Budynki odporne na trzęsienia ziemi

Rz:Japonia ze względu na zagrożenie trzęsieniami ziemi nie jest chyba najłatwiejszym rejonem dla architekta?

Krzysztof Ingarden:

Z powodów sejsmicznych to kraj o najtrudniejszych warunkach do budowania. Tradycyjnie budowano lekkie konstrukcje drewniane, najczęściej szkieletowe – elastyczne, łatwo poddające się drobnym odkształceniom, rzadziej budynki kamienne – magazyny lub obiekty obronne. Przez setki lat opierają się trzęsieniom drewniane konstrukcje budynków świątyń – szintoistycznych i buddyjskich. Bardzo ciekawą i odporną sejsmicznie konstrukcją są pagody, wysokie i smukłe, wielokondygnacyjne wieże, ich konstrukcje są obciążone od góry masywnym palem drewnianym, dzięki czemu środek ciężkości zachowuje stabilność. Mimo skali obecnych trzęsień budynki te się zachowały. To potwierdza wyjątkowe przystosowanie i odporność tej architektury.

Japończycy preferują życie w jednorodzinnych domkach z małym choćby ogrodem, nawet jeśli są one bardzo ściśnięte. Są to w przeważającej mierze szkieletowe konstrukcje drewniane, w miarę odporne na wstrząsy, wytrzymują małe i średnie trzęsienia ziemi. Jednak żadne z tych budynków nie są w stanie oprzeć się niszczącej fali tsunami.

W poprzednim trzęsieniu ziemi w Kobe najwięcej osób zginęło jednak właśnie w drewnianych domach.

Po tamtej tragedii rząd japoński wprowadził korektę do prawa budowlanego. Wszelkie konstrukcje musiały uzyskać dodatkowe wzmocnienia. W 1995 roku w Japonii przeprowadzono ogromne prace budowlane, naprawcze i korygujące konstrukcje mostów, estakad, wszystkich budowli związanych z komunikacją.

Wydawałoby się, że najgorszym miejscem podczas trzęsienia ziemi musi być wieżowiec. Tymczasem najnowocześniejsze drapacze chmur w Tokio potrafią przetrwać nawet wstrząsy o sile ponad 7 st. w skali Richtera.

Byłem kiedyś podczas trzęsienia ziemi w restauracji na 30. piętrze hotelu. Człowiek odczuwa wtedy wielki niepokój, ponieważ cała góra budynku przemieszcza się w prawo i w lewo, nawet o metr lub więcej. Potem sytuacja się stabilizuje. Gdy było już po wszystkim, obejrzałem dokładnie ten wieżowiec. Nie było w nim żadnych pęknięć ani uszkodzeń. Tylko szklanki ze stołów pospadały.

Ale tym razem było aż 9 stopni. Jak te wstrząsoodporne budynki się zachowywały?

Nie słyszałem o przypadku zawalenia się nowo wybudowanego budynku w Tokio. Oczywiście im większe trzęsienie ziemi, tym większe siły działające na budynek i większe przemieszczenia konstrukcji. Budynki drgają ruchem sinusoidalnym, wężowym, tzn. gdy góra idzie w prawo, to środek w lewo. Elastycznie odchylają się od pionu, ale potem wracają do poprzedniej pozycji. Żeby się nie poddać tym siłom, muszą mieć bardzo sztywną i odpowiednio elastyczną konstrukcję. Wykorzystuje się do ich budowania bardzo wyrafinowane technologie.

Jakie to są technologie? Siedziba Hermesa w Tokio, projektu Renzo Piano, ma konstrukcję, która unosi budynek do góry, gdy zaczynają się wstrząsy.

Do fundamentu wysokościowców mocowany jest system amortyzatorów sprężynowych lub elastomerowych, które oddzielają go od reszty budynku. Czasem są to suwnice. Dzięki temu pionowe i poziome przemieszczenia, które są wynikiem ruchów tektonicznych, w mniejszym stopniu oddziałują na górną część budynku. Częstotliwość drgań jest odpowiednio absorbowana i amortyzowana przez konstrukcję.

Budynki się poruszają?

Tak, w stosunku do tej płyty fundamentowej, która dodatkowo zakotwiczona jest palami wgłąb ziemi. Powstaje taka poduszka amortyzująca, dzięki której konstrukcja górna jest względnie chroniona. Najważniejsze jest, by środek ciężkości zachował swoją pozycję.

W jaki sposób się te rozwiązania testuje?

Byłem w jednym z laboratoriów zajmujących się testowaniem konstrukcji uwzględniających wstrząsy sejsmiczne, Building Research Institute w Tsukubie, gdzie w olbrzymiej, wysokiej hali symuluje się trzęsienia ziemi. Na symulatorze, który przemieszcza się w poziomie i pionie, umieszczany jest model budynku, często w skali 1:1. Nie są to oczywiście wieżowce. Ale i tak budynki kilkukondygnacyjne. Ten, który przy mnie testowano, miał pięć kondygnacji. Po uruchomieniu symulatora bada się odkształcenia konstrukcji. Japończycy są w tej dziedzinie światowymi liderami.

Tak zaawansowane technologie muszą być kosztowne...

To są koszty mniej więcej dwu-, trzykrotnie większe niż w spokojnych rejonach świata.

Sama konstrukcja też jest masywniejsza?

Podam taki przykład. Zaprojektowaliśmy 12 lat temu w Tokio polską ambasadę. Gdyby ten budynek powstawał w naszym rejonie, to konstrukcja żelbetowa miałaby słupy, powiedzmy, 30x30 cm, natomiast w Japonii te słupy mają od 90x90 cm do 100x100cm. To są wielokrotnie bardziej masywne przekroje. Budynek ambasady jest bardzo mocnym i sztywnym pudełkiem.

Czy ambasada polska w Tokio się przemieszcza?

Nie było takiej potrzeby, to jest budynek niewielki, ok. 1900 mkw. Dwie kondygnacje podziemne, trzy nadziemne. Taki sztywny układ konstrukcyjny mógł być przyjęty właśnie ze względu na niewielką skalę tego obiektu.