Сейсмоустойчивость монолитного дома

Содержание

Сейсмостойкость и высота многоэтажных железобетонных зданий

Сейсмоустойчивость монолитного дома

11 мая 2016 г.

Как показала практика, сейсмостойкость обычной каркасно-панельной конструкции невысока. При землетрясении горизонтальное перемещение системы больше, при этом совместная работа колонн с плитами при передаче поперечных сил затруднена. При землетрясении часто наблюдаются разрушения, вызванные потерей устойчивости колонн и нарушением соединений.

Как отмечено в ряде литературных источников, цельная каркасно-панельная система неприменима при проявлении сейсмических воздействий.

Отечественные и китайские нормы сейсмостойкости, нормы проектирования железобетонных конструкций и правила проектирования многоэтажных железобетонных конструкций исключают эту систему из возможных вариантов конструктивных решений.

Сейсмостойкость каркасно-панельной системы со стенами-диафрагмами лучше по сравнению с предыдущей системой. Оценка сейсмостойкости конструкций имеет различия в проектировании по нормам разных стран мира.

Нормы сейсмостойкого проектирования Китая строго ограничивают высоту каркасно-панельного сооружения со стенами-диафрагмами.

Для оценки сейсмостойкости этой конструктивной системы на рисунках показаны два каркасно-панельных здания со стенами-диафрагмами, разрушенных в результате землетрясения в Мексике в 1985 году.

Каркасно-панельное здание со стенами-диафрагмами (12 этажей)

1 — облицовка фасада, не соединяющаяся с конструкцией; 2 — кирпичная стена толщиной 14 см; 3 — колонна 35×70 см; 4 — железобетонное ядро толщиной 20 см

Каркасно-панельное здание со стенами-диафрагмами (15 этажей)

В здании на первом рисунке стены и колонны 2-го и 5-го этажей разрушились от кручения в основании стен, в перекрытиях возникли локальные трещины, в колоннах с 5-го по 11-й этаж возникли трещины значительного раскрытия, основание стен-диафрагм просело.

В здании на втором рисунке стены и колонны 2-5 этаж разрушились от кручения, возникли трещины на отдельных участках перекрытия. Конструкции 1-4 этажей почти не пострадали, в колоннах с 5-го по 11-й этаж возникли трещины.

Максимальные высоты железобетонных многоэтажных зданий (м)

Конструктивная система Общее проектирование Сейсмическое воздействие (баллы)
6 7 8 9
Обычный каркас 70 60 55 45 25
Каркас со стенами-диафрагмами 140 130 120 100 50
Стены-диафрагмы сплошные 150 140 120 100 60
локальные (прерывистые) 130 120 100 80
Цилиндрическая каркасные конструкции с цилиндрическим ядром жесткости 160 150 130 100 70
конструкция цилиндрическая конструкция с внутренним ядром жесткости 200 180 150 120 80
Каркас с панельными стенами-диафрагмами 70 40 35 30

Примечания:

1. Высота здания определяется по наружной поверхности до верхнего перекрытия, не включая высоты аппаратной лифта, водохранилища, каркасы которых превышают перекрытие.

2. В таблице приведены данные для симметричных каркасов.

3. Прерывистые стены-диафрагмы опираются на фундамент.

4. Для несимметричных конструкций максимально применимая высота должна понижаться.

5. Для обеспечения сейсмостойкости рекомендуется проектировать здание с запасом на 1 балл по силе возможного землетрясения; при прогнозируемых воздействиях в 9 баллов необходимо проведение дополнительных мероприятий.

6. Если в случаях сейсмического воздействия силой 9 баллов высота здания превышает значение, приведенное в таблице, то данное проектное решение должно быть обосновано и проведены соответствующие конструктивные мероприятия.

Каркасные конструкции

В США, Новой Зеландии и других странах на основании практики проектирования считают, что здание с прямоугольным каркасом, обладающим достаточной упругостью, имеет хорошую сейсмостойкость.

На рисунке ниже — каркасное здание,испытавшее крупные разрушения при землетрясении в Осака-Кобе (Япония) наиболее серьезные разрушения получили продольные каркасные балки по осям XI, Х2 и узлы сопряжения балок и колонн.

Вследствие этого такая каркасная система не получила широкого распространения. Для высотных зданий, построенных на ее основе, установлены строгие ограничения.

