Обрушение аквапарка "Трансвааль" в г. Москва

Министерство  науки и образования молодежи и спорта

Харьковский национальный университет строительства и  архитектуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по дисциплине История катастроф

на тему:

 

Обрушение аквапарка "Трансвааль" в г. Москва

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. А-53

Жарких С.Б.

 

Проверил: доц.

Яровой Ю.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харьков 2☺13

Сооружения  из бетона долго служили образцом прочности. Но сейчас обнаружилась серьезная  проблема, и заключается она в  вибрации, действие которой может  привести к их неожиданному разрушению.

 За последние годы произошел ряд серьезных аварий на железобетонных сооружениях. Аналогичным образом, например, обрушились терминал в парижском аэропорту Руасси-Шарль де Голль, здание Басманного рынка и крытая стоянка у торгового комплекса «МЕТРО» на Дмитровском шоссе в Москве.

Но самым громким из этих печальных событий стала  катастрофа в московском аквапарке "Трансвааль", спортивно-развлекательном комплексе в районе Ясенево на юго-западе Москвы.

«Трансвааль-парк» открылся в июне 2002 года и на тот момент являлся самым большим аквапарком в Восточной Европе (площадь — 20,2 тыс. кв. м, вместимость — 2 тыс. человек, в том числе 700 — в водной зоне) [1]. Помимо аквапарка с аттракционами, комплекс включал спортивный бассейн, два отделения саун, боулинг с кафе-баром и бильярдной, ресторан, тренажёрный зал, салон красоты.

«Трансвааль-парк», представлявший собой многоуровневое пятиэтажное  здание, в плане имеющее форму  китового хвоста, был построен по проекту  архитектурного бюро Киселёва, инженер  — Нодар Канчели. Также в проектировании принимала участие архитектурная мастерская «Сергей Киселёв и партнёры».

Использованный при проектировании аквапарка купол был сложной  совершенно оригинальной формы из балочных и оболочечных элементов [2]. Сложный криволинейный купол опирался на ряды колонн в основании, близко к середине и на вершине. Это значительно усложнило его проектирование и последующую сдачу в эксплуатацию, поскольку не было примеров, на которые можно было бы опираться при проектировании. Это могло повлечь за собой (и повлекло) ряд ошибок, ставшие в итоге роковыми.

14 февраля 2004 года примерно  в 19:15 произошло обрушение крыши  аквапарка [3]. В этот момент в здании находилось около 400 человек. По словам очевидцев, под крышей оказались погребены самые популярные аттракционы «Трансвааля», включая детский бассейн.

Число погибших составило 28 человек, в том числе 8 детей, травмы различной степени тяжести получили 193 человека (в том числе 51 ребёнок).

В качестве причин аварии аквапарка  называлось множество факторов, озвученные в первые же дни в СМИ, среди которых:

нарушение в проектировании здания (возможно, неправильно была рассчитана геометрия купола); неправильный монтаж и другие ошибки при строительстве; заводской брак при изготовлении несущих конструкций; низкое качество строительных материалов; непрочность самой конструкции купола; Неправильная эксплуатация объекта либо подвижка грунта, на котором был возведен «Трансвааль»; трещина в куполе из-за разницы температур; впитывание бетонной крышей конденсата из-за плохо работавшей вентиляции; скопление снега на крыше; отсутствие должного контроля при госприемке, а также климат и наличие геологического разлома, и даже версия теракта, хотя и не нашедшая официального подтверждения. Версия, согласно которой крыша обвалилась из-за скопившегося на ней снега, вышла из обращения первой, поскольку выяснилось, что снег с купола убирали каждый день. 

И хотя было проведено 240 экспертиз, однозначных и исчерпывающих  выводов специалисты так и  не сделали.

 Все вышеназванные случаи обрушения объединяют два обстоятельства. Первое - в сооружениях применялись тонкостенные бетонные конструкции (пластины, оболочки), протяженность которых намного превышала толщину. И второе - рядом со зданиями или внутри них находились источники механических колебаний (вибраций): в аквапарке работали насосы; рядом с магазином и рынком проходили улицы с интенсивным движением; в ближайшем аэропорту взлетали и садились самолеты.

 Структура  бетона существенно отличается  от структуры гомогенного кристаллического  тела и представляет собой смесь случайно ориентированных зерен различных фракций [4]. Их сцепление между собой обеспечивается адгезионными силами (силами Ван-дер-Ваальса), которые в 100-1000 раз меньше сил, связывающих атомы или молекулы в обычных кристаллических телах. Бетон очень хорошо выдерживает напряжения сжатия, прочность на растяжение и изгиб у него гораздо меньше. Кроме того, границы между зернами, по сути, представляют собой микродефекты структуры, по которым при определенных условиях может происходить разделение зерен.

