Вы наверняка помните о катастрофах, произошедших в древние времена мировой истории. В частности, они, к сожалению, продолжаются и сегодня и пока еще не полностью предотвращены; речь идет о землетрясениях…
Приведем пример из совсем недавней истории. 6 февраля 2023 года Турция пережила катастрофу века: произошло сильное землетрясение, затронувшее 11 провинций. К сожалению, более 50 тысяч наших граждан погибли во время этого землетрясения из-за его силы, а также из-за того, что здания не были прочными. Однако в последние два года в нашей стране снова начались землетрясения, особенно афтершоки. Какие же меры предосторожности можно предпринять против землетрясений? Вот 10 технологий, разработанных для борьбы с землетрясениями, которые также используют японцы.
ТЕХНОЛОГИЯ СПАСЕНИЯ ЖИЗНИ ПРИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ
-ЛЕВИТАЦИОННАЯ СИСТЕМА
Инженеры и сейсмологи разработали различные методы защиты зданий во время землетрясений. Один из них — утепление пола.
Как следует из названия, эта концепция подразумевает отделение подконструкции здания от его надстройки. Система включает в себя плавание здания на свинцово-резиновых опорах, содержащих прочный свинцовый сердечник, обернутый чередующимися слоями резины и стали.
Стальные пластины крепят опоры к зданию и фундаменту. При землетрясении фундамент может сдвинуться, не сдвигая стоящую на нем конструкцию.
Японские специалисты вывели базовую изоляцию на новый уровень. Они могут фактически левитировать системы на воздушной подушке. Принцип работы довольно прост. Через полсекунды после получения предупреждения сеть датчиков связывается с воздушным компрессором, который впускает воздух между зданием и фундаментом.
Подушка безопасности приподнимает конструкцию на 1,18 дюйма, или около 3 сантиметров, от земли, изолируя ее от сил, которые могут разорвать ее на части. Когда сила землетрясения уменьшается, здание снова садится на свой фундамент.
-AMORTISOR
Еще одна надежная и реальная технология, помогающая зданиям пережить землетрясения, вдохновлена автомобильной промышленностью. Амортизаторы, которые уменьшают нежелательные дорожные толчки в автомобилях, выполняют ту же функцию для зданий. Амортизатор ограничивает скорость и поглощает энергию, возникающую при тряске и вибрации, преобразуя ее в тепло.
Амортизаторы — очень полезный инструмент для проектирования сейсмостойких зданий. Инженеры устанавливают амортизаторы на каждом этаже здания, один конец которых соединен с колонной, а другой — с балкой. Каждый амортизатор состоит из поршня, движущегося внутри цилиндра, заполненного силиконовым маслом. Горизонтальное движение здания во время землетрясения заставляет поршни в амортизаторах давить на масло, и механическая энергия землетрясения преобразуется в тепловую. Эта технология, разработанная для зданий, была вдохновлена автомобильной промышленностью.
-PENDULUM ROSE
Другое решение больше подходит для небоскребов. В этом решении большая масса подвешивается по бокам здания. Стальные тросы удерживают массу, а липкая жидкость между массой и зданием защищает здание. Когда землетрясение начинает сотрясать здание, маятник движется в противоположном направлении, чтобы рассеять энергию. Для уменьшения вибрации инженеры используют устройства под названием «настроенные поглотители массы» или «гармонические поглотители».
Задача гармонического поглотителя — предотвратить резонанс (вибрацию) и значительно снизить динамический отклик конструкции. Например, 508-метровый небоскреб Taipei 101 защищен гармоническим поглотителем от тряски, вызванной землетрясениями или сильными ветрами. Используемый здесь гармонический поглотитель — самый большой и тяжелый в мире, его вес составляет 730 тонн.
-ОДЕЯЛО ИЗ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА
В сейсмоопасных регионах новые здания должны быть прочными во всех отношениях. Старые здания также должны быть укреплены с помощью новых технологических методов, чтобы улучшить их сейсмические характеристики. Ведь наша страна также является сейсмоопасной зоной, и в будущем старые здания могут стать невыносимыми под воздействием насилия.
Инженеры разработали и продолжают разрабатывать подходящие и экономичные решения, добавляя в здания системы изоляции фундамента. Еще один перспективный метод — армирование волокнистыми полимерами (FRP). Этот материал фактически представляет собой оболочку, состоящую из смеси углеродного волокна и связующего полимера.
Для адаптации новых технологических систем к старым зданиям инженеры просто оборачивали материал вокруг бетонных опорных колонн зданий и мостов и заливали эпоксидную смолу (прочное химическое вещество) в пространство между колонной и материалом. Удивительно, но даже поврежденные землетрясением колонны можно было восстановить с помощью углеволоконной обмотки.
-ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫЕ СТРАХОВКИ
Электрический предохранитель, который обеспечивает защиту, разрывая цепь, когда ток в электрической цепи превышает определенный уровень, заменяется после разрыва цепи и восстановления системы. Исследователи из Стэнфорда и Университета Иллинойса вдохновились этой концепцией для строительства сейсмостойких зданий. Они также разработали метод под названием «контролируемое сотрясение», при котором стальные рамы здания становятся упругими и сотрясаются в верхней части фундамента. Но одного этого метода недостаточно.
В дополнение к стальным рамам исследователи изготовили вертикальные тросы, которые обхватывают верхнюю часть каждой рамы у фундамента и ограничивают раскачивание. Кроме того, эти тросы обладают свойством самоцентрирования. Поэтому, когда тряска прекращается, тросы вытягивают все здание вверх. Последние компоненты состоят из сменных стальных предохранителей, размещенных между двумя рамами или у основания колонн.
-КАРТОННЫЕ ТУБЫ
Инженерные группы используют местные или легкодоступные материалы для создания сейсмостойких конструкций. Например, исследователи в Перу укрепили стены пластиковой сеткой, сделав традиционные конструкции более прочными.
В Индии инженеры использовали бамбук для укрепления бетона и добились успеха. В Индонезии некоторые дома стоят на кроватях, сделанных из старых шин, наполненных песком или камнем. Даже картон может стать прочным строительным материалом. Японский архитектор Шигеру Бан разработал множество конструкций из трубок полиуретанового картона. В 2013 году Бан представил один из своих проектов. В своей конструкции Бан использовал 98 гигантских картонных трубок, укрепленных деревянными столбами. Картонно-деревянная конструкция получилась очень легкой и гибкой. Во время сейсмических воздействий она работает лучше, чем бетон.
