Pasaulē pret zemestrīcēm visneaizsargātākā valsts ar augstu kokmateriālu izmantošanas līmeni būvniecībā jau vairāk nekā gadsimtu ir centusies palielināt ēku noturību.

Lai gan Ziemeļeiropā un Baltijā zemestrīces ir ārkārtīgi reta parādība, tomēr dažādi aspekti koksnes izmantošanā būvniecībā citur ir ļoti interesanti un svarīgi arī moderna un daudzfunkcionāla materiāla popularitātes veicināšanai. Latvijā, ko bieži dēvējam par “mežsaimniecības un kokrūpniecības lielvalsti”, vēl joprojām plaša, valsts un pašvaldību atbalstīta, koksnes izmantošana ēku būvniecībā nav vērojama, ir tikai atsevišķi “veiksmes stāsti” un “gada balvas”, kas ir ļoti, ļoti nepietiekami. Pozitīvajai pieredzei koksnes inovatīvam un veiksmīgam pielietojumam būvniecībā ir ļoti būtiska nozīme mūsdienu apstākļos arī to vides politikas mērķu sasniegšanā, ko paši esam noteikuši.

Tokiju nesen satricināja kārtējā zemestrīce – viena no simtiem zemestrīču, kas šogad skārušas Japānu. Ja atceramies, pagājušā gada Jaungada vakarā Japānas centrālajā daļā notika 7,5 magnitūdu stipra zemestrīce, kas lika valstī izsludināt pirmo brīdinājumu par cunami kopš 2011. gada t.s. “kodolnegadījuma” Tohoku.

Pēdējo desmitgažu laikā spēcīgākā zemestrīce Japānā sagrāva ēkas, izraisīja ugunsgrēkus un pārtrauca svarīgas infrastruktūras darbību Noto pussalā, kad ģimenes svinēja Jaungada dienu. Tomēr, neraugoties uz virkni zemestrīču un pēcgrūdienu, Japāna ar šo problēmu ir tikusi galā daudz labāk nekā, piemēram, Turcija. Tur 7,8 magnitūdu zemestrīce 2023. gada februārī radīja ārkārtīgi lielus zaudējumus, bija milzīgs skaits bojāgājušo. Japānas panākumi zemestrīču postījumu mazināšanā lielā mērā skaidrojami ar ēku noturību pret konstrukciju sabrukšanu.

Mācība nākotnei

Vairāk nekā gadsimtu Japāna ir bijusi seismiskās arhitektūras un būvinženierijas attīstības avangardā, mainot būvnormatīvus, lai mazinātu tūkstošiem zemestrīču radītos riskus katru gadu. Japāna ir pielāgojusi būvkonstrukciju standartus, pagātnes katastrofas pārvēršot par smagu mācību nākotnei. Japāņu būvniecības tehnikā priekšplānā izvirzījusies koka konstrukciju projektēšana.

Februārī izdevums Wood Central intervēja Japanese Lumber direktoru Greiemu Seijeru, kurš norādīja, ka citas valstis koksnes izmantošanas jomā varētu daudz aizgūt no japāņiem, lai celtnes izturētu zemestrīces un citas dabas katastrofas. Japānā jau gadsimtiem ilgi pārsvarā būvē koka ēkas, pielāgojot tās esošajiem apstākļiem.

“Koka būvniecības kultūra ir saistīta ar faktu, ka ķieģeļus kā materiālu Japānā ieviesa tikai ap 1860. gadu, kad ieradās būvuzņēmēji no Vācijas,” uzsvēra G. Seijers. Japanese Lumber direktors ir dzimis Jaunzēlandē, viņam ir ciešas saiknes ar kokzāģētavām un tirgotājiem visā valstī. Greiems Seijers uzsver, ka Japāna “nav uz ķieģeļiem (vai akmeņiem) būvēta civilizācija, kā daudzu Eiropas valstu kultūras.”

No politikas viedokļa pārmaiņas sākās 1923. gadā, kad 7,9 magnitūdu stipra zemestrīce līdz ar zemi nolīdzināja Jokohamu, nogalinot vairāk nekā 140 000 cilvēku un sagraujot simtiem tūkstošu ēku. Daudzas Japānas senās koka ēkas nebija piemērotas biežām zemestrīcēm. Šī traģēdija ļāva Japānai savos būvnormatīvos ieviest pasaulē stingrākos un modernākos seismiskos standartus, kas tagad pazīstami kā Būvniecības standartu likums. Šie standarti nostiprināja jaunu un esošo koka un betona konstrukciju izmantošanu, jo īpaši intensīvi urbanizētos rajonos, piemēram, Tokijas centrā.

Japānā, kas ir viena no lielākajām kokmateriālu patērētājām pasaulē, ir noteikts, ka “ēkas neatkarīgi no to bojājumiem zemestrīces laikā nedrīkst sabrukt”, tostarp arī savrupmājas, kas no 1981. gada jābūvē tā, lai zemestrīces laikā “nodrošinātu cilvēka ilgtspējīgu dzīvi”.

