1. Почему случаются землетрясения?
2. Амплитуда и магнитуда землетрясений
3. Какие факторы влияют на сейсмостойкость здания
4. Как ведут себя при землетрясениях дома типовой застройки?
5. Какие дома надежнее?
6. Какие дома лучше не строить в сейсмоопасных зонах?
7. Способы защиты и укрепления строений
Как известно, юго-восточные и восточные районы Казахстана расположены в сейсмически активной зоне. В последние годы после длительного затишья здесь начался период тектонической деятельности, и ученые предсказывают возможность сильных землетрясений. А в этом регионе находится большое число городов и поселков, и среди них южная столица – Алматы.
Почему случаются землетрясения?
Земная поверхность вовсе не такая прочная, как нам кажется. Она состоит из огромных тектонических плит, плавающих на вязком слое мантии. Эти плиты медленно смещаются относительно друг друга и «растягивают» верхний слой Земли.
Когда сила натяжения превышает предел прочности земной коры, в местах стыков возникает разрыв, его сопровождает серия сильных толчков и высвобождается огромное количество энергии. От места сдвига или «эпицентра землетрясения» в разные стороны распространяются колебания. Их называют сейсмическими волнами .
За год на планете происходит несколько миллионов очень слабых, двадцать тысяч умеренных и семь тысяч сильных землетрясений. Разрушительных насчитывают около 150. На территориях, где могут случиться вызванные ими катастрофы, расположено 2/3 всех городов и проживает почти половина населения Земли .
Почему-то землетрясения чаще начинаются ночью или на рассвете. В первые мгновения слышится подземный гул, и земля начинает дрожать. Затем идет череда толчков, при которых участки земли могут опускаться и подниматься. Все это длится несколько секунд, а иногда чуть более минуты. Но за такое короткое время землетрясение может принести огромные бедствия.
Ведь, в зависимости от географии местности и силы подземных ударов, его последствиями становятся оползни, камнепады, разломы, цунами и извержения вулканов, которые уничтожают все, что попадает в их зону действия. Опасность представляют землетрясения интенсивностью 7 баллов и выше . Что это за параметры и как измеряют разрушительную силу подземных толчков?
Амплитуда и магнитуда землетрясений
Амплитуда является качественной, а магнитуда количественной характеристикой землетрясения. Их часто путают.
12-балльная шкала интенсивности отображает степень разрушений при землетрясении в конкретной точке на поверхности земли. Интенсивность в 1 балл не ощущается человеком. Колебания в 2-3 балла уже заметны, особенно на верхних этажах зданий, где начинают раскачиваться . Сотрясения в 4-5 баллов чувствуют почти все, от них и спящие просыпаются. Начинает звенеть посуда, лопаются стекла. Это уже умеренные землетрясения.
Сильными считаются толчки в 6 баллов. В зданиях сдвигается и падает , люди в испуге выбегают на улицу. При землетрясении в 7-8 баллов трудно стоять на ногах. В стенах домов и на дорогах появляются трещины, падают перекрытия зданий и лестничные пролёты, возникают пожары и происходят оползни, рвутся подземные коммуникации. 9-ти балльное землетрясение называют опустошительным . Земля растрескивается, рушатся здания, возникает всеобщая паника.
При 10-11 баллах происходят уничтожающие землетрясения . В грунте появляются проломы до метра шириной. Повреждаются дороги, мосты, насыпи, плотины. Вода выплёскивается из водоемов. Все строения превращаются в руины. 12 баллов – это уже тотальная катастрофа . Земная поверхность меняется, ее пронизывают огромные разломы. Одни территории оседают и затапливаются, другие поднимаются на десятки метров. Изменяется , образуются водопады и новые озёра, меняются русла рек. Большинство растений и животных погибают.
Вторая характеристика землетрясения – это магнитуд а . Она была предложена в 1935 году сейсмологом Рихтером и показывает силу колебаний в эпицентре и высвобождаемую при этом энергию. Изменение значения магнитуды в большую сторону на единицу означает увеличение амплитуды колебаний в 10 раз, а количество высвобождаемой при этом энергии примерно в 32 раза. Здания могут пострадать уже при землетрясениях с магнитудой 5, большой ущерб им причиняют толчки силой 7, а катастрофические землетрясения превосходят магнитуду 8.
Эти две характеристики отличаются друг от друга. Интенсивность показывает масштаб приносимых разрушений, а магнитуда - силу и энергию колебаний. Так, при одинаковой магнитуде землетрясения, его интенсивность всегда уменьшается с ростом глубины и протяженности очага землетрясения. Устойчивость строений к подземным толчкам изучают, основываясь как раз на силе или магнитуде землетрясения.
Какие факторы влияют на сейсмостойкость здания
На устойчивость строений в период подземных толчков влияют как внешние условия, так и внутренние конструктивные особенности. Главным внешним фактором является тип колебаний грунта, на котором стоит здание. Он, в свою очередь, зависит от расстояния до эпицентра, глубины и магнитуды землетрясения, а также состава самого грунта. К внешним условиям устойчивости еще относят расположение самой конструкции на поверхности и находящиеся вблизи природные и искусственные сооружения.
Внутренними факторами считают общее техническое состояние и возраст , его конструктивные особенности и, примененный при строительстве, материал. Также имеют большое значение выполненные позже перепланировки и пристройки, без учета усиления конструкций. Все эти условия непременно повлияют на то, как здание перенесет землетрясение, и как это отразится на людях, находящихся в нем в момент ударов стихии.
При подземных сотрясениях здание приходит в движение вслед за перемещением грунта. Первым сдвигается фундамент, а верхние этажи по инерции сохраняются на месте. Чем резче толчки, тем больше разница в скорости смещения нижних этажей по отношению к верхним.
