העובדה שפלדת מתעortion ולא נשברת הופכת אותה לחומר מעולה לתחומי פעילות של רעידות אדמה. חומרים שבירים פשוט נסדקים כשנמצאים תחת מתח, אך פלדה למעשה מתארכת וסופגת את אנרגיית התנועה דרך מה שמהנדסים מכנים ייבוא מבוקר. בעיצובים המודרניים של בניינים מנצלים תכונה זו באמצעות שימוש במערכות כמו מסגרות עמידות למומנט ומערכות תقوות אקסצנטריות שמפזרות את הכוחות כאשר האדמה נעה. קחו למשל מערכות בידוד בסיסיות, שהן מותקנות בין הבניין לבין יסודו. הוכח כי הן מקטינות את התנועה הצידית בכ-75% באזורים הנוטים לרעידות אדמה, כגון יפן וחלקים של קליפורניה, שם בניינים רבים שרדוו רעידות עזות בזכות חדשנות זו.
מסגרות פלדיניות יכולות לספוג ולפזר אנרגיה בזמן רעידות אדמה, וכך מונעות מהן לקרוס בבת אחת. עקרון הריבוד אומר שמבנים צריכים לכלול מסלולי תמיכה נוספים, כך שהמבנה כולו נשאר עומד גם אם חלקים منه נפגעים. לפי מחקר שפורסם במסמך P-750 של FEMA, לבניינים שבנויים עם מסגרות פלדה גמישות יש סיכוי נמוך בכ-33% לקריסה בהשוואה לבניינים שבנויים מבלוקים קשיחים. רשת ביטחון מסוג זה הופכת להיות חשובה במיוחד באזורים לאורך טבעת האש של האוקיינוס השקט, בהם מבנים עוברים שוב ושוב מבחני רעידות מאוחרות לאחר רעשים עיקריים.
| קריטריונים | מבני פליז | מבני בטון |
|---|---|---|
| משקל | קליל יותר ב-60% | כבד, מגדיל עומס סייסמי |
| תיקון | נזק מקומי; תיקון קל | כשל קטסטרופלי שכיח |
| פִּזּוּר כּוֹחַ | גבוה (באמצעות התכווצות) | נמוך (שבירה שברירית) |
הטבע הקל של הפלדה מפחית את כוחות ההתמד במהלך רעידת האדמה, בעוד הקשיחות של הבטון גורמת לרוב נזקים יקרים ובלתי ניתנים לתיקון. הערכות לאחר רעידת אדמה בטורקיה (2023) הראו שבניינים מסגרת פלדה ספגו עלויות תיקון נמוכות ב-40% בהשוואה לאלו שמבניין בטון.
ה FEMA P-750 הנחיות מאששות את עליונות הפלדה, ומראות שמסגרות דוקtiles מעוצבות נכון מורידות את הסיכוי לקריסה ממקרה אחד ל-50 למקרה אחד ל-167 ברגעים עיקריים. זה תואם לקודים עולמיים כמו ASCE 7-22, שממקמים בראש עדיפות את יכולות הפלדה של כיבוי היסטרי במהלך תשתיות קריטיות באזורים בעלי פעילות סייסמית.
בניינים עמידים לרעידות אדמה של ימינו משתמשים לעתים קרובות במה שנקרא עיצוב מבוסס ביצועים, או בקיצור PBD. גישה זו מבטיחה שהמבנים יוכלו באמת לפעול כנדרש כאשר פוגעות רעידות, לעמוד בדרישות בטיחות מסוימות ולשמור על הפעלה חלקה של התפעול. תקני בנייה מסורתיים רק מדריכים מהנדסים מה לעשות צעד אחר צעד, אך PBD נוקט זווית שונה. הוא בוחן עד כמה נזק ניתן להסכמה במהלך רעידות אדמה, תוך שמירה על יכולת התפקוד התקינה של הבניין. חשבו על מקומות כמו בתי חולים, שבהם נדרשת טיפול גם לאחר התרחשות רעידת אדמה, או מרכזי נתונים שעליהם לשמור על שרתי מידע פעילים ללא תלות במצב החיצוני. מחקרים של מספר חברות הנדסה מצביעים על כך ש применение PBD יכול להפחית את עלות התיקונים בכ-40 אחוז בהשוואה לטכניקות ישנות יותר. החיסכון מגיע מבחירת חומרים חכמה יותר שאינה מחליקה על הבטיחות, מה שמרשים למדי בהתחשב בסיכון הרב המלווה אירועים סייסמיים.
