Почему ураган не может просто снести небоскрёб

Когда по городу проходит мощный ураган, деревья гнутся почти до земли, крыши срывает, а огромные стеклянные башни продолжают стоять. Со стороны это кажется странным: чем выше здание, тем сильнее на него давит ветер. Секрет в том, что современный небоскрёб вообще не пытаются сделать неподвижной бетонной глыбой. Его проектируют так, чтобы он принимал удар ветра, немного двигался и при этом оставался целым. Особенно впечатляет это на фоне самого высокого здания мира, которое поднимается на 828 метров.

Современный небоскрёб среди сильного ливня и штормовых облаков.

Высотку удерживает не только огромный фундамент

Чем выше мы поднимаемся над землёй, тем сильнее обычно становится ветер. Поэтому во время урагана верхняя часть башни получает особенно серьёзную нагрузку. Для инженеров это один из главных факторов при проектировании небоскрёба.

Но здание не держится на месте просто потому, что оно очень тяжёлое. Внутри высотки есть мощное ядро из бетона или стали, к нему подключаются колонны, перекрытия и иногда специальные горизонтальные связи. Вместе они распределяют боковую нагрузку и передают её вниз — на фундамент и сваи.

Строящийся небоскрёб с бетонным ядром и стальным каркасом во время грозы.

В странах, где ураганы являются обычным явлением, расчёт ветровых нагрузок входит в строительные нормы. Причём учитывается не просто некая «скорость сильного ветра», а вероятность экстремальных порывов именно для конкретной местности.

По сути, небоскрёб представляет собой огромную систему, которая проводит силу ветра от крыши до грунта.

Небоскрёбу разрешено немного качаться

Это, пожалуй, самое неожиданное: во время сильного ветра верхние этажи действительно могут двигаться из стороны в сторону. И это нормально.

Сделать высотку абсолютно неподвижной технически можно, но для этого пришлось бы сильно утяжелить конструкцию. Поэтому инженеры допускают небольшую гибкость и следят сразу за двумя вещами: чтобы нагрузка не была опасной для здания и чтобы движение не доставляло слишком сильного дискомфорта людям.

Иногда человек на верхнем этаже может почувствовать покачивание раньше, чем оно станет хотя бы отдалённо опасным для конструкции. Именно поэтому при проектировании учитывается не только прочность, но и комфорт жильцов. Например, в Shanghai Tower специальный демпфер уменьшает колебания настолько, что большинство людей наверху их практически не замечает.

Небольшое движение небоскрёба — не признак того, что он сейчас упадёт, а часть нормальной работы конструкции.

Высотный стеклянный небоскрёб под сильным дождём и порывами ветра.

Форма здания тоже защищает его от урагана

Сильный ветер опасен не только своим напором. Обтекая большое здание, он образует вихри. Если они начинают возникать в определённом ритме, башню может раскачивать всё сильнее — примерно как качели, которые подталкивают в нужный момент.

Поэтому современные небоскрёбы делают с уступами, скруглёнными углами, сужением к вершине или даже закручивают вокруг своей оси. Иногда устраивают и настоящие отверстия — о таких домах с дырой посередине мы уже рассказывали отдельно.

Один из лучших примеров — Бурдж-Халифа. Перед строительством башня прошла более 40 ветровых испытаний, а её ступенчатая форма специально меняется по высоте. Из-за этого потоку сложнее создать устойчивые вихри вокруг всего здания.

Иногда достаточно правильно изменить форму небоскрёба, чтобы ветер начал действовать на него заметно слабее.

Ещё больше познавательных материалов в нашем канале в MAX. Обязательно подпишись!

Зачем внутри башни подвешивают огромный груз

У некоторых небоскрёбов недалеко от вершины находится устройство, похожее на гигантский маятник. Оно называется настроенным массовым демпфером.

Когда ветер толкает башню в одну сторону, огромный груз начинает двигаться в другую и частично гасит колебания. Самый известный пример находится в Taipei 101: по данным CTBUH, там используется стальной маятник массой около 728 тонн.

Массивный стальной демпфер, подвешенный внутри небоскрёба.

Такой демпфер установлен и в самом узком небоскрёбе мира в Нью-Йорке. Но гигантский шар нужен далеко не каждой высотке. Где-то вместо него используют резервуары с водой, где-то другие типы демпферов, а иногда хватает правильно подобранной формы и жёсткости конструкции.

Задача демпфера — не удерживать небоскрёб от падения, а не давать ему слишком сильно раскачиваться.

Во время урагана первым может пострадать вовсе не каркас

Даже если несущая конструкция спокойно переносит ветер, у небоскрёба остаётся более уязвимая часть — фасад. Особенно окна. На верхних этажах высотных зданий ветер может быть сильнее, а летящие обломки способны повреждать остекление. Именно поэтому в районах, где часто бывают ураганы, применяют ударопрочные стеклопакеты и специальные фасадные системы.

Потрескавшиеся окна небоскрёба во время сильного урагана.

Причём такое стекло необязательно останется совершенно целым. Ламинированное остекление может треснуть после сильного удара, но внутренний слой удерживает осколки и не даёт оконному проёму полностью открыться ветру и дождю.

Поэтому после мощного урагана небоскрёб может стоять совершенно ровно, но при этом получить серьёзные повреждения окон и фасада.

Может ли очень сильный ураган всё-таки обрушить небоскрёб

Теоретически — да. Абсолютно неуязвимых зданий не существует. Возможны ошибки строительства, старение конструкций, повреждения, слишком слабые нормы для старых зданий или погодное событие, которое оказалось сильнее заложенного при проектировании сценария.

Высотное здание под проливным дождём и ураганным ветром.

И категория урагана сама по себе ничего не гарантирует. Современные высотки в опасных регионах рассчитывают на экстремальные ветровые нагрузки, но это не означает, что любой небоскрёб способен пережить любой мыслимый ураган без повреждений.

При этом находиться около окон во время сильнейшего ветра точно не стоит. Национальная метеослужба советует уходить во внутреннее помещение без окон и оставлять между собой и улицей как можно больше стен. А если власти объявили эвакуацию, безопаснее выполнить её заранее, а не ждать, пока ветер доберётся до максимальной силы.

Главная опасность внутри высотки во время урагана часто связана не с падением всего здания, а с разбитыми окнами, летящими обломками, водой и отключением коммуникаций.