Современные технологии стремительно меняют облик городской архитектуры, подталкивая инженеров и учёных к поиску инновационных решений в области безопасности зданий. В частности, исследование поведения построек после природных катастроф приобретает особую актуальность в регионах с высокой сейсмической активностью. Университет Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) совместно с Калифорнийским политехническим университетом проводит уникальные экспериментальные исследования, направленные на изучение реакции стальных зданий на одновременно возникающие во время землетрясения и последующего пожара воздействия. Эти испытания имеют важное значение не только для научного сообщества, но и для строительной отрасли, способствуя разработке более надёжных и экономически выгодных технологий возведения высотных сооружений. Центральным объектом исследований является здание из холодногнутой стали — материала, который отличается лёгкостью, прочностью и экологичностью благодаря возможности переработки.
В настоящее время в США строительные нормы ограничивают использование холодногнутой стали зданием высотой не более шести этажей. Однако ученые ставят цель проверить сейсмоустойчивость более высоких зданий, что позволит повысить этажность и, соответственно, ускорить процесс строительства и сократить его стоимость. Испытания выполняются на специальном «столe» для имитации землетрясений — вибрационной платформе, способной воспроизвести воздействие мощных подземных толчков. Последнее исследование включало моделирование землетрясения магнитудой 6,9, после которого специальным оборудованием отслеживалось распространение дыма, температуры и огня внутри конструкции. Особое внимание уделялось девятому этажу здания, где возник очаг пожара.
Для фиксации температурных и аэродинамических параметров в воздухе использовались беспилотные летательные аппараты, которые позволяли получить детализированные данные о движении горячих газов и частиц по внутренним пространствам сооружения. Профессор строительной механики Тара Хатчинсон, возглавляющая проект в UC San Diego, отмечает, что землетрясение значительно ослабляет защитные структуры стен, то есть гипсокартон, вызывая его расслаивание, разрывы и деформацию. Такие повреждения создают канал для быстрого проникновения высоких температур и огня в соседние помещения. Это обстоятельство значительно повышает риск для людей, находящихся внутри здания, и усложняет работу пожарных, которые сталкиваются с нестабильной и потенциально опасной обстановкой. Поддержка и присутствие пожарных из California Department of Forestry and Fire Protection (Cal Fire) во время опытов позволяли быстро контролировать возникшие возгорания и предотвращать их распространение за пределы тестовой зоны.
Капитан пожарной службы Томас Шутс подчёркивает, что разрушения, нанесённые землетрясением, создают серьёзные вызовы для спасателей. Кроме обычных трудностей тушения открытого огня, они сталкиваются с необходимостью работы в повреждённых, зачастую ослабленных строениях, что существенно повышает риски для их здоровья и жизни. Анализ таких ситуаций помогает разрабатывать новые тактики и технологии пожаротушения, минимизирующие опасности. Результаты экспериментов открывают перспективы для пересмотра существующих строительных норм и правил. Если будет подтверждена возможность безопасного возведения зданий из холодногнутой стали выше текущего ограничения в шесть этажей, то это окажет влияние на строительство не только в Калифорнии, но и в других регионах страны.
Более высокие и лёгкие здания могут стать решением проблемы дефицита жилой и коммерческой площади, уменьшить нагрузку на инфраструктуру и способствовать устойчивому развитию городов. Кроме того, исследование распространяется и на вопросы экологии и экономической эффективности. Использование переработанного металла снижает углеродный след от строительства, а облегчённые конструкции требуют меньше строительных материалов и сокращают сроки возведения. Это особенно важно в условиях стремительно растущего населения и необходимости быстрого обновления устаревшего фонда зданий. Следующий этап исследований включает проведение аналогичных испытаний на шестом этаже того же здания, что даст дополнительные данные о поведении конструкции на разных уровнях.
