Людмил Оксанович - Невидимый конфликт

Классическим примером грубой ошибки, допущенной при определении собственной массы конструкции, является авария моста на р. Св. Лаврентия близ Квебека (Канада). На отдельных участках моста отношение реальной нагрузки к расчетной достигало 10:3. Но на столь грандиозной инженерной ошибке мы еще остановимся ниже и рассмотрим ее более подробно.

Значительно более сложен случай с так называемыми полезными нагрузками. Они являются полезными в подлинном смысле слова поскольку конструкция предназначена как раз для того, чтобы воспринимать и выдерживать именно эти нагрузки.

Собственная масса конструкции и несущих ограждающих элементов представляет собой скорее паразитическую, чем полезную нагрузку! Полезные нагрузки — это нагрузки от людей, машин, оборудования, складируемых материалов и т.д. Однако вся тонкость состоит в том, чтобы конструкция была максимально ориентирована на восприятие этих нагрузок, т.е. чтобы, как говорится, «и волки были сыты, и овцы целы».

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/м 2? 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/м 2вполне уместна, поэтому именно эта величина считается для них нормативной. Для коридоров и лестничных клеток административных зданий нормативная полезная нагрузка составляет 300 кг/м 2. При проектировании жилых зданий, где статическая ситуация, подобная описанной, является почти невероятной, проектировщик практически ориентируется на полезную нагрузку 150 кг/м 2.

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.