Неліктен болат ғимарат жер сілкінісіне төзімділігі мен жел жүктемесін ұстау қабілеті бойынша темірбетоннан озып шығады?

Адамдар көбінесе бетондың беріктік пен күштілікті білдіретінін ұғады. Ол қатты сезіледі, қозғалмайтындай көрінеді және тыныш күндері сіз оның қасында тұрғанда ең қауіпсіз нәрсе сияқты болады. Бірақ бетон құрылысын жер сілкінісіне немесе құйынға ұшыратқан кезде осы логиканың қай жерінде қате екенін бастайсыз бақылау. Полиграфиялық тұрғыдан айтқанда, болат ғимарат осы шарттарда тек тірі қалмайды. Оның нақты әлемдегі экстремалды жағдайларда жақсы жұмыс істеу себебі — бірнеше физикалық қасиеттерге байланысты, олардың бәрін қатты жағдайларда екі материалдың да қалай әрекет ететінін бақыламайынша байқау қиын.

Болаттың жер қозғалысымен бірге қозғалуы қалай жүзеге асады

Жердің қозғалған кезде не болатынын ойланыңыз. Егер сіз өте қатты және қатты нәрсе салсаңыз, онда фундаменттен келетін энергияны босатуға мүмкіндік болмайды. Әрбір трещина мен әрбір секіру тікелей құрылыс арқылы жоғары қарай жылжиды, дейін бір нәрсе сынғанша. Балта басқаша әрекет етеді, себебі ол пластикалықтыққа ие – бұл оның зақымданғанға дейін созылуына, иілуіне және аздап деформациялануына мүмкіндік беретін қасиет. Бұл сейсмикалық оқиға кезінде болат құрылыс энергияны сыну арқылы емес, серпімді деформациялану арқылы сіңіреді дегенді білдіреді. Темірбетон қысымға төзімді, бірақ ол сынық. Солай шайқалған кезде ол трещиналарға және беттің түсуіне ұшырайды, бұл арқылы арматурасы ашылып, тоқтату қиын болатын зақымдар тізбегін бастайды.

Басқа маңызды ерекшелік — күштердің болат ғимарат арқылы қалай таралатыны. Арқалықтар мен бағандар арасындағы байланыстар жиі қосылулардың жалпы тұрақтылығын жоғалтпай, оңай бұрылуға мүмкіндік беретіндей тәсілмен дәнекерленеді немесе бұрандаланады. Осы қосылыстар тұрақты кернеуді шоғырландырмай, оны жергілікті деңгейде жеңілдететін сияқты шарнирлер ретінде әрекет етеді. Ал темірбетонды моменттік каркаста қосылыстар монолитті болғандықтан, кернеу тек қиманың шекті мәніне жеткенше ғана жиналады. Бұл — жермен «би билетін» каркас пен оған «қарсыласатын» каркастың айырмашылығы.

Жел соғып тұрған кездегі салмақтың рөлі

Желдің жүктемесі — бұл тек ауаның қаншалықты күшті итеруі туралы емес. Сонымен қатар, ғимараттың массасы қанша екені және осы массаның боксальды күшпен қалай әрекеттесетіні де маңызды. Ауыр құрылыс қозғалысқа қарсы қарсылығы көп инерцияға ие, сондықтан желдің шапшаң соғысы кезінде бұл инерция ғимаратты желдің итерген бағытында қозғалыста ұстайды, ол егер демпфирлеу жеткіліксіз болса, тербелісті күшейте алады. Балқытылған темір құрылысы эквивалентті темірбетон құрылыстан жеңіл болады, бұл шынында да желдің күшті әсер ететін жағдайларында көмектеседі. Массаның азаюы жел фасадқа әсер етпес бұрын импульстің азаюын білдіреді. Оны жақсы көтергіштікпен жабдықталған темір қаңқаның қаттылығымен ұштастырсаңыз, ғимараттың жалпы ауытқуы азаяды және ортаңғы орынға тезірек қайтады.

Бетон ауыр. Осы масса кейбір жағдайларда, мысалы, көтеруші күшке қарсы тұруда көмек береді, бірақ жел 150 миль/сағат жылдамдықпен соғып тұрған кезде осы салмақ өзіне проблемаға айналады. Бетон құрылымы дәл реттелмеген жағдайда ыңғайсыз ығысу мен резонанс мәселелерін туғызуы мүмкін. Сталь құрылымды қажетті жерлерде қатайтуға, бекіткіш элементтер қосуға және динамикалық жауапты өлі салмақпен күреспей-ақ реттеуге көбірек икемділік береді.

Неге сығылғыш материалдар екі жағдайда да қиналады

Бетонға қарағанда болат ғимараттың неге жоғары көрсеткішке ие екенін түсіну үшін, оның бұзылу режимдеріне назар аудару керек. Болат әдетте өзінің бұзылуына дейін сізге ескертеді. Сіз деформацияны көресіз, дыбыстарды естисіз және әрекет ету уақытыңыз болады. Ал бетон қатты қалайып қалады. Егер трещина маңызды қима бойымен таралса, бүкіл элементтің көтергіш қабілеті шамамен лездік жоғалады. Жер сілкінісі кезінде осы айырмашылық өте зор. Болат каркас қисып кетуі немесе ығысуы мүмкін, бірақ адамдар шығып кетуі үшін жеткілікті уақыт ішінде тұрып қалады. Ал егер бетондық көлденең қабырғада трещина пайда болса, ол сол сәтте басым бөлігінің көлденең кедергісін жоғалтады және ғимарат ешқандай ескертусіз жартылай құлауы мүмкін.

