Людмил Оксанович - Невидимый конфликт
Летом 1907 г. южная половина моста была уже готова; усиленно монтировалась консоль центрального пролета. На фермах находилось два крана: один массой 1100 т, а другой — 250 т. Однако в начале августа рабочие заметили, что стальные листы, из которых состоял наиболее мощный (сжатый) нижний пояс, обнаруживают признаки потери прочности. По этому поводу между строительной и финансирующей фирмами завязалась переписка. Возникли взаимные претензии монтажной организации и завода—изготовителя стальных конструкций.
За девять дней до катастрофы инспектор железнодорожной компании установил наличие сильного изгиба еще в трех панелях постепенно наращиваемой консольной части, но на его предупреждение не обратили достаточно серьезного внимания. На состоявшемся 27 августа совещании положение было охарактеризовано как «серьезное, но не угрожающее». В тот же день крановщик получил распоряжение выдвинуть вперед еще одну секцию и ускорить монтаж. Строительный сезон и без того приближался к концу, и никому не хотелось прекращать его преждевременно. Однако все же было принято решение сообщить о странном положении главному консультанту.
Инженер Купер был одной из ведущих фигур в мостостроении тех лет. Специалист с многолетним опытом практической деятельности и безупречной международной репутацией, он владел всеми тонкостями своей профессии, и его советы воспринимались как закон. Однако, будучи в преклонном возрасте, он постоянно болел и за все время строительства ни разу не посетил объект.
На следующий день среди рабочих началось брожение, но, несмотря ни на что, работа продолжалась. 29 августа пришла долгожданная телеграмма из Нью-Йорка. «Положение отнюдь не катастрофическое», — бодро извещала она.
На следующий день, за четверть часа до окончания рабочего дня, произошла одна из самых крупных катастроф в истории техники. С громоподобным треском рухнули девять тысяч тонн стальных конструкций вместе с кранами и рабочими: за считанные секунды огромный мост превратился в кучу жалких обломков. Из 86 человек, работавших в это время на мосту, в живых остались лишь 11. Большая часть обломков погрузилась на глубину до 42 м. Чтобы очистить речное дно, понадобилось два года напряженного труда.
Для выяснения всех обстоятельств катастрофы была назначена правительственная комиссия. Мы не будем распространяться ни о работе комиссии, ни о причинах столь грандиозной катастрофы. Как обычно в таких случаях, причин было значительно больше, чем одна или две. Заслуживает внимания другое — этому мосту не «везло» с самого начала. Его злоключения не кончились описанными событиями. Девятью годами позже при не менее драматических обстоятельствах и на глазах у гораздо большего числа очевидцев с ним произошла новая катастрофа. После этого мост на р. Св. Лаврентия близ Квебека стал беспрецедентным случаем строительных катастроф в истории техники.
Но вернемся к теме нашего разговора. Человечество еще не имело опыта в строительстве столь масштабных сооружений, Инженерно-теоретический аппарат того времени хотя и стал значительно сильнее, чем во времена Навье и Кулона, все же был еще не совсем полным и содержал существенные пробелы, которые зачастую оказывались решающими.
Вообще говоря, конструкторское мышление всегда развивалось быстрее, чем инженерно-теоретический аппарат. Строительная механика рождена строительной практикой, и чтобы она могла разработать теоретический аппарат для расчета объекта, последний должен быть уже построен. Как теоретическая наука прямой практической ориентации, она черпает жизненные соки из нужд конструктивных идей и реализованных объектов строительства. Например, никогда бы не появилась теория тонкостенных пространственных конструкций, если бы не были созданы пионерные образцы, убедительно доказывающие свою конструктивную и технико-экономическую целесообразность.
К сожалению, в недалеком прошлом (и даже в наши дни) строительная механика не успевала угнаться за смелыми поисками практиков. Часто конструкторы почти вслепую работали на «территории», которую предстояло завоевать лишь в будущем. При таком положении вещей только аварии и катастрофы были основными индикаторами пробелов в инженерных знаниях. Однако мы вовсе не оправдываем грубых ошибок, допущенных на «освоенной земле». Мы хотим лишь подчеркнуть тесную связь и взаимозависимость между теорией и практикой, которая в строительстве проявляется значительно более отчетливо, чем в других инженерных специальностях.
