NHERI исследует устойчивость высотных деревянных зданий с помощью испытаний на симуляторе землетрясения

Домостроение

Изображение:Рендеринг строительной площадки для проекта Инфраструктуры инженерных исследований природных опасностей (NHERI) TallWood / LEVER Architecture

Проект TallWood по инфраструктуре инженерных исследований природных опасностей (NHERI), в котором инженерные исследователи из Университета штата Колорадо (CSU) играют решающую роль, направлен на исследование устойчивости высотных деревянных зданий путем полномасштабного моделирования серии сильных землетрясений. Этой весной будет построено 10-этажное деревянное здание – самое высокое полномасштабное здание в мире, когда-либо испытанное на симуляторе землетрясения или вибростоле. Исследовательский проект финансируется Национальным научным фондом США.

Джон ван де Линдт, профессор кафедры гражданского строительства и эксперт в области сейсмического анализа и устойчивости, работает над проектом вместе со своим давним коллегой и бывшим студентом Шилин Пей.

На протяжении всего проекта ван де Линдт и его студенты CSU будут помогать оценивать ущерб, нанесенный зданию с точки зрения устойчивости, и оценивать, сколько времени потребуется зданию, чтобы вернуться к нормальному функционированию после землетрясения. Технический термин — «функциональное восстановление», и, вероятно, за ним будущее норм проектирования конструкций в США, сказал ван де Линдт.

Команда разработала 10-этажную массивную деревянную боковую систему качающихся стен, подходящую для регионов с высокой сейсмической опасностью. Эта новая система нацелена на отказоустойчивость, что означает, что здание будет иметь минимальный ущерб от землетрясений проектного уровня и будет быстро ремонтироваться после редких землетрясений.

По словам Пэя, система качающейся стены состоит из стеновой панели из цельного дерева, прикрепленной к земле с помощью стальных тросов или стержней с большой силой натяжения в них. «Под воздействием боковых сил деревянные стеновые панели будут раскачиваться вперед и назад, что снижает воздействие землетрясения, а затем стальные стержни вернут здание обратно в вертикальное положение, как только землетрясение пройдет», - сказал он.

Из-за этого сейсмического движения, вызванного качающейся системой, критически важные для устойчивости неструктурные компоненты внутри и покрытия здания, такие как внешний фасад, внутренние стены и лестницы, подвергаются серьезному испытанию.

Команда проекта сосредоточилась на критических с точки зрения безопасности неструктурных компонентах, которые охватывают этажи и, таким образом, подвержены относительному перемещению между этажами. Здание имеет четыре наружных фасадных блока, несколько внутренних стен и 10-этажную лестничную башню. Внешняя оболочка должна защищать здание от экстремальных температур и погодных явлений, а лестницы должны оставаться функциональными, чтобы позволить жильцам безопасно выйти, а службам быстрого реагирования иметь постоянный доступ ко всем этажам здания.

Испытания планируется начать в мае на единственном в мире вибростенде под открытым небом. Имитатор землетрясений, расположенный в Центре структурного проектирования Энглекирка при Калифорнийском университете в Сан-Диего, является частью инфраструктуры инженерных исследований природных опасностей NSF и благодаря финансированию NSF недавно был модернизирован до шести степеней свободы для воспроизведения полных трехмерных движений грунта, которые можно происходят во время землетрясения. Теперь он также способен испытывать полезную нагрузку до 2000 тонн, или более 4 миллионов фунтов.

Испытания будут моделировать движения при землетрясении, записанные во время предыдущих землетрясений, охватывающих диапазон магнитуд землетрясений по шкале Рихтера, от 4 до 8 баллов. Это будет сделано путем ускорения стола по крайней мере до 1 g, что может ускорить верхнюю часть здания до почти как 3gs.