CC BY
0
INNOVATIVE SOLUTIONS IN THE FIELD OF EARTHQUAKE-RESISTANT CONSTRUCTION. FROM ANCIENTITY TO THE PRESENT Teniryadko N.I.1, Chursanova I.A.2 (Russian Federation)
1Teniryadko Nadezhda Ivanovna - candidate of technical sciences, 2Chursanova Irina Aleksandrovna - specialist, RUSSIAN UNIVERSITY OF TRANSPORT (MIT), MOSCOW
Abstract: Earthquake-resistant construction techniques used in the past have helped to understand the evolution and development of this field. In the ancient world, the first mentions of earthquake-resistant construction date back to ancient Greece and Rome. In the Middle Ages, earthquake-resistant construction was further developed in the Islamic world. Today, earthquake-resistant construction continues to evolve, making it possible to create buildings that can withstand very strong earthquakes.
Keywords: seismic resistance, temple of Artemis, foundation, foundation pit, Ryounkaku, earthquake, destruction, foundation, foundation, loads, seismic effects, pendulum ball, amplitude, limiting buffer, viscous dampers, floating foundation.
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В СФЕРЕ СЕЙСМОСТОЙКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА. С ДРЕВНОСТИ ДО НАШИХ ДНЕЙ Тенирядко Н.И.1, Чурсанова И.А.2 (Российская Федерация)
1Тенирядко Надежда Ивановна - кандидат технических наук, 2Чурсанова Ирина Александровна - специалист, Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва
Аннотация: методы сейсмостойкого строительства, используемые в прошлом, помогли понять эволюцию и развитие этой области. В древнем мире первые упоминания о сейсмостойком строительстве относятся к древней Греции и Риму. В средние века сейсмостойкое строительство получило дальнейшее развитие в исламском мире. Сегодня сейсмостойкое строительство продолжает развиваться, позволяя создавать здания, способные выдерживать очень сильные землетрясения.
Ключевые слова: сейсмостойкость, храм Артемиды, фундамент, котлован, Рёункаку, землетрясение, разрушение, фундамент, основание, нагрузки, сейсмические воздействия, шар-маятник, амплитуда, буфер-ограничитель, вязкостные демпферы, плавающий фундамент.
Благодаря современным технологиям мы отслеживаем и ведем точную статистику сейсмоактивности на земле. Землетрясения магнитудой 8 и выше происходят каждый год, магнитудой 7-7,9 — 17-18 раз в год, магнитудой 6-6,9 — до 130 раз в год, а магнитудой 5-5,9 — около 1500 раз в год.
Ученые дают несколько видов сейсмических прогнозов.
• Долгосрочный
• Среднесрочный
• Краткосрочный
Долгосрочный прогноз определяет места, где с высокой вероятностью в ближайшие десятилетия произойдут сейсмические толчки определённой силы. Эта информация используется при разработке строительных проектов, чтобы новые здания могли выдерживать такие подземные толчки.
Сейсмостойкое строительство - область гражданского строительства, специализирующаяся на изучении поведения зданий и сооружений под воздействием сейсмических волн. Сейсмические волны при удалении от очага землетрясений в конечном счете преобразуются в вертикальные и горизонтальные колебания. Характер распространения зависит от геологического строения (наличие разломов, вида грунтов, гидрологических условий).
Строительство в сейсмоопасных зонах включает в себя специальные методы и технологии, способные выдерживать такие воздействия.
При этом любой строительный объект рассматривается как фортификационное сооружение, предназначенное для защиты от специфического воздействия.
Основные задачи сейсмостойкого строительства:
• изучение взаимодействия строительного объекта и неустойчивого основания;
• оценка последствий возможного сейсмического воздействия,
• проектирование сейсмостойких объектов;
• возведение сейсмостойких объектов;
• поддержание в надлежащем состоянии сейсмостойких объектов.
Такое сооружение не обязательно должно быть громоздким и дорогим, в настоящее время наиболее эффективным и экономически целесообразным инструментом в сейсмостойком строительстве является вибрационный контроль сейсмической нагрузки и, в частности, сейсмическая изоляция, позволяющая возводить сравнительно легкие и недорогие постройки.
Строительство в сейсмоактивных регионах всегда сталкивалось с проблемой разрушения, особенно для прибрежных территорий из-за опасности возникновения цунами. Еще до нашей эры люди возводили сооружения, по сложности и искусности, не уступающие современным.
Храм Артемиды в городе Эфес
В 560 году до н.э. эфесцы решили воздвигнуть храм в честь покровительницы города — богини Артемиды превосходящий по красоте и величию все известные. За работу взялся критский архитектор Херсифрон.
Город Эфес находился на западном побережье Эгейского моря в Малой Азии (в современной Турции). Данный регион, подвержен землетрясениям. Конструкцию для поклонения Артемиде было решено возводить на болотистой местности.
Рис. 1. Храм Артемиды.
