Как старейшие японские деревянные здания выстояли во время самых сильных землетрясений?
Потрясающе, но с тех пор, как пагода Хорю-дзи (Horyu-Ji) была возведена в 607 году, в Японии произошло 46 семибалльных и более сильных землетрясений. Как же строению высотой в 122 фута удалось выстоять во время таких встрясок?
Технология строительства многоярусных пагод пришла в Японию из Китая вместе с буддизмом в шестом веке. На материке пагоды традиционно строились из камня, однако в Японии это оказалось непригодным, учитывая сейсмическую нестабильность и большое количество осадков. Но после многих экспериментов японским строителям удалось адаптировать их к местным условиям благодаря внесению трех конструктивных изменений: использованию широких и тяжелых карнизов, не скрепленных между собой ярусов и амортизирующей центральной колонны («симбасира»).
Япония – страна с высокой влажностью, годовое количество осадков примерно вдвое больше, чем в Китае. Чтобы снизить риск оседания пагоды и отвести дождевую воду от здания и прилегающей земли, строители значительно удлинили карнизы, которые составляют 50 или более процентов от общей ширины здания. Массивные выступы поддерживались системой кронштейнов. Для борьбы с высокой пожароопасностью карнизы покрывали тяжелой глиняной черепицей, предотвращающей распространение огня на остальную деревянную конструкцию.
Примечание. Пагоды пожароопасны. Пагода Тодзи (Toji), самое высокое деревянное сооружение Японии, три раза сгорала до основания после удара молнии с момента ее первой постройки в 824 году. Пожары от удара молнии – самые главные разрушители пагод, в связи с чем на крыше предусмотрен массивный металлический шпиль, играющий роль громоотвода. Фактически, за последние 1400 лет известны всего две японских пагоды (в храмовом комплексе в Тодай-дзи), разрушенные исключительно землетрясениями.
Широкие тяжелые карнизы – не только хорошая защита от пожара. Их огромная инерция предотвращает колебания здания, значительно придавая устойчивости. И даже в случае самых сильных подземных толчков здание скорее мягко раскачивается, а не трясется.
В отличие от современных конструкций в пагоде Хорю-дзи нет центральной несущей нагрузку оси. Здание сужается кверху, так что нет вертикальной несущей нагрузку балки, которая была бы соединена с другой ниже ее. Отдельные ярусы не прикреплены жестко друг к другу, а просто уложены один на другой с помощью шарнирных соединений. Это большое преимущество в стране, где нередки землетрясения, во время которых ярусы раскачиваются в скользящей манере в противоположных относительно друг друга направлениях. Это придает большую «вязкость» колебаниям здания по сравнению с жесткими конструкциями.
Для предотвращения слишком сильных изгибов было разработано гениальное решение – синбасира. Она выглядит аналогично несущей колонне, но на самом деле не служит опорой для тяжести здания (опорой является система из двенадцати внешних и четырех внутренних колон). Созданная из ствола большой сосны, синбасира проходит от внутренней стороны крыши по центру пагоды. Ее нижний конец может быть зарыт в землю или лежать прямо на поверхности, а иногда он даже не касается земли – просто свободно висит в воздухе. Синбасира работает как массивный резонансный виброгаситель, помогающий уменьшить колебания во время землетрясений. Она удерживает ярусы от чрезмерного раскачивания и противодействует их колебаниям, когда они ударяются об нее. Фактически это гигантский устойчивый маятник, массы которого достаточно, чтобы предотвратить свободные колебания легких ярусов.
Аналогичная поглощающая вибрации технология используется до сих пор. В небоскребе «Тайбэй 101» («Taipei 101») используется массивный маятник размером в четыре этажа, начинающийся с 92-го этажа, чтобы устранить колебания здания от сильного ветра. В небоскребе «Citicorp Center» в Нью-Йорке применен 400-тонный бетонный блок для предотвращения колебания во время ураганов.
Рубрика «Гигантские механизмы» посвящена самым необычным механизмам в мире, от массивного оружия до крошечных высокоточных устройств, а также всему, что между ними.
: Andrew Tarantola, 5.10.2011
Перевод на русский: Наталья Головаха для «Fushigi Nippon / Новости из Японии», 17.10.2011