СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ЗДАНИЙ

Землетрясение – это большое бедствие, его нельзя контролировать и невозможно предотвратить. Опасность этого действия - разрушения зданий и сооружений, которое уносит за собой допустимые человеческие жертвы. Необходимо строить такие здания, которые могут устоять при сильных колебаниях земли. Исторически сложилось так, что воздействие физических характеристик землетрясения, их разрушительные последствия,вынудили уделять большое внимание инженерной сейсмологии. Это послужило стимулом развивать аналитические методы расчетов зданий и сооружений на сейсмические нагрузки. Так и появилось определение – сейсмостойкость здания.

Сейсмические воздействия причинили немало проблем человечеству. Можно спрогнозировать землетрясение и вовремя выйти из какого-либо здания, но это решает лишь малую часть проблемы. Возведение новых зданий занимает большое количество времени и затрат.

Джеймс Джексон, глава департамента наук Кембриджского университета в интервью казахстанским СМИ, в сентябре 2014 года сказал – «Важно понимать, что вам ненужно уметь предсказывать землетрясения, чтобы спасти человеческие жизни. Вы можете спасти их только путем строительства зданий, которые способны выстоять от ударов землетрясений. Людей убивают не землетрясения, а дома» [3,с.1].

Плоды творчества архитектора часто создают большие проблемы для работы инженера. Это объясняется тем, что архитектор только создает и изменяет очертания зданий, разрабатывая лишь его архитектурное решение. Устанавливает размеры и формы зданий в плане. Архитектору требуется изучить и понять данную проблему. Это поможет ему сделать возможным, наиболее плодотворную с технической точки зрения реализацию всех его идей.

Архитектор, как и инженер, несет большую ответственность за проектирование сейсмостойких конструкций. Воздействие землетрясения поражает все здание, не различая элементы, которые разработаны инженером и которые созданы архитектором. Архитектор – это полноправный участник проектирования сейсмостойких конструкций. Инженер проводит тщательное изучение поведения конструкций при сейсмических нагрузках и им давно признана важность архитектурного решения.

Важно набирать знания о действии сейсмических сил на сооружения и учитывать следующие положения: «В целях упрощения расчетов рассматривать только действие горизонтальных сейсмических сил, направленных вдоль осей симметрии, соответствующих наибольшей и наименьшей жесткости здания. Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений достигается осуществлением градостроительных, объемно-планировочных и конструктивных мероприятий» [2, с. 260].

Прочность и надежность конструкций зданий и сооружений включены в нормы и правила на проектирование и строительство во множестве стран. Важно понимать основы, заложенные в эти нормы. Их цель послужить для безопасности людей и обеспечить контроль степени разрушения зданий.

В случае сильного землетрясения, нормы считаются выполненными, если, невзирая на повреждение конструктивных, как и не конструктивных элементов, здание не разрушилось. Исходя из этого, можно сделать вывод, что методы расчета конструкций допускают вероятность разрушения здания. Полное предотвращение разрушения невозможно, поэтому целью нормативных документов является обеспечение контроля разрушения. Можно определить участок возможного разрушения.

Возведение сейсмостойких зданий практикуется во всем мире. С недавних пор, возможно, строить подобные здания огромных размеров. Хотелось бы привести несколько примеров крупнейших инновационных и надежно спроектированных сейсмостойких зданий в мире.

Рисунок 1.Бурдж-Халифа.Дубай, ОАЭ

Дубай – это шикарный, крупнейший город Соединенных Арабских Эмиратов. В этом городе можно увидеть самые высокие и роскошные здания в мире, спроектированные с учетом землетрясений в этом регионе. Дубай поражает своей архитектурой, самая высокая башня высотой 2717 футов (более 800 метров) возводилась инженерами таким образом, чтобы она могла сопротивляться землетрясениям намного большей силы, чем можно было бы ожидать в этом регионе (рис.1.).

Специально для Бурдж Дубай была разработана особая марка бетона, который выдерживает температуру до +50 °C. Заливают его только ночью, а в раствор добавляют лед. В здании установлены 65 двухэтажных подъемников стоимостью $36 млн. Удерживать здание должен был фундамент с, так называемыми, висячими сваями, длина которых по проекту составляла 45 метров.По разным данным, башня может выдержать подземные толчки магнитудой 5,5–7,0 баллов по шкале Рихтера. Этот показатель гораздо выше любого числа всех произошедших в Дубае землетрясений. Некоторое покачивание все-таки настигло и Бурдж-Халифу. В 2008 году, когда случилось землетрясение в соседнем Иране, где были разрушены здания, Бурдж-Халифа стойко выдержал испытание. Благодаря инженерным разработкам никакого ущерба зданию причинено не было [1, с. 1].