Если масса высотных зданий большая, то и толчки будут ощущаться сильнее. Чем больше площадь строения и чем меньше оно давит на грунт, тем большая вероятность у него уцелеть во время землетрясения. Если же при строительстве основание возводимого здания увеличить не получается, то надо обеспечивать его легкость за счет выбора строительных материалов.
Также влияние землетрясения на целостность всей конструкции находится в прямой в зависимости от характера движения различных частей здания и их устойчивости к резким колебаниям.
Из всего вышесказанного вывод таков: чтобы здание было надежным, нужно его правильно сконструировать, верно выбрать местоположение, и затем качественно построить.
Как ведут себя при землетрясениях дома типовой застройки?
Сейчас в городах большинство жилых домов представлены тремя типами: мелкоблочные, крупноблочные и крупнопанельные .
Мелкоблочные здания не очень надежны во время землетрясения. Уже при 7-8 баллах на верхних этажах повреждаются углы. У наружных продольных стен разлетаются стекла и выпадают . При 9 баллах углы разрушаются, вслед за ними начинают повреждаться стены. Наиболее безопасными считаются места пересечений внутренних несущих продольных стен с поперечными и так называемые "островки безопасности" у выхода из квартиры на лестничную клетку. При землетрясении следует находиться именно в этих местах, так как они остаются целыми при всех прочих разрушениях. Жители нижних этажей могут выбежать из здания, но только быстро, внимательно следя при этом за летящими сверху обломками. Особую опасность представляют тяжелые "козырьки" над дверями подъездов .
Крупноблочные дома достаточно хорошо выдерживают землетрясение. Но здесь также очень опасны углы здания верхних этажей. При сдвиге блоков могут частично падать плиты перекрытия и торцевые стены. Перегородки в этих домах, обычно, щитовые или деревянные, и их обрушения не приносят большого вреда. Травму могут причинить куски цементного раствора, выпадающие из швов плит перекрытия и большие куски . Такие повреждения происходят при землетрясении в 7-8 баллов. Наиболее безопасные места - это те же двери на лестничную площадку , так как они все усилены железобетонными рамами.
Старые пятиэтажные крупнопанельные дома построены с расчетом устойчивости на 7-8 баллов, но практика показала, что они выдерживают и 9 баллов. Во время землетрясений на территории бывшего Советского Союза ни одно такое здание разрушено не было. Повреждаются только углы и появляются трещины у швов между зданиями. Так как эти дома достаточно надежны, то при землетрясении их лучше не покидать. Но при этом находиться надо подальше от наружных стен и окон на указанных выше «островках безопасности».
Какие дома надежнее?
Известно, что серьезные исследования жилого фонда Алматы проводились лет 15 назад. По их результатам, примерно 50 процентов сооружений в городе определили как сейсмостойкие , 25 процентов отнесли к не сейсмостойким, об остальных вердикта не вынесли. Они подлежат дальнейшему изучению.
В советское время многие здания в южной столице строились с учетом устойчивости к землетрясениям и проверялись специальным оборудованием. Это были 2-х этажные 8-ми, 12-ти и 24-квартирные дома.
С 1961 года Алматинский домостроительный комбинат начал выпускать сейсмостойкие типовые крупнопанельные дома. С семидесятых годов начали строить высотки до 12 этажей, в которых применяли новейшие, по тем временам, монолитные или сборные железобетонные конструкции. Все они проходили тщательную проверку виброустановками и, до настоящего времени, считаются надежными.
Также устойчивыми к колебаниям 8-9 баллов являются 1-2-этажные деревянные, щитовые и брусчатые дома . Уже проверено, что при таком землетрясении они сильно не разрушаются. Возникают лишь небольшие разрывы стен в углах и проседание грунта под зданием, но сами дома стоят. Хотя при толчках могут сильно раскачиваться перекрытия и стены, вывалиться куски штукатурки из стен и с потолка. В таких домах можно оставаться во время землетрясения, только находиться при этом подальше от наружных стен с окнами, от тяжелых шкафов и полок, например, спрятаться под крепкий .
Все же прочие дома, построенные в прежний период, нуждаются в дополнительном укреплении.
В 1998 году после землетрясений в южных государствах СНГ для сейсмически опасных районов Казахстана приняли новые, более жесткие нормы и правила строительства (СНиП). И сейчас они обязательны для всех застройщиков. Поэтому, возводимые новостройки должны отвечать всем современным требованиям сейсмостойкости.
Одна из новых технологий предлагает так называемые безригельные здания, не имеющие балок. Такие сооружения уже пользуются популярностью во всем мире. Их строительство обходится гораздо дешевле балочных домов. При правильном проектировании они намного устойчивее к разгулу подземной стихии.
Также очень популярными стали здания с большой площадью стеклянных покрытий. Оказывается, является одним из наиболее подходящих материалов для строительства в сейсмоопасных зонах . Только стекло не обычное, а специальное сейсмопрочное, оно легче и крепче бетона. И обязательно вся конструкция должна быть выполнена с соблюдением СНИПов и только из качественных материалов.
Еще один новый тип домов хорошо выдерживает сейсмические нагрузки. Их называют деревянно-каркасными. При возведении таких зданий фундамент надежно крепится при помощи анкерных болтов. А сами деревянно-каркасные элементы обеспечивают прочность и пластичность стен, устойчивость перекрытий крыши и потолков, а места их стыков хорошо распределяют энергию землетрясения.
Сейчас в Казахстане строят очень много зданий с конструкциями, совсем не типовыми. Их обязательно надо исследовать. Поэтому вопрос, какие же сооружения, новые или старые, более надежны будет всегда открыт. Опасными могут стать и ветхие дома, и новостройки, не проверенные на сейсмоустойчивость.
