Сейсмическую активность площадки строительства принято оценивать в баллах или магнитудах. Но, как оказалось, даже при землетрясениях не очень большой силы здания и сооружения могут иметь значительные разрушения. Почему это происходит? Ответ на этот вопрос ищут специалисты, занимающиеся последствиями техногенных и природных катастроф.
После разрушительного землетрясения в Ленинакане специалисты-сейсмологи были в недоумении. Перед ними предстала следующая картина: по одной стороне центральной улицы все без исключения дома были разрушены, а по другую — стояли целехонькими. Специалисты долго ломали голову над этим парадоксом. Пока не обратили внимание: дома построены по разной технологии.
— Раньше существовала очень полезная практика: если случалось землетрясение, на место сразу же выезжала целая бригада специалистов, в которую обязательно включались строители-практики, — рассказывает Гурам Джинчвелашвили, профессор кафедры сопротивления материалов Московского государственного строительного университета. — Именно они призваны были изучать характер появившихся разрушений.
По характеру деформации конструкций и делались выводы о том, какие здания нужно строить в сейсмоопасных зонах.
Сейчас, по словам нашего собеседника, эта практика почему-то утеряна. Но, к счастью, у современных специалистов, занимающихся причинами обрушений строительных конструкций, есть неплохая научная база, наработанная предшественниками в «полевых» условиях.
Как известно, в России немало мест, где риск колебаний земной коры достаточно велик. Это и Камчатка, и Кавказ, и Забайкалье, некоторые другие районы.
Сейчас знания в этой области, равно как и новые исследования в этом направлении, еще более востребованы. Ведь в состав России теперь вошел Крым — а это тоже территория, где сейсмические толчки не исключены. И нужно постараться — если, не дай Бог, случится какой-то природный катаклизм — сделать все, чтобы не пострадали люди. Задача здесь — обеспечить максимальную сейсмоустойчивость возводимых зданий.
Итак, какие же дома, по мнению ученых, стоит возводить в тех районах, где существует угроза землетрясений? На недавней II Международной конференции, посвященной бетону и железобетону, которая проходила в Российской академии наук (РАН), ответы на этот вопрос искали, что называется, всем миром.
По мнению ученых, здания, во-первых, должны быть симметричными, однородными и «статически непреодолимыми». Лучше прямоугольной формы. И с обязательным сейсмическим швом. Если такой шов (пустотелое пространство между примыкающими друг к другу строениями) отсутствует, при сильных землетрясениях происходит соударение конструкций. Понятно, что в этом случае оба здания получают большие повреждения и могут разрушиться, как карточный домик.
Исследователи заметили и еще один интересный феномен, так называемый «феномен короткой колонны». Каркас монолитного здания должен заполняться кирпичной кладкой до упора. Если оставить зазор, возникает большой изгибающий момент, угрожающий целостности здания.
Очень важно и «податливое» поведение перекрытий, которое не дает несущим конструкциям развалиться. При этом не рекомендуется сочетать «разномодульные» элементы: например, стальные колонны и железобетонные ригели.
Необходимо обеспечить целостность нижних этажей. Ведь если разрушаются верхние этажи здания, их еще можно восстановить, а вот если разрушен фундамент, здание практически невозможно спасти, и его приходится демонтировать.
Словом, в сейсмически активной зоне здание или сооружение должно обладать способностью поглощать энергию землетрясения. На вопрос, как это сделать, все отвечают по-разному.
— Есть отработанная методика, — говорит президент Российской инженерной академии Борис Гусев, — На этапе строительства здание как бы «стягивается» стальной арматурой. В результате мы получаем «напряженный» бетон, который потом способен выдерживать значительные нагрузки.
Профессор Чан из Тайваня (Тайвань, как известно, является одной из наиболее сейсмоопасных территорий) занимается исследованием тектоники в разных частях мира. Кроме того, его лаборатория прогнозирует и оценивает риски тектонических толчков.
После крупного землетрясения в 1999 году, когда в Тайване пострадало много зданий, в том числе и здания школ, правительство этой страны приняло решение модернизировать школьные здания с учетом требований сейсмостойкости.
По словам профессора Чана, есть разные технологии, который позволяют увеличивать сейсмостойкость: например, железобетонные колонны, высокопрочный бетон, высокопрочные стальные конструкции (специальные поперечные стержни, которые хорошо выдерживают колебательные нагрузки).
Ученые строят цифровые и компьютерные модели зданий, а затем изучают, как они ведут себя при землетрясении с той или иной магнитудой.
Профессор Чан привел пример: школа А и школа Б находятся на расстоянии 1 км друг от друга. Но разрушения тут и там сильно различаются. Причина в том, что в школе А были проведены мероприятия по сейсмо-модернизации здания, а школа Б лишь ожидает этой процедуры.
Ряд специалистов изучает поведение бетона при огневых воздействиях. Так, на той же Международной конференции «Бетон и железобетон» были приведены такие цифры: остаточная прочность арматурной стали при 900 оС составляет 70,3%. Статическая прочность центрально-сжатых железобетонных колонн снижается на 53%, а внецентренно сжатых — на 64%. Динамическая прочность центрально-сжатых железобетонных колонн при огневых воздействиях снижается на 66%. Это тоже нужно учитывать при проектировании зданий в опасных зонах.
