Jan 24 2013

Видели ли вы мятых 40 млн?

image004.jpg
25 января 1985 г. в районе г. Истра Московской области произошло обрушение металлоконструкций
купольного перекрытия главного корпуса Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ)
им. В.И. Ленина. Купол диаметром 234м и высотой 112,3м , предназначенный для высоковольтных
испытаний, был смонтирован в виде эллипсоида вращения с сетчатой оболочкой, установленной
на 83 опорах, имеющих столбчатые фундаменты.

Расчетная проектная нагрузка на опору составляла 300т. Комиссией по расследованию аварии
было отмечено, что основной причиной аварии явилась значительная снеговая нагрузка,
ошибки в расчетах конструкции купола и отсутствие системы очистки снега на куполе.

Жертв не было, услышав шум, строители успели покинуть здание.

Обрушение породило шутку, вынесенную в заголовок поста. Для понимания сути:
40 млн оборонных соврублей – это примерно  60 штук 80-ти квартирных домов, в сопоставимых ценах.
Хороший такой микрорайончик…

Так основание купола  выглядит сейчас:

Версия Журналистская.

Купол должен был стать зданием Высоковольтного испытательного центра Всесоюзного электротехнического института имени В.И. Ленина. Под его крышей планировалось проводить испытания высоковольтного оборудования для самой мощной и протяженной линии электропередачи «Экибастуз — Центр» напряжением 1500 киловольт. Кроме того, намечалось исследовать стойкость оборудования к воздействию коротких электромагнитных импульсов, возникающих при грозовых разрядах и атомных взрывах. Размеры купола и выбраны, исходя из заданного испытательного напряжения в миллионы вольт.

Форму купола проектировщики (ЦНИИПКС) выбрали в виде приплюснутой сферы, подобной капле ртути, лежащей на столе. Диаметр «капли» по экватору, расположенному на высоте 23,2 м, составлял 236,5 м. Купол шарнирно опирался на 63 столбчатых фундамента, расположенных по окружности диаметром 231,7 м. Высота сооружения достигала 118,4 м.

image006.jpg

Толщина конструкции оболочки составляла 2,5 м. Несущий каркас был выполнен в виде перекрестной системы стальных ферм трех направлений, образующих треугольные элементы размером 9 х 9 х 9 м. К наружным поясам каркаса приварены мембранные полотна из атмосферостойкой стали толщиной 1,5 мм. К внутренним поясам крепились панели подвесного потолка с теплозвуко-изоляцией из минеральной ваты, закрытой гофрированным алюминием. На отметке 106,7 м внутри здания располагалось подвешенное к каркасу перекрытие, на котором размещалось грузоподъемное оборудование.

Масса стали основных и ограждающих конструкций составляла 10050 т, а алюминия — 363 т. Все элементы несущей конструкции изготовлены на Челябинском заводе металлоконструкций. Изготовление панелей подвесного потолка, укрупнительную сборку конструкций и монтаж выполнило Монтажное управление № 21 треста Спецстальконструкция.

Монтаж оболочки купола осуществлялся навесным методом от фундамента до вершины крупными блоками 9 х 9 мг (два соединенных треугольных элемента) полной строительной готовности без использования каких-либо поддерживающих конструкций. Первые десять ярусов собраны двумя башенными кранами, движущимися по кольцевому пути снаружи здания. Начиная с одиннадцатого яруса монтаж производился одним краном грузоподъемностью 25 т, перемещавшимся по рельсовым путям внутри здания. Блоки 1—18 ярусов имели массу от 7 до 9 т, а девятнадцатого и двадцатого, включавшие участки технологического перекрытия — 18 т. После блочного 21-го яруса было собрано коробчатое кольцо диаметром 34 м. На него полиспастами подняли центральную часть оболочки массой более 600 т. Так завершилось строительство невиданного сооружения, которое должно было стать прообразом будущих северных городов для нефте- и газодобытчиков.

image008.jpg

Однако в жизни купола наступила первая зима. В 1984/85 г. она была снежная и морозная. И купол не выдержал ее испытания. 25 января 1985 г. после нескольких дней треска, сопровождавшегося падением крепежных болтов, произошло его внезапное обрушение. К счастью, катастрофа произошла в 7 ч 45 мин утра, за 15 мин до начала рабочего дня, и поэтому никто не пострадал. Сотрудники испытательного центра на подходе к работе услышали страшный грохот, почувствовали сотрясение земли и сильный встречный ветер. На их глазах гигантский купол исчез в котловане. Его стальные детали разбились о бетонный пол, как стеклянные.

Комиссия по расследованию причин аварии отметила прогрессивность, архитектурные и технологические достоинства технического решения здания в виде двухпоясного сетчатого купола. Она отметила также эффективность примененного навесного монтажа крупными блоками полной строительной готовности, обеспечивающего высокую скорость возведения сооружения при малых трудозатратах. В то же время комиссия сочла принятое решение сложным, особенно с точки зрения правильного определения усилий в элементах оболочки. «Для успешной практической реализации такого решения — заключила комиссия — требовалось провести детальные экспериментальные, теоретические и расчетные исследования с целью изучения статической работы сооружения, действительного сопротивления элементов конструкции, особенностей работы конструкций в монтажной и эксплуатационной стадиях. В полной мере эти исследования выполнены не были, в результате чего при проектировании сооружения, изготовлении и монтаже металлоконструкций имел место ряд упущений».

image010.jpg

Комиссия выявила многочисленные дефекты и отступления от проекта, допущенные при изготовлении и монтаже узлов купола. Так, вместо высокопрочной легированной стали, местами оказалась низкосортная. Отверстия под крепежные болты сверлились не заранее по контроллеру, а при монтаже по месту в несущих элементах каркаса. Все это снижало прочность оболочки. Но глав— резкое увеличение нагрузки на купол, связанное с зимой. Перед обрушением температура воздуха в течение суток повысилась от -32 до 2°С и резко упало атмосферное давление. Остывшая за время морозов внутренняя часть оболочки не успела прогреться как наружная. В результате возникли сильные термомеханические напряжения, не принимавшиеся в расчет при проектировании. Резкое изменение атмосферного давления могло создать дополнительные нагрузки. Так, перепад давления внутри и снаружи купола всего на 10 мм рт. ст. вызывает нагрузку на оболочку, равную весу 1 см ртути, т.е. 136 кгс/м5, что близко к предельно допустимой. На крыше купола было много снега. Расчетная снеговая нагрузка в то время составляла 140 кг/мг. По оценке ЦНИИСК им. Кучеренко снеговая нагрузка составила половину расчетного значения. На самом деле она могла быть значительно большей.

image012.jpg

За день до обрушения над куполом на малой высоте пролетел крупный самолет. Нагрузки на оболочку при этом, согласно расчетам комиссии, оказались на порядок меньшими допустимых.

Комиссия не смогла однозначно установить причину обрушения купола и определить степень влияния на аварию каждого из рассмотренных факторов. Поэтому осталась возможность для обсуждения причины аварии и даже фантазий на эту тему. Священники из соседнего Ново-Иерусалимского монастыря утверждали, что здание купола располагалось на проклятом месте, где раньше был построен, но быстро рухнул Храм Божий. «Аномальщики» свя зали аварию с разломом земной коры и геопатогенной зоной, якобы проходящей, как всегда, под местом аварии. Однако фундамент купола остался цел и прочен.

image014.jpg

На мой взгляд, причина разрушения купола кроется в его каплевидной форме. Почти плоская вершина оболочки имела возможность прогиба и вертикальных колебаний подобно мембране. Под тяжестью первого снега она слегка прогнулась, образовав углубление. В углублении снег таял (помещение под куполом нагревалось), выпадал новый снег, приводя к еще большему прогибу оболочки. Так образовалось целое озеро из воды, льда и снега, глубина его лавинообразно росла до тех пор, пока не произошло разрушение.

