Новые строительные технологии при борьбе с землетрясениями

           

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Вятский Государственный Университет»

(ФГБОУ ВПО «ВятГУ»)

Факультет строительства и архитектуры

Кафедра строительного производства

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

                                                        по дисциплине

«Технология и организация строительства в особых условиях»

на тему

«Новые строительные технологии при борьбе с землетрясениями»

 

 

 

Выполнил студент гр.ГСХ-51   _____________ / Тимшина О.Ю. /

        (подпись)

Проверил преподаватель кафедры СП:  _____________ / Кочурова А.Н. /

        (подпись)

 

 

 

 

Киров

2013

          Трагедия в Японии – землетрясение и последовавшее за этим цунами привело к огромному числу жертв – 13тысяч человек. Можно ли было уменьшить человеческую смертность от стихии? Пора подводить итоги и искать новые технологии по строительству сейсмоустойчивых домов. 
            Еще год назад ученый из Университета Колорадо Роджер Билхэм выступил с заявлением для прессы – урбанизация и рост населения к концу или даже к середине  XXI века приведет к появлению нового оружия массового уничтожения. Им станет... обыкновенный жилой дом. Свой, казалось бы, абсурдный на первый взгляд вывод ученый объясняет нежеланием властей и застройщиков возводить сейсмоустойчивые здания. А то, что появление новых людей потребует и новых зданий – сомневаться не приходится. Профессор Роджер Билхэм озвучивает цифру в один миллиард новых жилых объектов. Господин Билхэм предрекает, что в XXI веке и, возможно, очень скоро случится землетрясение, которое превзойдет по количеству жертв гаитянское землетрясение, о время которого погибло более 200 тысяч человек.  
             Произошедшая на Гаити в 2010 году трагедия вызвала шквал публикаций на тему того, как можно было бы избежать столь масштабной катастрофы.  Американский профессор Чак ДеМетс заявил, что если бы не безответственное строительство, огромного числа жертв можно было бы избежать. Бедные гаитяне жили в домах, которые, как картонные домики сложились при первых земных толчках. Если бы подобно гаитянскому землетрясение произошло в Калифорнии, говорит господин ДеМетс, то жертв было бы на порядок меньше. Эту мысль подтверждает следующий факт – во время землетрясения в Армении в 1988 году магнитудой почти 7 баллов погибло 25 тысяч человек, а в Калифорнии при аналогичных обстоятельствах всего 63 человека. Роль сейсмоустойчивых зданий для спасения жизни людей очевидна.  
             Пожалуй, один из самых интересных способов противостоянию землетрясениям предлагают французско-британские ученые-энтузиасты.  Они знают, как сделать так, чтобы здания становились невидимыми для  подземных содроганий земли. Идея, как сделать дом невидимым для землетрясения, заимствована из авиации. Проектируют же сегодня истребители, которые не улавливают радары. Американские военные самолеты частично отклоняют, частично поглощают «ищущие» сигналы радара. Ученые создали волнорез  из меди, пластика и других материалов, который отражает волны, возникающие во время землетрясения. При экспериментах ученые направили на свои волнорезы волны, частота которых была такой же, как и частота волн во время землетрясений. Волнорезы с успехом поглощали и рассеивали волны. Ученые вычислили, таким должен быть «волнорез», сделанный из пластика, меди и других материалов. «Волнорезы» должны рассеивать разрушительную энергию при землетрясениях. Во время испытаний на сооружения, защищенные данной конструкцией, направляли волны, схожие с сейсмическими. Кольцеобразные устройства рассеивали и поглощали волны, почти не впуская их внутрь. Если здания будут так защищены, то землетрясение перестанет быть катастрофой. Эта технология очень перспективна, и, скорее всего, именно она будет положена в основу строительства сейсмоустойчивых зданий в недалеком будущем.  
           Сегодня же применяют несколько другие способы строительства сейсмоустойчивых зданий. В частности, в Усть-Лабинске дома в четыре и пять этажей строят на фундаменте, который в обычных условиях предназначается для дома в девять этажей.  
           В Америке для борьбы со стихиями природы разработали эластичный бетон. В этот удивительный материал добавляются минералы, которые содержатся в морских раковинах. В эластичном бетоне под воздействием влаги - дождя или снега затягиваются трещины.  
           А в это время в Таджикистане сейсмоустойчивые здания строят из глины с добавлением древесины. Для этого изготавливается деревянная стойка, к ней крепятся нижняя и верхняя обвязочные балки. При поэтапном возведении стен из глины в конструкцию вплетаются ветки дерева, как правило, тутовника.  
          Один из способов строительства сейсмоустойчивых зданий был апробирован в Армении. В Ленинакане, ныне город Гюмри, ПО «Стройтехника» строила дома с использованием  специально разработанных  сборных конструкций, которые способны выдержать землетрясение в 9 баллов.  
          В целом же к сегодняшнему времени строительная отрасль выработала определенные аксиомы строительства сейсмоустойчивых зданий. В частности, при строительстве необходимо распределять массу и жесткость равномерно на всех участках здания. Необходима однородная и монолитная конструкция,  требуются антисейсмические швы, то есть  в два ряда несущие стойки или двойные стены. За счет этого дом как будто разрезается на независимые друг от друга отсеки, и разрушение одного отсека не приведет к разрушению всего дома. Для строительства в сейсмоопасной зоне подходят панельные блоки, сделанные в заводских условиях с применением вибрации. Кирпичные или каменные перегородки необходимо армировать по всей длине.  
         Фундамент играет огромную роль при строительстве, особенно в сейсмически опасной зоне.  Если создать «подушки» из полимерных материалов или бетона, то здание будет «скользить» во время землетрясения, не будет разламываться по линиям, где возникает наибольшее напряжение. Оптимальная форма домов в опасных зонах – прямоугольный, круглый, квадратный или шестиугольный дом. Строения, где одна сторона вытянута или здание, напоминающее своим видом раскрытую книгу,  в неблагоприятных с точки зрения сейсмологической ситуации, строить нельзя.  
       