Строительство начиналось с рытья огромного котлована, который впоследствии был наполнен древесным углем и шерстью. На такой амортизатор уложили несколько рядов обугленных дубовых бревен, а на них набросали твердые камни. Подобная подушка оправдала замыслы зодчего, храм простоял много веков и погиб не от подземных толчков, а от рук людей.
Такая «начинка» фундамента храма и должна была послужить гарантом его устойчивости при любых обстоятельствах, поскольку подземные толчки при землетрясениях в той местности имели самую разную мощность и были способны разрушать любые сооружения.
О величии храма Артемиды можно судить даже только по одним размерам его платформы - она занимала 131 м в длину и 79 м в ширину.
■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■
■ ■ ' || || ' ■ ■ ■ ■ □ □ □ □
□ □ □ ц_п_п_ааа.
ч
□ □ □
■ ■ ■ ■
■■■■■■■■■■■■и ■■■■■■■■■■■■и
□□□□□□ ■■■■■■ ■ ■
□□□□□□□ ■■■■■■■I
Рис. 2. План храма Артемиды.
Несмотря на опыт древних инженеров и строителей, всего 130 лет назад современные инженеры только начинали разрабатывать технологии для небоскребов нашего времени [2]. Рёункаку в Японии
Небоскрёб Рёункаку в Осаке был построен в 1889 году, высотой он достигал 39 метров и насчитывал 9 этажей. Второй небоскрёб Рёункаку был построен в Токио в 1890 году, он достигал в высоту 52 метра и имел 12 этажей. Ныне оба здания не существуют.
Рёункаку в Токио был спроектирован шотландским инженером Уильямом Киннинмондом Бёртоном в конце 1880-х годов, вскоре после его прибытия в Японию. Это была башня в стиле ренессанс высотой 67 метров, выполненная из красного кирпича с деревянным каркасом.
Все 12 этажей были электрифицированы. Здание также было оснащено двумя электрическими лифтами.
Рис. 3. Рёункаку в Токио до великого землетрясения Канто [3].
Рёункаку был разрушен во время ужасного землетрясения 1923 года. Башня осталась в памяти благодаря рисункам, гравюрам и фотографиям [3].
Современные технологии
Технологии по сейсмоустойчивости не стоят на месте, а постоянно развиваются, особенно в странах с повышенным риском землетрясений.
Особое внимание уделяется фундаменту и основанию сооружения. Они рассчитываются таким образом, чтобы учитывать различные виды нагрузок, включая сейсмические воздействия. Важно отметить, что сейсмические нагрузки могут происходить в любом направлении, поэтому необходимо учитывать этот фактор при проектировании.
Основное требование к сейсмостойкости фундамента заключается в том, что он должен выдерживать совместное воздействие обычных нагрузок и сейсмических сил без разрушения, сдвига или опрокидывания. Основание также должно сохранять свою устойчивость, чтобы обеспечить общую устойчивость и прочность всей системы "сооружение - основание".
Расчет основания с учетом сейсмических воздействий включает проверку его несущей способности при особом сочетании нагрузок. Эти нагрузки определяются в соответствии с требованиями строительных норм и правил, а также нормами проектирования зданий и сооружений в сейсмических районах.
Основной целью расчета оснований является обеспечение их прочности и устойчивости, а также предотвращение сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Это гарантирует сохранность строительных конструкций, выход из строя которых может привести к обрушению всего сооружения или его частей. Однако допускается некоторая степень повреждения элементов конструкций, которая не представляет угрозы для безопасности людей и сохранности оборудования.
Обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений основывается на принципе монолитности и равно-прочности их элементов. Это позволяет рассматривать здание как единую пространственную конструкцию.
Для зданий повышенной этажности рекомендуется использовать ленточные, сплошные плитные фундаменты и фундаменты из перекрестных железобетонных лент. При использовании крупных блоков в фундаментах и стенах подвалов необходима перевязка блоков в каждом ряду, а также усиление пересечений стер с помощью арматурных сеток, заложенных в горизонтальные швы.
Сверху сборных ленточных фундаментов следует предусмотреть железобетонный пояс или армированный шов. Продольные железобетонные пояса должны быть связаны поперечными вертикальными железобетонными стойками. Отдельные фундаменты под колонны каркасных зданий для увеличения их сопротивляемости сдвигу должны быть соединены между собой связями - железобетонными балками [1].
Япония в 2024 году
Япония и ее соседи регулярно сталкиваются с землетрясениями, цунами и стихийными бедствиями. Но страны продолжают строительство высоток, применяя новейшие технологии и вырабатывая свод новых правил. Именно Япония сформулировала простейшие правила строительства сейсмоустойчивых зданий, которые подойдут любой стране.
Одно из последних землетрясений произошло 3 апреля 2024 года, 04:30, магнитудой 7,4 затронуло: Тайвань, Филиппины, Японию и Китай.
Землетрясение в уезде Хуалянь на Тайване стало самым мощным за последние 25 лет, достигнув магни-туды 7,7 по данным японского метеорологического агентства. Это привело к обрушению зданий, отключе-
нию электроэнергии и оползням на острове. Кроме того, есть предупреждение о возможности цунами на юге Японии и на Филиппинах.
