Болат құрылымдар сейсмикалық аймақтарда жоғары жұмыс істеуімен танымал, өйткені олардың табиғи икемділігі, беріктігі және сейсмикалық энергияны шашып жіберу қабілеті бар. Сейсмикалық әрекеттен туындайтын күштер ғимараттар мен инфрақұрылымдарға катастрофалық зиян келтіретін сейсмикалық аймақтарда болат құрылымдардың жобалауы қауіпсіздікті, төзімділікті және жер сілкінісінен кейінгі жұмыс істеуін ойластыруы керек. Бұл мақала жоғары сейсмикалық аймақтардағы болат құрылымдардың негізгі жобалау принциптерін, заманауи сейсмикалық нормалардың талаптарын және сейсмикалық өнімділікті жақсартатын инновациялық әдістерді зерттейді.
Пластиктілік — болат құрылыстардың сейсмикалық жобалауының негізгі тұғыры. Пластиктілік дегеніміз материал немесе құрылымның басты беріктігін жоғалтпай пластикалық (тұрақты) деформациялану қабілеті. Жер сілкінісі кезінде пластикті құрылым бақыланатын пластикалық емес деформация арқылы сейсмикалық энергияны жұтады және шашыратады, бұл қатты сынудың алдын алады. Болат өзіне тән пластикалық қасиетке ие, әсер ету мен созылу беріктігінің жоғары қатынасы және ұзару қасиеттерінің үлгерімі сейсмикалық мақсаттар үшін оны идеалды қылады. Пластиктілікті максималдандыру үшін болат құрылымдарда артық жүктеме жолдары жобаланады, бұл құрылымның компоненті істен шыққан кезде күштерді қайта таратуына мүмкіндік береді. Мысалы, моментке төзімді рамалар (MRF) жиі сейсмикалық жобалауда қолданылады, себебі олар тіректер мен бағандардың иілу деформациясы арқылы жанама жүктемелерге төзеді, ал олардың байланыстары элементтердің өзінен бұрын аққыштыққа түсуі үшін жобаланады.
Энергияны шашырату сейсмикалық жобалаудағы тағы бір маңызды принцип. Жердің тербелісі жер сілкінісі кезінде сейсмикалық энергияны туғызады, және құрылыс осы энергияны шашыратуы керек, бұл үлкен зақымдануды болдырмау үшін. Болат құрылыстар болат элементтер мен қосылымдардың қабылдауы, болтты қосылыстардағы үйкеліс және энергия шашырататын құрылғыларды (ЭҚ) қолдану арқылы сейсмикалық энергияны шашыратады. Сейсмикалық энергияны жұтатын, негізгі құрылымдық элементтерге берілетін күштерді азайтатын, сияқты шайбалар сияқты энергия шашырататын құрылғылар құрылысқа енгізіледі. Болат құрылыстарда қолданылатын ЭҚ-ның мысалдары тұтқырлы шайбалар, үйкелісті шайбалар және бүгеуінен шектелген тіректер (БТТ) болып табылады. Бүгеуінен шектелген тіректер ерекше тиімді, өйткені олар жанама қаттылық пен энергия шашыратуды қамтамасыз етеді, созылу мен сығылуда бүгеусіз жұмыс істейтін негізгі бөлігі бар.
Биік сейсмикалық белдеулердегі болат конструкциялар үшін жанама жүктемелерге төзімділік маңызды, өйткені жер сілкіністері айқайлау мен аударып тастауға әкелетін горизонталь (жанама) күштер туғызады. Болат конструкцияның жанама жүктемелерге төзімді жүйесі осы күштерге төтеп беруге және конструкциялық бүтіндікті сақтауға бағытталуы керек. Болат конструкциялар үшін кең тараған жанама жүктемелерге төзімді жүйелерге моментке төзімді рамалар, шарықтаумен нығайтылған рамалар және қиюлы қабырғалар жатады. Моментке төзімді рамалар жанама жүктемелерге төтеп тұру үшін арқалықтар мен тіреулердің иілу беріктігіне және олардың байланыстарының қаттылығына сүйенеді. Шарықтаумен нығайтылған рамалар диагональды шарықтау элементтерін пайдаланып, жанама күштерді фундаментке тасымалдайды, мұнда шарықтау элементтері созылу немесе сығылу элементтері ретінде жұмыс істейді. Қиюлы қабырғалар, жиі болат пластиналардан немесе композит материалдардан жасалады, жоғары жанама қаттылық пен беріктік қамтамасыз етеді, сондықтан олар биік сейсмикалық белдеулердегі биік ғимараттар үшін қолайлы.