Бұл желдің әсері кезінде де осылай болады. Желдің шамалы күшейуі қайталанады. Ол ғимаратқа рет-ретімен соғады. Сталь тозуға ұшырамай, миллиондаған жүктеу циклдарын көтере алады, себебі кернеу деңгейлері төзімділік шегінен төмен қалады. Ал бетон, егер ол алдыңғы жүктеулерден пайда болған микросызаттарға ие болса, қайталанатын жел циклдары әсерінен уақыт өте келе нашарлайды. Бастапқыда жіңішке сызат түрінде пайда болған зақым су өткізетін жолға айналады, содан кейін коррозия басталады және соңында қима қысқарады. Зақым жинақталады, бұл оны тексеру мен жөндеу қиын болатындай етеді.

Қалайша болат құрылымдар энергияны табиғи түрде сіңіреді

Балалық кезінде өткізілетін тойлар туралы не бар — болат ғимараттың жиналуының әдісінде ішкі сақтандыру қасиеті бар. Болтты қосылыстарда үйкеліс әсерінің аз мөлшері бар. Керілген каркастарда элементтер созылу мен сығылуға ұшырайды, ал әрбір цикл гистерезис арқылы аз ғана энергияны шашады. Бұлардың ешқайсысы көрнекті емес, бірақ жалпыланғанда маңызды болады. Жер сілкінісі болған кезде осы энергия қайда-бір жерге барады. Темірбетон ғимаратта энергияның көп бөлігі материалдың трещинаға ұшырауына кетеді, бұл тұрақты зақымдану болып табылады. Ал болат ғимаратта энергияның көп бөлігі өзінің құрылымдық жүйесі арқылы шашылады, сондықтан каркасқа жинақталған зақым аз болады.

Жел ұқсас тәсілмен әрекет етеді. Желдің үрлеуі қабырға қаптамасын жүктейді және жүктемені алып тастайды, ал осы энергия көлденең және бойлық қосымша құрылымдар арқылы негізгі каркасқа беріледі. Дұрыс есептелген бекітпе элементтері бар болат ғимаратта бұл процессті материалдың табиғи түрде шыдай алатын қайталанатын төмен кернеу циклына айналдырады. Ал темірбетон элементтері, әсіресе жұқа қималылары, қайталанатын көлденең жүктеулерді ұнатпайды. Арматура мен бетон арасындағы байланыс баяу нашарлайды, ал қиманың қаттылығы жылдар бойы біртіндеп өзгереді.

Дизайн мен қосылу деталдарындағы икемділіктің артықшылығы

Бір практикалық айырым — сейсмикалық немесе желге төзімді элементтерді болат каркасқа қосу оңайлығында. Сіз өзіңіздің аймағыңыз үшін маңызды жел бағытына дәл сай келетін бекіту конфигурациясын жобалауыңызға болады. Сіз бір бағытта моменттік рамалар, ал басқа бағытта көлденең бекітілген бұтақтар орнатуыңызға болады. Сіз болат үсті құрылымымен базалық изоляторларды қолданып, жоғары нәтижелерге қол жеткізе аласыз, себебі жеңіл салмақ изоляторлардың тиімді жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Бетон әдетте сізді шектеулі жиынтық көлденең жүйелерге итермелейді, ал оларды кейіннен өзгерту қиын және қымбатқа түседі. Болат ғимаратта қосылу детальдары стандартталған және оларды қарапайым есептеулер арқылы тексеруге болады. Бұл жобалау нақты қауіптілік деңгейіне дәлірек бейімделуін қамтамасыз етеді, сондықтан ғимарат қауіпсіз де, тиімді де болады.

Бұл сейсмикалық және желді аймақтардағы иелер үшін нені білдіреді

Егер сіз жер сілкінісі немесе күшті жел әсері тұрақты қауп болатын аймақта ғимарат салуға қараған болсаңыз, конструкциялық материалды таңдау – оңай шешім емес. Балалық құрылыс сізге бүйірлік жүктемелерді жасырын зақым жиналмай-ақ қабылдай алатын, болжанатын, пластикалық және жеңіл жүйе береді. Жөндеулер әдетте қарапайымырақ болады, себебі сіз үлкен бетон бөліктерін қиратпай-ақ жеке элементтерді ауыстыра аласыз немесе күшейте аласыз. Сонымен қатар, ұзақ мерзімді әсер, әсіресе қайталанатын жүктемелер кезінде, қолданыс сипаттамасы тұрақтырақ.

Бұл бетонның рөлі жоқ дегенді білдірмейді. Дегенмен, сұрақ нақты жер сілкінісі мен жел жүктемелері кезіндегі қолданыс сипаттамасына бағытталған болса, дәлелдер қатты қолдауын сталь құрылысқа береді. Аз масса, жоғары пластикалық қасиет, берік байланыстар және сізге ескертуді, ал қауіптің қатты қауіп-қатерін емес, беретін қирау режимі. Осы қосындыны қайта жасау қиын, сондықтан көптеген жоғары қауіпті аймақтардағы жобалар қазір негізгі құрылыс ретінде сталь құрылысқа бағытталған.