Ведь проблема в том, что даже здания, выполненные по новым типовым проектам, иногда, в целях экономии, строят из дешевых и ненадежных строительных материалов. Так что стоит доверять только известным компаниям, которые возводят дома по всем правилам и проводят испытания на их прочность.
Какие дома лучше не строить в сейсмоопасных зонах?
Лёгкие деревянные, кирпичные и глинобитные конструкции часто разрушаются уже при первых толчках интенсивностью в 7-8 баллов. В Алматы в настоящее время здания с кирпичными стенами уже почти не строят, но продолжают сооружать дома из саманной кладки.
Для домов с кирпичными стенами и деревянными перекрытиями высотой в 2-3 этажа и с железобетонными перекрытиями высотой 2-4 этажа требуется обязательное усиление. Дома с саманными стенами усиливать бесполезно. Их надо сносить.
Ненадежны дома со стенами из малопрочных материалов, а также железобетонные каркасные сооружения. Это, как правило, общественные и административные здания.
Способы защиты и укрепления строений
Одно из несложных решений для укрепления уже существующих домов, было предложено академиком Жумабаем Байнатовым. Оно состоит в том, что по всему периметру здания копается ров, глубина которого равна глубине фундамента. Его заполняют использованными пластиковыми бутылками и засыпают землей. Если стоимость такого метода возложить на жителей многоквартирных домов, то каждой семье он обойдется примерно в 200 долларов. И дом станет гораздо надежнее, и в городе станет меньше мусора.
Еще одну идею выдвинули эксперты научного коллектива "Алматинской Строительной Компании "БЛОК". Суть в том, что в конструкции здания, там, где сходятся силовые панели и плиты перекрытия, создается так называемый "пространственный кинематический шарнир". Помимо увеличения устойчивости сооружения, это решение, в первую очередь, призвано спасти находящихся внутри людей.
По подсчетам, дома, построенные с использованием этой технологии, всего на 5-10% дороже обычных, а их устойчивость усиливается на 10 - 15%. Но это изобретение также можно использовать и для укрепления старых зданий, таких, как панельные "хрущевки". Их надстраивают до 7-9 этажных зданий, применяя новое конструктивное решение. В данной ситуации снова получается двойной эффект: старые дома получают дополнительную сейсмоустойчивость, а горожане - новые квартиры в укрепленном доме.
Еще одну интересную технологию строительства выдвинули французские ученые. Это так называемый «плащ-невидимка», который скрывает здание от землетрясения. Он состоит из системы 5-метровых скважин и специального материала, отражающего сейсмические волны.
При землетрясении часто большие повреждения получают многоэтажные здания, в цокольных этажах которых расположены гаражи и другие помещения с большим пустым пространством. Значит, таких конструкций лучше избегать. Сейчас принято для закрепления фундамента использовать болты и металлические крепежные соединения. При строительстве старых домов они не всегда использовались. Опыт показывает, что такие здания отходят от фундамента при землетрясении.
Еще в советское время были разработаны кинематические фундаменты. В Алматы по такой технологии построено несколько жилых домов. В них, во время землетрясения, жители должны ощущать только плавные покачивания, без резких толчков.
Еще один элемент здания, который необходимо укреплять – это дымоходные трубы, они очень неустойчивы к землетрясениям. Развал неармированных дымоходных труб очень часто приводит к повреждениям крыши и стен. Поэтому лучше, чтобы дымоходы были из армированных или других лёгких материалов.
При выборе строительной площадки предпочтение нужно отдавать скальным грунтам – фундамент сооружения на них более устойчивый. Здания не должны располагаться близко друг к другу, чтобы в случае их обрушения не задеть соседние постройки.
Обязательно в сейсмически опасных зонах высокие крепежные требования предъявляются к сооружениям водопровода, канализации и тепловым сетям .
Получается, что надежная защита зданий и сооружений от ударов возможных землетрясений зависит от общих усилий всего населения – ученых, властей, строителей и даже простых жителей городов и поселков. И высших сил, которые, будем надеяться, тоже защитят людей от тяжелых бедствий.
При использовании информации из данной статьи на других интернет ресурсах (сайтах, страниц социальных сетей, при комментировании вне данного ресурса и др.), убедительная просьба давать ссылку на данную страницу или
Благодарим за соблюдение общеизвестных правил, принятых в интернет пространстве!
Приобрести необходимые материалы для строительства дома вы сможете, воспользовавшись нашего портала :
А также воспользоваться услугами по строительству .
Землетрясение по требованию
Ученные занимающиеся проблематикой землетрясений из университета в Неваде в среду протестировали новые конструкции автомобильных мостов, которые были спроектированы с применением инновационных соединительных элементов, которые должны лучше противостоять опасному тремору земли и не позволить упасть конструкции, погребя под тысячами тон бетона и арматуры людей.
была помещена на специальный стенд для симуляции подвижек земной коры. Конструкция весит 100 тонн, ее длина составляет 21 метр.
Испытания были проведены через день после разрушительного землетрясения которое произошло в Мексике. Сотрясение модели продолжалось в течение 30 секунд, в это время сейсмические датчики, расположенные на колоннах и соединениях балок моста, фиксировали перемещение конструкции и отслеживали поведение новых соединительных элементов.
Выпускники местных технических университетов присутствовали на эксперименте и на практике применяли полученные знания, проводя измерения последствий краш-теста моста. Как говорится в предварительном заключении, при первоначальном осмотре конструкции, не было отмечено серьезных структурных повреждений.
«Мост пережил эксперимент лучше, чем мы ожидали» , заявил Саид Сайиди, профессор гражданского и экологического машиностроения, который руководил проектом. Он проводит подобные исследования уже более 30 лет, поэтому опыт в таких делах у него значительный.