Қазіргі сейсмикалық нормалар, мысалы Америка Құрама Штаттарындағы Халықаралық ғимараттық норма (IBC), Еуропадағы Eurocode 8 және Жапониялық ғимараттық норма, жоғары сейсмикалық аймақтарда болат құрылымдарды жобалауға қатысты егжей-тегжейлі талаптарды белгілейді. Бұл нормалар ғимараттарды олардың иелік санаты мен аймақтағы сейсмикалық қауіпке сәйкес жіктеу арқылы, пластиктілік, беріктік және энергияны шашырату үшін ең төменгі жобалау критерийлерін анықтайды. Мысалы, IBC жоғары сейсмикалық аймақтардағы болат құрылымдарды екі деңгейлі сейсмикалық жүктемемен жобалауды талап етеді: Жобалау Негізіндегі Жер Сілкінісі (DBE) және Ең Көп Шектелген Жер Сілкінісі (MCE). Құрылым DBE әсерінде серпімді болып қалуы керек және MCE әсерінде серпімсіз пластикалық деформация арқылы энергияны шашыратуы керек, бірақ құлдырауға болмайды. Сейсмикалық нормалар құрылымның динамикалық жауабын егжей-тегжейлі талдауды, соның ішінде модалды талдау мен жауап спектрінің талдауын қоса алғанда, оған қарсы тұра алатындай етіп жасау үшін талап етеді.
Болат құрылымдардың сілкініс төзімділігін жақсарту үшін үнемі жаңашыл әдістер әзірленіп жатыр. Біріншісі, болаттың пластинкалылығын бетонның қаттылығымен үйлестіретін алдын-ала дайындалған темірбетонды және болатты композитті құрылымдарды қолдану. Мысалы, композитті арықтар болаттың қаптамасын бетонмен жабу арқылы жасалады, соның арқасында жанама қаттылық артады және жер сілкінісі кезінде астыңғы қабаттың тербелісі азаяды. Екінші жаңашылық болаттың өзі орталандыратын каркастардың жобасы, олар жер сілкінісінен кейін құрылымның бастапқы орнына қайтуын қамтамасыз ететін кернеулі қосылыстарды қолданады, бұл қалдық деформацияны азайтады. Өзі орталандыратын каркастар сілкініс энергиясын жұтатын құрылғыларды енгізеді, ал кернеулі арқалар қалпына келтіру күшін қамтамасыз етеді. Бұл технология сілкініс төзімділігін ғана емес, сонымен қатар жер сілкінісінен кейін жөндеу шығындарын және тоқтату уақытын да азайтады.
Жоғары сейсмикалық белдеулердегі болат конструкциялардың мысалдары осы жобалау принциптерінің тиімділігін көрсетеді. Әлемдегі ең биік тұрғызылған тарату мұнарасының бірі болып табылатын Токио Скайтри Японияның жоғары сейсмикалық аймағында орналасқан. Мұнараның болаттан жасалған құрылымы моментті шыдамды рамалар мен арматуралы рамалардың комбинациясын қолданады және энергияны шашырататын құрылғылар жобаға интеграцияланған. 2011 жылғы Тохоку жерсілкінісі кезінде Токио Скайтри минимальды зақымданған, бұл оның үздік сейсмикалық өнімділігін көрсетеді. Екінші мысал — Сан-Франциско қаласындағы Salesforce Tower, ол сығылуға төзімді арматуралы болаттан жасалған моментті шыдамды рама көмегімен жерсілкіністерге төзуге құрылған. Мұнараның инновациялық жобасы сейсмикалық оқиғалар кезінде тербелісті азайту және пайдаланушыларға ыңғайлылықты арттыру үшін тиімді массалық демпферді қамтиды.
Болат конструкциялардың жер сілкінісіне қарсы өнімділігін қамтамасыз ету үшін сапа басқару және құрылыс тәжірибелері де маңызды. Болат элементтерді дайындау кезінде қатаң сапа стандарттарына бағыну қажет, ал пісіру жұмыстары қажетті беріктік пен серпінділікке сай болуы үшін әрінесіздік сынақтары арқылы тексерілуі тиіс. Объектідегі жинақтау жұмыстары білікті мамандар орындауы керек, ал қосылыстар жүктемені дұрыс беру үшін белгіленген момент мәндеріне сәйкес бекітілуі тиіс. Сонымен қатар, ғимараттың фундаменті жер сілкінісі күштеріне төтеп бере алатындай етіп жобалануы, болат тірегі фундаментке көтерілу немесе сырғанау болмау үшін жеткілікті анкерленуі қажет.
Қорытындылай келе, жоғары сейсмикалық аймақтардағы болат конструкциялардың жобасы қозғалтқыштық, энергияны шашырату, жанама жүктемелерге төзімділік және сейсмикалық нормаларға сәйкестікті біріктіретін толық қамтитын тәсілді талап етеді. Болаттың тән қасиеттерін пайдалана отырып және инновациялық жобалау әдістерін қабылдау арқылы инженерлер жер сілкінісі күштеріне төзе алатын, қауіпсіз және төзімді ғимараттар жасай алады. Сейсмикалық қауіп-қатерлер әлемдік деңгейде қолдан қауіп төндіре берген сайын, сейсмикалық жобалаудағы үздіксіз зерттеулер мен дамыту жұмыстары болат конструкциялардың өнімділігін одан әрі арттырады, жер сілкінісі болуы мүмкін аймақтардағы қауымдастықтардың қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.
EN