הדרך בה מבנים מתמודדים עם כוחות רעידת אדמה תלויה מאוד בקיום נתיבי עומס רציפים מהגג ועד לרמה של היסודות. מבני פלדה עונים על דרישה זו בעיקר באמצעות מסגרות שמתנגדות למומנטים, יחד עם קירות גזירה הממוקמים בנקודות מרכזיות לאורך המבנה, על מנת לשלוט בתנועות צידודיות. במיוחד בבניינים גבוהים, יש עניין גובר בגישות היברידיות, בהן מסגרות תומכות מסורבות פועלות בשילוב עם קירות גזירה מפלטות פלדה. שילובים אלו יכולים להגביר את הקשיחות המבנית בין 25% ל-35%, מה שמייצר הבדל משמעותי במהלך רעידות אדמה חזקות. חשוב מאוד לשים לב לפרטים הנכונים, שכן טעויות קטנות באיך שהרכיבים מחוברים זה לזה עלולות לפגוע ביעילותם כאשר מתרחשת פעילות סיסמית אמיתית.
עיצוב סיסמי יעיל מאוזן בין שלושה עקרונות:
הדוקטיליות המובנית של פלדה מאפשרת עיוות פלסטי מבוקר בחיבורים, ספיגת אנרגיה סיסמית ללא כשל פתאומי. ניתוח משנת 2023 של מבנים שתוכנתו מחדש גילה כי שילוב של רęמי עמידות בפני כשל מרוכך משפר את הפיזור של האנרגיה ב-50% בהשוואה לעיצובים קונבנציונליים.
תכונות מתקדמות כמו חלקים להחלפת퓨וזים בהחלט מחזקות מבנים נגד רעידות אדמה, אך כשליש משופטי הבניין עדיין מתנגדים בגלל שהם רואים בכך הוספת עלויות לא חייבות. עם זאת, בהתחשב בתמונה הגדולה, מחקר על עלויות מחזור חיים מציג ממצא מעניין לגבי השקעה מתאימה בפרטים עמידים בפני רעידות אדמה בבניינים מפלדה. המספרים מצביעים על כך ששקיעת כסף נוסף בהתחלה יכולה לחסוך פי ארבעה בהמשך, כאשר אין צורך בשיקום מהותי לאחר רעידת אדמה. זה יוצר טיעון חזק לפיתוח דרכים סטנדרטיות לחישוב היתרונות הללו, כדי שמהנדסים ובעלי תפקידים קובעי תקציב יוכלו לבסוף לדבר בשפה משותפת בנוגע למה שבאמת חשוב בפרויקטי בנייה.
מבני פלדה מסתמכים על חיבורים וחיבורי עמודים שתוכננו במדויק כדי לשמור על שלמותם במהלך אירועים סיסמיים. מסגרות שמתנגדות למומנט עם חיבורי קורה-עמוד קשיחים מפזרות כוחות באופן אחיד, בעוד שפירוט מחוזק בנקודות החיבור מונע כשלים מקומיים. חיבורי פלדה בעלי פירוט תקין מקטינים את עלות התיקונים לאחר רעידת אדמה ב-40% בהשוואה לעיצובים קונבנציונליים.
כעת חיבורים ברגים מתקדמים כוללים ממשקים רגישים להחלקה וברגים חזקים עם מתיחה מוקדמת, המאפשרים תנועה מבוקרת ללא עיוות קבוע. תצורות היברידיות של חיבורים ברגים ובלחמה משלבות מהירות בהרכבה עם עמידות סיסמית, ומשיגות התקנת בנייה מהירה ב-25% תוך עמידה בדרישות הביצועים ASCE 7-22.
שדרוג משנת 2022 של הצומת של קליפורניה I-395 החליף חיבורים שברירים מסוג פין ותלייה במערכות תקרות תיבות מפלדה המשתמשות בחיבורים דוקtiles בעלי יכולת ספיגת אנרגיה. הפרויקט стоимостью 85 מיליון דולר עמד בהצלחה בפני שבעה רעידות אפרוף בגודל 4.0 ומעלה בשנת 2023 ללא כל נזק מבני, מה שמראה את יחס העלות-תועלת של שדרוגי פלדה מתקדמים בתשתיות קריטיות.
מפחיתי חיכוך מסוג פאל המותקנים במחיזרים בצורת V סופגים עד 35% מהאנרגיה הסיסמית בבניינים בני קומות רבות. כאשר הם משולבים עם מפחיתי ויסקו-אלסטיות בקיר הליבה, מערכות אלו מפחיתות את ההסטה בין הקומות ב-50–70%, על פי נתוני מבחני רעידות מבנה ממוסדות מחקר מובילים.