Уже сейчас предназначены для того, чтобы выстоять в землетрясениях, но часто небезопасны для передвижения после больших толчков. По его словам, в испытанных конструкциях применялись специальные типы разъемов для соединения деталей сборных мостовых, в том числе бетона со сверхвысокими характеристиками.
«Землетрясения сами по себе не убивают людей- убивают конструкции» , - сказал Сайиди.
Ранее элементы были испытаны по отдельности, но никогда прежде не объединялись в модель моста, подвергшуюся реалистичным движениям подложки. Модель и амплитуда толчков была взята с землетрясения 1994 года произошедшего в Калифорнии, это соответствовало 7.5 баллов, что является достаточно серьезным испытанием для конструкции.
Среди прочего, инновационные соединительные элементы позволяют крепить бетон и другие элементы к существующему мостовому сооружению для ускорения ремонта и реконструкции после катаклизма.
В Минске представили первые итоги стресс-тестов БелАЭС. Они показали устойчивость строящейся атомной станции к экстремальным воздействиям.
Строительство БелАЭС в Островце, октябрь 2017 года. Фото: Дмитрий Брушко, TUT.BY
Проводили в 2016 году. Они представляют собой разовую внеплановую проверку устойчивости атомной станции к экстремальным воздействиям. После аварии на японской станции «Фукусима» стресс-тесты проводят на атомных электростанциях — работающих и строящихся. Сегодня журналистам представили первые отчеты по результатам проверки.
— Белорусская атомная станция устойчива к возникновению сходных событий, произошедших на «Фукусиме», — отметила начальник Департамента по ядерной и радиационной безопасности Министерства по чрезвычайным ситуациям Ольга Луговская . — Здания, сооружения, оборудования спроектированы в соответствии с существующей нормативно-правовой базой, определены запасы безопасности — это некий запас над существующими обязательными требованиями.
Несмотря на то, что БелАЭС и так имеет запасы безопасности, комиссия, которая проводила стресс-тесты, решила их увеличить.
— План мероприятий по усилению запасов безопасности будет сформирован в течение этого года, в том числе и с возможными рекомендациями европейских экспертов, — отметила Ольга Луговская.
Руководитель Департамента по ядерной и радиационной безопасности добавила, что стресс-тесты оценивали даже способность противостоять тем условиям, которые исключительно маловероятны для территории Беларуси: например, сильные землетрясения, затопления, связанные с цунами.
Как уточнил директор Центра геофизического мониторинга НАН Беларуси Аркадий Аронов , эксперты просчитали два основных параметра, исходя из которых оценивается степень сейсмической опасности. Это проектное землетрясение и максимальное расчетное землетрясение. Проектное землетрясение составило 6 баллов по 12-балльной шкале, максимальное расчетное — 7 баллов по 12-балльной шкале.
— Пришли к выводу, что в программу работы над Национальным докладом желательно было бы включить работу над созданием постоянной сети сейсмических наблюдений по контролю геодинамической активности в районе атомной станции. Несмотря на то, что наша территория находится в слабом геодинамическом регионе и его ни в коей мере нельзя сравнивать с условиями, в которых находилась «Фукусима», — сказал Аркадий Аронов. — В программе создание локальной сети сейсмического контроля. Временная и сейчас есть на период проектирования и строительства, но дальше эта сеть будет действовать на всех этапах жизнедеятельности атомной станции, включая и эксплуатационный период, и вывод из эксплуатации. В процессе сейсмического контроля будут постоянно уточняться параметры, чтобы можно было пересматривать, уточнять сейсмические воздействия, в оперативном режиме полностью понимать ситуацию по сейсмической обстановке.
— Кроме того, стресс-тесты для БелАЭС проводились и для таких природных факторов, которые с очень низкой вероятностью могут быть на территории Беларуси. Это сильные ветры, шквалы, очень сильные дожди, крупный град, пыльные бури, сильные метели, снегопады, обледенения, туманы, засухи и экстремальные температуры — сами метеоявления и различные их комбинации. Также учитывались последствия сбоев в электроснабжении и потери электроносителей, — добавила Ольга Луговская.
— Незначительные изменения — да, есть. Все они будут касаться изменений в электрической части проекта — для увеличения запасов безопасности при сценарии полного обесточения станции, — объяснил заместитель главного инженера РУП «Белорусская атомная электростанция» Александр Парфенов .
Национальный доклад о целевой переоценке безопасности БелАЭС (стресс-тестах) Беларусь уже направила в Еврокомиссию. В ближайшее время он должен появиться в открытом доступе на сайте ENSREG и на сайте Госатомнадзора Беларуси. Национальный доклад составляли специалисты Министерства природных ресурсов и окружающей среды, Национальной академии наук, Министерства по чрезвычайным ситуациям, Министерства иностранных дел, а также БелАЭС. В марте 2018 года в Беларусь приедут европейские эксперты для обмена мнениями и предложений в белорусский Национальный доклад.
Землетрясения - есть колебания земной поверхности вследствие внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней мантии. Движение грунта при землетрясениях носит волновой характер. Волам трех типов, - продольные, поперечные и поверхностные, - распространяются с различными скоростями. Колебания грунта в сейсмических волнах возбуждают колебания зданий и сооружений, вызывая в них инерционные силы. При недостаточной прочности (сейсмостойкости) конструкций происходят их повреждения различной степени или разрушения.
Сейсмическая опасность при землетрясениях определяется как интенсивными колебаниями грунта, так и вторичными факторами, среди которых назовем: лавины, оползни, обвалы, опускание (просадку) и перекосы земной поверхности. разжижение грунта, наводнения при разрушении и прорыве плотин и защитных дамб, а также пожары.
