Некоторых может пугать мысль о том, что мы обитаем на сфере, вращающейся вокруг Солнца, температура ядра которой достигает 6000°C, а вся деятельность человека осуществляется в земной коре, самом маленьком слое по толщине, в так называемом земном шаре. тектонические плиты. Эти плиты плавают по мантии, точнее в астеносфере, а иногда и сталкиваются, вызывая землетрясения. Как мы видим на этой интерактивной карте, землетрясения происходят гораздо чаще, чем мы себе представляем: ежедневно по всему миру происходят десятки землетрясений, многие из которых остаются незамеченными. Но некоторые из них чрезвычайно мощны, и когда они возникают вблизи городских территорий, они становятся одной из самых разрушительных сил на Земле, вызывая смерть и ущерб антропогенной среде.
С развитием исследований, испытаний и экспериментов в области техники страны и регионы с тектонической активностью уже обладают знаниями, позволяющими снизить опасность гибели людей и ущерба, причиняемого этими событиями. Некоторые решения и материалы работают лучше в случае землетрясения. Вуд – один из них.
Землетрясение испускает ударные волны через короткие и быстрые промежутки времени, подобно чрезвычайно мощному горизонтальному заряду. Здания, как правило, хорошо выдерживают вертикальные нагрузки (как собственные нагрузки, такие как вес конструкционных материалов, так и постоянные нагрузки, такие как люди, находящиеся в здании, мебель и другое оборудование). В случае землетрясения боковые силы, передаваемые волнами землетрясения, заставляют всю конструкцию вибрировать, что может вызвать что угодно: от поверхностного повреждения до полного обрушения конструкции.
В регионах, где наблюдается сейсмическая активность, в высотных зданиях используются гибкие фундаментные системы, противовесы и даже маятники, чтобы избежать или уравновесить раскачивающуюся конструкцию. Но помимо структурного усиления, ключевую роль могут сыграть материалы, из которых состоит здание. Древесина как конструкционный материал особенно хорошо работает в случае землетрясений, поскольку деревянные системы, противодействующие поперечным силам, имеют тенденцию иметь высокую степень пластичности. Это означает, что это материал, который выдерживает большую деформацию до момента его разрушения. То есть он сгибается, прежде чем сломаться. Просто подумайте о поведении дерева во время бури. Это возможно, поскольку древесина состоит из длинных, тонких и прочных клеток, а удлиненная форма стенок ячеек придает древесине высокую прочность, параллельную волокнам. Деревянные изделия могут выдерживать очень высокие нагрузки, особенно когда силы сжатия и растяжения действуют параллельно древесным волокнам.
Еще одной положительной чертой дерева в таких ситуациях является то, что это легкий материал. Чем меньшую массу имеет здание, тем меньшую силу инерции будут создавать сейсмические волны. Кристиано Лосс, доцент кафедры деревообработки в Университете Британской Колумбии, специализируется на устойчивости высокоэффективных деревянных систем и конструкций к землетрясениям. Участвуя в экспериментальных испытаниях деревянных конструкций, он указывает на преимущества, присущие таким системам. «Одна из вещей, которая делает древесину прочнее, — это ее меньший вес. Вы можете подумать, что это недостаток, но на самом деле это большое преимущество», — объясняет он. «Дерево в пять раз легче бетона, что значительно снижает сейсмические нагрузки в здании».
Короче говоря, здание, которое хорошо себя ведет при землетрясении, должно сочетать в себе жесткость и легкость. Слишком жесткое здание становится хрупким, поскольку его конструкция в конечном итоге разрушается под действием вибраций, в то время как более легкое и менее жесткое здание может привести к усилению тряски жильцов и возникновению больших движений, которые повреждают компоненты здания. Несколько исследований с реальными испытаниями показали, что здания, построенные из массивной древесины с металлическими соединителями, имеют характеристики, очень адекватные этим природным явлениям. Криштиану Лосс указывает на еще одно преимущество деревянных систем: их склонность представлять собой открытую систему соединений. «Тот факт, что в материале или системе нет арматуры, может довольно легко обнаружить повреждение. Если в системе четко определено соединение, своевременный ремонт возможен».
В местах, где сейсмические явления являются обычным явлением, поиск безопасных мест для укрытия населения в случае сильного землетрясения имеет жизненно важное значение для оказания помощи в трудный момент и восстановления инфраструктуры и того, что было разрушено. Здание или центр после стихийного бедствия определяется как важный объект для предоставления услуг в случае стихийного бедствия. Это означает, что объект такого типа будет построен на значительно более высокую расчетную сейсмическую нагрузку, чем типовые жилые или коммерческие здания. Сюда входят энергетические центры, вспомогательная инфраструктура и центры эксплуатации гидроэнергетики. Древесина была признана идеальным материалом для строительства зданий этого типа благодаря ее устойчивости к сейсмическим воздействиям и долговечности перед лицом ветра и даже огня.
Инженер Ник Бевилаква, директор Fast+Epp, говорит, что школы в Британской Колумбии, Канада, спроектированы по категории высокой важности, что означает, что конструкции рассчитаны на то, чтобы выдерживать на 30% более высокие сейсмические требования, чем обычные здания при землетрясении. Помимо защиты учащихся, они призваны стать удобными общественными центрами, обеспечивающими безопасность, убежище и доступ к услугам после землетрясения или других стихийных бедствий. Что касается структурных инноваций, он отмечает: «Для сейсмического проектирования начальной школы Бэйвью и начальной школы сэра Мэтью Бегби мы использовали систему сдвиговых стен CLT — массивную деревянную конструкционную сборку, которая обеспечивает определенный уровень пластичности, который должна обеспечить сейсмическая система. смогу встретиться. Пластичность — это, по сути, степень гибкости и придания конструкции прочности, не разрушаясь». Это структурные стены, соединенные с фундаментом стальными опорными стержнями по углам, которые позволяют всей объединенной конструкции перемещаться и рассеивать энергию в случае разрушения. землетрясение, не обрушиваясь.
Разработка решений, позволяющих снизить риски и ущерб зданиям при землетрясении, мотивировала многих исследователей по всему миру. Было замечено, что деревянные здания остаются легкими, имеют достаточную жесткость, а использование гибридных систем, которые могут включать сталь, способствуют поглощению и рассеиванию части энергии землетрясения. В конечном счете, землетрясения показывают всю силу природы и то, насколько мы уязвимы перед ней. Массивная древесина может быть очень устойчивой строительной системой, а также очень устойчивым методом строительства, допускающим повторное использование после окончания срока службы, а также безопасным от пожара и даже в сейсмических зонах.
