Методика обоснования применения современных тенденций в строительных технологиях в сейсмических районах



Встатье рассматривается применение современных тенденций в строительных технологиях в сейсмических районах на примере Японии.

Ключевые слова: современные тенденции, строительные технологии, сейсмические районы.

В настоящее время в мире все большее значение приобретает строительство сейсмостойких зданий, строящихся на основе применения современных тенденций и инновационных технологий, что считается важнейшим фактором в сейсмических районах. В развитых странах Азии, Европы, Америки, таких как Япония, США, Италия, Турция и других, большое внимание уделяется вопросам изучения воздействия сейсмической силы на здания и сооружения, совершенствованию строительных технологий в сейсмических районах.

Особое место в изучении вопросов сейсмостойкости занимают городские зоны, плотность населения которых за последние годы резко возросла в результате повышения этажности, а также взаимоускоряющего развития жилых районов и промышленных зон. Все это требует принятия специальных мер по защите человеческих жизней, имущества и самих зданий в случае сильных землетрясений с помощью разработки соответствующих строительных норм и введения их в практику строительства [1].

Япония расположена в одной из самых сейсмических активных зон планеты. Последнее разрушительное землетрясение 2011 года магнитудой 9 баллов стало самым сильным за всю историю страны. Вместе с тем страна почти со 127 миллионами жителей занимает 24 место по плотности населения. Это значит, что без высотных зданий там не обойтись. Скайлайн Токио неотличим от манхеттенского: мегаполис застроен небоскребами. Какие технологии позволяют возводить многоэтажные здания в регионах, где землетрясения происходят практически ежедневно [2].

Японские стандарты сейсмостойкости зданий, рис. 1.

Taishin: Это минимальное требование к сейсмостойким зданиям в Японии, и оно требует, чтобы балки, колонны и стены имели минимальную толщину, чтобы противостоять сотрясениям. Многократно повторяющиеся толчки могут повредить здание, поэтому такой дизайн не используют для высоких построек [3].

Seishin: следующий уровень сейсмостойкости зданий в Японии, уже подходящий для высотных зданий. В нем используются демпферы (амортизаторы), которые устанавливают в каркас здания. Во время землетрясения демпферы поглощают большую часть энергии от толчков, тем самым не давая постройке расшататься и упасть [3].

Menshin: Это самая передовая форма сейсмостойких зданий в Японии, а также самая дорогая и эффективная. Сама конструкция здания изолирована от земли слоями свинца, стали и резины. В таком случае до здания доходит лишь малая часть энергии, и постройка не меняет свой градус относительно земли, а лишь немного ходит вправо-влево [3].

Рис. 1. Японские стандарты сейсмостойкости зданий

Помимо стандартов, есть некоторые дополнения, чтобы здания лучше выдерживали землетрясения. Например, ядро жесткости здания часто изготавливают из стали, а не из железобетона. Также на крышах небоскребов устанавливают маятники, рис. 2. Они качаются вперед и назад во время землетрясения, что помогает противодействовать движению здания из стороны в сторону. В домах устанавливают датчики, которые предупреждают о приближающейся сейсмической активности. Также, во многих зданиях устанавливают откидные двери, позволяющие быстрее покинуть помещение в случае экстренной ситуации [3].

Рис. 2. 300-тонные маятники на крыше здания Синдзюку Мицуи

В Японии даже существуют левитирующие дома, рис.3. Сенсоры на здании распознают сигналы сейсмической активности. Сеть сенсоров передает сигнал воздушному компрессору, который за полсекунды нагнетает воздух между зданием и фундаментом. Подушка поднимает здание на 3 см над землей, изолируя его от толчков, которые могут его разрушить. Когда землетрясение прекращается, компрессор выключается и здание опускается на место. На данный момент в Японии около 100 таких домов.

Рис. 3. Левитирующие дома

Япония далеко не единственная страна, которая находится в сейсмически активной зоне, однако она является одним из лидеров по безопасности при данном происшествии. Какой опыт могут перенять другие страны? Очень важное значение имеет жесткое регулирование: четкие законы о стандартах устойчивости означают, что японские строители/инженеры знают, что и как им делать [3].

Необходимость в инновациях: японские инженеры постоянно улучшают старые и создают новые способы защиты домов от землетрясений, что делает регион с высокой сейсмической активностью безопасным настолько, насколько это возможно [3].

Инвестиции имеют решающее значение: строительство сейсмостойкого здания стоит на 20 % больше, чем стандартная конструкция. Тем не менее в долгосрочной перспективе такой подход экономит деньги, поскольку их здания защищены от повреждений во время землетрясений, и нет необходимости разбирать завалы, под которыми оказываются не только люди, но и огромное количество техники и прочего дорогостоящего имущества [3].

Выводы:

Данная статья носит обзорный характер и направлена на анализ и систематизацию имеющейся информации о современных тенденциях в строительных технологиях на примере Японии. Целью этих мероприятий является снижение экономических затрат на обеспечение сейсмической защиты при сохранении высокой безопасности и надежности зданий. В результате чего повысится рабочая характеристика зданий и повысится комфорт для людей, живущих или находящихся в здании.

Благодаря системам активной сейсмозащиты сейсмическая нагрузка на здание снижается приблизительно на 2–3 балла. Мировой опыт строительства зданий с активными системами сейсмической защиты показывает, что в период восстановления после сильного землетрясения и разрушения зданий не требуется больших капитальных вложений, и можно миновать потери среди населения.

Подводя итог всего вышеизложенного, делаем вывод о важности использования систем активной сейсмической защиты при строительстве современных сейсмоустойчивых зданий.

Литература:

1. А. И. Мартемьянов, «Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмических районах», Москва Стройиздат 1985 г.
2. Д. Медведев, «Как строят сейсмостойкие дома»
3. planradar.com
4. Клаф Р., Пензиен Дж. Динамика сооружений. М.: Стройиздат, 1979.
5. Гордеев В. Н. и др. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007.
6. Почему японским домам не страшны землeтрясения?. — Текст : электронный // : [сайт]. — URL: https://www.ixbt.com/live/offtopic/pochemu-yaponskim-domam-ne-strashny-zemletryaseniya.html???history=1&pfid=1&sample=7&ref=0 (дата обращения: 17.04.2023).