בניגוד לאבזמים קונבנציונליים שנכשלים באופן פתאומי בכפיפה, אבזמי עמידה בפני כשל buckling (BRBs) משתמשים בלבבות פלדה כלואות בצינורות ממולאים בבטון. עיצוב זה מגדיל את יכולת הפיגור של האנרגיה ב-300%, תוך שמירה על לולאות היסטארזה יציבות, כפי שמאושר בהנחיות FEMA P-795.
הטיפוס בן 55 הקומות של טוקיו, טוראנאמון-אז budai, משתמש ב-dampers מסה מתוונים של 1,200 טון, הפועלים במקביל עם damped-walls ויסקוזיים. גישה היברידית זו הגיעה לצמצום שיא של 60% בתנודות רוח ורעידות אדמה במהלך סופת הטייפון ננמדול בשנת 2023.
מעל 78% מהסקרים המבוססים על שלד פלדה שנבנו מאז 2020 באזורי רעידה כוללים סוג כלשהו של טכנולוגיית דämpינג, בהשוואה ל-42% ב-2010. שוק הדämpרים הסיסמי העולמי צפוי להגיע ל-4.2 מיליארד דולר עד 2028, בשל תקנים מחמירים יותר במדינות בעלות סיכון גבוה לרעידות אדמה.
ספיגות זיכרון צורה של ניקל-טיטניום, הידועות כ-SMAs ניקל-טיטניום, משנות את הדרך בה אנו בונים מבנים מפלדה עמידים לרעידות אדמה, מכיוון שהן יכולות לחזור לצורתן המקורית לאחר התעוות. כשבניינים רועדים בזמן רעידות אדמה, חומרים מיוחדים אלו סופגים חלק מהאנרגיה ואז חוזרים למקומם כשהכול שוקע, מה שפירושו פחות נזק קבוע בסך הכול. מחקרים מראים כי כאשר מהנדסים משולבים טכנולוגיית SMA בחיבורי עמודה- קורה, החיבורים הללו יכולים לסבול כ-12 אחוז יותר כוח אופקי מאשר חיבורי פלדה רגילים. מה שעושה אותם באמת מעניינים הוא היכולת שלהם להגיב לשינויי טמפרטורה, מה שמאפשר לחלק מסוים של בניינים לתקן את עצמם באופן עקרוני לאחר נזק קל. זה מטפל באחד מהנקודות החלשות הגדולות ביותר במבנים הנמצאים קרוב לקווי פגם פעילים.
מסגרות פלטינה שתוכננו למרכז עצמאי כוללות בדרך כלל כבלים מודבקים מראש או קרשים עם דämping חיכוך, אשר עוזרים לבניין לחזור למצבו המקורי לאחר רעידת אדמה. הטכנולוגיה מקטינה משמעותית את הסטייה השארית, עד כ-80% בחלק מהמקרים, כך שהבניינים לא נוטים כמו שאנו רואים לעתים קרובות בשיטות בנייה ישנות יותר. לדוגמה, בשנה שעברה, ביפן, מהנדסים בדקו גישה זו על בניין בן 40 קומות בטוקיו. לאחר רעידת אדמה, המבנה כמעט ולא זז והיה ניתן לשימוש בכ-92% מהיכולת שלו לפני האירוע. ביצועים מסוג זה הגיוניים בהתחשב בתקנים בנייה עכשוויים שמושם דגש בהם לא רק על שמירת מבנים עומדים אלא גם על החזרת האנשים פנימה במהירות לאחר אסונות, ולא רק על מניעת קריסה מלאה.
שימוש בחלקים ניתן להחלפה שסופגים אנרגיה במהלך רעידות אדמה, כמו מחזורי כפיפה מוגבלים במיוחד או קצות קרשים זבוחים, מאפשר לרכז את התיקונים באזורים ספציפיים לאחר התרחשות רעידה. חשבו על כך כמו על קופסת퓨וזים בביתכם – החלקים הללו נושאים את המכה של הנזק, ולכן ניתן להחליף אותם תוך כשני ימים, במקום לחכות שבועות ואפילו חודשים לתיקונים מסורתיים. לרוב הבניינים המודרניים יש בין רבע לשליש מהמערכות התומכות בצדדים מורכבות מרכיבים ניתן להחלפה, ועדיין שומרים על יציבות מבנית בכל הבניין. גישה זו חוסכת זמן וכסף כאשר פורצת אסירת מזלה, מכיוון שהמהנדסים אינם צריכים להרוס חלקים שלמים רק כדי לתקן את מה שנפגע.
