Как самые высокие здания сопротивляются ветру и землетрясениям?

В истории архитектуры мы встретим постоянное превышение пределов высоты и сопротивления конструкций. Огромные пирамиды, башни, монументальные небоскребы. Люди всегда стремились создать что-то, что будет вызывать восхищение.

Откуда взялись небоскребы и небоскребы? Ну а высотные дома удобны, особенно в городах с большим количеством жителей. В них живет уже более половины человечества.

Благодаря небоскребам мы можем разместить больше людей на единицу площади. К сожалению, в этой нелегкой гонке архитекторам и инженерам приходится сталкиваться с растущими трудностями. Как строить выше, справляясь с сильным ветром, землетрясением или просто с... гравитацией?

Почему мы можем начать строить все выше и выше?

Представьте себе башню из кирпичей. Если мы хотим, чтобы он был выше, мы должны усилить конструкцию и добавить блоки внизу, что увеличит ширину основания. Это похоже на традиционные здания, построенные только из кирпича и раствора. Значительное увеличение высоты такого здания повлечет за собой и увеличение толщины стен в самом низу, благодаря чему места в центре здания будет все меньше и меньше.

Это не практичное решение. Подсчитано, что максимальная высота кирпичных зданий составляет 10 этажей. К концу 19 века произошла революция в строительной отрасли, благодаря которой предел высоты значительно увеличился. Не остались без внимания экономические и социальные вопросы. Развитие крупных мегаполисов, таких как Чикаго, означало, что компании хотели переехать в центры городов. Возникла необходимость в расширении города не вовне, а ввысь.

Создание новых объектов стало возможным благодаря широкому использованию железа и стали. В последующие годы, благодаря бессемеровскому процессу, который был первым эффективным методом массового производства стали, архитекторы смогли полностью отказаться от железа в пользу более легкой и прочной стали. Это позволило построить еще более крупные объекты.

Если в традиционных зданиях усилие передается на нижние этажи (отсюда их толстое и широкое основание), то в зданиях со стальной конструкцией усилие передается на небольшую точку в основании, а затем на прочные основания здания. .

О самом сооружении и применяемых решениях можно было бы писать книги, давайте остановимся в первую очередь на сейсмостойкости, и в первую очередь на этом...

... как высотные здания противостоят силе ветра?

Благодаря стальному каркасу высокие здания могут свободно раскачиваться, как дерево, не повреждая конструкцию. Барьер на самом деле является человеческим комфортом. Чем больше отклонение, тем больше жители или сотрудники его почувствуют. Особенно если учесть, что мебель и предметы интерьера квартир и офисов не закреплены на болтах и ​​могут свободно перемещаться.

Проще говоря, самый простой способ – затянуть конструкцию поплотнее. Такие здания, как Эмпайр Стейт Билдинг и Крайслер Билдинг, имеют сплошную сварную ферму, усиленную поперечными балками вокруг шахт лифта. Но в новейших и гораздо более совершенных конструкциях такого решения недостаточно. Необходимо встроить сплошное ядро ​​или даже несколько ядер в центр здания.

Конечно, все больше компаний исследуют новые решения, которые вскоре будут использоваться в более высоких структурах. В некоторых зданиях используются специальные амортизаторы ветра, то есть большие бетонные грузы, которые перемещаются вперед и назад с помощью приводов. Другие имеют вид гигантского маятника.

Стойкость к землетрясениям

Некоторые из населенных пунктов расположены в районах, где происходят землетрясения. Большинство из них происходит в зонах субдукции, то есть на краю тектонических плит, где океаническая плита подталкивается под континентальную плиту.

Страна, расположенная в таком месте, — Япония. Он расположен на так называемом Тихоокеанское огненное кольцо, охватывающее восточную часть Азии и простирающееся на север, дальше от западного побережья Аляски и далее в Северную Америку (хотя здесь на участках побережья плиты скользят друг вдоль друга) и Южную Америку. Район подвержен извержениям вулканов, сильным землетрясениям и волнам цунами.

В Японии существует два уровня сопротивления зданий. Во-первых, это устойчивость к землетрясениям, которые каждое здание за время эксплуатации должно будет выдержать статистически три-четыре раза. В этом случае абсолютно никаких повреждений произойти не может.

Второй уровень – экстремальные землетрясения, которые случаются гораздо реже. Примером такого сильного землетрясения было событие 1929 года, разрушившее Токио и Иокогаму, в результате которого погибло более 140 000 человек. Здесь допустимо причинение ущерба в степени, не угрожающей жизни человека.

Чтобы выдержать землетрясение, здание должно поглощать энергию вибрации, передаваемую от земли. Проще всего разместить его на резиновых блоках толщиной 30-50 см. Также можно использовать амортизаторы по всей высоте здания (например, через каждые два этажа), что улучшит его устойчивость.

Высотные здания могут отклоняться до 1,5. Полноразмерное расположение амортизаторов позволяет значительно уменьшить раскачивание конструкции.