Лучшее здание, устойчивое к цунами

Архитекторы и инженеры могут проектировать здания, которые будут выдерживать даже самые сильные землетрясения. Тем не менее, цунами (произносится Су-НАХ-мии), серия волн в водоеме, которая часто вызывается землетрясением, способна смыть целые деревни. Хотя ни одно здание не защищено от цунами, некоторые здания могут быть спроектированы так, чтобы противостоять сильным волнам. Задача архитектора состоит в том, чтобы спроектировать для события И дизайн для красоты - та же проблема, с которой сталкиваются в дизайн безопасной комнаты.

Цунами обычно генерируются мощными землетрясениями под большими водоемами. Сейсмическое событие создает подповерхностную волну, которая является более сложной, чем когда ветер просто дует на поверхность воды. Волна может преодолевать сотни миль в час, пока не достигнет мелководья и береговой линии. Гавань по-японски цу а также Nami значит волна. Поскольку Япония густонаселенна, окружена водой и находится в зоне сильной сейсмической активности, цунами часто связаны с этой азиатской страной. Они встречаются, однако, во всем мире. Исторически цунами в США наиболее распространены на западном побережье, включая Калифорнию, Орегон, Вашингтон, Аляску и, конечно же, Гавайи.

Волна цунами будет вести себя по-разному в зависимости от подводного ландшафта, окружающего береговую линию (то есть, насколько глубоко или мелко вода находится от береговой линии). Иногда волна будет похожа на «приливную волну» или волну, и некоторые цунами вообще не падают на берег, как более знакомая волна, вызванная ветром. Вместо этого уровень воды может очень и очень быстро подниматься в так называемом «нагромождении волн», как если бы поток пришел сразу - как прилив в 100 футов. Наводнение в результате цунами может распространиться на глубину более 1000 футов, а «изношенность» наносит постоянный ущерб, поскольку вода быстро отступает обратно в море.

Структуры, как правило, разрушаются цунами из-за пяти основных причин. Во-первых, это сила воды и высокоскоростной поток воды. Стационарные объекты (например, дома) на пути волны будут сопротивляться силе, и, в зависимости от того, как построена структура, вода будет проходить через нее или вокруг нее.

Во-вторых, приливная волна будет грязной, и воздействие осколков, переносимых сильной водой, может разрушить стену, крышу или опалубку. В-третьих, этот плавающий мусор может гореть, а затем распространяться среди горючих материалов.

В-четвертых, цунами, бросающееся на сушу и затем отступающее к морю, создает неожиданную эрозию и размывание фундамента. В то время как эрозия - это общее истирание поверхности земли, размытие более локализовано - тип износа, который вы видите вокруг опор и свай, когда вода течет вокруг неподвижных объектов. И эрозия, и размывание ставят под угрозу фундамент конструкции.

Пятая причина повреждения от сил ветра волн.

В целом, нагрузки от наводнений можно рассчитать, как и для любого другого здания, но масштаб интенсивности цунами усложняет строительство. Говорят, что скорость наводнения цунами "очень сложна и специфична для конкретного участка". Из-за уникальной природы Для создания противоударной структуры, Федеральное агентство США по чрезвычайным ситуациям (FEMA) имеет специальный публикация называется Руководство по проектированию конструкций для вертикальной эвакуации из цунами.

Системы раннего предупреждения и горизонтальная эвакуация были основной стратегией на протяжении многих лет. Однако в настоящее время предполагается проектировать здания с зоны вертикальной эвакуации: вместо того, чтобы пытаться покинуть область, жители поднимаются вверх до безопасного уровня.

«... здание или земляной курган, высота которого достаточна для поднятия эвакуированных над уровнем цунами наводнение, и спроектирован и построен с силой и упругостью, необходимой для противостояния цунами волны ...»

Индивидуальные домовладельцы, а также сообщества могут использовать этот подход. Вертикальные зоны эвакуации могут быть частью проекта многоэтажного здания, или это может быть более скромная, автономная структура для единственной цели. Существующие сооружения, такие как хорошо построенные гаражи, могут быть обозначены как вертикальные зоны эвакуации.

Продуманная инженерия в сочетании с быстрой и эффективной системой предупреждения может спасти тысячи жизней. Инженеры и другие эксперты предлагают следующие стратегии для строительства, устойчивого к цунами:

1. Сборка конструкций из железобетона вместо дерева, хотя деревянные конструкции более устойчивы к землетрясениям. Железобетонные или стальные каркасные конструкции рекомендуются для вертикальных эвакуационных сооружений.
2. Смягчить сопротивление. Проектируйте структуры, чтобы позволить воде течь. Постройте многоэтажные сооружения, при этом первый этаж должен быть открытым (или на сваях) или отколовшимся, чтобы основная сила воды могла пройти. Поднимающаяся вода будет наносить меньший ущерб, если она может течь под конструкцией. Архитектор Даниэль А. Нельсон и Проекты Северо-западных Архитекторов часто используют этот подход в резиденциях, которые они строят на побережье Вашингтона. Опять же, этот дизайн противоречит сейсмической практике, что делает эту рекомендацию сложной и специфичной для конкретного участка.
3. Построить глубокие основы, закрепленные на опорах. Сила цунами может полностью повернуть прочное бетонное здание на свою сторону, глубокие фундаментальные основы могут преодолеть это.
4. Проектирование с избыточностью, так что структура может испытывать частичный отказ (например, разрушенный столб) без постепенного разрушения.
5. Насколько это возможно, оставьте растительность и рифы нетронутыми. Они не остановят волны цунами, но могут действовать как естественный буфер и замедлять их.
6. Сориентируйте здание под углом к ​​береговой линии. Стены, которые обращены прямо к океану, пострадают больше.
7. Используйте непрерывную стальную конструкцию, достаточно прочную, чтобы противостоять ураганным ветрам.
8. Конструируйте конструктивные разъемы, способные поглощать нагрузки

По оценкам FEMA, «устойчивая к цунами конструкция, включая сейсмоустойчивые и устойчивые к разрушению конструктивные особенности конструкции, произойдет увеличение порядка общих затрат на строительство на 10-20% по сравнению с тем, которое требуется для обычного использования здания «.

В этой статье кратко описывается тактика проектирования зданий, которые используются на береговых линиях, подверженных цунами. Для получения подробной информации об этих и других методах строительства, изучите первоисточники.

• Система предупреждения о цунами США, NOAA / Национальная служба погоды, http://www.tsunami.gov/
• Эрозия, Scour и дизайн фундамента, FEMA, январь 2009, PDF в https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1644-20490-8177/757_apd_5_erosionscour.pdf
• Руководство по прибрежному строительству, Том II FEMA, 4-е издание, август 2011 г., с. 8-15, 8-47, PDF на https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1510-20490-1986/fema55_volii_combined_rev.pdf
• Руководство по проектированию конструкций для вертикальной эвакуации из цунами, 2-е издание, FEMA P646, 1 апреля 2012 г., с. 1, 16, 35, 55, 111, PDF в https://www.fema.gov/media-library-data/1426211456953-f02dffee4679d659f62f414639afa806/FEMAP-646_508.pdf
• Цунами-доказательство здание Данби Ким, http://web.mit.edu/12.000/www/m2009/teams/2/danbee.htm, 2009 [по состоянию на 13 августа 2016 г.]
• Технология, чтобы сделать здания землетрясения - и цунами - устойчивым Эндрю Моземан, Популярная механика11 марта 2011 г.
• Как сделать здания безопаснее в цунами Ролло Рейд, Рейд Стил