А многого было и не нужно. Так, если толщина слоя воды (или снега в пересчете на воду) составила всего 20 см, то нагрузка на оболочку достигла 200 кг/м2, что больше расчетной снеговой нагрузки (140 кг/м2). Поэтому обрушение было неизбежным, так как заложено в проекте.

Проектировщики Большого Купола не учли многовековой опыт строительства церквей. Оболочка их куполов б своей верхней части как стрела уходит от полусферы вверх, плавно переходя в шпиль, тогда как у нашего купола она отклоняется вниз от полусферы (рис. на с. 3). Стрельчатая форма обеспечивает жесткость храмового купола даже при небольшой толщине. Для придания жесткости каплевидному куполу пришлось взять большую толщину оболочки (2,5 м), но и этого оказалось недостаточно.

image020.jpg

Второе достоинство стрельчатых церковных куполов заключается в том, что угол наклона крыши составляет не меньше 45 — 50°, в результате чего дождь и снег на ней не удерживаются и не накапливаются. У каплевидного купола угол наклона крыши в центральной части близок к нулю, и снег (а при небольшом прогибе дождь и талая вода) может накапливаться на ней в неограниченном количестве, вплоть до разрушения.

Конечно, обрушение самого крупного безопорного сооружения в мире — это большая трагедия. Но такова, видимо, судьба всего «самого-са-мого». Не выстояла до конца постройки Вавилонская башня. В первом же рейсе затонул самый большой пассажирский пароход «Титаник». При показательных выступлениях разбился самый первый сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144. Не выдержал первой зимы и самый большой купол. Это первопроходцы будущего, опередившие свое время. Их гибель не проходит даром.

Чудеса будят воображение. Про них сочиняют легенды, пишут книги, снимают кинофильмы. На ошибках создателей «самого-самого» учатся следующие поколения. В результате стоит, несмотря на морозы, ветры и пожары, Останкинская телебашня, больше Вавилонской. Без риска встречи с айсбергами бороздят моря и океаны лайнеры и супертанкеры, много большие «Титаника». Нет сомнения, что будут созданы летательные аппараты, куда более быстрые, чем Ту-144, и не уступающие по надежности наземному транспорту. Хочется сказать, что с учетом опыта строительства Большого Купола, при использовании новых материалов и новых методов проектирования будут построены много большие купольные сооружения, под которыми разместятся исследовательские лаборатории, стадионы, сады и целые города, как на холодном Севере, так и в жаркой Сахаре. И они будут стоять сотни и тысячи лет.

image022.jpg

Но… Нашему Куполу не повезло. Его строительство не афишировалось, а обрушение осталось «сов. секретным», поэтому полезный опыт строительства гигантского сооружения пропал вместе с ним. Возможно, и в этом корни памятного всем 14 февраля 2004 г., когда рухнул, не прослужив и года, значительно меньший купол Ясеневского аква-парка в Москве.

Катастрофа привела к многочисленным человеческим жертвам. И этот купол рассчитывался на снеговую нагрузку в 140 кг/мг. Вдобавок, легкую алюминиевую кровлю при строительстве заменили на железобетонную — запаса прочности не осталось. Перед обрушением несколько дней был сильный снегопад с западным ветром. Толщина снега на восточной части крыши вполне могла превысить расчетное значение, и опорные колонны не выдержали.

Летом 2003 г. расчетную снеговую нагрузку повысили до 180 кг/мг. Это 18 см воды или около полуметра плотного снега. Ясно, что на почти плоской крыше, какая была в нашем Куполе и в аквапарке, эти значения легко могут быть превышены. Хочется еще раз обратить внимание на форму куполов церковных храмов, где это невозможно.

P.S. На месте Большого Купола сейчас находится гигантский котлован идеально круглой формы с бетонированным дном, окруженный множеством бетонных колонн, между которыми частично сохранилась кирпичная кладка. В котловане работает испытательная установка Истринского филиала ВЭИ, излучающая сверхмощные наносекундные импульсы электромагнитного поля прямо в небо.

В заключение выражаю глубокую благодарность В .А. Савельеву за предоставленные фотоснимки «живого» купола.

image024.jpg

Техника Молодёжи № 6 – 2004

Версия научная.

