Pastatų apsauga nuo išorinio sprogimo poveikio: kuo gali prisidėti architektas?

Tačiau rugsėjo 11 d. išpuolis sukėlė smarkią JAV valdžios reakciją. 2003 m. buvo įkurta Nacionalinio saugumo ministerija, kurios padaliniu tapo Nepaprastųjų situacijų valdymo agentūra. Ji dažnai vadinama santrumpa FEMA (angl. Federal Emergency Management Agency).

Pastato tampris

Pastatų apsaugai nuo teroristinių išpuolių skirti agentūros FEMA rengiami aukštos kokybės dokumentai – laisvai prieinami. Konstruktorius ir architektas ten gali rasti pasiūlymų, kaip projektuojant pastatus, didinti jų apsaugą nuo piktavalių išpuolių.

Kodėl gi nepasimokius iš FEMA patirties ? Šis straipsnis trumpai aprašo FEMA pasiūlymus, kuriais gali pasinaudoti architektas, ieškantis projektinių sprendimų, leisiančių didinti pastatų apsaugą nuo jų išorėje sukeliamų teroristinių sprogimų.

Pavojingiausi sprogmenų kiekiai būna slepiami prie pastatų pastatomuose automobiliuose ir jų užtaisai vadinami automobilių bombomis (1 pav.). Piktavaliai siekia juos statyti kuo arčiau taikinio. Pagrindinį poveikį pastatui sukelia sprogimo banga.

Mažesnę žalą pastatas patiria nuo per grunto dangą perduoda smūgio ar skraidančių susprogusio automobilio dalių.

1 pav. Automobilyje detonuoto sprogmens poveikis pastatui (autoriaus iliustracija)

Konstrukcinė pastato sistema yra svarbiausia priemonė užtikrinant pastato gebėjimą atlaikyti sprogimo bangos poveikį ir grįžti į nepažeistą arba kuo mažiau pažeistą būklę. Angliškai ši savybė vadinama terminu Resilience, o vokiškai – Federungsvermögen.

Pavadinkime tą savybę tampra, nes geresnio vertimo, atrodo, šiuo metu techninėje lietuvių terminijoje nėra. Tamprą galima didinti ne tik konstrukciniais, bet ir architektūriniais sprendimais.

Jie susiję su bendra pastato konfigūracija, vidinių erdvių išdėstymu, pastato apvalkalu, įstiklinimo medžiagomis, vidaus aplinkos formavimo sistemomis ir inžineriniais tinklais.

Architektūriniai sprendimai, susiję su evakuacijos keliais, atsarginiais išėjimais, matomumo užtikrinimu, turės įtakos po sprogimo.

Jie lems gelbėjimo ir atstatymo operacijų efektyvumą. Labai svarbu, kad architektūriniai sprendimai, darantys įtakos pastato saugumui, būtų priimti ir įgyvendinti ankstyvame projektavimo tarpsnyje.

Tuomet saugumo priemonės ir rizikos mažinimas pareikalaus mažiausių išlaidų.

Didelės įtakos pastato reakcijai į sprogimo bangą turi jo gabaritai ir geometrija. Didžiausią įtaką, saugantis nuo sprogimo, turi tokios geometrinės savybės kaip aukštis, plano kampuotumas, įgaubtumas arba išgaubtumas ir bendras formos nereguliarumas.

Pastato aukščio įtaka pažeidžiamumui sprogimams

Išorinio mažaaukščių pastatų kontūro perimetras yra didelis bendro grindų ploto atžvilgiu (2 pav.). Todėl mažai tikėtina, kad tokius pastatus visiškai sugriaus pavienis sprogimas.

Mažaukščiuose pastatuose žmonės, turtas, inžinerinės sistemos ir veikla yra paskirstyti dideliame plote. Tai mažina pavienio incidento sukeltą žalą ir poveikį.

Mažaaukščiuose pastatuose galima įrengti vidinius kiemus arba atrijus, leidžiančius patekti šviesai ir sumažinti pastato išorinėse sienose esančių angų plotą. Kadangi sprogimo banga sunkiai patenka į vidinius kiemus ir atrijus, jų sienoms apsaugoti reikia mažiau resursų nei pastato išorėje esančioms sienoms.

