Науковці розробили новітню будівельну структуру, котра здатна мінімізувати деструктивні імпульси під час підземних поштовхів.
Будівництво / © Unsplash
Дослідники встановили, що інноваційна будівельна структура може абсорбувати частину сейсмічних імпульсів ще до того, як вони зможуть завдати шкоди споруді та її внутрішнім комунікаціям.
Про це повідомляється у статті Earth.com.
Мова йде про спеціалізовані компоненти, що обмежують імпульс між поверхами та головною опорною структурою будівлі — перекриттями та опорами, які протистоять латеральним сейсмічним зусиллям. Подібний прийом змінює траєкторію розповсюдження енергії землетрусу всередині будівлі та зменшує максимальні імпульси, що зазвичай провокують руйнування.
Що виявило моделювання
Структуру протестували на створеній моделі дев’ятиповерхової сталевої адміністративної будівлі, спроєктованій з урахуванням сейсмічних небезпек Лос-Анджелеса.
Науковці Георгіос Цампрас з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго та Річард Соуз з Університету Ліхай випробували конструкцію на підставі даних різноманітних землетрусів. Результати показали, що додаткові з’єднання змінюють розподіл коливань від поверхів до каркасу.
У більшості випадків пікові прискорення перекриттів і навантаження на розпірки істотно зменшувалися у порівнянні з жорсткою структурою. Одночасно науковці зафіксували певні ситуації, коли реакція будівлі залишалася неоднорідною через специфічні вібраційні режими всередині споруди.
Де виникає найбільша загроза
Одним із провідних джерел напруги стали високочастотні коливання — швидкі вібрації, котрі накладаються на основне розгойдування будівлі. Саме вони можуть різко збільшувати прискорення поверхів і навантаження на опори, навіть якщо загальний бічний зсув здається прийнятним.
В моделі сьомий поверх реагував менш інтенсивно, оскільки знаходився поблизу умовної «нейтральної зони» в одному з режимів коливань. Це демонструє, що ризики пошкоджень не завжди можна оцінити виключно за зміщенням будівлі або силою зсуву біля основи.
Як функціонують нові з’єднання
Кожне з’єднання, що обмежує силу, складається з фрикційного механізму та гумових опор з невеликим демпфуванням. Коли імпульс перевищує заданий рівень, фрикційний елемент прослизає і не дає повній силі передатися від поверху до каркасу.
Гумові опори одночасно допомагають утримувати перекриття у вирівняному стані та збільшують жорсткість після початку ковзання. Завдяки цьому рух залишається контрольованим, а найбільш різкі вібраційні сплески зменшуються.
У жорсткій структурі поверхи вібрували набагато сильніше. Нова структура, згідно з результатами моделювання, скоротила ці коливання більш ніж вдвічі. Також значно знизилися навантаження всередині опорних елементів будівлі.
Чому загальний нахил майже не змінився
Незважаючи на зменшення швидких вібрацій, загальне розгойдування будівлі змінилося несуттєво. Причина полягає в тому, що основний бічний рух і надалі контролювався системою хитної основи — елементом фундаменту, котрий може підійматися та повертатися до центрального положення.
Автори дослідження стверджують, що нові з’єднання передусім зменшують вплив вищих режимів коливань, тобто саме тих швидких вібрацій, котрі найбільше шкодять перекриттям і обладнанню на поверхах.
У системи є ліміти
Дослідники відзначають, що не всі сценарії землетрусів структура проходила однаково успішно. У двох випадках тривалі імпульси швидкості викликали настільки інтенсивне розгойдування, що зміщення будівлі знову ставало серйозною проблемою.
В одному з таких сценаріїв пікове зміщення поверхів досягало приблизно 6%, а залишкове — близько 2%. Це не перекреслює переваги структури, але показує, що її не можна вважати універсальним рішенням для всіх типів сейсмічних явищ.
Що це може дати будівельникам
Оптимальний баланс дослідники зафіксували тоді, коли проєктний коефіцієнт з’єднання знаходився в інтервалі від 1,5 до 2,5. У цьому діапазоні сила та прискорення різко зменшувалися без значного збільшення зміщення.
Зниження навантажень на розпірки може мати і практичний ефект: у майбутньому такі конструкції потенційно дозволять застосовувати більш легкі сталеві елементи. Разом з тим, автори поки не проводили повне перепроєктування будівлі, щоб підтвердити економію ваги чи вартості.
Наступним кроком мають стати масштабніші дослідження та перевірка структури для різних видів будівель і сейсмічних сценаріїв.
Коментарі Сортувати: Нові Старі Популярні Надіслати