Современная антисейсмическая архитектура

Запоздалое, по сравнению с Америкой и некоторыми европейскими странами, и даже с Россией, начало возведения в Японии высотных зданий объясняется прежде всего тем, что эта страна по праву считается одной из самых сейсмоопасных областей нашей планеты[42], так что частые извержения вулкана, как правило, сопровождаемые сильными землетрясениями, опустошающие пожары и другие стихийные бедствия на протяжении многих веков повреждали и совершенно разрушали десятки, а иногда и сотни тысяч сооружений в этой стране.

Начиная с 1600 г. на Японских островах зафиксировано более 70 разрушительных землетрясений[43]. Наиболее сильными из них были землетрясения 1855, 1923, 1964, 1995, 2011 гг. По данным современных японских специалистов, учитывающих микроколебания почвы, которые человеком не ощущаются и фиксируются только с помощью специальной аппаратуры, землетрясения происходят в стране с частотой один раз в пять минут[44].

Подвержена природным катаклизмам Япония была всегда: землетрясения, тайфуны, цунами, постоянно повторяясь, заставляли непрерывно думать над разработкой все новых и новых, более совершенных мер, ведущих как минимум к более быстрому восстановлению последствий очередной катастрофы, а максимум – также и к снижению вероятных разрушений в будущем. Часто невозможно точно предсказать землетрясение, но возможно уменьшить ущерб, который оно причинит. Предотвращение разрушений, связанных со стихийными бедствиями, всегда было для Японии приоритетным.

30 сентября 1918 г. в Токио ворвался один из самых сильных в истории тайфунов[45]. Дома в жилых кварталах разваливались и падали друг на друга под напором трехметровых волн, хлынувших на улицы. Даже такие крепкие здания, как гостиница «Сэйэкэн» и пивоварня «Эбису», рухнули под напором ветра и воды. Окна в некоторых домах взорвались, что бывает лишь при налете торнадо.

Еще с древних времен в Японии уделяли повышенное внимание быстрому восстановлению последствий природных катастроф. Как известно, традиционные дома средневековой Японии представляли собой достаточно легкую деревянную конструкцию. В чрезвычайной ситуации жителям проще выбраться из-под обломков легкого дома. Кроме того, японские дома можно было очень быстро восстановить, ведь они строились из заранее заготовленных стандартных элементов. К тому же при постройке традиционных жилых домов японцы использовали специальные соединения, которые делали деревянные конструкции подвижными и стойкими к колебанию почвы. То есть секрет заключался не в жесткости, а, наоборот, в подвижности конструкций. При строительстве зданий на каменном фундаменте для защиты построек от землетрясений их деревянные части оставляли обособленными от каменного фундамента, т. е. деревянная конструкция покоилась на своем основании, но не была с ним никак связана. В средневековой Японии ряды каменной кладки редко делались горизонтальными (как, например, в Китае). В продольном разрезе кладка представляет собой кривую, обращенную вогнутой стороной к земле. Форма такого рода также считалась гарантией самых минимальных разрушений во время землетрясений[46].

При проектировании современных высотных зданий Японии прежде всего учитывают, что их конструкция должна отличаться гибкостью и способностью раскачиваться, что необходимо для нейтрализации сейсмических воздействий. Устойчивость всего сооружения во многом зависит от его фундамента. Конструкция, в основе которой находятся толстые слоистые резиновые подушки с вязкостными демпферами, позволяет добиться поглощения сейсмических эффектов в верхней части конструкции более чем наполовину. Для стоек, перекладин, стен и других элементов конструкции используется демпфирующий механизм с блокировкой несущих конструкций[47]. На крышу помещаются частично заполненные резервуары с водой, чтобы перетекающая во время землетрясений вода гасила сейсмические воздействия.

Все современные высотные здания Японии имеют не только особо прочную пассивно-сейсмостойкую конструкцию, но и в обязательном порядке оборудуются системами активной антисейсмичности, способными поглощать и рассеивать выброс энергии в момент землетрясения, предохраняя здание от разрушения.

