Насколько глубоки небоскребы в земле? Что мешает очень высокому зданию упасть?

Насколько глубоки небоскребы в земле? Что мешает очень высокому зданию упасть?

 

Даже если небоскреб построен очень правильно, малейшее движение грунта, на котором построено здание, должно воздействовать на всю конструкцию огромными силами.

Поистине, секрет любого здания – правильный фундамент. Чтобы гарантировать, что он обеспечит прочное основание.

 

Зачем небоскребам нужен такой большой фундамент и как он делает здание более устойчивым?

 

Ответ состоит из двух частей. Сопротивление горизонтальным силам и вертикальным силам.

Представьте себе высокий фонарный столб. Как вы думаете, это нормально, просто воткнуть его в землю на несколько сантиметров? Или вы бы предпочли вставить его в землю хотя бы на метр, чтобы он был устойчивым? Это отвечает на первую часть вопроса, а именно на устойчивость к боковым (горизонтальным) силам.

 

 

Даже если небоскреб построен очень правильно, малейшее движение грунта, на котором построено здание, должно воздействовать на всю конструкцию огромными силами. Поистине, секрет любого здания - правильный фундамент. Чтобы гарантировать, что он обеспечит прочное основание.

 

Точно так же, как фонарный столб может подвергаться боковым силам, таким как удары или ветер, что создает эффект поворота относительно точки контакта с землей. Здание также подвержено огромным боковым силам ветра и землетрясений. И поэтому фундамент должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять этому поворотному эффекту.

И как вы можете достичь этой силы? Либо сделав фундамент очень тяжелым, и/или вставив в землю сваи. И с их трением о почву, он будет сопротивляться этим вращательным эффектам.

Теперь давайте проясним вторую часть, вертикальные силы. Что это такое? В основном это вес самого здания (инженеры, называют это статической нагрузкой). А также вес людей, мебели и оборудования в здании (это называют динамической нагрузкой).

Для высотного здания, этот вес настолько велик, что просто заложить небольшой фундамент под зданием будет недостаточно. И грунт под зданием все равно осядет. Итак, вы должны увеличить сопротивление фундамента. Вы делаете это, вставляя сваи в землю, и опять же за счет трения ее сторон о почву получают повышенную несущую способность.

 

Фундамент Бурдж-Халифа был спроектирован как свайно-плитный. Основание толщиной 3,7 метра напоминает цветок с трилистника. Плита опирается на 192 так называемых "висячих" сваи диаметром 1,5 м и длиной 43 м. Которые не закреплены в скале, поскольку Эмираты расположены в пустыне. Даже на глубине 50 метров грунт там относительно мягкий.

 

Важное примечание здесь заключается в том, что строительство на камне, песке и более мягкой (глинистой) почве сильно отличается. Но в случае небоскребов, почти во всех случаях нужны свайные фундаменты.

Для примера возьмем самое высокое здание в мире на данный момент – Бурдж Халифа, расположенное в ОАЭ (828 м)

Фундамент Бурдж-Халифа был спроектирован как свайно-плитный. Основание толщиной 3,7 метра напоминает цветок с трилистника. Плита опирается на 192 так называемых “висячих” сваи диаметром 1,5 м и длиной 43 м. Которые не закреплены в скале, поскольку Эмираты расположены в пустыне. Даже на глубине 50 метров грунт там относительно мягкий.

 

Фундамент Бурдж-Халифа был спроектирован как свайно-плитный. Основание толщиной 3,7 метра напоминает цветок с трилистника. Плита опирается на 192 так называемых "висячих" сваи диаметром 1,5 м и длиной 43 м.

 

Как небоскребы сопротивляются провалу под землю?

 

Многие упускают из виду тот простой факт, что масса здания часто меньше, чем масса земли, удаленной для фундамента здания. Объем здания ведь в основном занят воздухом. Однако объем породы, удаляемой из фундамента, в основном представляет собой твердый материал.

Посчитано, что Эмпайр Стейт Билдинг имеет вес около 330 миллионов килограммов. Учитывая объем около 2,8 миллионов кубических метра. Это будет равняться примерно 117 килограмма на кубический метр. Но вес кубометра грунта, удаленного для основания, может составлять в среднем около 1450 килограммов. То есть в 13 раз БОЛЬШЕ.

Другими словами, при прочих равных условиях удаление 1 кубического метра земли дает вам 20 кубических метров здания. Вполне возможно, что вес всего здания будет меньше веса грунта, выкопанного для его поддержки.

Но, конечно, глубокие сваи, вбитые в скалу, также будут служить для соединения здания с землей, на которой оно возведено. Инженеры посмеются над этим чрезмерным упрощением, но общую идею вы поняли.

 

Но есть и более современные примеры наклоняющихся зданий. "Миллениум Тауэр" попала в новости, потому что тонет и наклоняется. С момента завершения строительства в 2008 году 58-этажная башня просела на 40 сантиметров и наклонилась на 6 сантиметров к северо-западу.

 

Насколько глубоки небоскребы в земле?

 

Конечно, в некоторых случаях здания уходят под землю. Если строение построено на слабом или неустойчивом грунте. Или если его фундамент был подготовлен неправильно, то оно может крениться или просесть.