 Под воздействием вибраций в тонкостенных элементах аквапарка возникали поперечные волны, которые приводили к появлению изгибных деформаций. Если возмущающие колебания не совпадают по частоте с собственными колебаниями системы, разрушение вряд ли может произойти. Опасность вызывают колебания с частотами, близкими к собственной частоте системы. В таких случаях конструкция может войти в резонанс и разрушиться.

 Действительно,  в начальный период эксплуатации, судя по параметрам конструкции  здания аквапарка, резонансные частоты его элементов, в частности купола, находились в диапазоне 5 кГц. Посторонние источники воздействовали на здание с частотами 20-200 Гц.

 Однако длительное  воздействие вибраций привело  к росту микродефектов в бетоне [5]. Качественно разрушение структуры бетона под действием переменных напряжений можно представить следующим образом: пусть в некий начальный момент времени на выделенной площадке действуют некоторые напряжения, не превышающие в среднем предела упругости. По закону Гука они вызывают соответствующие деформации. Но из-за хаотического взаимного расположения зерен локальные (местные) напряжения и деформации не совпадают со средними, в частности могут существовать области, где напряжения превышают предел упругости. При статическом нагружении такое положение не вызовет опасных последствий. В случае же переменных нагрузок напряжения и деформации в указанных "перенапряженных" областях могут привести к нарушению сплошности тела.

 Дефекты  в виде микротрещин уменьшают  жесткость конструкций, а это  в свою очередь снижает частоту собственных колебаний. В конце концов, она может оказаться в "опасном" диапазоне. Когда это произойдет, зависит от особенностей каждой конкретной конструкции. Кровля "Трансвааля" имела огромную площадь и небольшую толщину, представляя собой, по сути дела, мембрану. В сложившихся условиях амплитуда ее колебаний оказалась высокой и дегенерация бетона шла быстро. Поэтому от постройки до аварии прошло совсем немного времени.

  В "Трансваале" крепление колонн было близко  к шарнирному. Поэтому деформационные волны не гасли из-за внутреннего трения (сталь - очень упругий материал) и не уходили в фундамент, а отражались от шарнира и вновь начинали "гулять" по элементам сооружения. При использовании шарнирной опоры колебания не преодолевают шарнир и возвращаются в систему [6]. Конечно, это тоже повышало риск обрушения.

Чтобы если не устранить, то хотя бы минимизировать воздействие  вибрации, необходимо обеспечить диссипацию (рассеяние) энергии колебаний, возникающих  в конструкции. Диссипация происходит в результате внутреннего трения или ухода волн в грунт.

 Почему же  вибрация не рассматривалась  в качестве одной из главных  причин катастрофы, хотя этот  фактор и фигурировал в материалах  расследования? Комиссии экспертов  проверяли процессы проектирования, возведения и эксплуатации здания аквапарка в первую очередь на соответствие Строительным нормам и правилам. Нарушений обнаружено не было.

 Возникает  простая мысль: если проект  соответствовал СНиПам, но здание  разрушилось, значит, СНиПы необходимо пересмотреть, добавив раздел "Вибрационная выносливость" - ведь нормы на этот параметр отсутствуют. В этом разделе необходимо запретить использовать несущие конструкции из бетона, если в процессе эксплуатации в них могут возникать поперечные (изгибные) колебания.

Имеет также  смысл создать службу наблюдения за вибрационной обстановкой в составе  Госгортехнадзора или МЧС, вменив ей в обязанность вести непрерывный  контроль частот и амплитуд колебаний  почвы и элементов конструкций, в первую очередь таких сооружений, как мосты, тоннели, крупные здания.

Наконец, следует  шире внедрять в строительную практику приемы, увеличивающие диссипацию энергии  колебаний. Это могут быть эластичные соединения крупногабаритных жестких  элементов, антивибрационные швы, демпфирующие устройства и т.п.

                

[1] Общий вид аквапарка "Трансвааль" до обрушения. Купольное покрытие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[2] Конструкция купола – конструктивная схема, разрез.

[3] Руины аквапарка "Трансвааль" после обрушения. Остатки купольного покрытия.

 

[4] В бетоне содержатся жесткие частицы, которые находятся в контакте одна с другой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[5] Проверочный расчет купола после трагедии. Вся тёмная зона подвержена трещинообразованию в бетоне.

 

[6] Колебания не преодолевают шарнир и возвращаются в систему