Почему упали башни

Не нужно быть семи пядей во лбу для того, чтобы озвучить лучшее решение для защиты американских небоскребов от крупных неприятностей – держать боинги с террористами у штурвала подальше от их стен. Однако если этого сделать не удалось, неплохо было бы знать, что красавцы-здания, бросающие вызов земному притяжению, удержат удар и не развалятся. Увы, этой уверенности уже не будет до тех пор, пока мы не поймем, почему 11 сентября 2001 года рухнули башни Всемирного Торгового Центра. [!]
Каждая трагедия таит в себе загадку, и то, почему башни Всемирного Торгового Центра обратились в горы исковерканных конструкций спустя около получаса после роковых «врезаний», продолжает будоражить умы публики и специалистов. Если недостатка в простых «народных» решениях нет – а самая популярная теория гласит, что в здания были заранее подложены дополнительные бомбы – то научно-инженерного ответа на случившийся 11 сентября прошлого года коллапсный вопрос нет. Есть пока лишь рассуждения на тему. Но и они открывают ряд любопытных обстоятельств.
Разумеется, вопрос можно поставить и совершенно противоположно – почему башни простояли так долго. Если уж на то пошло, ни один небоскреб в мире не был выстроен с запасом прочности, предусмотренном для «поцелуя» с заправленным «под завязку» боингом. По мнению многих экспертов, тот факт, что башни простояли достаточно долго для того, чтобы эвакуировать всех способных к эвакуации, уже является технологической победой и одновременно актом Провидения. Действительно, практически все, кто находились в Южной и Северной башнях Всемирного Торгового Центра ниже горизонтали «встречи» с терро-самолетами, успели выжить. Никому выше роковой горизонтали шанса, похоже, оставлено не было. Однако глядя на осиротевший небосклон манхэттенского даунтауна, невольно и неотвратимо задумываешься – неужели катастрофы нельзя было избежать?
О структурных инженерах до сентябрьских событиях в Америке мало кто слышал. Все лавры и нарекания доставались архитекторам. В анонимности структурной инженерии есть своя философия и гордость – ей положено быть незаметной. Чем выше и монументальнее здание, тем воздушнее и невесомее оно должно выглядеть. Никто не должен задумываться и уж тем более волноваться о том, где у небоскреба проходят несущие балки или как крепятся этажи к стенам. Однако после падения башен профессия эта стала одной из самых горячо дебатируемых. Упустили ли структурные инженеры башен что-то важное? Почему обе башни упали примерно через равные промежутки времени, подозрительно «чисто», сами на себя? Что явилось непосредственной причиной падения, и, главное, можно ли было его избежать?
Пока комиссии изучают обломки (те, которые еще не отправлены в Индию и Китай на переплавку), а политики «выбивают» дополнительные деньги на дополнительные расследования, главный автор несущих конструкций башен хранит молчание. 73-летний Лесли Робертсон продолжает трудиться неподалеку от места трагедии – в 48-этажном здании на Нижнем Бродвее. Из окна конференц-зала его фирмы отлично видны кратеры, зияющие на месте башен. Большинство работников его бюро, включая супругу Робертсона, наблюдали за трагедией из этих окон. Сам Роберстон был в тот роковой вторник в Гонконге, где он участвует в возведении очередного небоскреба. Когда по телевизору пошли кадры коллапса, он просто не верил своим глазам. Как и все мы…
С точки зрения структурной инженерии, на протяжении последних ста двадцати лет в Нью-Йорке, да и во всем мире, возводились высотные здания лишь трех видов. Первый широко использовался в конце прошлого века. Основная тяжесть здания была «переложена» на внешние стены. Это позволяло избавиться от внутренних поддерживающих колонн и организовать внутри здания просторные, чаще всего фабричные или складские площади. Полы и потолки в таких зданиях сделаны, как правило, из дерева. Во время пожара они быстро прогорают, да и несущие конструкции в огне теряют свою прочность.