Каркасные здания со стенами-диафрагнами и с цилиндрическим ядром жесткости

Источник: http://ros-pipe.ru/tekh_info/tekhnicheskie-stati/proektirovanie-zdaniy-i-sooruzheniy/seysmostoykost-i-vysota-mnogoetazhnykh-zhelezobeto/

Монолитные дома под ключ: особенности технологии и примеры проектов

У монолитных домов по определению все несущие элементы конструкции полностью сооружены путем заливки бетонной смеси в опалубку, внутри которой смонтирован армирующий каркас. Их прочность и надежность одна из самых высоких, поэтому многие проекты многоквартирных и частных домов разработаны на основе этой технологии. Есть два вида монолитного домостроения: с наружными стенами из монолитного железобетона и монолитно-кирпичные.

Строительство монолитного дома

Особенности классической технологии

Классическая технология заключается в том, что все наружные стены (и часть внутренних) выполнены монолитными. Они выполняют несущие функции и отвечают за прочность конструкции. По сути стены являются продолжением монолитного фундамента (плитного, ленточного или комбинированного) без швов и разрывов.

Многоэтажные дома, отвечающих этому определению, практически не строят. Основные причины – высокая трудоемкость и низкая тепловая стойкость стен. Поэтому строители перешли на технологию кирпично-монолитного домостроения.

При строительстве монолитных коттеджей классическая технология по-прежнему используется. Но чаще в модифицированном виде, когда одновременно с заливкой стен происходит их утепление. Есть два метода:

  • Несъемная опалубка. Бывает двух типов: блочная и панельная. Чаще изготавливается из пенополистирола, но также встречается из фибролита и щепоцементных плит. После заливки бетона она остается в составе конструкции и обеспечивает требуемый уровень тепловой защиты здания.

Так выглядит несъемная опалубка

  • Технология Tilt-Up. Во время создания армирующего каркаса внутри закладывают плиты пенопласта. После заливки получается своего рода сэндвич, у которого внешние слои из бетона.

Плита, сделанная по технологии Tilt-Up в разрезе

Если заливка бетонной смеси проходит без закладки пенопласта и с применением съемной опалубки, то утепление проводят на этапе отделки наружных стен.

Монолитно-каркасные дома

Монолитно-каркасные или монолитно-кирпичные дома по сути имеют одинаковую технологию. В ее основе – обустройство непосредственно на объекте монолитного железобетонного каркаса, а наружные стены (и внутренние межквартирные перегородки) выполняют либо из строительных блоков, либо из кирпича.

Это универсальная технология монолитного домостроения, которая используется при возведении строений любого назначения – от частных коттеджей до коммерческих или производственных зданий.

Строят такие монолитные дома по технологии бетонирования со съемной опалубкой многоразового использования: разборной, подъемно-переставной или скользящей. Она уменьшает затраты на строительство, а последние два варианта – снижают время на проведение работ по монтажу и распалубке.

Возведение стен монолитно-каркасного дома

При возведении наружных стен, рамку каркаса заполняют следующими материалами:

  • щелевым рядовым кирпичом;
  • строительными блоками из пенобетона;
  • газосиликатными блоками.

Для стен применяют блоки ячеистого бетона с плотностью D500-D900. Они относятся к конструкционно-теплоизоляционным материалам, которые имеют достаточную прочность для самонесущих стен и низкие показатели теплопроводности.

Читайте также  Как получить землю под строительство дома бесплатно

Например, наружные стены из пенобетонного или газосиликатного блока толщиной 40 см дополнительного утепления не требуют – с учетом внешней и внутренней отделки они полностью удовлетворяют требованиям современных нормативов по тепловой защите зданий.

А при меньшей толщине стен слой пенопласта или минеральной ваты в составе «мокрого» или навесного фасада будет небольшим.

Наглядно про технологию монолитных домов на видео:

Какой дом будет теплее

Если рассчитывать только на теплоизоляционные свойства строительных материалов, чтобы удовлетворить требованиям нового СНиП 23-02-2003 по тепловой защите зданий, толщина стен должна быть следующей:

  • из монолитного железобетона – более 5 м;
  • из рядового полнотелого кирпича – 2 м;
  • из бревна (в межвенцовом соединении) или бруса – 0.5 м;
  • из пено- или газобетона – 0.4-0.45 м.

Толщина стен из разных материалов при одинаковых теплопотерях

На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают услугу проектирования домов. Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».

Если говорить об эквивалентной толщине популярных утеплителей, то она выглядит так:

  • пенополистирол – 12 см;
  • минеральная вата – 18 см.