Объект значился как Высоко­вольтный испытательный стенд предприятия Р-6511. Под этим куполом должны были проводиться секретные испытания. 
Это было грандиозное сооружение. Здание было решено в виде сетчатой оболочки вращения, имеющей форму сплюснутого эллипсоида диаметром по экватору 236,5 м. Высота здания в центре -118,4 м.

Оболочка представляла собой стерж­невую сеть с ячейками в виде равно­бедренных треугольников, с распо­ложением оснований этих треуголь­ников по горизонтальным кольцам. Стержни каркаса, образующие про­странственную структурную конст­рукцию, были выполнены двухветвевыми в виде ферм с параллельными поясами. Пояса состояли из спарен­ных уголков. Расстояние между поя­сами – 2,5 м. Материал поясов – сталь09Г2С. Решетка – из электросварных труб со сплющенными концами. К наружным поясам каркаса была приварена мембрана из рулонной стали толщиной 1,5 мм.
В вершине купола было расположено технологическое помещение диаметром 34 м с пло­щадью пола 900 м. массой 110 т. Была предусмотрена возможность расширения этого по­мещения до диаметра 90м. Здание было оборудовано грузоподъемными устройствами 1×100т; 1×25т; 62×5т; последние распределены по внутренней поверхности.

Для эксплуатационного обслуживания на­ружной поверхности здания было преду­смотрено специальное подвижное устрой­ство в виде полуарки, представляющей со­бой пространственную металлическую кон­струкцию из труб. Внутри полуарки распо­лагались грузопассажирский лифт и лест­ницы.
Расход стали на основные несущие и огра­ждающие конструкции здания, включая мембранное покрытие, технологическое помещение и подвесной потолок, составил 9829 т. (108 кг на кв. м. поверхности), расход алюминия – 363 т ( 4 кг на кв. м. поверхности).
На чертежах была надпись: "В проекте использовано изобретение по авторскому, свиде­тельству №590414. Авторы Дмитриев И. Н., Мельников Н. П., Савельев В. А. " То, что в состав авторского коллектива входили Дмитриев И. Н. – начальник строительного отдела ЦК КПСС и Мельников Н. П. – директор института "ЦНИИпроектстальконструкция", дей­ствительный член АН СССР – говорило о первостепенной значимости этого объекта. В перспективе просматривалась Ленинская или, как минимум, Государственная премия.

С расчетной точки зрения сооружение было также очень интересным, обладая высокой степенью симметрии. В нижней части сооружение имело 84 повторяющихся сектора, в средней части – 42 сектора и у вершины – 21 сектор.
К началу 1985 года металлические конструкции купола были изготовлены и смонтирова­ны. Внутри купола выполнялись отделочные работы.
25 января 1985 года в 7 часов 30 минут утра купол обрушился. Обрушение происходило тихо, поскольку воздух, находившийся внутри купола, сыграл роль воздушной подушки. Очевидцы, ехавшие в это время на работу, издали видели, как красные огни светового ог­раждения медленно опускались вниз. Сторож, находившийся в помещении рядом с купо­лом, ничего не слышал. Когда ему позвонили и сообщили, что сооружение обрушилось, он принял звонок за шутку. Всe же он вышел посмотреть. Ему показалось, что купол был на месте. Иллюзия объяснялась тем, что нижняя обечайка купола высотой 26 м продолжа­ла стоять, а обрушившиеся конструкции находились вне поля зрения сторожа.

