EN
Ключові сейсмостійкі системи в сучасних будівлях зі сталевим каркасом
Сталеві ферми з розпорками: розпорки, що запобігають втраті стійкості, порівняно з традиційними розпорками
Сьогодні сталеві будівлі все частіше використовують зв’язки, стійкі до потери стійкості (BRB), як кращий варіант для протистояння землетрусам. Звичайні системи зв’язок, як правило, просто руйнуються одночасно під дією стискальних навантажень, тоді як BRB працюють інакше. Вони містять гнучкий сталевий елемент, розміщений у сталевій трубі, заповненій бетоном. Така конструкція запобігає повному обвалу й дозволяє матеріалу з достатньою передбачуваністю згинатися вперед-назад під час землетрусів. Випробування показали, що ці спеціальні зв’язки поглинають приблизно вісім разів більше енергії землетрусу порівняно зі стандартними. Результат? Будівлі залишаються стійкими навіть після потужних землетрусів і потребують значно меншого обсягу ремонтних робіт після них. За деякими оцінками, правильно встановлені BRB можуть знизити витрати на ремонт приблизно на 30–40 відсотків.
Ексцентрично зв’язані рами та болтові зв’язки зі зсувними елементами як енергопоглинаючі компоненти
У каркасах з ексцентрично розташованими стійками (EBF) інженери встановлюють болтові зсувні зв’язки під кутом між балками й колонами. Ці елементи діють як «жертвені запобіжники», які пошкоджуються першими під час сейсмічних подій. Під час землетрусів зсувні зв’язки деформуються контрольованим чином, сприймаючи на себе основне навантаження, щоб основна несуча конструкція залишалася непошкодженою. Дослідження показують, що будівлі з системами EBF мають приблизно на 60 % менше залишкових переміщень після землетрусу порівняно з традиційними каркасами з жорсткими вузлами. Особлива цінність цієї системи полягає в тому, що пошкоджені зсувні зв’язки можна просто розкрутити й швидко замінити. У місцях, де робота має тривати навіть після стихійних лих — наприклад, у лікарнях або центрах надання аварійно-рятувальних послуг — це означає значно швидше відновлення роботи. Можливість ремонтувати конструкції замість повного їх відновлення є важливою перевагою при проектуванні стійких сталевих будівель для забезпечення їх довготривалої експлуатації.
Реальне підтвердження: експлуатаційні характеристики будівель зі сталевого каркасу під час сильних землетрусів
землетрус у Мавле (Чилі), 2010 р.: незначні пошкодження в будівлях із сталевого каркасу, що відповідають будівельним нормам
Коли Чилі вразив потужний землетрус магнітудою 8,8 у регіоні Мауле, будівлі зі сталевим каркасом, зведені відповідно до сучасних сейсмічних стандартів, витримали його дивовижно добре. Згідно з оцінкою Федерального агентства з надзвичайних ситуацій (FEMA) після землетрусу більшість сталевих споруд, побудованих із дотриманням будівельних норм, фактично зазнали незначних пошкоджень конструкцій. Пошкодження стосувалися, насамперед, стін, стель та інших елементів, які не є критичними для стійкості будівлі. Сталь має чудову властивість — згинатися й скручуватися, не руйнуючись повністю. Саме тому багато таких будівель залишилися вертикальними й придатними до експлуатації навіть під час такого потужного тремтіння. Той факт, що більшість їхніх користувачів змогли відразу після припинення коливань продовжити звичну діяльність, свідчить про високу ефективність сучасних практик сталевого будівництва щодо захисту людей та забезпечення безперервності роботи в умовах стихійного лиха.
землетрус у Кумамото (Японія), 2016 рік: швидкий ремонт та замінність на практиці
Після потужних землетрусів у Кумамото ще в 2016 році (7 балів за японською шкалою) сталеві будівлі продемонстрували свою перевагу щодо швидкого відновлення. Архітектурний інститут Японії навіть стежив за цим явищем і виявив цікавий факт: сталеві конструкції, що використовували болтові з’єднання замість зварних, а також ті, що мали модульні елементи — наприклад, замінні зсувні ланки, — відновлювалися значно швидше, ніж сусідні бетонні будівлі. За деякими даними, їх відновлювали приблизно вдвічі швидше. Головне тут — те, що сталеві конструкції дають інженерам змогу точно визначити місце пошкодження й замінити лише конкретні елементи, а не руйнувати всю споруду. Це означає меншу простойність для підприємств і громад, а також економію коштів на відбудову в довгостроковій перспективі.
Стійкість протягом життєвого циклу: баланс між початковими інвестиціями та довгостроковою вартістю сталевих будівель
Сталеві будівлі забезпечують реальну економію коштів у довгостроковій перспективі, крім того, що є безпечнішими конструкціями. Так, початкові витрати можуть бути вищими порівняно з традиційними будівельними матеріалами, але подумайте про це в довгостроковій перспективі. Сталь практично «вічна», оскільки вона не гниє, не корозіює й не піддається шкідникам. Більшість сталевих споруд можуть існувати протягом півстоліття чи навіть довше за мінімального технічного обслуговування. Під час землетрусів сталеві будівлі також демонструють кращі показники. Їх конструкція дозволяє згинатися без руйнування під час сейсмічних поштовхів, що означає менший загальний збиток. Це призводить до нижчих витрат на ремонт після стихійних лих і швидшого відновлення роботи. Дослідження, що аналізують загальні витрати протягом багатьох десятиліть, неодноразово встановлюють, що сталеві конструкції переважають бетонні приблизно на 20–30 %. Чому? Менше потреби в ремонтах, простіша модернізація за необхідності, триваліший термін корисного використання, а також те, що стару сталь можна переробити замість того, щоб відправляти її на звалища. Розумні власники нерухомості вже знають це. Вони розглядають сталь не просто як будівельний матеріал, а як інвестицію, яка перетворює захист від землетрусів на реальні заощадження протягом усього строку експлуатації будівлі.
Розділ запитань та відповідей
Що таке стрижні з обмеженням випинання (BRBs)?
BRB — це структурні елементи, що використовуються в сталевих будівлях для протидії землетрусам. Вони складаються з гнучкого сталевого елемента, розташованого всередині сталевої труби, заповненої бетоном, що запобігає обвалу та поглинає сейсмічну енергію.
Як працюють ексцентрично зв’язані каркаси (EBF)?
EBF використовують болтові зв’язки, що сприймають поперечні навантаження, розташовані між балками й колонами; ці зв’язки виступають як жертвені елементи під час землетрусів. Вони деформуються контрольованим чином, щоб захистити основний несучий каркас.
Чому сталеві будівлі краще витримують землетруси?
Сталеві будівлі є гнучкими, що дозволяє їм згинатися, не руйнуючись під час поштовхів. Це призводить до меншого структурного пошкодження та скорочення термінів відновлення.
Чи є сталеві будівлі дорожчими у довгостроковій перспективі?
Хоча початкові витрати можуть бути вищими, сталеві будівлі забезпечують довгострокову економію завдяки меншим витратам на технічне обслуговування, кращій сейсмічній стійкості та можливості вторинного використання матеріалів.