Самым известным примером этого является, конечно же, Пизанская башня. Которая начала наклоняться почти с самого начала ее строительства в 1178 году.

Но есть и более современные примеры наклоняющихся зданий. “Миллениум Тауэр” попала в новости, потому что тонет и наклоняется. С момента завершения строительства в 2008 году 58-этажная башня просела на 40 сантиметров и наклонилась на 6 сантиметров к северо-западу.

Во-первых, предполагалось, что башня осядет. Около 13 сантиметров, если быть точным, согласно исследованию. Осадка – это то, что можно учесть и заложить в конструкцию или здание.

 

Во-вторых, башня стоит на свайном фундаменте, то есть на бетонном фундаменте, стоящем на подземных колоннах (сваях). Уходящих глубоко в грунт под зданием. Здесь важно, чтобы эти сваи не уходили в коренную породу. Это висячие сваи, что означает, что они удерживаются площадью своей поверхности. Которая находится в контакте с окружающим грунтом. А свай под этим зданием много - 950, если быть точным.

 

Во-вторых, башня стоит на свайном фундаменте, то есть на бетонном фундаменте, стоящем на подземных колоннах (сваях). Уходящих глубоко в грунт под зданием. Здесь важно, чтобы эти сваи не уходили в коренную породу. Это висячие сваи, что означает, что они удерживаются площадью своей поверхности. Которая находится в контакте с окружающим грунтом. А свай под этим зданием много – 950, если быть точным.

 

 

Какова продолжительность жизни небоскреба?

 

В современных небоскребах в качестве основного материала в основном используются сталь и стекло. Пожалуй, это главная тенденция по сравнению с железобетонными зданиями 20-го века.

Поскольку техническое обслуживание и вмешательство человека играют роль в восстановлении, фиксации и поддержании этих гигантов. Небоскребы из стекла и стали могут функционально прослужить до 80-150 лет. А физически могут просуществовать до 250 лет, прежде чем рухнут из-за естественные причины.

С другой стороны, бетонные небоскребы функционально могут прослужить до 100-200 лет. И рухнут как минимум через полтысячелетия.

Вероятно, что без какого-либо вмешательства человека (таких как обслуживание, восстановление и ремонт) небоскребы сегодняшнего дня могут простоять:

  • Небоскребы из стали и стекла : 30-50 лет. Без обслуживания внешняя поверхность разрушиться в течение нескольких десятилетий. Стекло со временем разобьется из-за бурь и других природных явлений. Наконец, вода и ветер проникнут в здание, и это разъест стальной каркас.
  • Бетонные небоскребы: 100-300 лет. Из-за прочности армированной стали и бетона здание может простоять до 2-3 столетий. Прежде чем рухнуть на землю из-за природных воздействий, химических процессов и естественных или искусственных пожаров.

 

В современных небоскребах в качестве основного материала в основном используются сталь и стекло. Пожалуй, это главная тенденция по сравнению с железобетонными зданиями 20-го века.

 

Все глубже и глубже

 

Мы можем строить небоскребы, которые уходят в воздух на сотни метров, но почему мы не строим здания, которые уходят в землю? Было бы безопаснее строить и жить, не так ли?

Однако, можно с уверенностью сказать, что было бы НЕ безопаснее и даже НЕ дешевле строить вниз, чем вверх. Экономия будет за счет долгосрочного использования. Поэтому любому разработчику, который ищет быструю окупаемость инвестиций, не повезет.

Преимущества:

  • Геотермальное отопление и/или охлаждение
  • Соединения с прочными фундаментами коренных пород или грунтов
  • При правильном планировании подземные города или города развивались вокруг центральных ядер с зелеными насаждениями
  • Возможность по-прежнему строить вверх на том же участке земли
  • Возможные соединения с общественным транспортом, уже работающим под землей

 

Мы можем строить небоскребы, которые уходят в воздух на сотни метров, но почему мы не строим здания, которые уходят в землю? Было бы безопаснее строить и жить, не так ли?

 

Недостатки:

  • Затраты на копание вниз и извлечение грунта, удаление камней с помощью динамита и надлежащие подпорки для удержания стен по периметру
  • Ограничения по глубине из-за ограничений строительной техники
  • Слой активных систем защиты от воды снаружи здания. Здание будет протекать из-за увеличения гидростатического давления, чем глубже вы опускаетесь.
  • Специализированное освещение для поддержания надлежащего уровня УФ-излучения. Если только вы не хотите, чтобы растения не росли и все выглядели призрачно белыми и истощенными из-за недостатка витамина D.
  • Чрезвычайно трудно восстановить структуру скелета из-за землетрясений, оседания грунта, изменений подземного гидростатического давления и т.д.

 

Однако, можно с уверенностью сказать, что было бы НЕ безопаснее и даже НЕ дешевле строить вниз, чем вверх. Экономия будет за счет долгосрочного использования. Поэтому любому разработчику, который ищет быструю окупаемость инвестиций, не повезет.

 

Здесь можно продолжать пополнять этот список, но лучше остановиться здесь. Реальность такова, что мы могли бы более безопасно построить базу на Луне, Марсе или даже внутри астероида. Прежде чем зарываться в землю.

 

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Maxim/ автор статьи
Загрузка ...
Дневник истории