Второе поколение небоскребов, включающее в себя и Эмпайр Стэйт Билдинг, являются каркасными конструкциями, в которых несущие элементы чаще всего выполнены в стали, «укутанной» в бетон, которая пронизывает все здание, образуя его «скелет». Внутренние пространства у таких зданий вмещают ряд несущих колонн и стен. Это делает небоскребы особенно прочными, однако не радует владельцев, ибо наемные площади в наем становятся мельче. По мнению многих современных инженеров, подобные сооружения «переупрочнены» и не нуждаются во многих мощных колоннах и стенах.
Большинство небоскребов, возведенных после 60-х годов, сочетает в себе достижения двух описанных выше стилей. Периметры этих зданий напоминают пустые трубы. Есть и внутренняя «труба», которая содержит в себе, как правило, массу технических служб, включая лифты и проводку. Так как основная тяжесть ложится на периметр и внутренние «трубы», оставшаяся площадь не нуждается в дополнительных колоннах, что позволяет архитекторам создавать столь желаемые заказчиками «открытые пространства» на каждом этаже. Достижения металлургии дали возможность заменить тяжелый бетон особо прочной и сравнительно легкой сталью, что также стало большим преимуществом, особенно для тесного Манхэттена, где строителям было непросто, долго, грязно и дорого возиться с бетономешалками.
Этажные перекрытия в небоскребах 60-70-х годов оказались значительно легче, чем в зданиях начала и середины века. Лишь три-четыре инча бетона покрывали стальную перегородку, удерживаемую, например, в башнях ВТЦ стальными конструкциями, создающими под полом достаточно пространства для проводки коммуникаций, отопительных и охладительных систем. Это позволило в свою очередь увеличить количество небоскребных этажей по сравнению со зданиями, в которых подобные системы устанавливались над потолком.
Благодаря новым техническим решениями в Америке наступил бум небоскребного строительства, венцом которого стала сдача в эксплуатацию башен ВТЦ в 1973-м году. Однако технические нововведения, делавшие строительство новых небоскребов недорогим, а жизнь в них – просторной и приятной, стали и причиной повышенного пожарного риска. В 1976-м году главный пожарник Нью-Йорка О Хэган даже выпустил книжку, в которой назвал небоскребы новой волны «самовозгорающимися». Одним из слабых мест, по мнению пожарника, был отказ от «обволакивания» стальных несущих конструкций бетоном и замена этой практики использованием куда менее прочных напылителей. В сочетании с ультралегкими этажными перекрытиями и открытыми пространствами, по которым пламя могло легко и быстро распространяться, это новое технологическое решение значительно увеличивало риск всепожирающего пожара и последующего падения небоскреба.
Книга О Хэгана, разумеется, никого не напугала. Лишь после катастрофы 11 сентября архитекторы начали задумываться о том, что некоторые технологии прошлого были отвергнуты понапрасну. Выстроенное в 1907 году 23-этажное здание под номером 90 на Вест стрит было после падения башен полностью охвачено огнем – и не только устояло, но и скорее всего будет восстановлено. Горевшае же в том же аду современная полубашня Всемирного Торгового Центра номер 7 рухнула после семичасового пожара.
Структурный инженер Лесли Роберсон защищает новые технологии, и его можно понять. В рухнувшие башни вложено много его личного таланта. Он строил модели будущих башен и помещал их в «ветряные тоннели». Чтобы узнать, когда люди на верхних этажах начнут замечать колебание структур во время сильного ветра, ничего не подозревающий народ помещали в специальные камеры с движущимся полом. Робертсон путешествовал на лифтовых крышах других небоскребов, чтобы убедиться в том, что кабель лифта не соприкасается с несущими опорами здания.
И, разумеется, в дизайне было предусмотрено столкновение с самолетом. Боинг 707 являлся тогда последней новинкой техники, и башни обладали запасом прочности, достаточным для того, чтобы устоять при роковом столкновении. О чем инженеры и архитекторы не догадались подумать – так это о том, что топливный бак самолета неминуемо превратится при ударе в мощнейшую бомбу.