Одно из самых страшных и разрушительных землетрясений произошло в Японии 1 сентября 1923 г.[48] Эта катастрофа в Японии получила название «Великое землетрясение Канто», последствия ее были огромны: в Токио и Иокогаме было уничтожено 575 000 жилых домов. То, что выдержало поземные толчки, было уничтожено пожаром. Три четверти Токио и четыре пятых Иокогамы выгорели дотла. Среди уцелевших построек Токио – «Империал-отель», спроектированный американским архитектором Франком Ллойдом Райтом. Райт разработал специальные подвижные стальные рамы, которые закладывались в фундамент и были способны нейтрализовать воздействие на здание при горизонтальном сдвиге поверхности так, что оно оставалось неподвижным, когда земля под ним приходила в движение[49]. Из ключевых построек столицы не пострадал также и дворец Акасака (1906–1909 гг., арх. О. Катаяма), резиденция будущего императора Хирохито, также укрепленный гибкими стальными конструкциями.

Ярким примером применения антисейсмических конструкций в современном высотном строительстве долгое время по праву считался «Софитэл» – См. вкл.: илл.6. Гостиница «Софитэл», построенная в 1994 г. в Токио по проекту К. Кикутакэ, имела 26 этажей и состояла из 83 номеров (в 2008 г. она была снесена). Фундамент здания поддерживали 99 опор, вогнанных в землю до твердых пород. К тому же фундамент окружала бетонная стена, препятствующая попаданию грунтовых вод. Гостиница «Софитэл», как известно, стала частичным воплощением глобального проекта К. Кикутакэ «Домов в форме дерева» (1966 г.). Здание в виде ели было разделено на блоки (каждый по 4 этажа). Между блоками предусмотрены пустоты для того, чтобы пропускать ветер. В верхней части постройки был расположен прибор, измеряющий силу ветра и передающий эту информацию в режиме онлайн обслуживающей строительной компании. Венчал здание гостиницы резервуар, вмещающий 55 тонн воды, что помогало предотвратить разрушительные последствия колебаний во время землетрясения. Установлено, что с его помощью сила толчка (а значит, и разрушительное воздействие на постройку) сокращалась на 1/3.

Принцип «центрального столба» японской пагоды широко используется современными японскими архитекторами при строительстве небоскребов. По существу, этот принцип заключается в том, что располагающийся в центре здания столб жестко укрепляется в земле, ведь именно он принимает и «гасит» подземные толчки, не позволяя разрушаться стенам и перекрытиям. В конструкции современных высотных зданий Японии этот принцип воплощен четырьмя жесткими опорными балками, которые соединяются с каркасом металлическими гибкими пластинами[50].

К. Тангэ. Здание Токийской мэрии. План

Знаменитый пример японского небоскреба, возведенного по сейсмоустойчивым технологиям, – здание токийской мэрии, спроектированное К. Тангэ. Комплекс зданий токийской мэрии (См. вкл.: илл.48, 49), построенный по проекту Кэндзо Тангэ в 1991 г., на момент возведения был самым высоким в Японии. Главное здание, высотой 243 м, состоит из двух башен, Северной и Южной, и напоминает футуристический готический собор. 45-этажные башни имеют общее основание и единый объем, который разъединяется только на высоте 33-го этажа. По расчетам, комплекс токийской мэрии сможет выстоять даже при землетрясениях, столь частых на Японских островах, и выдержать удар стихии, равный по силе разрушения Великому землетрясению Канто 1923 г. Масштаб этой катастрофы был настолько огромен, что с тех пор землетрясение Канто стало точкой отсчета при измерении силы стихийного бедствия в Японии. Воздействие порывов ветра на постройку удалось сократить на треть из-за использования округлых форм с наветренной стороны и грубой текстуры с подветренной, а также с помощью наклона крыш высотных башен под углом 45 градусов. На 43-м этаже обеих башен располагаются общедоступные смотровые площадки, откуда открывается потрясающий вид на город, а в хорошую погоду (обычно осенью и зимой) видно даже знаменитую гору Фудзи.