Конечно, цифры средние – в каждом регионе свои климатические особенности, а на теплопроводность влияет еще и плотность материалов, но общую картину эти цифры дают.

Поэтому самым теплым домом будет тот, стены которого полностью сложены из блоков ячеистого бетона толщиной не менее 40 см. Прочность и надежность таких стен невысока и их приходится дополнительно армировать через каждые 5-6 рядов.

Но даже при этом условии количество этажей в таком доме ограничено.

Монолитно-каркасные сооружения по прочности конструкции почти не уступают монолитным, а по теплозащите – пенобетонным. Если не рассматривать общие причины потерь тепла любого здания (крыша, окна, двери), то у них остается единственное «слабое место» – теплопроводность самого железобетонного каркаса.

А утепление актуально для домов из любых материалов – кирпича, дерева или монолитного железобетона. Вопрос только в толщине дополнительного слоя и в материале теплоизоляции.

Обычно утеплять приходится дома из любых материалов

Плюсы и минусы монолитных строений

Как уже было сказано к достоинствам классического монолитного здания относится высокая прочность и долговечность.

Как следствие высокой прочности, в список преимуществ монолитных домов можно добавить сейсмоустойчивость. В условиях, когда панельный дом «сложится», монолитный не разрушится. А чтобы обеспечить такие же показатели как у монолита, стены кирпичного здания должны иметь большую толщину и высокое качество кладочного раствора.

Как утверждают сами строители, процесс усадки при одинаковом характере грунта у монолитного дома происходит значительно быстрее, чем у других каменных сооружений – около 1 года. У панельных этот процесс длится 2-3 года, у кирпичных – до 5 лет.

Наглядно про преимущества и недостатки монолитных домов на видео:

Стоимость возведения фундамента и стен «под крышу» в пересчете на квадратный метр у монолитного дома больше, чем у панельного, но меньше, чем у кирпичного.

Недостатками считаются:

  • большая трудоемкость;
  • значительный объем бетонирования и высокая металлоемкость;
  • сложная организация работ по непрерывной доставке бетона к объекту (чтобы заливка проходила без «холодных» швов);
  • низкая звукоизоляция (особенно структурных шумов).

Ориентировочная стоимость строительства и эксплуатации домов, построенных по разным технологиям

В чистом виде монолитные стены имеют низкую теплоизоляцию, но в малоэтажном домостроении эту проблему решают еще на этапе строительства за счет использования несъемной опалубки.

У монолитно-кирпичного дома плюсы и минусы распределены по-своему.

Достоинства и недостатки зданий с железобетонным каркасом

Сохраняя прочность монолитных зданий, кирпично-монолитные дома по сравнению с ними имеют обширный список достоинств:

  • уменьшение объемов бетонирования и металлоемкости значительно снижает затраты на строительство;
  • использование строительных блоков из легкого бетона снижает вес конструкции и нагрузку на грунт, что позволяет сэкономить на строительстве фундамента;
  • уменьшаются сроки возведения многоквартирных и частных домов «под крышу», что дает возможность раньше приступить к отделочным работам;
  • часть нагрузки по тепловой защите здания принимают на себя строительные материалы наружных стен, что уменьшает затраты на утепление дома при отделке фасада;
  • внешние стены из строительных блоков лучше защищают помещение от уличных шумов.

Как резюме, монолитно-каркасные дома выигрывают у монолитных и кирпичных по стоимости квадратного метра и срокам введения в эксплуатацию.

А еще у монолитно-каркасных строений меньше несущих стен, что расширяет возможности перепланировки

Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про проекты домов с печным отоплением.

В каком доме лучше купить квартиру

На этот счет есть однозначная оценка специалистов по нынешнему состоянию первичного рынка.

Квартиры в панельных домах стоят дешевле, и их покупают при ограниченном семейном бюджете, когда на первом месте стоит стоимость квадратного метра жилья.

У таких домов невысокая звукоизоляция, их планировка обычно привязана к «шаблону» проекта и редко поддается изменениям в рамках действующего местного законодательства даже внутри одной квартиры (не говоря о возможности объединения двух смежных квартир).

Стоимость квадратного метра жилья у монолитно-каркасных домов выше, чем у панельных, но те, у кого на первом месте надежность и долговечность, выбирают их.

И это даже с учетом того, что квартиры при монолитном строительстве «под ключ» обычно не продают – они идут без межкомнатных перегородок и внутренней отделки.