Здание Тайбэй 101 на Тайване, высотой 508 метров, обладает уникальной системой демпферов, позволяющей ему оставаться устойчивым даже во время сильных землетрясений. Внутри здания расположен демпфер - сфера весом 660 тонн, свисающая с 92-го этажа. Во время движения здания в одном направлении сфера раскачивается в противоположном, поддерживая баланс. Сердцевину здания составляет огромный 700-тонный шар-маятник, подвешенный на 16 стальных тросах между 87-м и 91-м этажами. Этот шар, сделанный из 41 стальной пластины, стабилизируется 8 демпферами и масляными амортизаторами, поглощающими и рассеивающими энергию колебаний. В случае экстремального землетрясения или тайфуна, шар может раскачиваться с амплитудой 1,5 метра, встречаясь с кольцом буфера-ограничителя, оборудованным дополнительными вязкостными демпферами [4].
Японские технологии в области сейсмоустойчивости являются одними из самых передовых, и многие страны берут их на вооружение. Например, "плавающий фундамент", где между основанием и зданием находится прослойка из свинцово-резиновой подушки, позволяющей фундаменту "ходить" под зданием при сильных толчках, не увлекая за собой основную постройку. В последнее время также добавлена воздушная подушка с сенсорами. При первых признаках сейсмической активности компрессор поднимает здание на несколько сантиметров, благодаря чему оно изолируется от толчков.
Одно из самых известных зданий Японии - «Башня Ориентир», - находится в городе Йокогама. Трёхсотметровое сооружение запроектировано с учетом комплекса сейсмостойких мер. Все здание Yokohama Landmark Tower находится на роликовых конструкциях, которые позволяют земле под зданием колебаться, не затрагивая при этом сооружение. Помимо этого, в сооружении на уровне 71 -го этажа находится два инерционных демпфера, которые колеблются с резонансной частотой здания, благодаря специальному пружинному механизму. Даже если эти предосторожности не сработают во время землетрясения, то сыграет роль тот фактор, что здание сооружено из гибких материалов, которые гнутся во время землетрясения, но не рушатся [5].
Исследования в области сейсмозащиты и сейсмоизоляции высотных зданий позволили достичь значительного прогресса в строительстве безопасных небоскребов, способных выдерживать стихийные бедствия. Благодаря многочисленным испытаниям и проверкам надежности, технологии строительства сейсмостойких зданий продолжают развиваться, открывая путь для создания все более сложных и впечатляющих архитектурных сооружений.
Вывод
Рассмотрение методов сейсмостойкого строительства, которые использовались в прошлом, помогает понять эволюцию и развитие этой области. Сейсмостойкое строительство имеет долгую историю, начиная с древних времен, когда люди начали строить здания, способные выдерживать землетрясения.
В древнем мире первые упоминания о сейсмостойком строительстве относятся к древней Греции и Риму. Древние греки использовали специальные техники для укрепления своих зданий, включая использование каменных блоков и арок. Римляне пошли дальше, разработав сложные системы арочных конструкций и сводов, которые могли выдерживать большие нагрузки.
В средние века сейсмостойкое строительство получило дальнейшее развитие в исламском мире. Мусульманские архитекторы разработали сложные системы сводов и куполов, которые могли выдерживать землетрясения. Например, знаменитая Голубая мечеть в Стамбуле, Турция, была построена с использованием таких технологий.
В начале 20 века сейсмостойкое строительство начало развиваться в промышленном масштабе. Архитекторы и инженеры стали применять новые материалы и технологии для создания зданий, способных выдерживать землетрясения. Например, в Японии после разрушительного землетрясения в 1923 году были разработаны новые стандарты и методы строительства, которые помогли уменьшить ущерб от будущих землетрясений.
Таким образом, история сейсмостойкого строительства показывает, как люди постепенно улучшали свои методы и технологии для создания зданий, способных выдерживать землетрясения. Современные достижения в этой области позволяют строить более безопасные и устойчивые здания, что важно для защиты людей и имущества от потенциальных землетрясений.
Список литературы / References
1. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений// Учебное пособие // Под редакцией почетного члена Российской академии архитектуры и строительных наук, заслуженного деятеля науки и
техники РСФСР, доктора технических наук, профессора Б.И. Далматова // Москва - Санкт-Петербург //
2001г.
2. Храм Артемиды [Электронный ресурс]. https://history.wikireading.ru/219094
3. Небоскреб Рёункаку [Электронный ресурс]. https://history.wikireading.ru/83916
4. Башня Тайбэй 101 [Электронный ресурс]. URL: https://wikiway.com
5. Башня Йокогама [Электронный ресурс]. https://ru.wikipedia.org/wiki/Yokohama_Landmark_Tower.
6. СП 20.13330. 2016 Нагрузки и воздействия.
7. СП 14.13330.2018 Строительство в сейсмических районах.