מערכות של פלדה שמתאוששת עצמאית מגיעות עם תג מחיר גבוה ב-18 עד 22 אחוז לעומת האפשרויות המסורתיות במבט ראשון. אך כאשר בוחנים מה קורה לאורך זמן, מחקרים מראים שעלות התפעול יורדת בכ-40% לאורך חמישים שנה. יש שטוענים שהעלות הנוספת הזו בהתחלה עוצרת את ההתקדמות באזורים עניים יותר, בהם הכסף חשוב ביותר כבר בהתחלה. מצד שני, חברות ביטוח מתחילות להעניק הנחות בין 15 ל-20 אחוז לבניינים שמוקמו עם חומרים חכמים אלו, משום שהם פשוט מקטינים סיכונים בצורה טובה יותר. הייתה דיון נרחב לאחרונה על עדכון תקני בנייה כדי לחייב טכנולוגיה שכזו באזורי רעידות אדמה, גם אם זה אומר לשלם יותר בהתחלה. השאלה נשארת האם היתרונות הבטיחותיים שוקלים את השיקולים הפיננסיים במיקומים הקריטיים הללו.
הערכות סיכון רעידות האדמה של היום ממיינות אזורים לקטגוריות סיכון שונות בהתבסס על תחזיות של תנועת הקרקע והקלטות של רעידות אדמה מהעבר. כשנוגעים במקומות עם סיכונים חמורים, כמו הפault סאן אנדריאס המפורסם של קליפורניה או אזור ההתפרצות הוולקנית הפעיל סביב אינדונזיה, הידוע כ'טבעת האש', רוב המהנדסים נוטים להעדיף בנייה מפלדה מאחר שהיא מתעortion טוב יותר וסופגת הלם ביתר יעילות. מחקר חדש משנת 2024 חשף גם דבר מעניין – מבנים מסגרת פלדה שتقועים באזורים שנקראים 'אזור 4', שבהם רעידות אדמה מתרחשות najczęściej, ספגו כ-40 אחוז פחות נזק בהשוואה לבניינים דומים מבלוקים, כאשר נבדקו מול רעידות אדמה מדומות בעוצמה 7. כל הממצאים הללו משפיעים בפועל על בחירת החומרים בבניית פרויקטים. כבר ראינו למעשה קפיצה בשימוש בפלדה בכ-18 אחוז מדי שנה בערים גדולות כמו טוקיו ולוס אנג'לס, מאז תחילת העשור.
רעידות האדמה בטורקיה-סוריה בשנת 2023 (7.8M) חשפו פגמים קריטיים בבנייה שמבוססת בעיקר על בטון, כאשר 92% מהבניינים שנקרסו השתמשו בקירות תקרה לא דוקטיילים מלבeton. לעומת זאת, רעידת האדמה טוהוקו ביפן בשנת 2011 (9.1M) הדגימה את עמידות הפלדה – רק 0.3% מהגורדי השחקים המסגרתיים בSendai נדרשו להריסה. ליקוחי מפתח:
כלכלות חדשות מתמודדות עם אתגרים ייחודיים, תוך שיווי משקל בין תקציבים מוגבלים לבין דרישות בטיחות סיסמית. גישה כלכלית משלבת:
סקירה משנת 2023 של מערכות דämpינג חכמות מדגישה כיצד מדינות מתפתחות כמו צ'ילה ונפאל יישמו כרגע מחזורי כפיפה מגבילים מפלידת פלדה בשיטת מוכrones, ובמחיר הנמוך ב-60% מהמערכות המסורתיות. שיטה זו מאפשרת לערים כמו קטמנדו לשדרוג מעל ל-150 מבנים קריטיים מדי שנה, תוך שמירה על 85% מהميزanine הבנייה המקורי.
פלדה מועדפת בשל ניובו הגבוה והיכולת שלה לספוג ולפזר אנרגיה במהלך אירועים סייסמיים, וכך למנוע קריסה ולמזער נזקים.
מבני פלדה קלים ב-60% יותר, קלים יותר לתיקון, ופוזרים אנרגיה טוב יותר מאשר בטון, אשר לעיתים קרובות סובל מנזק שאינו ניתן לתיקון.
חיבורים מתקדמים כגון חיבורים בבורג וחיבורים לולדים מבטיחים שלמות תחת לחץ, ומשפרים עמידות במהלך רעידות אדמה ואחריהן.
חומרים חכמים כמו סגסוגת זיכרון צורה מספקים יכולת שיקום עצמית, מקטינים את הצורך בשיפוץ ארוך-טווח ומשפרים את שלמות המבנה.
זכויות יוצרים © 2025 על ידי Bao-Wu(Tianjin) Import & Export Co.,Ltd. - מדיניותICY
EN
