедшее в ноябре 2013 года, привело к гибели 54 человек [10]. Причиной аварии являются ошибки при проектировании.
Обрушение торгового центра Sampoong (открыт в 1990 году) 29 июня 1995 года в Сеуле (см. рисунок 2) унесло жизни 502 человек и уступает по количеству жертв только разрушению башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке (2977 человек) и административного здания в Саваре, Бангладеш (1127 человек). Причиной обрушения торгового центра стал целый набор обстоятельств [11]:
1) Ошибки при строительстве и отступление от проектных решений. А именно, вместо колонн диаметром 80 см использовались колонны диаметром 40 см. Также неправильно было выполнено армирование узлов примыкания плит перекрытий к колоннам, что привело к уменьшению их прочности на 50 %.
2) Для повышения пожарной безопасности были установлены огнестойкие экраны, которые были врезаны в колонны, что привело к еще большему уменьшению их поперечного сечения.
3) Фактором, ставшим спусковым механизмом разрушения, стали повреждения, нанесенные покрытию при транспортировке по крыше здания системы кондиционирования в 1993 году.
Рис. 2. Последствия обрушения торгового центра Sampoong, Сеул
Об образовании трещин в несущих конструкциях здания было известно задолго до катастрофы, однако, не велся надлежащий контроль скорости их роста, и не была произведена приостановка эксплуатации здания и своевременная эвакуация людей, что в конечном итоге привело к огромным жертвам.
Анализ наиболее значительных обрушений покрытий зданий за последние двадцать лет показал, что все аварии, не зависимо от географического положения объекта, произошли по схожим причинам, а именно:
1) Грубые ошибки при проектировании зданий;
2) Внесение непроектных изменений при строительстве, ненадлежащее качество выполнения работ и использовавшихся материалов;
3) Повреждение несущих конструкций при реконструкции здания и проведении различных работ;
4) Недостаточный контроль технического состояния конструкций;
5) Нарушение правил технического обслуживания зданий, в том числе несвоевременная уборка снега с кровли.
Следует отметить большое количество проявлений «детских болезней», т. е. обрушений конструкций в течение первых лет после введения в эксплуатацию. Причинами таких ранних аварий являются ошибки при проектировании и строительстве, которые должны быть выявлены на этапе экспертизы проекта и введения здания в эксплуатацию.
Механизм разрушения вследствие старения зданий, то есть появления и накопления дефектов, коррозионных и усталостных разрушений, деградации свойств материалов, изменений условий эксплуатации, требует постоянного контроля состояния конструкций. Для уменьшения рисков аварийных ситуаций важно обеспечить проведение своевременных экспертиз зданий и наличие конкретного должностного лица, ответственного за безопасность здания, его техническое обслуживание и контроль состояния.
Особое внимание должно быть уделено уникальным, наиболее ответственным сооружениям с большепролетными конструкциями. Часто обычный мониторинг таких сооружений затруднен в связи с большой трудоемкостью и длительностью его проведения во времени.
Объединение новейших достижений в технологии сенсоров, обмена и обработки данных позволяет вести непрерывный автоматизированный мониторинг состояния как новых, так и старых зданий [12]. Отслеживание перемещений и ускорений конструкций, температурного и влажностного режима, скорости ветра позволяет точно оценивать техническое состояние конструкций, обнаруживать особенности поведения конструкции, не заложенные в проект, и на ранних этапах выявлять образование трещин и других дефектов.
Например, подобный мониторинг ведется за состоянием спортивного комплекса «Олимпийский» в Москве. Информационно-вычислительная система мониторинга решает задачу проведения долговременного системного контроля перемещений и деформаций ответственных элементов металлоконструкций под действием климатических и технологических нагрузок с целью установления соответствия фактического напряжённо-деформированного состояния конструкций расчетным данным и упреждающего обнаружения критических и предаварийных состояний металлоконструкций перекрытия и подвесных путей [13].
Таким образом, для минимизации рисков возникновения аварийных ситуаций вследствие обрушения покрытий и других несущих конструкций общественных зданий должна использоваться комплексная система контроля и выявления ошибок на всех этапах жизненного цикла сооружения.
Литература:
1. Федеральный закон Российской Федерации от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»
2. Заключение эксперта № 340–343/19–8 25.03.2005 г. по уголовному делу № 323806
3. Столяров С., Макряшина А. Басманный рынок упал по совокупности // Газета.ru. — 2006. — 30 апр.
4. Эксперты выяснили причины обрушения крыши бассейна «Дельфин» // РБК. — 2005. — 15 дек.
5. 'Fresh cracks' at Paris airport// BBC News. — 2004. — 24 мая
6. Wassim Raphael,Rafic Faddoul, Roy Feghaly, Alaa Chateauneuf, Analysis of Roissy Airport Terminal 2E collapse using deterministic and reliability assessments // Engineering Failure Analysis. — Volume 20, March 2012, Pages 1–8
7. Pressing questions over rink tragedy // BBC News. — 2006. — 3 янв.
8. Biegus A., Rykaluk K. Collapse of Katowice fair building // Engineering Failure Analysis. — 16(5), 1643–1654.
9. Закрыто дело по факту обрушения кровли в гипермаркете О'кей // Деловой Петербург. — 2012. — 25 янв.
10. At least 54 dead after Latvia mall collapse // RT/ — 2013/ — 24 ноя.
11. N. J. Gardner, Jungsuck Huh, Lan Chung. Lessons from the Sampoong department store collapse // Cement and Concrete Composites. — Volume 24, Issue 6, December 2002, Pages 523–529
12. Nuno Martins, Elsa Caetano, Sandro Diord, Filipe Magalhгes, Alvaro Cunha. Dynamic monitoring of a stadium suspension roof: Wind and temperature influence on modal parameters and structural response // Engineering Structures. — 59 (2014). — 80–94
13. Веб сайт разработчика системы ЗАО «ИНКОММЕТ» http://www.inkommet.ru/drupal/olimp
14. Гарькин И. Н., Гарькина И. А. Системные исследования при технической экспертизе строительных конструкций зданий и сооружений // Современные проблемы науки и образования. — 2014. — № 3
