Небоскребы можно встретить во многих больших городах. Казань пока не выросла выше 40 этажа, но все же высокие здания есть и в нашем городе. При конструировании, а также строительстве небоскребов инженеры сталкиваются с множеством проблем, в том числе и с проблемой раскачивания их от ветра — при сильных порывах верхушка высотки может немного смещаться, впрочем, так и задумано при проектировании. Существуют допустимые отклонения зданий под воздействием ветра, то есть покачивания, получается, совершенно нормальны.
Таким образом, чтобы конструкция сохраняла устойчивость и безопасность, она должна быть динамичной, что как раз учитывают при строительстве. Например, знаменитая башня «Федерация» в Москва-Сити при ураганном ветре может отклоняться от своей оси на 70 сантиметров. Разберемся, ощущают ли колебания находящиеся внутри люди, и что еще делают проектировщики, чтобы снизить влияние ветра.
Городские легенды или реальные ощущения?
Основатель архитектурной мастерской DA Максим Долгов рассказывает, что высотные здания становятся особенно чувствительны к ветровой нагрузке примерно с 30-50 этажей. Однако правильное проектирование позволяет минимизировать колебания и обеспечить комфорт жителей даже при сильных ветровых нагрузках.
«В России проблема с качанием домов, на мой взгляд, относится к категории городских легенд. Да и небоскребов за пределами столиц строится немного. Отклонение от вертикали возможно, но нормативно оно принимается до 1/500 от высоты здания. Например, для небоскреба в 250 метров максимальное допустимое отклонение составляет до 50 см, но это при худшем сценарии. С одной стороны это много и, действительно, может чувствоваться, с другой — это, предельное отклонение на самом верхнем этаже небоскреба, и чем ниже, тем меньше», — успокаивает эксперт.
Амплитуда колебаний возрастает с увеличением высоты здания. Сильный ветер может вызывать как небольшие, так и значительные колебания. Для того чтобы снизить отклонения, проектировщики увеличивают жесткость и массу конструкции, разрабатывают гладкие и обтекаемые формы, увеличивающие сопротивление ветровой нагрузке. Например, уточняет Максим Долгов, это использование центральных жестких ядер внутренних каркасов и перекрестных стальных связей. Такие каркасные конструкции из перекрестных стальных балок эффективно перераспределяют нагрузки, уменьшая амплитуду колебаний. А обтекаемые формы или сложная геометрия фасадов, без выступов или с закругленными краями, позволяет снизить давление ветра на стены здания.
Самое высокое здание Казани на данный момент — это ЖК «Лазурные небеса», его высота составляет 121 м. Жители дома сообщают, что никаких раскачиваний или колебаний они не ощущают. Так, Антон считает, что «Лазурные небеса» — такой же обычный дом, просто высотка на фоне низкой казанской застройки. «Конечно, ничего не качается. Думаю, даже в здании высотой выше 500 метров вы никогда не почувствуете отклонений из-за ветра, потому что они совсем небольшие. А для находящихся внутри дома они абсолютно незаметны, считаю абсурдным вообще говорить о том, что могут возникнуть какие-то ощущения», — говорит он.
Еще один способ уменьшить раскачивания — это системы демпфирования
Демпфирование — это искусственное подавление колебаний в механических, электрических и других системах. Также применяется и для компенсации ветровой нагрузки на здания.
Выбор системы демпфирования зависит от климатических условий, высоты и конструктивных особенностей здания, а также экономической целесообразности, — рассказывает основатель архитектурной мастерской DA. Чаще всего для борьбы с автоколебаниями на больших высотах устанавливают амортизирующие системы, такие как маятниковые демпферы. Они представляют собой массивные подвесные элементы, компенсирующие инерцию здания и уменьшающие амплитуду колебаний. Демпферы помогают уменьшить уровень ощущаемых вибраций до приемлемых значений.
По словам Рустама Даминова, такие маятники в виде бетонных плит устанавливают на технических этажах высотных зданий. «Например, на одном из зданий Казани по периметру установлены плиты, каждая из которых весит 500 кг и висит на отдельном стальном тросе. Если ее толкнуть ногой, то начнет немного покачиваться. Демпферы нужны, чтобы сохранять устойчивость конструкции», — рассказывает он.
Кроме маятниковых демпферов, применяются и другие инженерные решения для снижения ветровых колебаний в высотных зданиях. Например, демпферы вязкой жидкости — это резервуары с вязкой жидкостью, установленные на верхних этажах здания. Жидкость гасит колебания за счет трения между слоями жидкости и стенками резервуара, уменьшая амплитуду вибраций. Также используют туннельно-аэродинамические демпферы — резервуары с водой, в которых при воздействии ветра вода начинает колебаться в противофазе с движением здания, компенсируя его колебания. Также существуют гибридные демпферы — комбинация маятников и амортизаторов, которая позволяет адаптироваться под разные частоты колебаний, как ветровых, так и сейсмических. Демпферы чаще применяют для защиты от сейсмических и более активных колебаний, но также и для борьбы с ветровыми нагрузками, для предотвращения последствий от неравномерных осадок фундамента, снижения постоянных и кратковременных вибраций от устройств и механических воздействий.
Например, такие технологически сложные системы — активные демпферы. Они с помощью датчиков отслеживают вибрации здания и с помощью компьютерного управления создают компенсирующие движения грузов, которые поглощают и гасят колебания, позволяют эффективно бороться с переменными ветровыми нагрузками.
Так что небоскребы вполне приспособлены для того, чтобы противостоять ветру, более того, само колебание заложено в любое высотное сооружение, чтобы компенсировать силу ветра. А жителям высоток можно наслаждаться видом на город, не беспокоясь и не держась покрепче. Правда, в Казани проверить собственную чувствительность к отклонениям на несколько сантиметров пока не получится, ведь строительство небоскребов еще не ведется.
Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий