EN
Ключевые сейсмостойкие системы в современных стальных каркасных зданиях
Стальные раскосные фермы: раскосы, предотвращающие потерю устойчивости, по сравнению с традиционными раскосами
Сегодня стальные здания всё чаще оснащаются гибкими центрально сжатыми раскосами (BRB) как более эффективным решением для противодействия землетрясениям. Обычные системы раскосов при сжатии, как правило, разрушаются мгновенно и одновременно, тогда как BRB работают иначе: они включают гибкий стальной элемент, помещённый внутрь стальной трубы, заполненной бетоном. Такая конструкция предотвращает общее обрушение и позволяет материалу предсказуемо изгибаться вперёд-назад во время сейсмических колебаний. Испытания показали, что эти специальные раскосы поглощают примерно в восемь раз больше энергии землетрясения по сравнению со стандартными. Результат? Здания остаются стоять даже после сильных землетрясений и требуют значительно меньшего объёма ремонтных работ после них. По некоторым оценкам, при правильной установке BRB расходы на ремонт снижаются на 30–40 %.
Эксцентрично-раскреплённые каркасы и болтовые сдвиговые связи как диссипативные элементы
В эксцентрично-связанных каркасах (EBF) инженеры устанавливают болтовые сдвиговые связи под углом между балками и колоннами. Эти элементы действуют как жертвенная защита, повреждающаяся в первую очередь во время сейсмических событий. При землетрясениях сдвиговые связи деформируются контролируемым образом, принимая на себя основное воздействие, чтобы основной несущий каркас оставался неповреждённым. Исследования показывают, что здания с системами EBF демонстрируют примерно на 60 % меньшее остаточное перемещение после сотрясения по сравнению с традиционными каркасами с моментными соединениями. Особую ценность этой системы обеспечивает тот факт, что повреждённые сдвиговые связи можно просто открутить и быстро заменить. Для объектов, функционирование которых должно продолжаться даже после стихийных бедствий — например, больниц или центров экстренного реагирования — это означает значительно более быстрое восстановление работоспособности. Возможность ремонта вместо полной реконструкции целых зданий представляет собой важное преимущество при проектировании устойчивых стальных зданий для обеспечения их долгосрочной эксплуатационной надёжности.
Практическая проверка: поведение зданий со стальным каркасом при сильных землетрясениях
землетрясение в Мауле (Чили, 2010 г.): незначительные повреждения в зданиях со стальным каркасом, построенных в соответствии с нормативными требованиями
Когда в Чили произошло мощное землетрясение магнитудой 8,8 по шкале Рихтера в регионе Мауле, здания со стальным каркасом, построенные в соответствии с современными сейсмическими нормами, продемонстрировали неожиданно высокую устойчивость. Согласно оценке Управления по чрезвычайным ситуациям США (FEMA), проведённой после землетрясения, большинство стальных конструкций, возведённых с соблюдением строительных норм, фактически получили лишь незначительные повреждения несущих элементов. Повреждения затронули, в основном, перегородки, потолки и другие элементы, не играющие ключевой роли в обеспечении устойчивости здания. Сталь обладает удивительным свойством — она способна изгибаться и деформироваться без полного разрушения. Именно поэтому многие из этих зданий остались вертикальными и пригодными к эксплуатации даже во время столь сильного землетрясения. То обстоятельство, что большинство occupants могли сразу же после окончания колебаний продолжить свою обычную деятельность, наглядно демонстрирует высокую эффективность современных методов строительства из стали в плане защиты людей и сохранения нормального функционирования объектов в условиях стихийного бедствия.
землетрясение в Кумамото (Япония) 2016 года: быстрый ремонт и заменяемость на практике
После сильных землетрясений в Кумамото в 2016 году (по японской шкале — 7 баллов) стальные здания продемонстрировали высокую способность к быстрому восстановлению. Архитектурный институт Японии провёл соответствующий мониторинг и выявил интересную закономерность: стальные конструкции, собранные на болтах вместо сварки, а также те, в которых использовались модульные элементы — например, заменяемые связи на сдвиг — ремонтировались значительно быстрее, чем соседние бетонные здания. Согласно некоторым отчётам, срок их восстановления составлял примерно половину времени, необходимого для ремонта бетонных аналогов. Ключевое преимущество здесь заключается в том, что стальные конструкции позволяют инженерам точно определить места повреждений и заменить лишь конкретные элементы, не прибегая к полному демонтажу здания. Это означает меньшую продолжительность простоев для бизнеса и сообществ, а также снижение затрат на восстановление в долгосрочной перспективе.
Устойчивость на протяжении жизненного цикла: баланс между первоначальными инвестициями и долгосрочной ценностью стальных конструкций
Стальные здания обеспечивают реальную экономию средств в долгосрочной перспективе, помимо того, что они являются более безопасными конструкциями. Конечно, первоначальные затраты могут быть выше по сравнению с традиционными строительными материалами, однако следует учитывать долгосрочные преимущества. Сталь практически вечна: она не гниёт, не подвержена коррозии и не повреждается насекомыми. Большинство стальных конструкций способны прослужить полвека и более при минимальном техническом обслуживании. При землетрясениях стальные здания также демонстрируют лучшую устойчивость: их конструкция позволяет им изгибаться, не разрушаясь во время толчков, что в целом снижает степень повреждений. Это означает меньшие расходы на восстановление после стихийных бедствий и более быстрое возобновление эксплуатации зданий. Исследования, анализирующие совокупные затраты за десятилетия, неоднократно показывают, что стальные решения обходятся на 20–30 % дешевле бетонных. Почему? Потребность в ремонте возникает реже, модернизация при необходимости осуществляется проще, срок полезного использования значительно дольше, а кроме того, старую сталь можно переработать, а не отправлять на свалку. Умные собственники недвижимости уже осознают это. Они рассматривают сталь не просто как строительный материал, а как инвестицию, превращающую защиту от землетрясений в реальную экономию денежных средств на всём протяжении срока службы здания.
Раздел часто задаваемых вопросов
Что такое распорки с ограничением потери устойчивости (BRB)?
BRB — это конструктивные элементы, используемые в стальных зданиях для сопротивления землетрясениям. Они состоят из гибкого стального элемента, расположенного внутри стальной трубы, заполненной бетоном, что предотвращает обрушение и поглощает сейсмическую энергию.
Как работают эксцентрично-раскреплённые каркасы (EBF)?
EBF используют болтовые сдвиговые вставки между балками и колоннами, которые действуют как жертвенная часть при землетрясениях. Они деформируются контролируемым образом, защищая основной несущий каркас.
Почему стальные здания более устойчивы к землетрясениям?
Стальные здания обладают гибкостью, позволяющей им изгибаться без разрушения во время толчков. Это приводит к меньшему повреждению конструкции и более быстрому восстановлению.
Являются ли стальные здания более дорогостоящими в долгосрочной перспективе?
Хотя первоначальные затраты могут быть выше, стальные здания обеспечивают долгосрочную экономию благодаря меньшим расходам на техническое обслуживание, лучшей сейсмостойкости и использованию вторичного сырья.