Сейсмостойкость丨Сравнительный эксперимент по сейсмостойкости стальных конструкций 

После землетрясения магнитудой 6,8 в уезде Тинри (Тибет) произошло более 1000 афтершоков, число пострадавших превысило 60 000 человек. Согласно сводкам новостей, обрушившиеся и серьезно поврежденные здания — это в основном старые постройки: саманные, кирпично-деревянные и каменно-деревянные дома, стены которых зачастую возведены из земли. Среди традиционных строительных систем преобладают деревянно-грунтовые, бетонные и кирпично-деревянные конструкции, чья сейсмостойкость значительно уступает современному типу конструкций — стальному каркасу. В процессе моделирования мы использовали сталь, дерево, бетон и кирпич в качестве основных несущих материалов для проведения сравнительного эксперимента по сейсмостойкости:

При моделировании землетрясения магнитудой 4,3 все конструкции продемонстрировали легкое покачивание, при этом у деревянных конструкций амплитуда колебаний была наибольшей.

При имитации землетрясения магнитудой 4,9 во всех домах наблюдалась отчетливая тряска; внутри стальных и деревянных конструкций толчки ощущались явно, мебель раскачивалась или даже опрокидывалась.

При землетрясении магнитудой 5,5 разрушительная сила, воздействующая на здания, возрастает: из-за сильной тряски несущие стены первого этажа в кирпичных строениях начинают трескаться, что приводит к обрушению всего здания.

При землетрясении магнитудой 6,1 кирпичные дома мгновенно рушатся, а в бетонных зданиях начинают обваливаться перекрытия, что делает все строение крайне опасным.

При землетрясении магнитудой 6,7 большинство зданий начинают получать серьезные повреждения. Вслед за обрушением кирпичных домов начинают рушиться и бетонные. В отличие от кирпичных конструкций, в бетонных сначала возникают внутренние разломы, что приводит к обрушению всего здания. В то же время в деревянных и стальных постройках мебель выбрасывает наружу, но сами конструкции зданий продолжают стоять.

При землетрясении магнитудой 7,3 разрушительная сила возрастает: кирпичные и бетонные конструкции мгновенно рушатся, однако стальные и деревянные конструкции остаются неповрежденными.

При землетрясении магнитудой 7,9 уже наблюдаются огромные разрушения; внутри зданий со стальными и деревянными каркасами царит полный хаос, однако сами конструкции домов все еще сохраняют целостность.

При землетрясении магнитудой 8,5 разрушительная сила чрезвычайно велика, а масштабы деструкции ужасают: деревянные дома начинают рушиться из-за излома несущих опор вслед за обрушением бетонных и кирпичных строений, в то время как стальные конструкции все еще сохраняют свою целостность.

Судя по результатам данного эксперимента, сейсмостойкость домов со стальным каркасом очевидно намного выше, чем у зданий из других материалов. Причина, по которой стальные конструкции способны выдерживать столь мощные сейсмические нагрузки, заключается в их высокой прочности и вязкости. Сталь обладает превосходными механическими свойствами, позволяющими выдерживать значительные силы землетрясения без серьезных повреждений. Во время землетрясения стальная конструкция способна поглощать энергию за счет собственной упругой деформации, что снижает степень разрушения структуры. Кроме того, пластичность и ковкость стали позволяют конструкциям претерпевать определенные деформации без разрушения, что еще больше повышает их сейсмостойкость.