Интенсивность землетрясений на поверхности земли оценивается по 12-балльной шкале, согласно ГОСТ 6249-52. ЮНЕСКО рекомендовано использовать близкую международную шкалу MSK–1964. В настоящее время в России используется рекомендованная Бюро межведомственного совета по сейсмологии и сейсмостойкому строительству (МСССС) АН РФ, так называемая шкала ИФЗ, положенная в основу норм "Строительство в сейсмических районах" - СНиП II-7-81. Шкалы ИФЗ, MSK, а также американская модифицированная шкала Меркалли ММ и европейская шкала Меркалли-Конкани-Зиберга близки между собой.
Последствия сейсмического воздействия на здания и сооружении
Последствия воздействия землетрясений оценивают по шкале, одобренной Бюро МСССС (1973 г.), согласно которой здания и сооружения классифицируют по трем типам:
А - здания из рваного камня, сельские постройки, дома из кирпича-сырца, глинобитные дома;
Б - кирпичные дома, здания крупноблочного липа, здания из естественного тесанного камня:
В - здания панельного типа, каркасные железобетонные здания, деревянные дома хорошей постройки.
Степени повреждений зданий и сооружений приняты следующими:
баллов. Во многих зданиях типа В повреждения 1 степени и в отдельных - 2 степени. Во многих зданиях типа А повреждения 3 степени и в отдельных - 4 степени. Трещины в каменных оградах.
баллов.Сильные повреждения зданий. Во многих зданиях типа В повреждения 2 степени и в отдельных - 3 степени. Во многих зданиях типа Б повреждения 3 степени и в отдельных - 4 степени. Во многих зданиях типа А повреждения 4 степени и в отдельных -5 степени. Памятники и статуи сдвигаются. Надгробные памятники опрокидываются. Каменные ограды разрушаются.
баллов. Всеобщие повреждения зданий. Во многих зданиях типа В повреждения 3 степени и в отдельных - 4 степени. Во многих зданиях типа Б повреждения 4 степени и в отдельных - 5 степени. В большинстве зданий типа А повреждения 5 степени. Памятники и колонны опрокидываются.
баллов. Всеобщие разрушения зданий.
баллов. Катастрофа.
баллов. Изменения рельефа.
3 - большие, глубокие и сквозные трещины в стенах, значительные трещины в стыках между панелями, падение дымовых труб (тяжелые повреждения);
Легкие повреждения: тонкие трещины в штукатурке и откалывание небольших кусков штукатурки;
Умеренные повреждения: небольшие трещины в стенах, откалывание довольно больших кусков штукатурки, падение кровельных черепиц, трещины в дымовых трубах, падение частей дымовых труб;
Тяжелые повреждения: большие, глубокие и сквозные трещины в стенах, падение дымовых труб;
Разрушения: обрушения внутренних стен и стен заполнения каркаса, проломы в стенах, обрушение частей зданий, разрушение связей между отдельными частями здания;
Обвалы: полное разрушение зданий.
Приведем описание разрушений зданий и сооружений, соответствующих различной балльности землетрясений:
6 баллов. Повреждения 1 степени в отдельных зданиях типа Б и во многих зданиях липа А; в отдельных зданиях типа А повреждения 2 степени.
Анализ последствий землетрясений показывает, что здания различной конструкции получают следующие повреждения, если сейсмические воздействия превышают расчетные (для зданий, запроектированных с учетом требований СНиП 11-7-81) или здания не имели антисейсмических усилений (по данным А.Мартемьянова).
В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса. Особенно сильные повреждения получают основания стоек и узлы соединения ригелей со стойками каркаса, если размеры последних недостаточны и если они не имеют усилений в виде вутов.
Отсутствие вутов в ригелях рамы приводит к разрушению узлов и к искажению формы здания, а иногда – его обрушению.
Разрушение стоек происходит в сечении у фундаментов, реже - у ригеля. Арматура выпучивается наружу, бетон по всему сечению дробится, а стойки укорачиваются.
В малоэтажных зданиях, если стены расположены вплотную снаружи стоек каркаса и опираются на фундаментные балки, в результате соударений в стенах появляются трещины, а иногда они полностью разрушаются.
В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее ответственными являются места стыковых соединений панелей и блоков между собой и с перекрытиями. Когда связи стыковых соединений недостаточны, отмечаются случаи взаимного смещения панелей, раскрытии вертикальных стыков, отклонения панелей и даже их обрушение.
Крупноблочные здания перенесли сильные землетрясения в Петропавловском- Камчатском в 1959 и 1971 г.г., где сила землетрясения была более 7 баллов, но здания не были разрушены, получив повреждения в виде трещин.
В зданиях с несущими каменными стенами возникают: косые и Х-образные трещины в простенках и глухих стенах; вертикальные трещины - в местах сопряжения продольных и поперечных стен (возможно выпадение стен наружу); трещины в местах заделки железобетонных перемычек. Возможны сдвиг железобетонных перемычек, а также повреждение антисейсмического пояса.
В зданиях с несущими стенами из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки и др.) разрушения носят катастрофический характер. Особо низкой устойчивостью обладают печи и дымовые трубы, разрушение которых часто вызывает пожары.
В деревянных зданиях (рубленных, сборно-щитовых, каркасно-заборных) повреждения стен при землетрясениях незначительны. Характерные повреждения в рубленных домах - щели в углах, в то время, как каркасно-щитовые здания повреждаются более сильно. В каркасно-заборных домах из-за перекоса короткие бревна выходят из пазов, и во многих домах происходит выпадение стен.
Наиболее существенные повреждения деревянных домов происходят при сдвиге по цоколю, причем значительно повреждаются отопительные системы. Степень их повреждения в Байкальском землетрясения 1959 г. в некоторых населенных пунктах составила 100% дымовых труб, 15% всех печей и свыше 10% всех плит. Конструкции зданий можно расположите. по убывающей сейсмостойкости в такой последовательности: каркасные здания, крупнопанельные, деревянные рубленые и сборно-щитовые, здания с несущими каменными стенами, здания со стенами из местных материалов.
