В феврале 2010 года землетрясение магнитудой 8,8 - настолько мощное, что изменило ось Земли и сократило продолжительность одного дня - в Чили погибло более 700 человек.
Как бы это ни было трагично, всего месяц назад на Гаити произошло землетрясение магнитудой 7,0, унесшее жизни более 200 000 человек. Как менее мощное землетрясение могло убить больше людей?
Здания.
В Чили более строгие строительные нормы, чем на Гаити, а также финансовые средства для их соблюдения. Результат? В Чили больше сейсмостойких зданий, и меньшее их количество может рухнуть на своих обитателей.
Однако существует большая разница междусейсмоустойчивымзданием, построенным таким образом, чтобы оставаться на месте, даже если оно повреждено, исейсмоустойчивымздание спроектировано таким образом, чтобы невредимым пережить катастрофические события. Сейсмостойкое здание усилено, чтобы оно не рассыпалось в щебень (что позволяет людям спастись); сейсмостойкая конструкция имеет дополнительные функции, предназначенные для защиты при боковом смещении. Это смещение является обычным явлением во время землетрясений, потому что сейсмические волны и вибрации заставляют здания раскачиваться под увеличивающимися углами, пока они не рухнут. Чем выше здание, тем сильнее будут двигаться его верхние этажи во время землетрясения. Если здание начнет раскачиваться в таком экстремальном движении, что согнется сверх своей эластичности, оно сломается.
В основе сейсмостойких зданий лежит тот же принцип, что и в иве, разновидности, известной своей устойчивостью. Сильный ветер может ударить дерево, заставив его согнуться, но оно редко ломается. Здания, спроектированные и построенные с учетом сейсмостойкости, следуют примеру природы.
Успех сейсмостойких зданий заключается в их устойчивости. В этом также заключается вызов. Хотя мы можем брать пример с природы, искусственные строительные материалы ведут себя иначе. Деревья гнутся, а кирпичи нет.
Так что именно делает здание сейсмостойким? От сырья, наделенного способностью расширяться и сжиматься, до поглощающих вибрацию фундаментов и паутины космической эры, существует множество идей, призванных предотвратить разрушение зданий во время землетрясений.
Но их реализация часто упирается в деньги.
Проектирование сейсмостойкого здания
Многие из существующих сооружений, расположенных вдоль сейсмоопасных линий разломов, не рассчитаны на то, чтобы выдерживать значительные сотрясения грунта. В то время как некоторые из них были укреплены усиленными корпусами или усиленными внутренними рамами, большинство не было сделано просто из-за стоимости.
Однако это может измениться. В Сан-Франциско, например, закон 2013 года требует, чтобы владельцы недвижимости модернизировали деревянные каркасные многоэтажные здания высотой не менее трех этажей, которые были построены до 1978 года. здание. Владельцы зданий жалуются на цену, как и некоторые группы по защите прав арендаторов, которые опасаются, что арендная плата будет расти по мере того, как расходы перекладываются на плечи.
Традиционные методы усиления здания заключались в укреплении балок и колонн и возведении стен с помощью раскосов. Но новые методы сосредоточены на основах. Возьмем, к примеру, самое большое в мире сейсмоустойчивое здание. В стамбульском аэропорту имени Сабихи Гекчен терминал площадью 185 806 квадратных метров функционирует подобно гигантским роликовым конькам. Вместо того, чтобы быть привязанным к земле с помощью традиционного фундамента, терминал установлен на более чем 300 подшипниках, известных какизоляторы, по которым он будет катиться во время землетрясения. Это позволяет массивному зданию двигаться как единое целое во время сотрясающего землю события, а не колебаться неравномерно и разрушительно. По сути, изоляторы действуют как амортизаторы, в то время как конструкция медленно катится взад-вперед, огибая повреждения во время землетрясений силой до 8 баллов.0 величина.
Изоляция основания здания, а затем рассеяние энергии землетрясения, когда она проходит под зданием, является ключом к созданию сейсмостойких зданий. Помимо подшипников, таких как те, что используются под аэропортом в Стамбуле, существуют и другие системы изоляции. Одна из таких систем опирается всего на несколько подшипников, которые перемещаются по изогнутым резиновым прокладкам между конструкцией и ее фундаментом, позволяя основанию двигаться во время землетрясения и сводя к минимуму движение самой конструкции. Другие устройства сосредоточены на рассеивании энергии, вызванной движением грунта, выступая в качестве гигантских амортизаторов между фундаментом и зданием.