Разумеется, было расследование причин аварии. В криминальном плане делом занималась Генеральная прокуратура СССР. Техническая комиссия была организована при ЦНИИСК им. Кучеренко. Я также был членом этой комиссии. Комиссия заседала по средам, и я дли­тельное время каждую среду ездил в Москву.
Как члену комиссии мне удалось побывать на месте разрушенного купола. Но я не попал туда вместе со всеми, а осматривал конструкции один, без всякого сопровождения. Зре­лище было следующее. Заходишь в обычные штатные ворота сооружения и попадаешь в фантастический мир. Крупногабаритные обломки купола – скорлупы размером в несколько десятков метров – образовали подъемистые гроты. В этих гротах свободно размести­лись совершенно неповрежденные подъемные краны, экскаваторы, бульдозеры и другая техника. Высоко над головой раскачиваются обрывки ограждающих конструкций – алю­миниевая обшивка, утеплитель, какая-то пленка. На улице весна, март месяц, капель.
Есть места, где можно выйти на поверхность и залезть на обрушенные конструкции свер­ху. Я так и сделал. Передо мной простерся как бы застывший бурный океан. Иллюзию создавала наружная обшивка, выкрашенная в белый цвет. Я оглянулся вокруг, а всюду все одинаковое, никаких ориентиров, поскольку купол был круглый, и я один среди десяти тысяч тонн искореженных конструкций. Возникла мысль – если я заблужусь и не найду в этом лабиринте ворота, меня, умирающего с голоду, может быть отыщут через две – три недели.

Особенно сильные разрушения претерпели конструкции, которые были вверху, в замке. Там были листовые детали толщиной 30 – 40 мм. Этот металл был порван, как папиросная бумага. Весь центральный узел, пригруженный сверху аркой, на десятки сантиметров во­шел в землю. В других местах разрушения были менее масштабными. Это преимущест­венно были стержни, потерявшие устойчивость. Разорванного металла было не так много.

Техническая комиссия по расследованию причин аварии рассматривала разные версии, но явной причины обрушения купола так и не обнаружила.

Наиболее правдоподобной была версия о том, что действительная форма купола значительно отличалась от проектной. Монтаж велся навесным способом снизу вверх и погрешности монтажа, накапливаясь, уменьшали и без того малую кривизну верхней части купола. В результате верхняя часть купола работала не как оболочка, а скорее, как плита. Более того, во время монтажа уже были неприятности. Некоторые сжатые стержни теряли устойчивость. Причину перегруз­ки устранили, а прогибы, видимо, остались.

Другая версия была связана с температурой. Дело в том, что в Москве в январе 1985 года были сильные морозы – 25 – 30градусов. Накануне обрушения наступила оттепель. Она, видимо, и спровоцировала обрушение. Были выполнены поверочные расчеты на температуру. При этом предполагалось, что температура внутренних стержней оболочки равна – 25Х а тем­пература обшивки ОТ Полученные напряжения были заметными, но к аварии они сами по себе привести не могли.

Наблюдавшийся перед обрушением температурный перепад обратил внимание специали­стов на существование нагрузки, обычно не учитываемой при проектировании зданий и сооружений. Речь идет об аэростатической нагрузке. Представим себе, что купол изнутри был бы наполнен теплым воздухом. По законам аэростатики купол, как дирижабль, стре­мился бы взлететь. Подъемная сила при перепаде температур 25 – З0 градусов составила бы вели­чину порядка 10 кгс/м . На самом деле картина была обратная. Под куполом вследствие длительных морозов собрался холодный воздух. А снаружи по погодным условиям воздух был более теплым. На поверхность купола стал действовать пригруз такого же порядка, как и подъемная сила. Это примерно 10% собственного веса конструкции. Величина за­метная, но сама по себе аварии не объясняет.

Когда стали проверять работу изготовителей и монтажников конструкций, то у них также нашли недочеты. Так некоторые стержни были выполнены не из стали повышенной проч­ности, а из обычной. Не все несущие высокопрочные болты были поставлены. Не было должного контроля над геометрией монтируемого сооружения.

Техническая комиссия пришла к выводу, что авария произошла в результате неблагопри­ятного сочетания небольших погрешностей при проектировании, изготовлении и монтаже конструкций. Никто серьезно не пострадал, не был отдан под суд и даже не был исключен из партии.

из книги "Тайны стальных конструкций" авторов М. Арошенко, В. Гордеева, И. Лебедева
издательство Сталь Киев 2004 год.

Фото отсюда.


Comments Off

Comments are closed at this time.