Небоскрёбы с самого начала кажутся не особенно надёжными. Но с физической точки зрения это ощущение мнимое и мало соотносится с реальностью. На самом деле они более, чем стабильны, а иногда оказываются куда более безопасны, чем многие обычные здания. Вот только есть небольшой нюанс, о котором полезно и интересно узнать.
Конструкции небоскрёбов бывают самыми разными, но их объединяет кое-что страшное и общее - технически здание могло бы свободно качаться. Более того, даже хорошо, что оно раскачивается.
Система удивительно гибкая. На вершине высокого здания (300 м или около того) верх здания может легко качаться на 2–3 метра при сильном ветре, не испытывая ни катастрофического разрушения конструкции, ни значительной усталости металла. Но вы этого никогда не замечаете.
Единственная причина, по которой небоскрёбы не качаются так сильно, заключается в том, что люди считают это опасным. Инженеры должны так проектировать конструкцию, чтобы удерживать здание от слишком сильного качания или делать его незаметным. Или же, посетители и жители высотных зданий седели бы раньше времени и не могли спокойно спать.
В итоге на практике мы имеем гибкую систему, которая специально стабилизируется компенсаторами разного рода и типа, а эффект заметного раскачивания нивелируется искусственно. Ни один небоскрёб при этом не будет неподвижным, а статичность создаётся специально. Глубоко в теории, небоскрёб мог бы свободно качаться на свои 2-3 метра и не страдать от этого.
Есть несколько технических способов сделать это, которые используют инженеры.
Например, выполняется усиление жесткости здания, чтобы оно лучше противостояло ветру. Опять же, здание обязательно должно немного прогибаться и сохранять свободу, но с помощью поперечных связей можно заставить здание меньше раскачиваться. Этот подход не всегда практичен.
Иногда в системе используются массовые демпферы. Это большие блоки или резервуары с водой, которые установлены на подшипнике или маятнике наверху здания и противостоят первоначальной силе перемещения здания. Их можно модернизировать и делать более отзывчивами в зданиях, у которых есть проблемы с чрезмерным раскачиванием верха. Вся система при этом работает, как зонтик, который клоун в цирке пытается удерживать на ладони. Когда система начинает заваливаться, смещение центра тяжести выравнивает её.
В современных небоскребах некоторые верхние этажи оставляют без стен и окон, чтобы ветер мог проходить сквозь них, уменьшая ветровые нагрузки на здание, что также уменьшает общую качку. Этот приём скорее не допускает самого раскачивания, нежели меняет конструкцию.
Но это ещё не все. На самом деле небоскрёбы не просто качаются во все стороны из-за ветра, но и не имеют жёсткой опоры. Гибкость стали в каркасе позволяет конструкции колебаться вперед и назад под действием сейсмических сил, а демпфер также уменьшает эти силы.
Обычные здания с жёстким фундаментом с большей вероятностью могут рухнуть, поскольку связи между конструкцией и фундаментом могут просто механически сломаться. Тем не менее, некоторые небоскребы в конструкции активно используют технологию, которая может быть использована для модернизации зданий, подверженных землетрясениям. Это называется сейсмической изоляцией. При сейсмической изоляции фундамента нет фиксированного соединения между фундаментом и конструкцией здания. Вместо этого конструкция плавает на подшипниках и может двигаться вперед и назад во время землетрясения.
Ну, и немного цифр. Возьмём, к примеру, знаменитый небоскрёб Бурдж-Халифа в Дубае. В условиях сильного ветра, верхушка этой колоссальной конструкции может отклоняться от вертикальной оси на расстояние до 1,5 метров! Это не критично и предусмотрено проектировщиками. А вот Taipei 101 на Тайване, расположенный в сейсмически активном регионе, оснащён огромным 660-тонным маятниковым демпфером, расположенным между 87 и 92 этажами. Этот демпфер, словно стабилизатор, гасит колебания, вызванные ветром и землетрясениями, позволяя зданию отклоняться всего на несколько десятков сантиметров.
Эти постоянные, едва заметные движения – не признак слабости конструкции, а скорее свидетельство гениальности инженерных решений, позволяющих небоскрёбам безопасно противостоять силам природы. Они не стоят неподвижно, они живут, приспосабливаясь к стихии и обеспечивая комфорт и безопасность находящимся внутри. Вот только жители про это не всегда знают.
Не забывайте ставить лайки 👍 и подписываться на канал ✔️, если материал понравился! Так вы увидите больше интересных статей, а моему каналу это поможет развиваться.________________________________
Свежие комментарии