Хотя эта технология становится все более распространенной, она по-прежнему значительно увеличивает прибыль здания. Архитектурный веб-сайт подсчитал, что модернизация средней школы будет стоить 781 000 долларов, а дом площадью 2 300 квадратных футов (213 квадратных метров) - 17 000 долларов. Если владельцы зданий и подрядчики в США. S. найти затраты на сейсмоустойчивость высокого здания, представьте, что это должно означать в развивающихся странах.
Однако есть способы недорого применить эти принципы. Более безопасные конструкции могут быть построены с использованием переработанных материалов, таких как шины, заполненные камнями и помещенные между полом и фундаментом. Стены можно укрепить натуральными гибкими материалами, такими как бамбук или эвкалипт. А тяжелые бетонные крыши можно заменить гибким листовым металлом на деревянных фермах.
Сейсмостойкие здания в действии
Хотя вы не можете гарантировать, что какое-либо здание сможет выдержать любое землетрясение - это будет зависеть от масштабов стихийного бедствия - безусловно, существуют методы строительства, которые увеличивают шансы на то, что здание уцелеет. О некоторых из них мы уже упоминали, но есть и другие.
Из-за своей высоты самые высокие здания в мире наиболее подвержены риску обрушения во время землетрясений. К счастью, они также оснащены одними из самых инновационных сейсмостойких технологий.
Taipei 101, 101-этажное здание на Тайване, было построено недалеко от массивной линии разлома. Он спроектирован таким образом, чтобы выдерживать не только землетрясения, но и частые ветры силой тайфуна в стране. Решение? Огромный внутренний маятник. Внутри Taipei 101 подвешенный 730-тонный (662-тонный) стальной шар начинает раскачиваться, когда здание качается, нейтрализуя его движение.
Или рассмотрим удивительно простую идею защиты жилых домов от разрушения землетрясением. Японская компания Air Danshin тестирует преимущества дома, который стоит на спущенной воздушной подушке. Когда датчики подушки безопасности обнаруживают движение земли, воздушный компрессор наполняет подушку и поднимает дом над фундаментом в течение нескольких секунд. Несмотря на то, что концепция показала хорошие результаты во время смоделированных испытаний и считается эффективной во время небольшого землетрясения с боковым сотрясением, критики сомневаются, что дорогостоящая подушка безопасности защитит конструкцию во время сильного землетрясения.
Исследователи все чаще полагают, что чертеж долговечных зданий может быть результатом сочетания природы и науки. Сверхпрочные вещества природного происхождения, такие как паутина или волокна мидий, могут вдохновить на создание следующего поколения сейсмостойких зданий.
Паутина на фунт-на-фунт прочнее стали; кроме того, они могут сгибаться и растягиваться, не ломаясь. Например, похожие на тросы волокна голубых мидий, найденных вдоль побережья Новой Англии, привязывают существ к подводным скалам, несмотря на иногда сильные волны.
Сочетание прочности и гибкости паутины и волокон мидий - это то, что нужно инженерам и для устойчивых зданий. Появлениетрехмерной печати, метода, при котором материал наносится на поверхность слоями для создания трехмерного объекта, может привести к производству прочных, но прочных строительных материалов. гибкий - и идеально подходит для противостояния землетрясениям.
Примечание автора: Будут ли здания когда-нибудь действительно сейсмостойкими?
У нас на Среднем Западе не так много землетрясений, но я почувствовал по крайней мере одно. Однажды летом около 9 вечера. пока я шла по спальне, деревянный каркас кровати начал трястись. Я уже собирался обвинить собаку в том, что она прыгнула на запретную территорию и заставила кровать трястись, когда заметила, что она все еще лежит на ковре. И выглядел таким же удивленным, как и я. Примерно в то время, когда до меня дошло, что это действительно было очень слабое землетрясение, оно закончилось. Хотя мой опыт был краток, он произвел впечатление. И дал мне почувствовать вкус разрушения, которое легко могло произойти.