Даже когда башни ВТЦ уже были в огне, на всю Америку, похоже, нашелся лишь один человек, не только поверивший в казавшийся немыслимым коллапс, но и сразу понявший, что здания скоро рухнут. Президент мэрилендской компании по сносу домов Марк Лоизо даже молниеносно предсказал, что вторая башни упадет быстрее первой, потому что удар в нее самолета пришелся ниже. Едва увидев первую горящую башню, Марк бросился звонить по «пожарному» телефону 411 и в нью-йоркскую мэрию с тем, чтобы посоветовать немедленно эвакуировать пожарных и спасателей – но безуспешно: все линии были заняты… Изучив видеопленки коллапса, Лоизо указывает в первую очередь на очевидные механические повреждения стальных несущих конструкций от ударов самолетов. Две трети внешних колонн в местах столкновений были разрушены, но башни устояли, что само по себе является свидетельством их удивительной прочности. Добил здания скорее всего огонь, причем, возможно, не только порожденный самолетным топливом, но и офисными бумагами, которые, как уголь или торф, горят до тех пор, пока вокруг есть кислород – а на высоте кислорода предостаточно. Противопожарная система, разумеется, из-за самолетного тарана сразу вышла из строя, и огонь беспрепятственно глодал сравнительно тонкие стальные этажные перекрытия до тех пор, пока этаж А не упал на этаж Б, Б и А на В, и так далее. Уцелевшие колонны под тяжестью верхней части здания и хлопающихся друг на друга этажей держали, гнулись – и в итоге не выдержали. При расчетной прочности этажей в сто фунтов на квадратный фут реальная нагрузка составила две тысячи фунтов. Башни просто не могли не упасть.
Мало кто обратил внимание на то, что верхняя часть Южной башни при коллапсе начала вращаться, как это обычно и бывает при разрушении высотных зданий. Если бы конструкция небоскребов ВТЦ была иной, это вращение увлекло бы падающую башню в сторону и причинило бы куда больше бед, чем случилось на самом деле. Однако легкие этажные перекрытия попросту позволили верхушке башни провалиться внутрь. Марк Лоизо уверен, что, будь конструкция башен иной, жертв было бы несоизмеримо больше. Например, «рамовый», беструбный небоскреб попросту упал бы набок после удара.
«Родитель» упавших небоскребов Лесли Робертсон активно помогает командам экспертов, пытающейся установить точную причину падения башен. Однако он не скрывает сомнения в том, что трагедия будет до конца разгадана. Видеоматериалы, например, не говорят ничего о состоянии внутренних колонн башен после самолетных атак. Сталь ВТЦ, не пройдя должного анализа, уже отправлена на переплавку в Индию и Китай. Это не значит, утверждает Робертсон, что время высотных зданий подошло к концу. Он, например, работает сейчас над проектами Всемирного Торгового Центра в Шанхае и высотного офисного здания в Гонконге. Предусмотреть все возможные катастрофы при строительстве небоскреба невозможно, признается структурный инженер – однако это не означает, что безопасность людей, живущих и работающих в высотках, нельзя обеспечить по самым высоким инженерным стандартам.
Один из вопросов, который уже сейчас задают заказчики высоток будущего по всему миру – не следует ли «заливать» в здания больше бетона, который куда более надежен при пожаре, нежели сталь. Другая идея – создавать «этажи безопасности» через каждые, скажем, 10 обычных этажей, где бы люди смогли собраться в случае катастрофы. Робертсон, впрочем, считает, что именно отсутствие таких накопителей спасло сотни жизней в ВТЦ – вместо того, чтобы ждать помощи в «спасительных этажах», люди постарались попросту как можно быстрее покинуть здание.
Трагедия 11 сентября, разгаданная или нет, несомненно, нанесла тяжелый удар по самой идее небоскребного строительства. Мало кто из архитекторов и инженеров, проектировавших башни, сознавал, что создает не только чудо градостроительной технологии, но еще и заманчивую цель для террористов. Однако после вполне объяснимой паузы и пересмотра строительной философии и технологии высотные здания, несомненно, будут вновь появляться по всему миру. И не только потому, что люди и бизнесы тяготеют к компактности. Есть в небоскребах особый вызов судьбе и природе, удерживающей нас на бренной земле – вызов, отказаться от которого люди попросту не в силах.