Хмарочоси STEM-lesson

Як будують сучасні хмарочоси? Як зробити композитний матеріал вдома? STEM-заняття

Насамперед проектувальники вдаються до застосування композитних матеріалів.

Композитний матеріал (КМ), або композит — гетерофазний матеріал, окремі фази якого виконують специфічні функції, забезпечуючи йому властивості, яких не має жодний з компонентів окремо. Зазвичай отримують поєднанням двох або більше компонентів, які нерозчинні або малорозчинні один в одному і мають властивості, що сильно відрізняються. Один компонент пластичний (зв'язувальна речовина, або матриця), а другий має високі характеристики міцності (наповнювач, або зміцнювач). Таким чином, у КМ кожний компонент грає свою специфічну роль: матриця забезпечує пластичність, зміцнювач — міцність матеріалу.

Як зробити простий композитний матеріал в домашніх умовах. Відео, підготовлене для підтримки Фестивалю науки та цікавості, ініціативи STEM за участю Ноттінгемського університету.

Придумайте свій варіант створення композитного матеріалу у домашніх умовах.

Як правило, ті самі схеми повторюються на всіх рівнях будівлі. Використання композитів знижує загальну вагу будівель у середньому на 10%. Технологія також дає можливість значно прискорити реалізацію проектів.

Найпередовіші технології сьогодні застосовують у країнах Азії. Тут особливо стурбовані підвищеною стійкістю висотних конструкцій, що обумовлено високою ймовірністю набуття чинності факторів природних катаклізмів. Так, хмарочос що знаходиться в Шанхаї, за оцінками фахівців, може зберігати цілісність своїх конструкцій при швидкості вітру понад 200 км/год, а також протистояти підземним поштовхам потужністю до 7 балів. Забезпечується це завдяки реалізації рухомих з'єднань усередині несучих колон зі сталі. Величезний вплив на підтримку стабільності конструкції має наявність плавального басейну, розташованого на 57 поверсі хмарочоса. Останній дає можливість будівлі балансувати у просторі.

Не на останньому місці при будівництві висотних будівель залишається підвищена турбота про навколишнє середовище. Сучасні хмарочоси все частіше відіграють роль повітряних фільтрів, які прибирають із повітряного простору парникові гази, інші шкідливі речовини. Яскравим прикладом є будівля Bank of America, розташована на острові Манхеттені. Системи, розміщені в стінах конструкції споруди здатні відфільтровувати забруднене повітря і віддавати його назад у простір вже у очищеному вигляді.

Інший приклад – «Бурдж-Халіфа». Цей хмарочос концентрує в собі конденсат водяної пари, який потім йде у вигляді рідини на зрошення прилеглих зелених насаджень. Крім іншого, при спорудженні хмарочоса використовувалися спеціальні марки бетону, які витримують вплив високих температур, що перевищують 50 °С.

Що потрібно враховувати при проектуванні хмарочосів.

Коли сильний вітер ударяє у хмарочос, на основу будівлі впливає значна сила. Будівля, виступає важелем. Сила дії вітру на опору зростає приблизно пропорційно квадратурату висоти, тобто сила вітру, що діє на 100-поверхову будівлю, в 4 рази більше, ніж на 50-поверхову. Архітекторам доводиться проектувати будівлі, які могли б протистояти негоді: наприклад, ураган може впливати на бік високого хмарочоса із зусиллям 15000 тон. З цієї причини високі будівлі потребують міцніших фундаментів.

Крім того, що вітер надає на хмарочос значну бічну дію, він може викликати руйнівні коливання завдяки резонансу. Це часто відбувається в місцях, де на рівні землі вітри дмуть вузькими вулицями через просвіти між хмарочосами. Як і будь-яка інша конструкція, хмарочос має власну частоту коливань. Це той рівень, при якому будівля починає коливатися під впливом, наприклад, вітру. Саме тому при сильному вітрі деякі хмарочоси розгойдуються настільки сильно, що люди, що знаходяться на верхніх поверхах, відчувають рух підлоги. В екстремальних випадках такі коливання сильно ушкоджують будинки. Наприклад, в 1974 р. з 60-поверхового хмарочоса Джон-Хенкок-тауер у Бостоні (США) випали і розбилися шибки, коли будівля почала розгойдуватися на вітрі.

Як високі будівлі витримують вітер?