Почему? Сложность в том, что здания и сооружения являются наиболее масштабными из инженерных творений человека. Здесь, как правило, нет и не может быть опытных образцов и экспериментальных серий; чаще всего объекты сами по себе уникальны. Следовательно, отсутствует тот этап инженерного творчества, когда своевременно могут быть выявлены и устранены недостатки решения, слабости проекта, вообще все то, что на чертежном столе заметить и предсказать нельзя.
Здания и сооружения, гак сказать, «по условиям игры» должны отвечать сложному комплексу требований, которые к ним предъявляются. Отсюда вытекает необходимость в очень точной системе методов «передвижения» всего: нагрузок, эксплуатационных условий, самых различных экстремальных состояний, которых в данный момент может и не быть, размеров отдельных несущих элементов и связей между ними, обеспечивающих достаточную надежность при минимальных затратах материала, труда и вообще средств. Ясно, что аппарат строительного «ясновидения» может быть в основном теоретическим.
Воспользуемся примером авиации. Каждый новый двигатель для выяснения его моторесурса испытывается на специальных стендах чуть ли не до полного выхода из строя. Излишне производить сложные теоретические расчеты, когда можно быстрее и проще получить более точные результаты путем непосредственных испытаний, даже если затраты при этом будут несколько больше. Каждая опытная модель самолета многократно «облетывается» пилотами-испытателями, и путем непосредственных измерений устанавливается величина всех характеристик — нагрузок, напряжений и деформаций, которые до этого были определены теоретически. Если возникает необходимость, в конструкцию вносятся изменения, соответствующие реальным условиям, реальным параметрам и пусть более тяжелому, но реальному режиму работы.
В строительстве такие «удобства» отсутствуют. Да вряд ли они и могут быть. Никто не может позволить себе построить 30-этажное здание в качестве опытной модели для генеральной репетиции «настоящего» строительства, для наблюдения за тем, как оно будет вести себя во время ураганного ветра или землетрясения. Все должно быть предусмотрено в проектной мастерской.
Разумеется, весьма ценен опыт наблюдения за уже построенными зданиями и сооружениями подобного типа. Анализ типичного, закономерного служит как бы основой для последующего проектирования конструкций данного рода при близких условиях работы. С другой стороны, ценная информация о многих явлениях и процессах в сложных сооружениях может быть получена путем исследования моделей и макетов. Но, поскольку полного подобия во всем достичь невозможно, такие исследования не могут решить основных проблем строительства.
Вопрос еще более усложняется в связи с одной сильной тенденцией современности — стремлением к экономичному строительству. В прошлом, когда не существовало еще теоретического аппарата строительного «ясновидения», люди строили безумно расточительным образом. Сохранившиеся до наших дней памятники древнего строительства замечательны не только своим архитектурным обликом, но и характером разрешения конфликта между конструкцией и нагрузкой: только чудовищный перерасход материала и человеческого труда обеспечивал их многовековую прочность и непоколебимость.
Подобного строительства сейчас — при его массовых масштабах — не может себе позволить ни одно государство. Да это и не нужно: морально и функционально здания устаревают очень быстро. Выход — в минимальных затратах на строительство зданий и сооружений при степени надежности, приемлемой как с моральной, так и с экономической точки зрения. Но именно это балансирование «на краю пропасти» требует особо точного теоретического аппарата.
Поскольку результаты строительства обусловлены такими факторами, как расходы материалов, затраты труда, сроки сооружения, объем капиталовложений и т. д., решение вопроса «каким будет здание?» (или сооружение) является неоднозначным, вернее, решений может быть много. В этой деликатной области мировая практика представлена тремя школами — советской, европейской и американской.
Советская конструктивная школа комплексно рассматривает все факторы, влияющие на конечный продукт строительства. Решения оптимизируются по обобщенным показателям и, по-видимому, учитывают характерные особенности планового хозяйства социалистического общества на данном этапе его развития в общегосударственном масштабе.