4.2.1. Надежность антисейсмической защиты зданий и сооружений
Фактическая надежность зданий и сооружений, вообще говоря, должна подтверждаться статистикой отказов, но для строительных объектов в целом такая статистика никем не ведется и именно поэтому возникает проблема оценки фактической надежности по данным специальных расчетов. Однако имеется область инженерно-строительной деятельности, где фактические отказы изучаются систематически. Это инженерный анализ последствий разрушительных землетрясений. Поэтому ниже будут приведены некоторые накопленные данные о фактической величине сейсмического риска. Для конкретности будет рассматриваться один из наиболее массовых объектов строительства - крупнопанельные жилые здания. В работе представлены данные анализа последствий землетрясений различной интенсивности, перенесенных крупнопанельными зданиями за период около 20 лет. Фактическая повреждаемость характеризовалась в условных единицах по следующей шкале:
1 - небольшие трещины в стенах, откалывание небольших кусков штукатурки (легкие повреждения);
2 - небольшие трещины в стенах, небольшие трещины в стыках между панелями, откалывание значительных кусков штукатурки, падение черепицы с крыши, трещины в дымовых трубах, падение частей дымовых труб (умеренные повреждения);
4 - обрушение внутренних стен и стен заполнения каркасов. проломы в стенах, обрушение частей зданий, разрушение связей между отдельными частями зданий (разрушения);
5- полное разрушение зданий (обвалы).
Усредненные данные приведены в табл. 7
Таблица 7
|
Степень повреждения (условных единиц) при землетрясении силой, балл |
|||
СНиП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах» предусматривают при расчетной интенсивности воздействия степень повреждения, близкую к трем условным единицам. Если считать такие повреждения отказом, то найденные вероятности превышения этой границы (сейсмический риск) будут равны величинам, показанным в табл. 8.
Таблица 8
|
Расчетная сейсмичность здания, баллы |
Сейсмический риск крупнопанельных зданий при интенсивности землетрясения, баллы |
||
Очевидно, что вероятность появления сейсмических повреждений зависит от срока службы здания. Некоторые из них, имеющие малый срок существования, вообще могут не подвергаться расчетным или близким к ним по интенсивности землетрясениям.
Чем меньше будет интервал между сильнымн землетрясениямиТ э , по сравнению с расчетным сроком службы зданияТ с , тем ныне вероятность получить повреждения. Это схематично показано на рис 70, где по горизонтальной оси отложено время, а интенсивность землетрясения показана высотой столбика. В промежутках между расчетными землетрясениями возможны землетрясения меньшей интенсивности.
Рисунок 70 Схема интервалов времени между землетрясениями
Как видно из этой схемы, отношение среднего срока эксплуатации к среднему промежутку времени между расчетными землетрясениями, хорошо отражает опасность реализации землетрясения в течение срока службы. Так, для сооружения со сроком службы Тс 1 эта опасность велика, а для сооружения со сроком службы Тс 2 < Тс 1 -сравнительно мала.
В то же время, если говорить о землетрясениях меньшей интенсивности, то они
неизбежно реализуются, и для сооружения со сроком службыТ с 1 не один раз.
Для крупнопанельных зданий сТ с = 125 лет и с учетом среднегодового количества землетрясений различной интенсивности, соответствующей карте сейсмического районирования, были получены уточненные значения сейсмического риска в случае расположения здания в «своем» сейсмическом районе (табл. 9).
Таблица 9
|
интенсивности в рассматриваемом регионе (индекс повторяемости) |
|||
Анализ влияния землетрясений различной интенсивности на надежность застройки, представленный выше, нашел воплощение в так называемом двухуровневом подходе к обеспечению сейсмостойкости. Этот подход исходит из идеи о том, что при относительно частых землетрясениях с повторяемостью раз в 100-200 лет (проектные землетрясения - ПЗ) не допускается нарушение нормальной эксплуатации, а при редких разрушительных землетрясениях с повторяемостью раз в 2000-5000 лет (максимальные расчетные землетрясения - МРЗ) необходимо обеспечить сохранность жизни людей и ценного оборудования. По существу двухступенчатое проектирование является первым шагом к анализу сценариев длительного (в течение времени жизни объекта) поведения зданий и сооружений в увязке с методом расчетных предельных состояний.
В дополнение к сказанному необходимо отметить, что расчетный анализ сейсмического риска сам по себе недостаточен в силу той большой неопределенности сейсмологической информации, которая характерна для современного состояния науки. Ведь «сейсмостойкие» здания оказываются уязвимыми не только за счет небрежного исполнения, как это часто утверждается, но и при самом тщательном выполнении всех нормативных требований. И опыт катастрофических разрушений при землетрясениях 1999 года в Турции и на Тайване является тому свидетельством.
По данным, приведенным в работе А.А. Петрова , рекомендации нормативных документов расходятся с наблюдениями на порядки. Так, при землетрясении в Нортридже, оценка балльности которого соответствовала 8 баллам по шкале ММ, были зарегистрированы пиковые ускорения грунта от 0,15g до 1,78g, в то время как расчетное ускорение в СНиП II-78-81* для землетрясения в 8 баллов принимается равным 0,2g (принятая в СНиП шкала МЭК близка к шкале ММ). Все это заставляет относиться с должной осторожностью к расчетам надежности и безопасности при сейсмических воздействиях и во многом полагаться не только на такие расчеты, но и на выработанный веками на основе метода проб и ошибок практический опыт применения конструктивных решений успешной сейсмозащиты зданий и сооружений.
