Почему японские дома «не боятся» землетрясений?
Япония — страна, где землетрясения не редкое стихийное бедствие, а часть повседневной реальности. Архипелаг расположен на стыке Тихоокеанской, Филиппинской, Евразийской и Североамериканской литосферных плит, поэтому сейсмическая активность здесь одна из самых высоких в мире. Именно это географическое положение заставило японцев не бороться с неизбежным, а научиться с ним жить — прежде всего через архитектуру и инженерные решения.
Важно сразу развеять популярный миф: японские дома не «неуязвимы» и не «игнорируют» законы физики. Они разрушаются, но значительно реже и, что особенно важно, реже приводят к массовым жертвам. Ключ к этому — в строгой системе строительных норм.
После катастрофических землетрясений XX века, особенно Великого землетрясения Канто 1923 года, в стране начали последовательно ужесточать правила проектирования зданий. Крупная реформа строительного законодательства произошла в 1981 году: именно тогда в Японии ввели современные стандарты расчёта сейсмических нагрузок.
После землетрясения в Кобе в 1995 году требования снова усилили. В результате здания, построенные по нормам после 1981 года, в среднем демонстрируют значительно лучшую устойчивость по сравнению со старыми постройками — это подтверждали и правительственные отчёты после более поздних катастроф.
Карта землетрясений в Японии с 1900 года, с магнитудой, wikipedia
Самое интересное, что главная идея японской сейсмостойкой архитектуры не в том, чтобы сделать дом суперпрочным, а в том, чтобы позволить ему двигаться!
Дело в том, что во время толчка земля ускоряется, и если здание слишком жёсткое и тяжёлое, инерция буквально разрывает его изнутри. Поэтому современные японские здания проектируют так, чтобы они гасили и распределяли энергию.
Один из самых эффективных методов — сейсмоизоляция фундамента. Между фундаментом и надземной частью устанавливаются специальные изоляторы, чаще всего на основе слоистой резины с металлическими пластинами. Они позволяют зданию слегка «скользить» относительно колеблющейся почвы, снижая ускорение, которое передаётся конструкции.
Такие технологии активно применяются не только в небоскрёбах, но и в больницах, административных зданиях и даже в частных домах.
Другой важный элемент — демпферы, устройства, которые работают подобно автомобильным амортизаторам. Когда здание начинает раскачиваться, демпфер поглощает часть энергии колебаний. В высотных зданиях применяются и массивные маятниковые гасители колебаний: тяжёлый груз внутри конструкции движется в противофазе, уменьшая амплитуду раскачивания. Благодаря этому даже во время мощных землетрясений современные небоскрёбы в Токио могут заметно колебаться, но при этом сохранять целостность.
Устройства сейсмической изоляции, изготовленные из ламинированной резины, на фото до и во время испытаний, Takenaka Corporation, web-japan
Интересно, что в Японии широко распространены и деревянные дома, потому что лёгкость конструкции — преимущество при сейсмических нагрузках. Сила инерции прямо пропорциональна массе: чем легче здание, тем меньше нагрузка на его элементы при резком ускорении. Традиционные японские методы деревянного каркасного строительства позволяют таким домам выдерживать значительные толчки без обрушения.
Но технологии — лишь часть системы. В Японии существует обязательная процедура проверки старых зданий, государственные программы субсидирования их укрепления и строгий контроль за соблюдением норм. После землетрясения и цунами 2011 года, известного как Великое восточно-японское землетрясение, анализ показал: большинство современных зданий в районах сильных толчков устояли, а масштаб разрушений был во многом связан именно с цунами, а не с обрушением новых конструкций из-за сейсмической волны. Это стало ещё одним подтверждением эффективности инженерных подходов.
Поэтому правильнее сказать так: японские дома не «не боятся» землетрясений, а изначально проектируются с расчётом на них. Они не сопротивляются стихии, а взаимодействуют с ней: двигаются, гнутся, гасят энергию. За этой устойчивостью стоит почти век системной работы инженеров, законодателей и учёных. И главный результат этой работы измеряется не только в целых зданиях, но и в спасённых жизнях.