Timber Engineering Research aplūko seismiskās aizsardzības tehnoloģijas

Japāna, lai veicinātu dekarbonizāciju, tagad pievēršas augstākām masīvā koka ēkām, un seismiskās aizsardzības tehnoloģijas (SPTS) ir kļuvušas par aktuālu jautājumu koka inženierzinātņu pētniecībā. Tās ietver seismiskos amortizatorus un pamatnes izolāciju, ko raksturo kā “veiktspējas iespēju “kadiljaku”, aizsargājot ēkas vietās ar augstu seismisko aktivitāti”, kā norāda Kalifornijā dzīvojošā būvinženiere Krista Lūza, uzsverot Japānas koka ēku noturību pret spēcīgiem satricinājumiem. “Tur ir gandrīz trīs reizes vairāk zemestrīču nekā Kalifornijā, kas arī tiek uzskatīta par reģionu ar augstu seismisko aktivitāti. Tāpēc varat iedomāties, cik ļoti labi sagatavoti ir cilvēki Japānā, kas apzinās apdraudējumus, kādos viņi dzīvo."

Kā raksta Architecture Digest, seismiskos amortizatorus izvieto starp katra ēkas stāva kolonnām un sijām, tajos izmanto virzuļu galvas silikona eļļas cilindros, lai zemestrīces laikā vibrācijas pārnestu uz šķidrumu, ne konstrukciju. Pamatu izolācija ir pieejama dažādos veidos un par dažādām cenām, sākot no gumijas “spilveniem”, kas uzstādīti pie ēkas pamatiem un darbojas kā grūdienu absorbētāji, līdz visas konstrukcijas atvienošanai no pamatiem un nostiprināšanai uz elastīga paliktņa, lai, zemei drebot, ēkas konstrukcija paliktu neskarta un stabila.

Visekonomiskākais variants, kā pasargāt konstrukciju no plaisām un sabrukšanas, ir to nostiprināšana, padarot sienas, kolonnas un sijas biezākas, lai tās labāk izturētu slodzi dabas katastrofas laikā. Kad ēka tiek būvēta, arhitekti var izvēlēties saliekamās sienas no betona, kas palīdz absorbēt sānu slodzes, vai tērauda momentrāmjus, lai iebūvētu atbalstu tieši konstrukcijā.

Dzelzsbetons un strukturālā tērauda stiegrojums ir mūsdienu būvniecības nozares standarts. Šie materiāli ilgu laiku tika uzskatīti par labāku izvēli nekā koks, tomēr ASV Meža dienests nesen ir pierādījis, ka, piemēram, krusteniski līmētie kokmateriāli (CLT) ir izturīgi pret sānu spiedienu, rezultātā tika veiktas izmaiņas būvnormatīvā, lai apstiprinātu CLT konstrukciju pielietojumu seismiski aktīvajās zonās.

Zemestrīces simulators – “satricināšanas galds”

Kalifornijā, kur arī ir augsta seismiskā aktivitāte, pētnieki izmanto zemestrīces simulatoru jeb t.s. tricināšanas galdu, lai Kalifornijas Universitātē San Diego testētu desmitstāvīgu, krusteniski līmētu kokmateriālu ēku. Iepriekš Science Blog ziņoja, ka šis eksperiments, kas pazīstams kā TallWood Project, ir augstākā no koksnes būvēta ēka, kas jebkad pārbaudīta zemestrīču simulatorā.

Izmantojot šo zemestrīces simulatoru, var atveidot dažāda stipruma pakāpes zemestrīces pēc Rihtera skalas – no 4 līdz 8 magnitūdām, imitējot iepriekšējo zemestrīču, tostarp 1994. gadā Losandželosā notikušās Nortridžas zemestrīces, seismisko aktivitāti.

“Pasaulē lielākās lietderīgās slodzes ietilpības, āra vides un nesen pievienotās sešu brīvkustības grādu zemestrīces jaudas kombinācija padara Kalifornijas štata Sandjego zemestrīču simulatoru par jaudīgu un unikālu iekārtu,” norādīja Kalifornijas štata Sandjego Džeikobsa inženierzinātņu skolas profesors Džoels Konte, Kalifornijas štata Sanjego inženierzinātņu fakultātes Būvniecības inženierzinātņu katedras vadītājs. “Tā ir vienīgā vieta, kur varētu veikt TallWood projekta testus,” uzsvēra profesors Dž. Konte.

Masīvkoka ēkas kļūst arvien populārākas kā videi draudzīgākas un ātrākas alternatīvas betona un tērauda konstrukcijām – tostarp 11 stāvu ēka Port Plus, kas pagājušajā gadā tika uzcelta Tokijā. Ņemot vērā jaunos būvnormatīvus, kas ļauj būvēt vairāk augstceltņu no masīvkoka, rodas jautājumi, kā šādas ēkas izturēs zemestrīces.

“Masīvkoksne ir daļa no vērienīgas tendences arhitektūrā un būvniecībā, taču ar šīm jaunajām sistēmām būvētu augstu ēku seismiskās īpašības nav tik labi izpētītas,” teica galvenais pētnieks un Kolorādo raktuvju skolas (Colorado School of Mines) civilās un vides inženierzinātņu asociētais profesors Šilings Pejs.

Japānas inženieri apgalvo, ka iepriekšēja sagatavotība ir labākais veids, kā cīnīties ar potenciāli nāvējošām zemestrīces izraisītajām sekām. Pēc katras zemestrīces japāņu zinātnieki pārbauda ēkas, lai noskaidrotu, kurās vietās tās ir strukturāli nepareizas. Šīs zināšanas palīdz panākt, lai katra nākamā zemestrīces radītā ietekme būtu mazāk postoša, salīdzinot ar iepriekšējo.