Технология стальной опоры произвела революцию в демпфировании зданий

Стальная конструкционная система демпфирования может сделать высокие здания более безопасными при землетрясениях и уменьшить влияние ветра, не занимая при этом ценную площадь.

Поскольку цены на недвижимость в развивающихся городах по всему миру продолжают расти, девелоперы отреагировали на это строительством более высоких и узких зданий.

Центральный Лондон, Гонконг, Нью-Йорк, Торонто, Веллингтон, Манила; все они имеют одни из самых дорогих объектов недвижимости в мире, и поскольку желание жить и работать в центре этих бизнес-центров остается высоким, девелоперы смотрят ввысь.

Современные методы строительства позволяют строить небоскребы на все более мелких участках и с соответствующей стройностью. "Модули VCD изготовлены с использованием стандартной японской конструкционной стали SM490A, в которой находится вязкоупругий полимер 3M. Это сверхпрочный материал. Эффект более заметен на верхних уровнях, и, хотя это не имеет никаких последствий для безопасности, он может вызвать у жильцов некоторую форму укачивания". Чтобы бороться с раскачкой, разработчики призвали инженеров и дизайнеров разработать системы демпфирования, которые помогут уменьшить это колебание.

Есть два предпочтительных типа заслонок, которые устанавливаются в верхней части здания; настроенный демпфер массы, представляющий собой механическую систему, которая поглощает любое движение, и демпфер, в котором используется резервуар, наполненный водой, для увеличения веса и противодействия любому раскачиванию.

Оба они громоздки, требуют 100 квадратных метров площади на двух этажах, а в городах, где каждый квадратный сантиметр пола имеет высокую ценность, это может быть дорого.

Высокая стоимость существующих демпфирующих систем была одной из причин, по которой базирующаяся в Торонто компания Kinetica Dynamics совместно с производителем материалов 3M и специалистами по стали Nippon Steel и Sumikin Engineering разработала систему, которая может гасить любое колебание ветра или землетрясение, не занимая при этом ценную площадь.

В его вязкоупругом демпфере (VCD) используется сочетание сопротивления сдвигу и растяжению вязких материалов и памяти растяжения эластика, объединенных в вязкоупругий полимер, разработанный командой 3M.

Производитель Nippon Steel и Sumikin Engineering берет несколько слоев этого вязкоупругого материала, помещая его между слоями высокопрочной стали, чтобы создать один из своих модулей VCD.

Эти модули доставляются на стройплощадку, где они крепятся к стальным профилям, залитым в бетонную конструкцию небоскреба. Эти «закладные» производятся на месте производителями стали с «шаблонами», которые действуют как ограничители допусков, что позволяет позднее закрепить VCD с помощью высокопрочных стальных болтов. Это гарантирует, что процесс можно будет исключить из критического пути строительного цикла, экономя время и повышая эффективность строительства.

"Это означает, что генеральные подрядчики могут выполнять работу без привлечения бригад специалистов. Достаточно просто отлить закладные, которые представляют собой стандартные стальные профили местных производителей", - объясняет Майкл Монтгомери, главный технический директор и управляющий директор Kinetica.

Он работал над использованием VCD в высоких армированных конструкциях вместе с инженерами 3M, Nippon Steel и Sumikin в течение восьмилетнего процесса разработки и тестирования в Университете Торонто, и теперь наблюдает за внедрением этой технологии.

Этот режим испытаний включал полномасштабные испытания демпфирования для проверки стали и вязкоупругой технологии, подтверждая эффективность и надежность демпфирования. Они отметили значительные улучшения производительности по сравнению с традиционными структурными конструкциями при частых ветрах и землетрясениях, а также более жесткие испытания при ураганных ветрах и сценариях экстремальных землетрясений.

"Мы работаем над этими VCD и следим за тем, чтобы они прошли всесторонние испытания уже много лет. Модули VCD производятся с использованием стандартной японской конструкционной стали SM490A, в которую входит вязкоупругий полимер 3M. Это сверхпрочный материал", - объясняет Монтгомери.

"В ходе испытаний мы обнаружили, что демпфер работает лучше без какого-либо дополнительного связующего слоя между сталью и полимером. Стальные болты, обеспечивающие зажимную силу, представляют собой стандартные шестигранные стальные болты A490 японского производства".

Распределение и расположение демпферов вокруг рамы башни зависит от проекта инженеров-строителей и сейсмостроителей. В районах значительной сейсмической активности они могут не только снизить уровень и силу сейсмических колебаний, но и объем ремонтных работ после землетрясения.

«Во время испытаний мы обнаружили, что демпфер работает лучше без добавления какого-либо дополнительного связующего слоя между сталью и полимером».

Если их мощность рассчитана на заранее определенные нагрузки, соединительные элементы VCD действуют как «структурные предохранители», предотвращая повреждение соседних элементов конструкции. После сильного землетрясения необходимо лишь осмотреть эти предохранители и при необходимости заменить или отремонтировать их.

VCD-диски Kinetica, 3M, Nippon Steel и Sumikin Engineering уже установлены на престижных объектах в районах, подверженных как сильным ветровым нагрузкам, так и сейсмической активности.

В Маниле комплекс Park Central Towers состоит из двух башен высотой 267 и 217 метров. Они расположены в регионе, подверженном сильным тайфунам, всего в нескольких километрах от линии крупного разлома. В каждой башне установлено 32 VCD, снижающих ветровую и сейсмическую нагрузку на каждую конструкцию. А в Торонто 62-этажный комплекс Y+C Condominium оснащен 42 VCD, которые заменили стальные соединительные балки в центральной секции башни.

Поскольку будущее жилых и офисных помещений в крупных городах все чаще ориентируется на небоскребы, потенциал этой стальной технологии в повышении безопасности и комфорта при одновременном увеличении площади может оказаться неоценимым.