Эффективность применения мер защиты, в частности мер сейсмозащиты, продемонстрировало землетрясение 1989 года в г. Лос-Анджелосе, которое по силе не уступало спитакскомy, но не вызвало никаких разрушений сооружений при полном отсутствии человеческих жертв. А спитакское землетрясение, обрушившееся на объекты, не защищенные в необходимой степени (добавим: и низкое качество строительных работ), унесло более 25000 жизней.
Такие сопоставления требуют проведения весьма тщательного инженерного анализа последствий землетрясений, который должен выявить удачные и неудачные конструктивные решения и дать возможность понять, почему расположенные рядом здания, запроектированные, кстати, с учетом рекомендаций антисейсмических норм, в одном случае прекрасно выдерживают землетрясение, а в другом - разрушаются (рис.71).
По этому поводу имеются самые противоречивые точки зрения, одна из самых радикальных такова: «Причины недавних катастрофических разрушений «сейсмостойкой» застройки в Турции и на Тайване состоит в том, что официальная наука о сейсмике до сих пор не имеет достоверной информации о тех сейсмических воздействиях, которые разрушают здания и сооружения во время сильных землетрясений, и категорически отказывается признать реальность. … Об этом свидетельствует множество очевидных фактов и явлений. Главные из них - необъяснимые перманентные разрушения современных
«сейсмостойких зданий, происходящие вопреки всем нормам и расчетам, а также полное несоответствие формы всех видов сейсмических разрушений зданий тем низкочастотным колебаниям грунта, которые в течение последнего столетия официально считаются единственной причиной разрушения зданий при землетрясениях» . Можно по-разному относиться к таким мнениям, но нужно помнить, что сейсмическая опасность слишком серьезна, чтобы пренебрегать любыми возможностями ее уточнения. Будем помнить, что за последний век жертвами землетрясений стало около миллиона человек по всей земле.
Землетрясение на Гаити
Землетрясение на Гаити 2010 года - крупное землетрясение на острове Гаити, произошедшее 12 января в 16 часов 53 минуты по местному времени. Эпицентр находился в 22 км к юго-западу от столицы Республики Гаити Порт-о-Пренс, гипоцентр на глубине 13 км. После основного толчка магнитудой 7 было зарегистрировано множество повторных толчков, из них 15 с магнитудой более 5.
Рисунок 72 Президентский дворец на Гаити, белоснежное здание в колониальном стиле, которое в центральной части составляло раньше три этажа, также пострадало от землетрясения.
Вечером 12 января 2010 года в течение нескольких минут произошли три землетрясения в нескольких милях от побережья Гаити. Магнитуда первого землетрясения составила 7,0 баллов. Магнитуда повторных подземных толчков составила 5,9 и 5,6 баллов. Особых бед натворил первый толчок. По данным различных информагентств, разрушения в столице Гаити составляют от значительных до максимальных. Некоторые просто говорят, что столица стерта с лица земли.
Столь же различаются и оценки человеческих жертв: президент Гаити Рене Преваль заявил, что число погибших колеблется от 30 до 100 тысяч. Но по другим сообщениям, эти осторожные оценки занижены многократно, и число жертв может перевалить за полмиллиона людей.
Землетрясение на Гаити стало результатом подвижек земной коры в зоне контакта Карибской и Северо-Американской литосферных плит. Последний раз землетрясение такой разрушительной силы произошло на Гаити в 1751 году.
Рисунок 73 Вид на разрушенный землетрясением район Canape‐Vert в столице Гаити 13 января 2010. (REUTERS/Eduardo
Munoz)
По официальным данным на 18 марта 2010 года число погибших составило 222 570 человек, получивших ранения - 311 тыс. человек, пропавших без вести 869 человек. Материальный ущерб оценивается в 5,6 млрд евро.
В день землетрясения в столице Гаити Порт-о-Пренсе были разрушены тысячи жилых домов и практически все больницы. Без крова осталось около 3 миллионов человек. Были также разрушены Национальный дворец, здания Министерства финансов, Министерства общественных работ, Министерства связи и культуры и кафедральный собор.
Столица страны Порт-о-Пренс (население 2,5 млн человек) была опустошена землетрясением, остальные районы страны пострадали мало.
Почему разрушений и жертв так много? Почему власти Гаити оказались не готовы к такому повороту событий?
Во-первых, столь разрушительного землетрясения на острове не было с XVIII века. Соответственно, никто и не предполагал, что подобное может произойти именно в январе 2010 года. А во-вторых, многие дома гаитянской столицы оказались неприспособленными к такой катастрофе – до 80 % гаитянцев живут за чертой бедности, их лачуги были стерты с лица земли в первые же секунды. А учитывая большую скученность построек, можно предположить, что число жертв может действительно измеряться сотнями тысяч человек.
Рисунок 74 Трещины поползли по дому после землетрясения в Порт‐о‐Пренс 12 января. (Clarens Renois / AFP ‐ Getty Images)
Впрочем, очень многое зависит и от правил поведения во время землетрясения. Так, например, десять сотрудников МВД России, которые работали в столице Гаити, во время первого же толчка моментально выскочили из здания, в котором они находились, а потому отделались только царапинами…
Но землетрясение на Гаити не ограничилось тремя толчками вечером 12 января. Уже спустя несколько часов на острове был зафиксирован еще ряд толчков. Только в последний час дня их было пять – силою от 4,2 до 5,7 баллов. На следующий день здесь были зафиксированы еще 32толчка, причем тринадцать из них превышали 5 баллов по шкале Рихтера. Так что они, несомненно, добавили еще разрушений и привели к человеческим жертвам.