Тщательные исследования, касающиеся сейсмостойкости сооружений, проводились и на объектах олимпийского Сочи.
— При возведении лыжного стадиона, например, в полном объеме использовались технологии, позволяющие противостоять подземным толчкам, — рассказывает Гурам Джинчвелашвили. — Нижние этажи выполнены из железобетона, а верхние — усилены металлическим каркасом. И, конечно, были предусмотрены антисейсмические швы между блоками, препятствующие их соударению.
Была построена и экспериментально идентифицирована расчетная динамическая модель будущего сооружения, позволяющая подтвердить надежность объекта при расчетном землетрясении.
На компьютерной модели был проверен Ледовый дворец спорта по фигурному катанию на 12 тыс. мест. Дело в том, что он был построен на слабых грунтах, и здесь особенно важно было, в случае тектонических толчков, максимально обезопасить жизнь людей. Расчетная динамическая модель здания (естественно, его компьютерная модель!) намеренно была доведена до разрушения. Предстояло понять, как она поведет себя в момент природного катаклизма. В результате была выбрана такая конструкция покрытия, при которой обрушение (даже при довольно сильных толчках) не будет касаться трибун, где находится основная масса зрителей.
Отдельная история — Ледовая арена для керлинга, рассчитанная на 3 тыс. человек. Ее предполагалось сделать сборно-разборной. Конструкция при этом рассчитывалась так, чтобы здание не разрушилось при проектном землетрясении.
Но особые проблемы возникли с Центральным стадионом, где, по проекту, должно было разместиться 40 тыс. зрителей. В процессе работы над этим проектом обнаружились дефекты, не соответствующие нормам проектирования в сейсмоопасных районах. Так, выяснилось, что «кольцо» трибун, по замыслу автора проекта (именитого архитектора), предполагается сделать разомкнутым, дабы подчеркнуть архитектурную выразительность олимпийского огня в лучах заходящего солнца. А по законам теории сейсмостойкости, конструкция должна быть замкнутой. В результате решение было найдено: чашу стадиона сделали сплошной.
Пока специалисты трудились над пространственными расчетными динамическими моделями строительных объектов олимпийского Сочи, стало отчетливо понятно: существующие нормы сейсмостойкого строительства нуждаются в серьезной корректировке. Тем более, что они не подвергались существенной переработке с 1981 года.
К примеру, во всем мире нормы пересматриваются раз в 10 лет. На сегодняшний день в Европе действует 2-е поколение Еврокодов. Однако, время уже диктует необходимость нового подхода к строительным стандартам, и в ближайшее время (2014 г.-2020 г.) будет внедряться 3-е поколение Еврокодов. Россия же пока не может толком освоиться и со 2-м поколением.
Причина — в отсутствии нормальной версии Свода строительных норм и правил (Еврокодов-2), адаптированной для российских условий. Да, некоторое время назад НОСТРОЙ поручал Центральному НИИ строительных конструкций (ЦНИИСК им. Кучеренко) работу по «переводу» европейских кодов на российскую почву. Но не был заключен предварительный договор с Еврокомиссией на этот счет. В результате, работа «пошла в стол». Профессиональное строительное сообщество не смогло в полной мере воспользоваться этими наработками.
— Московский государственный строительный университет, со своей стороны, заключил договор с Британским институтом стандартов (BSI) для того, чтобы можно было пользоваться современными кодами хотя бы в целях обучения, — говорит Гурам Джинчвелашвили. — Но такой договор, к сожалению, ограничивается чисто образовательной сферой.
Сейчас крайне необходимо привести профессиональные строительные нормы в соответствие с нормами ВТО. И в этом вопросе необходима руководящая и решающая роль Минстроя и Минрегиона РФ. Да, потребуются определенные финансовые вложения. Но, как говорят, скупой платит дважды.
Здесь нужно учесть и еще один момент. Если мы просто механически позаимствуем европейские стандарты, это снова может не сработать. Нужна их привязка к реалиям, которые существуют в области нормативных документов и стандартов у нас в России.
Кстати, в научно-исследовательской лаборатории «Надежность и сейсмостойкость сооружений» Московского государственного строительного университета, под руководством профессора Олега Мкртычева, ведется работа по обкатке новых идей, которые могут быть положены в основу новых стандартов по сейсмостойкому строительству.
Уже сейчас понятно: грамотное проектирование должно быть, во-первых, концептуальным. Во-вторых, нужно выработать методы расчетов на предельные нагрузки. И третье: необходимо внедрить в практику проектирования методы расчета и конструирования сооружений с заданным уровнем сейсмостойкости (по критерию не обрушения). Над российским вариантом стандартов по сейсмостойкому строительству и трудятся сейчас ученые совместно со строителями-практиками.
Елена МАЦЕЙКО
Источник
Комментарии