Япония научилась на собственных ошибках и строит сейсмоустойчивые небоскребы

Игорь Зеленицын

От сильнейшего в истории Японии землетрясения и последовавшего за ним цунами, по оценкам местной полиции, разрушено и пострадало порядка 130 000 зданий. Однако самые большие из них - небоскребы - выстояли: они оказались наиболее приспособленными к стихии.

Более двухсот тысяч человек посмотрели на youtube ролик, где отсняты токийские небоскребы во время мартовского землетрясения. Высоченные дома, у которых почва уходила из-под фундамента, угрожающе шатались и раскачивались - но так и не упали.

- Землетрясения в Японии происходят на завтрак, обед и ужин. Тамошние ученые уделяют защите от этой напасти особое внимание, - отмечает Мерген Абаканов, заместитель гендиректора НИИ сейсмостойкого строительства и архитектуры Казахстана. - Они рассчитывают сейсмозащиту оснований фундаментов, применяют каркасно-сетевые системы, ставят диафрагмы жесткости и различные сейсмогасители.

Противостояние разрушительному воздействию землетрясения в высотном строительстве - это целый комплекс инженерных мер. Их смысл состоит в том, чтобы минимизировать влияние сейсмической нагрузки, приложенной к поверхностям контакта здания с грунтом, на верхнюю часть постройки.

Сейсмостойкие здания должны удовлетворять нескольким основополагающим требованиям: по симметричности конструктивных схем, по равномерности распределения масс, по соответствию строительных материалов. Главный элемент современных высотных зданий, позволяющий повысить их устойчивость, - стальная рама, которая разветвляется от центральных опор - колонн, также сделанных из стали. Выдерживать сейсмическую нагрузку стальной раме помогают специальные технологические решения, которые не только помогают дому устоять при землетрясении, но и позволяют эксплуатировать сооружение в дальнейшем. Их можно разделить на две группы: первая находит приложение в нижней части небоскреба, вторая - распределена по всей его высоте.

Конструкторские идеи, отнесенные к первой группе, подразумевают, что между самим зданием и грунтом появляется дополнительный объект, который позволяет гасить горизонтальные колебания почвы. Варианты исполнения этого дополнительного объекта многочисленны: им может быть свинцово-резиновая опора, пружинный демпфер или скользящая опора. В сейсмически неблагополучной Алма-Ате, например, несколько панельных девятиэтажек стоят на катках: при землетрясении грунт под жилым домом ходит ходуном, а сам дом остается на месте. В Японии же часто применяются свинцово-резиновые опоры - цилиндры диаметром от полутора метров из резины повышенной гибкости со свинцовым сердечником. Нижняя часть опоры во время землетрясения перемещается вместе с почвой, верхняя же остается на месте, позволяя зданию более-менее сохранить ориентацию в пространстве.

Вторая группа - это идеи, уменьшающие воздействие сейсмического нагружения по высоте здания. Сюда входят, в частности, обязательные в высотных зданиях диафрагмы жесткости, которые распределяют энергию между вертикальными несущими конструкциями, и инерционные демпферы, работающие по принципу маятника: здание наклоняется в одну сторону, а маятник тащит его обратно. Такие демпферы установлены на небоскребе "Тайбэй 101", который в 2002 году еще на стадии строительства пережил землетрясение магнитудой 6,8. Внутри этой башни на 88-92 этажах находится 660-тонный шар, который состоит из 41 стальной пластины и держится на восьми стальных канатах и восьми рессорах. Он может перемещаться в любом направлении, компенсируя как сейсмические нагрузки, так и нагрузки от сильного ветра.

- Для того, чтобы выбрать конкретный тип сейсмогасителя, нужно знать сейсмологические данные каждой площадки, их геологические характеристики по регистрации ускорений, скоростей, перемещений, - рассказывает Мерген Абаканов. -Этими измерениями занимаются уже институты сейсмологии, а не архитекторы.

До землетрясения 1995 года в Кобе, разрушившего порядка 200 000 зданий и унесшего жизни 6434 человек, многие японские небоскребы не соответствовали требованиям сейсмичности, принятым в 1981 году. Строители делали в башнях старого образца слабые перекрытия из дерева и многотонные крыши, что позволяло нивелировать воздействие сильных ветров и тайфунов. Но от землетрясения непрочные перегородки разрушались, и находящиеся на крыше тяжелые плиты проминали здания сверху донизу. Как показывают последние события, Япония научилась на своих ошибках и изменила подход к строительству небоскребов.