Эти здания также будет легче и дешевле отремонтировать и быстрее ввести в эксплуатацию, сказал Майкл Поллино, доцент кафедры гражданского строительства в Case School of Engineering.
Хотя Поллино не изобрел эту технологию, он разработал компьютерную модель, которая сравнивает так называемые «качающиеся стальные опорные рамы» с текущими стандартами землетрясений, используемыми в малоэтажных и среднеэтажных зданиях.
Его выводы опубликованы в журнале Engineering Structures.
«В настоящее время инженеры проектируют малоэтажные конструкции на случай землетрясения, вероятность возникновения которого составляет 10 процентов в течение 50 лет», — сказал он. "Мы согласны с тем, что будут повреждения, но без обрушения или гибели людей.
"Но как насчет события, вероятность возникновения которого составляет 50 процентов??" он продолжил. "Возможно, вам все равно придется снести здание позже… Я думаю, что этот дизайн должен сделать больше, чтобы здание стало пригодным для использования и впоследствии ремонтировалось."
Поллино входит в число растущего числа исследователей, которые находят преимущества конструкции, которая еще не реализована на практике. Есть еще детали для расследования.
Он и его коллеги обсуждают создание технического комитета инженеров-строителей, который продвинет технологию на практике.
Моделирование Поллино предлагает оптимальные размеры для двух ключевых компонентов качающейся стальной рамы: устройств вязкого демпфирования, которые похожи на амортизаторы, и устройств текучести стали, которые сравнивают с электрическими предохранителями, поскольку они ограничивают количество силы, передаваемой на остальная часть структуры.
Но в отличие от предохранителей, которые ломаются, чтобы предотвратить электрическую перегрузку, сталь в сталеплавильных устройствах растягивается взад и вперед во время землетрясения, рассеивая сейсмическую энергию, которая в противном случае сказалась бы на конструкции и содержимом здания.
Здания обычно строятся таким образом, чтобы выдерживать вертикальные нагрузки силы тяжести и веса, но землетрясения создают горизонтальные или боковые нагрузки.
Современные конструкции землетрясений основаны на деформации и повреждениях здания для поглощения нагрузок и предотвращения обрушения во время землетрясений. Нагрузки будут растягиваться и деформироваться или толкать и изгибать традиционные распорки или тяжелые соединения в местах пересечения балок и колонн.
По словам Поллино, качающаяся рама может стать лучшей альтернативой.
Чтобы трехэтажное здание могло раскачиваться, колонны скрепленного каркаса не прикрепляются к фундаменту здания, а прикрепляются к фундаменту с помощью демпферов и устройств для податливания стали. При сейсмических сотрясениях здание раскачивается, когда рама отрывается от фундамента и наклоняется. Устройства растягиваются и сжимаются, рассеивая сейсмическую энергию.
Восстанавливающая сила, обеспечиваемая собственным весом здания и последующим натяжением, позволяет зданию вернуться в вертикальное положение после стихания землетрясения.
Чтобы понять, что происходит внутри здания, Поллино смоделировал и измерил движение, передаваемое от земли к этажам здания, включая деформации и ускорения, которые опрокидывают книжные полки и повреждают каналы кондиционирования и отопления, перегородки и водопровод.
Эта информация была добавлена к требованиям по защите каркаса здания для расчета оптимального размера демпферов и податливых устройств, а также местоположения их соединений с фундаментом и каркасом.
«Другие, кто изучал качающиеся стальные скрепленные рамы, пришли к такому же выводу: есть небольшие первоначальные затраты, но очевидные выгоды», — сказал Поллино.
Поллино сейчас подает заявку на финансирование для начала физических испытаний конструкций в лаборатории структур университета. Его цель — помочь разработать стандарты проектирования для инженеров, строящих здания в зонах землетрясений.