Хотя такой вариант позволяет владельцу жилья выбрать свою планировку и материалы для отделки, не тратя время на демонтаж перегородок и согласование реконструкции.

Кирпичные многоквартирные дома строят редко. В городе обычно к такой технологии прибегают в том случае, если надо сохранить единый архитектурный облик района застройки. В пригородах – это кирпичные таунхаусы. Этот тип домов относится к элитному, и квартиры в них будут стоить дороже, чем в монолитно-каркасных.

Таунхаус в городской черте

Проекты и цены на монолитные дома и коттеджи

Как такового рейтинга лучших проектов монолитных малоэтажных домов нет. В каждом регионе есть свои компании, специализирующиеся на этом виде строительства. Они предлагают несколько типовых проектов, а также возможность заказать разработку полного комплекта документов и возведение монолитного дома по индивидуальным требованиям заказчика.

Обычно типовые проекты насчитывают один или два этажа, в некоторых случаях с мансардой.

Проект одноэтажного монолитного дома

Двухэтажный монолитный дом

Монолитный дом с мансардой

А как дополнительная опция может идти гараж на одну или две машины (иногда вместо него навес). Полезная площадь таких проектов лежит в пределах от 100 м² до 500 м².

Проект дома с гаражом

Цена квадратного метра зависит от многих условий. В том числе, удаленности объекта от базы строительной организации, рельефа местности, доступности электричества и чистой воды на площадке.

Современный монолитный дом с гаражом на две машины

Есть также разный подход по включению в базовую стоимость проекта некоторых видов работ. Например, вам могут предложить выбрать дом или коттедж из монолитного железобетона в Московской области, из нескольких готовых проектов по цене 19 000 руб. за 1 м². При этом, в базовый вариант включена стоимость самого проекта с полным комплектом документации, но не входят часть работ и услуг, которые есть при строительстве «под ключ»:

  • внутренние и внешние отделочные работы;
  • обустройство отмостки и цокольного этажа;
  • вывоз изъятого грунта на этапе нулевого цикла;
  • вывоз строительного мусора по завершении работ;
  • устройство каминов, террас и балконов;
  • оплата платежей за электричество и воду, использованных во время строительства.
Читайте также  Где можно взять выписку из домовой книги

Как выглядит проект монолитного дома «под ключ» – на видео:

Это может быть интересно! В статье по следующей ссылке читайте про проекты домов из бруса 6 на 9.

Заключение

Декоративные возможности монолитного малоэтажного дома зависят только от выбора отделочных материалов. Поэтому им можно придать любой вид – и кирпичного особняка, и сруба из оцилиндрованного бревна.

Источник: https://m-strana.ru/articles/monolitnye-doma-pod-klyuch/

Покупаем квартиру в новостройке

Выбирая жилье в новостройке, будущий новосел обязательно поинтересуется, какой он, дом его мечты: кирпичный, панельный или так называемый монолит. Ибо именно эти три технологии в основном и используются сегодня в высотном домостроении – как в России, так и в Приморье.

Нет сомнений, что ранее при прочих равных условиях большинство покупателей предпочло бы поселиться в кирпичном доме. К этому побуждает весь предыдущий опыт отечественного домостроения, когда такие здания относились к разряду элитных, выигрывая у стандартных «панелек» по всем статьям.

Даже без особых архитектурных изысков кирпичные сооружения выглядели куда более респектабельно, чем серые параллелепипеды двух основных калибров: пяти- и девятиэтажные.

«Кирпич» обеспечивал и более высокий комфорт проживания: прочные стены лучше держали тепло, не пропускали шум, служили дольше, чем панельки из железобетона.

Кирпич

Но сегодня, с появлением новых технологий строительства, созданием новых строительных материалов авторитет кирпичного жилища уже не столь бесспорен, как раньше. Нет, кирпичные дома по-прежнему строят, но доля их постепенно снижается. По оценкам экспертов, в настоящее время она составляет около 30 % новостроек.

Самый большой недостаток этой технологии – высокая стоимость строительства. С введением новых строительных норм по уровню теплопередачи ограждающих конструкций и без того дорогостоящее производство кирпичного жилья стало еще более затратным.

Например, если раньше толщина кирпичной кладки по СНиПам должна была составлять 510–640 мм, то новые нормы теплосбережения требуют увеличить ее до полутора метров. То есть расходы на материалы сразу возрастают в три раза.

