Запас прочности

Запас прочности

Башни-близнецы были спроектированы и построены с колоссальным запасом прочности. Несущие конструкции «близнецов», изготовленные из стопроцентной стали, включали в себя центральный опорный каркас и стены периметра (рис. 14).

Рис. 14. Схема несущих конструкций «близнецов»

Центральный каркас (так называемое ядро) размером 42 х 24 метра проходил по всему зданию – от самого основания до крыши – и представлял собой систему из 47 стальных опор (колонн). Внутри этого ядра располагались лифты, лестницы и различные технические, подсобные и рабочие помещения. Каждая стальная опора, в свою очередь, имела коробчатое (прямоугольное) сечение до 85 этажа, и Н-сечение с 85-го этажа и выше. Размеры сечения варьировались от 90 х 30 см у внутренних опор ядра до 130x55 см у внешних. Толщина стальных сторон опор также различалась: на нижних этажах она достигала 100 мм, на верхних – всего 6 мм (рис. 15). Сегменты опор изготавливались в Японии по особой технологии из сверхпрочной стали, сертифицировались в США специальной лабораторией и по мере возведения небоскреба приваривались к уже установленным сегментам на месте.

Рис. 15. Сечение опоры центрального каркаса из средней части здания

Стены периметра представляли собой плотные решетчатые структуры, состоявшие из вертикальных колонн и горизонтальных перемычек (рис. 16 и 17). Они поставлялись сегментами из намертво сваренных трех опор и трех перемычек. Сами сегменты крепились друг к другу болтами. Еще один любопытный нюанс заключался в диагональной установке этих сегментов, что исключало присутствие стыков на одном горизонтальном уровне у двух или более соседних сегментов. Этим достигалась большая прочность стен периметра, без прямых линий излома.

Рис. 16. Сегменты опор периметра

Рис. 17. Так это выглядело в реальной жизни

Каждая стена здания насчитывала 59 таких опор, и еще по одной опоре приходилось на каждый из «скошенных» углов башни. Таким образом, весь периметр состоял из 240 несущих опор. Как и в случае с опорами центрального каркаса, размер сечения с высотой уменьшался – от 70 мм в нижней части здания до 6 мм в верхней его части. Со всех сторон конструкции периметра покрывались огнеупорным материалом, а фасады отделывались алюминием. Опоры ядра также имели огнестойкий защитный слой.

Центральный каркас соединялся с периметром целой «паутиной» конструкций, к которым крепились рифленые стальные платформы. В эти платформы заливался специальный облегченный бетон, толщина слоя которого составляла 10 см. Но эта составная бетонная плита не просто покоилась на платформе, она была жестко к ней привязана за счет анкеров верхнего пояса перекрытия, проходящих внутрь плиты и служащих соединителями, обеспечивающими совместную «работу» бетона и стали. На рис. 18 показана рифленая платформа и штыри (анкеры), с помощью которых осуществлялась прочная связь составной бетонной плиты с металлоконструкцией. Вся эта структура служила перекрытием между этажами, на которых находились офисные помещения (рис. 19).

Рис. 18. Рифленые платформы готовы к заливке бетона

Рис. 19. План типового этажа башни ВТЦ

На центральный каркас ложилась основная нагрузка от веса здания. Периметр тоже частично выполнял эту функцию, однако главной его задачей было принимать на себя ветровую нагрузку, которая является очень серьезным фактором для любого высотного здания. «Близнецы» были спроектированы с таким расчетом, чтобы выдержать ураганный ветер до 220 км/ч, который означает поперечную нагрузку на здание приблизительно в 6000 тонн. В случае ветра всегда имеет место некоторое отклонение (прогиб) здания под его воздействием, несмотря на прочность несущих конструкций, и чем сильнее ветер, тем сильнее будет этот прогиб.

Главный инженер-проектировщик Всемирного торгового центра Лесли Робертсон (Leslie E. Robertson) рассказал, что во время одного из ураганов ветер силой в 150 км/ч (почти 42 метра в секунду) привел к статическому прогибу здания на 114 см, за которым последовали колебания вокруг оси отклонения еще на 84 см в каждом направлении с периодичностью в 11 секунд. Таким образом, порыв ветра в 150 км/ч вызвал почти двухметровое отклонение здания от вертикальной оси.

Чтобы при таком ветре не нарушилась внутренняя структура здания, ветровая нагрузка должна передаваться от периметра к ядру, за счет чего он будет прогибаться синхронно с периметром. Для этого требуются мощные стальные балки, связывающие периметр с центром. В противном случае периметр под действием ветра будет смещаться, в то время как центральный каркас останется на месте. Это неминуемо приведет к деформированию горизонтальных перекрытий и вследствие этого к многочисленным обрушениям этажей здания. За те 30 лет, что «близнецы» простояли, этого не случилось, следовательно, наше предположение о прочной связке периметра с ядром должно быть верным. Я неслучайно заостряю внимание на этом аспекте, поскольку он является очень важным для дальнейшего анализа.

По некоторым данным, основой межэтажных горизонтальных перекрытий служили балочные и решетчатые фермы, несущие настил. Особенно за эту систему ратуют официальные версии, чтобы использовать ее как аргумент хлипкости всей конструкции и последующего обрушения. По их мнению, между периметром и центральным каркасом вообще не существовало сколь-нибудь серьезных связующих конструкций, за исключением основания здания и самого верха. А это, между прочим, пролет в 400 метров без промежуточных жестких элементов! Как такое может быть? Это означает, что либо конструкторы были полными идиотами, либо это банальная дезинформация.