2. pav. Mažaaukščiai pastatai: (viršuje) banko pastatas su pažeidžiamomis galinėmis dalimis ir uždara vidurine fasado dalimi, (apačioje) teisėsaugos pastatas (Google Earth programa)

Tačiau mažaaukščius pastatus gali pažeisti papildomos apkrovos, susidaroančios sprogimo bangai plintant stogo plotu.

Stogą veikiančios apkrovos pavojus bus didesnis, jeigu ją sukels didelės galios sprogmuo, įrengtas automobilyje, pastatytame santykinai dideliu atstumu nuo taikinio.

Sprogimo bangos sukelta stogą veikianti apkrova gali būti daug didesnė už įprastas apkrovas.

Jei stogo konstrukcija neturės pakankamos stiprumo atsargos, kurią užtikrina, tarkime, gelžbetoninės plokštės, ta konstrukcija sprogimo poveikio gali neatlaikyti .

Rekonstruoti esamą stogo konstrukciją ją stiprinant gali būti brangu, nes tai gali pareikalauti visų pastato konstrukcijų renovacijos.

Tačiau, projektuoti naujo pastato sprogimo bangai atsparią stogo konstrukciją neturėtų būti sudėtinga ir labai brangu.

Didesnio aukštingumo pastatų pažeidžiamumas priklauso nuo jų dydžio ir konfigūracijos sudėtingumo.

Du tokie pastatai yra pavaizduoti 3 pav. Jei tokie pastatai yra dideli, tikimybė, kad jie sugrius nuo pavienio sprogimo poveikio – santykinai maža.

Tačiau šių pastatų erdvės gali būti labai nevienodos paskirties (pvz., didelės restoranų erdvės arba santykinai mažos biurų patalpos). Į didesnio aukštingumo pastato vidaus erdvę gali būti integruotos parkavimo patalpos.

Šis erdvinis heterogeniškumas gali padidinti pastato pažeidžiamumą. Laikančiųjų pastato konstrukcijų sistema nebūtinai bus projektuojama kaip visuma, skirta atlaikyti smarkiam šoniniam sprogimo bangos poveikiui.

3 pav. Didesnio aukštingumo pastatai (autoriaus nuotraukos)

Daugiaaukščiai ir aukštybiniai pastatai turi atlaikyti dideles gravitacines ir horizontalias apkrovas (4 pav.). Tokių pastatų reakciją į apkrovas lemia konstrukcinės sistemos tipas, tos sistemos komponentų pobūdis ir išdėstymas.

Apatiniai aukštai, kurie yra arčiausiai galimos sprogimo vietos, paprastai statomi iš stipresnių konstrukcijų, nei apatiniai žemesnių pastatų aukštai.

Tačiau daugiaaukščiai ir aukštybiniai pastatai išdygsta tankiai užstatytose miesto vietose.

Sprogimo banga tokiose vietose gali būti užspęsta  kanjoną primenančiose gatvėse ir jos poveikis taikiniui gali padidėti, nes bangą atspindi greta esantys namai. Aukšti pastatai gali turėti krovos rampas, išdėstytas santykinai siaurose gatvelėse.

Rampos didins pastato pažeidžiamumą, nes sprogimo banga gali santykinai lengvai prasiveržti pro rampų vartus į pastato vidų.

Didinti daugiaaukščių ir aukštybinių pastatų viršutinių aukštų atsparumą sprogimo bangos poveikiui yra pigiau nei apatinių aukštų, nes bangos poveikis mažėja tokstant nuo sprogimo epicentro.

Pavyzdžiui, tipinis septintas aukštas bus maždaug 20 – 23 nuo žemės ir tai yra gana didelis atstumas, jei kalbėti apie santykinai mažą sprogų įtaisą.

Tačiau gelbėjimo darbų po incidento planavimas ir vykdymas labai aukštiems pastatams gali būti sudėtingesnis, nei žemesniems.