Правда сейчас внедряются технологи с утеплителем между кирпичной кладкой, с использованием фасадов и т.д. Итак, подытожим плюсы и минусы кирпичного домостроения.

Плюсы

  • Разнообразие архитектурных форм (возможна любая конфигурация стен, широкая вариабельность рисунка кладки)
  • Экологичность (кирпичи делаются из природного материала – глины путем ее обжига, не содержат химических добавок)
  • Хорошая тепло- и звукоизоляция (особенно при использовании пустотного кирпича)
  • Долговечность

Минусы

  • Высокая себестоимость строительства (кирпич – сам по себе материал дорогой, кладка стен осуществляется вручную и требует высокой квалификации каменщиков)
  • Продолжительный строительный цикл (также за счет значительной доли ручного труда)

Монолит

Этих двух недостатков лишена сравнительно новая технология монолитного домостроения, которая сегодня преобладает на стройплощадках Владивостока. Первым домом был 25-этажный монолит на Фастовской. Затем после большого перерыва стали появляться и другие объекты. В настоящее время здания, построенные по этой технологии высотой 16-22 этажа, появляются во всех районах города.

Возможность вписаться в уже существующий жилой массив и скорость возведения зданий – основные преимущества монолитного домостроения по сравнению с кирпичным. Чтобы возводить дома по такой технологии, не требуется строительная инфраструктура в виде кирпичного производства или завода железобетонных изделий.

Самые большие затраты – на приобретение съемной опалубки, в которую прямо на площадке заливается бетонная смесь. Это дает основания приверженцам «монолита» позиционировать его как наиболее экономичный метод из используемых в настоящее время. Во многом привлекательности монолитных домостроений способствует их современный дизайн.

Между тем с потребительской точки зрения стильные башни из стекла и бетона тоже небезупречны, как и сам метод монолитного домостроения.

Плюсы

  • Возможность втиснуть объект в уже существующую жилую застройку с хорошо развитой инфраструктурой (включая центр города)
  • Неограниченные возможности проектных решений, а также отделки наружных стен (включая облицовку кирпичом, что может ввести в заблуждение покупателей, желающих приобрести квартиру в кирпичном доме)
  • Свободная планировка квартир
  • Хорошая теплоизоляция стен за счет отсутствия стыков и сварных швов
  • Срок службы монолитного дома рассчитан на 200 и более лет
  • Высокая сейсмоустойчивость – «монолит» способен выдержать землетрясение силой до 8 баллов
  • Дом не дает усадку, поэтому клеить обои можно сразу же после возведения стен (нет сомнений, что ранее при прочих равных условиях большинство покупателей предпочло бы поселиться в кирпичном доме. К этому побуждает весь предыдущий опыт отечественного домостроения, когда такие здания относились к разряду элитных, выигрывая у стандартных «панелек» по всем статьям
  • Даже без особых архитектурных изысков кирпичные сооружения выглядели куда более респектабельно, чем серые параллелепипеды двух основных калибров: пяти- и девятиэтажные. «Кирпич» обеспечивал и более высокий комфорт проживания: прочные стены лучше держали тепло, не пропускали шум, служили дольше, чем панельки из железобетона

Панель

Высокая стоимость квартир в кирпичных и монолитных домах – одна из причин, почему до сих пор не ушла со строительного рынка «панель».

Ее продолжают ругать (хотя справедливее было бы поставить ей памятник, поскольку именно панельное домостроение, поставленное на поток, позволило огромной стране переселиться из послевоенных коммуналок в отдельные квартиры), гонят из мегаполисов, освобождая место более современным высоткам.

Но потребность в относительно дешевом и быстровозводимом жилье не только не уменьшается, она растет. А в этом отношении «панель» все еще дает фору и респектабельному «кирпичу», и амбициозному «монолиту».

Более того, благодаря появлению новых строительных материалов она успешно избавляется от врожденных недостатков и уже догоняет фаворитов рынка по потребительским свойствам жилья. Наиболее уязвимым местом в сборных домах считаются стыки между панелями, в которые при плохой изоляции просачиваются влага и холод.

Современные герметики позволяют надежно «замуровать» щели, а сами панели покрыты водонепроницаемым составом, что исключает их промокание. Трехслойная структура железобетонных стен обеспечивает нормативный температурный режим в помещениях. Да и внешне дома из сборного железобетона стали выглядеть вполне прилично благодаря разнообразным способам отделки фасадов. Так что застройщикам, которые остались верны технологии панельного домостроения, есть что сказать в защиту презираемой снобами «золушки».