В Engineering News-Record от 1 января 1970 года читаем:

На 41-м и 42-м этажах в обоих зданиях будет располагаться механическое оборудование. Чтобы справиться с такой нагрузкой, эти этажи спроектированы как плиты с мощным структурным стальным каркасом. Остальные этажи (кроме 75 и 76, которые также предназначены для механического оборудования) будут базироваться на типичных балочных фермах со стальным настилом.

Итак, мы имеем уже не один пролет в 400 метров, а три пролета по 120–140 метров каждый. И хотя в чертежах эти механические этажи четко обозначены, официальная версия все равно невзначай «забывает» про эти промежуточные укрепленные этажи в своем детальном анализе.

«Близнецы» были рассчитаны так, что кроме ветровой нагрузки могли выдержать лобовой удар Боинга-707, самого крупного в те годы пассажирского авиалайнера. В начале 1970-х годов уже упомянутый Лесли Робертсон просчитал эффект от столкновения Боинга-707 с башней ВТЦ. О результатах он сообщил в газету New York Times, утверждая, что башни выдержат удар лайнера, летящего со скоростью 960 км/ч, то есть, приняв на себя удар лайнера, небоскреб останется стоять, не подвергшись серьезным структурным разрушениям. Другими словами, центральный каркас и оставшийся стоять периметр выдержат дополнительную нагрузку, образовавшуюся за счет отсутствия снесенной части несущих конструкций. Именно с таким запасом прочности были построены «близнецы»!

Фрэнк ДеМартини (Frank DeMartini), один из руководителей проекта возведения ВТЦ, подтверждает эту мысль:

Здание спроектировано с таким расчетом, чтобы выдержать удар Боинга-707 с максимальной взлетной массой. Это был самый крупный самолет того времени. Я уверен, что здание выдержало бы даже несколько ударов самолетов, поскольку его структура напоминала частую сетку от комаров, а самолет – это как карандаш, который эту сетку протыкает и не оказывает влияния на структуру остальной ее части.

Расчетный Боинг-707 по параметрам очень близок к влетевшему в ВТЦ Боингу-767:

Как мы видим, двухмоторный Боинг-767 немного тяжелее, габаритнее и медленнее четырехмоторного Боинга-707, однако более высокая скорость 707-го с лихвой компенсирует его меньший вес. А сомневающимся предлагаю вспомнить школьный курс физики с целью вычисления кинетической энергии для каждого из лайнеров:

E k = 1?2 (mv 2), где m – масса, v – скорость.

Подставив наши данные в формулу и немного округлив результаты, получаем:

Ek(Боинг-707) = 0,5 ? 152 000 ? 2692 = 5,5 млрд Дж,

Ek(Боинг-767) = 0,5 ? 180 000 ? 2362 = 5,0 млрд Дж.

Таким образом, в обычном крейсерском режиме кинетическая энергия Боинга-707 на 10 % выше, чем у Боинга-767. В связи с этим справедливо будет признать, что «близнецы» по расчетам должны были успешно противостоять атаке Боинга-767.

По официальным данным, скорости двух лайнеров в момент столкновения с башнями ВТЦ составляли, соответственно, 705 км/ч (196 м/с) и 865 км/ч (240 м/с). Подставив эти числа в формулу и округлив результат, получаем:

Ek(рейс AA11) = 0,5 ? 180 000 ? 1962 = 3,5 млрд Дж,

Ek(рейс UA175) = 0,5 ? 180 000 ? 2402 = 5,2 млрд Дж.

По этим расчетам энергия первого самолета вообще смехотворна. Энергия, которую нес в себе второй самолет, также укладывается в допустимые рамки. При этом мы сделали допущение, что лайнеры имели максимальную взлетную массу, чего на самом деле не было.

На рис. 20 схематически изображен ущерб (схема взята из отчета FEMA (Federal Emergency Management Agency) – Агентства по чрезвычайным ситуациям), причиненный опорам периметра северной башни, а на рис. 21 приведена фотография зоны ее разрушений. Я даже не буду приводить аналогичные схемы для южной башни, поскольку там разрушения еще менее значительны.

Рис. 20. Схема разрушений здания ВТЦ-1

Рис. 21. Фотография зоны разрушения здания ВТЦ-1

Отбросив всю «шелуху» в виде впечатляющего огненного шоу, необходимо признать, что ущерб, причиненный зданию, не имел катастрофических масштабов. Тот факт, что здание простояло более полутора часов, говорит о том, что центральный каркас в момент взрыва уцелел, констатируя правильность расчетов проектировщиков. Это же, как ни странно, подтверждает и официальный отчет:

Несмотря на столь впечатляющий визуальный эффект, эти огненные шары не были взрывами как таковыми и не создали взрывной волны. В случае детонации расширение горящих газов произошло бы в микросекунды, а не в течение наблюдаемых двух секунд. Таким образом, несмотря на наличие некоторого избыточного давления, маловероятно, что эти огненные шары, вспыхнувшие снаружи зданий, привели к структурным повреждениям.