 

Инновационная технология для строительства сейсмоустойчивых зданий и небоскребов

 

         Применение новой технологии в строительстве позволит существенно ускорить процесс возведения небоскребов, а также сможет обеспечить зданиям максимальную прочность и жесткость, повысив их устойчивость к порывам ветра и к землетрясениям. Сегодня группа специалистов ведет активную работу по совершенствованию уникальной технологии, и уже в самом скором времени ее планируется представить на мировом рынке. 

 

            Участие в проекте по созданию уникальной строительной технологии принимают такие известные специалисты, как руководитель университета Пердью Марк Боуман, а также Терри Боуэн, сотрудник лаборатории инженерных гражданских исследований крупного масштаба. Под их непосредственным руководством был разработан качественно новый тип стены ядра здания. Он представляет собой подобие "позвоночника", расположенного по вертикали, и проходящего сквозь центр высотного здания. Стена, таким образом, принимает на себя существенную часть нагрузки от общей массы конструкции здания, и обеспечивает ей возможность стойко противостоять различным воздействиям извне.  
     

   Типовые и стандартные стены ядра изготавливаются из железобетона, а форму заполняют бетоном, за один раз, таким образом, возводится сразу один этаж. Перемещение формы с этажа на этаж - это достаточно сложная, обязательно последовательная и крайне трудоемкая операция. Что касается возможностей новой системы, то в ней применяются инновационные модели сэндвич-панелей, изготовленных из листов стали, которые, в свою очередь, заполняются бетоном. Как считают разработчики технологии, даже полностью пустая и полая структура обладает достаточным запасом прочности для того, чтобы стойко выдерживать принимаемые нагрузки от возводимых этажей, причем, еще до заливки бетоном. Это, в свою очередь, существенным образом ускоряет процесс возведения высотного здания.  
        Тестовые испытания на практике технология уже успешно прошла в Великобритании, впрочем, не в сегменте возведения сейсмоустойчивых зданий, и даже не в сегменте высотного строительства. 

      Однако в настоящее время разработчики выражают уверенность - технология вполне может использоваться и в процессе строительства небоскребов, к примеру, в американском Чикаго, либо в городах Западного побережья США. Прототип для тестовых испытаний уже есть - разработчики возвели уменьшенную в размерах стену ядра с применением строительной спецтехники. Высота модели составляет примерно 30 футов, что соответствует пяти этажам.  
         В качестве имитации внешних воздействий, возникающих в условиях сильных порывов ветра, а также при землетрясений, исследователи и разработчики уже выбрали достаточно мощное и современное гидравлическое оборудование. Такой вариант предоставит им возможность получить максимально полное представление о том, насколько может быть упруга и пластична система, и насколько она может быть устойчива к деформации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sky Tree: самая сейсмоустойчивая конструкция в мире

 

         Недавно было завершено строительство одного из самых высоких зданий в мире – Токийской телевизионной башни со смотровой площадкой, которая получила название Sky Tree. Эта 634-метровая башня почти в два раза превосходит по высоте ранее построенные в Японии телевизионные вышки. Этот проект – поистине технологический подвиг разработчиков, если учесть, что стоит вышка в самом центре зоны прошлогоднего землетрясения.

           По словам компании-проектировщика Nikken Sekkei, вышка Sky Tree была разработана по последнему слову техники. В проектировании этой самой сейсмоустойчивой в мире башни приняли участие более 100 опытных архитекторов и инженеров. Строение имеет узкую, почти игольчатую форму и соотношение высоты и ширины 9 : 1. Основание здания в поперечном сечении представляет собой равносторонний треугольник со сторонами 68 метров, который по мере увеличения высоты превращается в цилиндр.

          Прежде чем начать проектировать такое высокое здание, компания Nikken Sekkei запустила на высоте 3200 метров метеозонд, который собирал данные о скорости и боковой силе ветра. Компания также изучила в мельчайших деталях состав земной коры на глубине до 3 километров. Такой уровень детализации позволил провести более точное компьютерное моделирование «поведения» строительной конструкции при землетрясении.

        Вся конструкция Sky Tree опирается на очень прочные стальные трубы диаметром 2,3 метра и толщиной 10 см, находящиеся в основании башни. Они расположены в массиве треугольных ферм с тройниковым соединением – тип соединения, который больше свойственен конструкции нефтяных платформ.

       За основу механизма контроля вибрации разработчики взяли принцип строительства традиционной пятиэтажной японской пагоды. На протяжении веков сотни таких деревянных конструкций выдерживали землетрясения и тайфуны, и, как утверждает Nikken Sekkei, ни одна пагода не рухнула. Центральная колонна контроля вибрации в Sky Tree соединена с ядром и окружающей стальной конструкцией с помощью эластичного демпфера.

           Дополнительная устойчивость здания обеспечивается за счет настраиваемого демпфера массы – системы демпфирования, которая в случае землетрясения движется «в такт» со структурой здания и удерживает, насколько это возможно, центр тяжести в основании башни. Фундамент состоит из трех железобетонных опор, которые уходят под землю на глубину 50 метров.

 

 

 

Описанные технологии позволяют противостоять землетрясениям. Очевидно, что в ближайшее время человечеству предстоит разрабатывать и новые технологии и строительные материалы, которые бы сделали пребывание в домах даже при сильном землетрясении, безопасным.