Плюсы

  • Сравнительно низкая себестоимость строительства
  • Высокая технологичность строительного процесса
  • Высокая скорость возведения домов

Минусы

  • Ограниченность архитектурных вариантов при проектировании
  • «Потолок» при строительстве высоток (в нашем городе возводятся панельные дома не выше 10 этажей)
  • Сравнительно невысокий коэффициент сейсмоустойчивости
  • Отсутствие возможности для индивидуальной внутренней планировки квартир
  • Пониженная, по сравнению с кирпичными домами, звукоизоляция стен
  • Психологическое предубеждение потребителей против «панели»

Какой из названных выше технологий строительства многоэтажного жилья, в конце концов, отдаст предпочтение рынок? И как могут повлиять на этот выбор те, для кого эти дома возводятся?

Источник: http://barlette.ru/journal/article/146.html

10 технологий, которые защищают здания от землетрясений

Землетрясение – мощная разрушительная стихия, которая способна уничтожать целые города. К счастью, за последние несколько десятилетий архитекторы и инженеры разработали несколько технологий, которые гарантируют, что здания, будь то небольшие дома или небоскребы, не разрушатся, если случится землетрясение.

Читайте также  Покупка дома в СНТ плюсы и минусы

1. «Парящий» фундамент

Изоляция фундамента, как следует из названия, заключается в том, чтобы отделить фундамент здания от всей постройки выше фундамента.

Одна из систем, работающих по такому принципу, позволяет зданию «плавать» над фундаментом на свинцово-резиновых подшипниках, в которых свинцовое ядро окружено чередующимися слоями резины и стали.

Стальные пластины крепят подшипники к зданию и фундаменту и это позволяет во время землетрясения двигаться фундаменту, но не двигаться конструкции над ним.

Сегодня японские инженеры вывели эту технологию на новый уровень. Их система позволяет зданию парить на воздушной подушке. Вот как это работает. 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.

2. Амортизаторы ударов

Эта технология взята из авто-индустрии. Амортизаторы уменьшают магнитуду вибраций, превращая кинетическую энергию колебаний в тепловую энергию, которая может быть рассеяна через тормозную жидкость.

В строительстве инженеры устанавливают на каждом уровне здания подобные гасители колебаний, один конец которых крепится к колонне, другой к балке. Каждый гаситель состоит из поршневой головки, которая движется в цилиндре, наполненном силиконовым маслом.

Во время землетрясения горизонтальное движение здания заставляет двигаться поршни, оказывая давление на масло, что преобразует механическую энергию землетрясения в тепло.

3. Маятниковая сила

Амортизация может быть разных видов. Другое решение, особенно для небоскребов, предполагает подвешивание огромной массы у вершины здания. Стальные тросы поддерживают массу, в то время как тягучие жидкие амортизаторы располагаются между массой и защищаемым зданием. Когда во время землетрясения здание раскачивается, маятниковая сила заставляет его двигаться в обратном направлении, рассеивая энергию.

Каждый такой маятник настроен точно в соответствии с естественной частотой вибрации здания, чтобы избежать эффекта резонанса. Такая система используется в небоскребе «Тайбэй 101» высотой 508 м – в центре маятника 660-тонный шар золотого цвета, подвешенный на 8 стальных тросах.

4. Заменяемые предохранители

Знаете, как работают электрические «пробки»? Инженеры пытаются внедрить подобные предохранители и в сейсмическую защиту зданий.

Электрические предохранители «вылетают», если нагрузка на сеть превышает определенные значения. Электричество отключается, и это предотвращает перегрев и пожары. Исследователи из Университета Стэнфорда и Университета Иллинойса провели исследования конструкции из стальных рам, которые являются эластичными и могут колебаться на вершине фундамента.

Но это еще не все. В дополнение исследователи предложили вертикальные кабели, которые соединяют верхушку каждой рамы с фундаментом, тем самым ограничивая колебания. А когда колебания заканчиваются, кабели могут вытянуть всю конструкцию вверх.

Наконец, между рамами и у оснований колонн находятся заменяемые предохранители. Металлические зубцы предохранителей поглощают сейсмическую энергию.

Если нагрузка превысит допустимую, предохранители можно легко и недорого заменить, быстро восстановив здание в его первозданном виде.