Следующий пример Yokohama Landmark Tower «Башня-ориентир», Иокогама, Япония (Рис.2.). Архитектура Японии своеобразна и интересна. Страна расположена на вулканических островах, поэтому землетрясения происходят в этом регионе часто. Все здания возводятся с учетом сейсмостойкости. К тому же, из-за нехватки земли здесь строятся высокие и ультравысокие здания и сооружения. Все здание Yokohama Landmark Tower находится на роликовых конструкциях, которые позволяют земле под зданием колебаться, не затрагивая при этом сооружение. Кроме того, в здании установлены два инерционных демпфера, которые колеблются с резонансной частотой сооружения с помощью специального пружинного механизма. Даже если эти предосторожности не сработают, то сыграет роль тот фактор, что здание сооружено из гибких материалов, которые гнуться во время землетрясения, но не рушатся [1, с.2].

Рисунок 2. Yokohama Landmark Tower («Башня-ориентир», Иокогама, Япония)

Отличный пример сейсмостойкого сооружения построен в Мексике, Башня Майор (Рис. 3.) который был открыт в июне 2003 году. Это здание является одним из самых безопасных в мире. До 2010 года башня была самой высокой в Латинской Америке, сейчас она на 5-том месте. Сейсмическая ситуация Мехико не дает возводить рекордно высокие здания и сооружения. 57-этажный небоскреб в Мехико стоит возле эпицентра магнитудой в 8,1, который сравнял с землей большую часть города и убил более 10 тысяч горожан в 1985 году. Таким образом, башня была построена, чтобы выдерживать редкие, но мощные землетрясения магнитудой 9,0 [1, с. 3].

Верхнее строение здания имеет 21200 тонн стали и бетона со стальными колоннами, заключенными в железобетон, простирающимися до 30-го этажа; и стальные рамы, сконструированные на верхнем уровне. Но сердце крепления - это 98 сейсмических демпферов, которые напоминают гигантские амортизаторы, встроенные в стальное крепление. Такая технология ранее использовалась американскими военными для защиты места запуска реактивных снарядов от воздействия ядерных ударов [1, с. 3].

Рисунок 3. Башня Майор (Torre Mayor), (Мехико, Мексика)

Природа прекрасна, но ее разрушительная сила не прощает ошибок. Многие годы люди сталкивались с проблемой разрушенных зданий, но главная проблема – это человеческие жертвы. Изучая методы и расчеты сейсмических нагрузок, архитекторы и инженеры научились возводить сейсмостойкие здания. К сожалению, жизнь погибшим людям не вернуть.

Архитектору стоит принимать активное участие в изучении данных проблем и в научно-исследовательских работах. Важно архитектору и инженеру работать в тандеме.

Мир движется вперед и профессиональные знания должны расширяться. Французский писатель Франсис Журден (1876–1958) говорил – «Все великие архитекторы прошлого были в свое время архитекторами современными, и постоянное стремление вперед, жажда современности характерны для всех великих мастеров искусства. Великой истиной архитектурной традиции, свидетельствующей одновременно о действительно внимательном отношении к прошлому, является то, что традиция должна вести вперед, а не назад. Если бы это было иначе, человечество продолжало бы в наши дни жить в пещерах доисторической эпохи» [4,с.3]. Архитектор должен знать все, не только практику своей работы и теорию своего дела. Он тесно связан с природой, поэтому необходимо изучать явления и предметы окружающей среды. В учебных заведениях, где изучают архитектуру и выпускают дипломированных специалистов, изучению проектирования сейсмостойких зданий должно быть уделено должное внимание.

Плохое качество строительства – это враг архитектуры и враг людей. Целью будущего является создание архитектурных шедевров, которые безопасны для жизни людей. В совместной работе инженера и архитектора, разрабатывая новые концепции проектирования, будут созданы новые предложения и руководства, а так же новые нормы, для оптимальных решений данных проблем.