По мнению специалистов Национального информационного центра землетрясений при Геологической службе США землетрясения не прекратятся еще долго. Они подчеркнули, что в самых разных уголках планеты происходит в среднем в год одно землетрясение катастрофической степени (силой в 8 и более баллов), 18 землетрясений, которые можно квалифицировать как «очень сильные» (7–7,9 балла), 120 просто «сильных» землетрясений (6–6,9 балла), около 800 «умеренных» колебаний почвы (5–5,9 балла), более 6 200 легких землетрясений (4–4,9 балла), почти 50 тысяч «слабых» (3–3,9 балла). Нетрудно подсчитать, что в среднем в день происходит порядка 150 землетрясений различной магнитуды колебаний.
..Исключительной особенностью домов из ЛСТК является то, что они очень прочные и являются абсолютно устойчивы ко многим факторам. Перечислим их:
Разберем все указанные факторы по отдельности.
Устойчивость дома к ветровой нагрузке
Процесс строительства дома всегда начинается с монтажа каркаса ЛСТК, который составляет «скелет» всего сооружения. Еще при проектировании дома подбираются такой профиль, который может выдержать трехкратную ветровую нагрузку. Эксперименты показывают, что дома, построенные по технологии ЛСТК выдерживают даже торнадо четвертой категории. При этом, говоря слово «выдерживают» подразумевается то что, пережив такие ураганные нагрузки, геометрия здания даже не изменится. Даже при сильнейших ураганах у каркасных домов из ЛСТК не срывает крышу и не обрушаются стены.
Известный пример устойчивости сооружений к ураганам произошел в марте 2008 года в Европе. Штормовой циклон «Эмма» был знаменит тем, что скорость ветра составляла 180 километров в час и вызвал серьезные разрушения. Были разрушены многие панельные дома, сносило даже автобусы. В тоже время, коттеджный поселок, который был построен на юге Германии в австрийской провинции Тироль, и оказался в эпицентре урагана, полностью выдержал удар стихии. Ни одно здание там не было разрушено, хотя многие дома потеряли окна и водосточные системы. Всё дело было в том, что все дома в этом коттеджном поселке были построены по одной технологии с применением ЛСТК. После этого случая спрос на строительство домов в Германии, Испании и Франции по этой технологии увеличился почти втрое.
Прочность конструкции здания при землетрясениях
Панельные дома из ЛСТК также устойчивы и к землетрясениям. Такая устойчивость достигается за счет нескольких факторов. Во-первых, фундамент для дома используется винтовой, что гарантирует устойчивость конструкции даже при 12 бальном землетрясении. Во-вторых, общий вес дома достаточно легкий, если сравнивать с кирпичными или монолитными домами, что значительно снижает инерциальность здания и они не испытывают сильных нагрузок даже при серьёзных колебаниях грунта. Прочность конструкции дома из ЛСТК настолько высока, что не позволяет изменится геометрии здания при любых воздействиях стихии.
Устойчивость здания при пожаре
Современные дома, которые создаются по инновационной технологии ЛСТК обладают целым рядом достоинств. В первую очередь они экологически чистые, во-вторую – они энергосберегающие и самое главное, они полностью пожаробезопасные, поскольку при строительстве не используются материалы поддерживающие горение.
Но пожар может возникнуть в любом доме, и они случаются и в кирпичных и в монолитных домах. И тут важнейшим фактором является устойчивость здания при пожаре. Поскольку материал дома не горит, то даже при сильном пожаре не происходит обрушение здания, что положительно сказывается на работе пожарных бригад при тушении огня и эвакуации людей. Кроме того, в виду того, что все материалы экологически чистые и натуральные, то во время пожара не выделяются вредные вещества, которые могут причинить вред тем, кто оказался в непосредственной близости от огня.
В качестве примера, посмотрите видео, в конце которого проводится эксперимент как ведет себя постройка из ЛСТК и постройка построенная по технологии СИП-панелей. Этот эксперимент доказывает насколько надежней дом получается именно из стального профиля.
Устойчивость к снеговой нагрузке
Для регионов в которых выпадает большое количество осадков в зимний период времени немаловажным фактором является устойчивость зданий к снеговой нагрузке. Технология ЛСТК в этом отношении имеет самый высокий показатель надежности. Металлические конструкции способны удерживать тонны снега даже в большепролетных зданиях: ангарах, животноводческих фермах, теплицах, складов и так далее.
При этом расчёт надежности делается для всего зимнего сезона, и в предельном варианте подразумевает, что снег не будет убираться с кровли в течение всей зимы.
Усадка дома
Технология ЛСТК позволяет строить здания, которые совершенно не подвержены такому явлению, как усадка здания. Главным образом это связано с тем, что чаще всего в качестве фундамента используются винтовые сваи, которые при правильном монтаже полностью исключают возможность усадки здания в целом.
Конструкция стен и кровли в основании имеет стальной каркас, который не изменяет своей геометрии в течение времени. Допускается только возможность уменьшения линейных размеров каркаса при больших колебаниях температур. Но как правило в жилых домах уровень температура может меняться незначительно, а с электрической системой «Комфорт» и вовсе постоянной, и потому никаких изменений в доме происходить не может.
Устойчивость дома к наводнению
При проектировании домов необходимо учитывать вероятность затопления и наводнений. И этот вопрос требует достаточно серьезного подхода. Дома по технологии ЛСТК имеют преимущества перед любыми другими технологиями строительства домов. И в первую очередь опять же из-за винтового фундамента, который приподнимает здание с одной стороны и не дает сопротивления водяному потоку. Таким образом даже при сильном наводнении водяной поток не сносит здание, но обтекает его, что приводит к тому, что не происходит гидроудара.
Если же уровень воды друг поднимается выше цоколя, то дома из ЛСТК достаточно устойчивы к намоканию. Материалы после длительного контакта с водой хоть и могут потерять свой эстетический вид, но однозначно не потеряют свою устойчивость и эффективность. После просушки дома он по-прежнему будет энергосберегающим, экологически чистым и пожаробезопасным.