5. Колеблющееся «ядро»

Во многих современных небоскребах инженеры используют систему колеблющейся стены центрального ствола здания. Усиленный бетон проходит через центр конструкции, окружая лифтовые холлы. Однако эта технология несовершенна, и такие здания во время землетрясений могут подвергаться значительным неэластичным деформациям. Решением может стать комбинирование этой технологии с упомянутой выше изоляцией фундамента.

Стена центрального ствола здания колеблется на нижнем уровне здания, чтобы предотвратить разрушения бетона стены. Кроме того, инженеры укрепляют два нижних этажа здания сталью и устанавливают натяжную арматуру по всей высоте.

В железобетонных конструкциях с натяжением арматуры на бетон стальные тросы проходят через центральный ствол здания.

Они работают как резиновые ленты, которые могут быть растянуты гидродомкратами, чтобы усилить временное сопротивление разрыву центрального ствола.

6. Плащ-невидимка от землетрясений

Землетрясения создают волны, которые подразделяются на объемные и поверхностные. Первые быстро проходят в глубину Земли. Вторые двигаются более медленно через земную кору и включают подвид волн, известный как волны Рэлея, которые двигают землю в вертикальном направлении. Именно эти колебания и создают основные разрушения при землетрясениях.

Некоторые ученые полагают, что можно прервать передачу этих волн, создав «плащ-невидимку» из 100 концентрических пластиковых колец, скрытых под фундаментом здания. Такие кольца могут улавливать волны, и колебания уже не могут распространяться на здание над ними, а просто выходят с другого конца конструкции из колец. Однако не до конца изучено, что будет в таком случае со стоящими поблизости зданиями, лишенными такой защиты.

7. Сплавы с эффектом памяти формы

Пластичность материалов представляет главную задачу для инженеров, пытающихся создать сейсмоустойчивые здания. Пластичность описывает изменения, которые происходят в материале, когда к нему прикладывают силу. Если эта сила достаточно велика, форма материала может быть изменена навсегда, что повлияет на его способность правильно функционировать.

Сплавы с эффектом памяти формы, в отличие от традиционных стали и бетона, могут испытывать значительные нагрузки и все равно возвращаться к прежней форме. Эксперименты с этими сплавами уже проводятся. Один из них – никель-титан, или нитинол, который эластичнее стали на 10-30%.

9. Биоматериалы

Материалы, подобные FRP и сплавам с эффектом памяти, в будущем могут стать еще более совершенными – и вдохновение для новых материалов может прийти из мира животных. Например, скромная мидия, чтобы оставаться на своем месте, выделяет липкие волокна – биссусные нити.

Некоторые из них жесткие, а другие – эластичные. Когда волна ударяет в мидию, она остается на своем месте, т.к. эластичные нити поглощают волну. Исследователи подсчитали, что соотношение жестких и эластичных волокон – 80:20.

Дело за малым – разработать подобный материал для применения в строительстве.

Другая идея связана с пауками. Известно, что их паутина прочнее стали, однако ученые считает, что уникальным этот материал делает динамическая реакция при значительном натяжении. Ученые обнаружили, что при растяжении отдельных нитей паутины они сначала не растягиваются, потом растягиваются, а потом опять становятся нерастягивающимися.

10. Картонные трубы

Для стран, которые не могут позволить себе дорогие сейсмозащитные технологии, у инженеров также есть разработки. Например, в Перу исследователи сделали традиционные постройки из необожженного кирпича прочнее, укрепив их пластиковой сеткой. В Индии успешно используют бамбук для усиления бетона. В Индонезии некоторые здания стоят на опорах из старых покрышек, наполненных песком или камнями.

Даже картон может стать крепким, долговечным строительным материалом. Японский архитектор Shigeru Ban построил несколько зданий, используя картонные трубы, покрытые полиуретаном. В 2013 г. он построил собор в Новой Зеландии.

Для постройки понадобилось 98 картонных труб, усиленных деревянными балками. Конструкции из картона и дерева очень легкие и гнущиеся, они лучше выдерживают сейсмические нагрузки, чем бетон.

А если они все-таки разрушатся, вероятность, что под обломками пострадают люди, минимальна.

 HowStuffWorks

Валентина Лебедева

Источник: http://mirum.ru/news/world_trend/hitech/10_tekhnologiy_kotorye_zashchishchayut_zdaniya_ot_zemletryaseniy/

Понравилась статья? Поделить с друзьями: