m0919

объектов, пострадавшие и человеческие жертвы. А это уже идет в разрез с положениями Конституции страны, в частности со статьей 27, которая гласит, что «Каждый человек имеет

неотъемлемое право на жизнь. Никто не может быть произвольно лишен жизни. Обязанность государства - защищать жизнь человека» [4]. Получается, что положения строительных норм и правил (ДБН В.1.1-12:2006) [5] нарушают положения Конституции страны. И это притом,

что в соответствии со статьей 8: «В Украине признается и действует принцип верховенства

права. Конституция Украины имеет высшую юридическую силу. Законы и иные норма- тивно-правовые акты принимаются на основе Конституции Украины и должны соответствовать ей. Нормы Конституции Украины являются нормами прямого действия...» [4]. И

этим все сказано. Здесь нечего добавить и нечего обсуждать.

Если учесть, что в соответствии с ДБН [5], площадь сейсмически активных территорий в Крыму увеличивается в 1.5 раза, то это сотни тысяч людей, чьи права нарушает ДБН. К ним следует еще добавить от 2 до 4 мил. человек, приезжающих на отдых в Крым, и права которых защищаются не только нашим, но и их собственным законодательством. Таким образом, круг лиц, имеющих право в судебном порядке обжаловать нарушение своих прав очень значителен. А если учесть, сложное материальное положение очень многих граждан и то, что судебные иски к государству будут обязательно и хорошо оплачены, то вероятность защиты конституционных прав в судебном порядке со стороны сограждан очень значительна.

Но и это еще не все. Утвердив ДБН на государственном уровне, отрасль автоматически потеряла право пользоваться и положениями СНиП II-7-81 [6], как морально устаревшими и не соответствующими потребностям дня. С другой стороны, так положения СНиП тоже построены, исходя из идеи экономической целесообразности, то проблема и здесь не решается. Кроме этого, у отрасли было 23 года на разработку нового ДБН и на приведение положений СНиП соответствие положением Конституции страны, однако отрасль этой возможностью не воспользовалась. Значит это ее и только ее проблемы…

С другой стороны, когда речь идет о нашем здоровье и благополучии, о здоровье и благополучии наших близких, то это, вообще-то, еще и проблема всех нас. Выход из положения один – нормативно утвердить понятие экономической целесообразности и тем самым снять ненужную, искусственно созданную проблему.

Закономерно возникает вопрос: «Почему политики и чиновники так усиленно стараются уклониться от утверждения понятия?» Тут все дело в необходимости введения механизма компенсации для населения, проживающего сейсмоопасных территориях, который предусматривает обязательное страхование жизни и имущества, введение льгот, для проживающих на потенциально опасных территориях, отселение граждан не желающих жить на опасных территориях и целом ряде других превентивных мер. А дальше люди сами определят, что им выгоднее. Причем это будет уже не навязанное чиновниками и политиками решение, а самостоятельный, осознанный выбор каждого человека.

Правда, для государства все это очень дорого стоит и потребует громадных материальных средств. С другой стороны, не решая проблему, разве мы не тратим деньги, время и те же материальные средства, осуществляя некачественное строительство. Напомним, что из-за нашего, современного строительства при сильных землетрясениях, мы потеряем еще время и будут еще жертвы и пострадавшие.

Напомним, что в результате землетрясения в городе Джемона (Италия, 6.V.1977) погибло около тысячи человек, а материальный ущерб составил 2 млрд. 859 млн. долларов. [7]

При «Чилийском» землетрясении (З.Ш.1985) - погибло 147 человек, 2000 получили ранения, 6 млн. человек лишились жилья, общий ущерб составил 1.2 млр. долларов [8 - 9]

При «Мексиканском» землетрясении (19.IX.1985) - погибло 10 тыс. человек, 2000 пропали без вести, 14000 получили ранения, 150000 лишились крова, в разной степени пострадали 5700 зданий, общий ущерб без учета восстановления оценивается в 4 млрд. долларов [8, 10-12].

При «Спитакском» (Армения, 7.ХП.1988) землетрясении – в зону интенсивных колебаний попали 41 город. 342 села (58 из них полностью разрушены), погибло 25000 человек, без крова осталось 500000 человек, материальный ущерб составил около 11 млр. рублей [8].

И хотя с отмечаемых событий до наших дней прошло немало времени, вырос уровень

181

знаний о сейсмическом воздействии на строительные системы, существенно возросли технические возможности строительной отрасли по возведению строительных объектов, нам так и не удалось справиться с проблемой надежности строительных объектов: выросли объемы пострадавших и выросли материальные потери от ущерба.

Так, если в 60-е годы ущерб мировой экономический ущерб от землетрясений составлял 0.04 млрд. долл. в год, то 1995-1999 гг. средний годовой ущерб вырос до 34 млрд. долл. в год [13]. Вместе с этим, к сожалению, выросли и цифры погибших и пострадавших:

Вчастности в результате землетрясения, которое произошло в Пакистане (8.Х.2005) - число погибших по официальным данным составило более 73 тыс. человек, по другим оценкам - число погибших составило более 100 тыс. человек. Более трех млн. пакистанцев остались без крова.

[13]

При землетрясении, которое произошло на юге Китая (12.V.2008), в провинции Сычуань - погибло 87 тыс. человек, 370 тыс. получили травмы, без крова осталось 5 млн. человек. После основного землетрясения последовало свыше десяти тыс. повторных подземных толчков.

А в результате двух землетрясений у берегов Гаити (12.1.2010) - погибло 220 тыс. человек, в общей сложности пострадало около 3 млн. человек, материальный ущерб - в пределах 8-14 млрд. долларов. [13]

К сожалению, выше отмеченные разрушительные землетрясения это не все землетрясения, а только лишь их небольшая часть, а значит, и объем негативных последствий значительно больше. Вообще-то действительно сильные землетрясения способные вызвать обширные разрушения случаются на планете примерно раз в две недели. Хорошо, что большая их часть приходится на дно океанов, и поэтому не сопровождается катастрофическими последствиями (если землетрясение под океаном обходится без цунами) [14].

Итак, как показывает практический опыт, хотят того или нет, но после сильных землетрясений, все государства все равно вынуждены вмешиваться в ситуацию и тратить значительные материальные и денежные средства на стабилизацию положения. А так как денежные и материальные средства используются в спешке, то они используются крайне неудовлетворительно. Кроме этого, как показывает опыт, средства экстренно забираются отовсюду, нарушая бюджет

иКонституцию страны. Как же, стихийные, фосмажорные обстоятельства. И сообщество с пониманием ко всему этому относится – тут не до разборок, людям нужна экстренная помощь…

С другой стороны, какие же это случайные обстоятельства, если они заранее спланированы и имеют место только потому, что политики и чиновники пытались за наш счет сохранить свой имидж и с экономить там, где экономить просто нельзя…

Так почему бы их не потратить более рационально и разумно, например, заранее предусмотрев необходимы шаги по устранению негативных последствий.

Есть у проблемы еще и другой аспект, связанный с необходимостью оценки жизни чело-

века:

Оценишь слишком низко – и идея экономической целесообразности потеряет смысл. К тому же население (они же и избиратели) могут обидеться и заменить не понравившихся им политиков и чиновников на других, более работящих и подходящих для народа.

Оценят слишком высоко – и, из-за больших параметров страхового взноса, для большинства граждан страховка станет не доступной и выплату придется опять за государственный счет. Опять же статья 47 Конституции: «Гражданам, нуждающимся в социальной защите,

жилище предоставляется государством и органами местного самоуправления бесплатно или за доступную для них плату в соответствии с законом…»

Вобщем, это задача государственной оптимизации возможностей и потребностей сообщества, которые при этом должны быть зафиксированы и регламентированы сводом законов.

Для нас же существенны следующие моменты:

1. Так как для тех, кто не захочет рисковать своей жизнью, государство в соответствие с Конституцией, обязано будет предусмотреть их отселение в несейсмические районы, то для строительной отрасли это государственные заказы на жилье и новые строительные объекты.

2. Для тех же, кто все же не захочет уезжать - государство должно предоставить возможность страхования их жизни и имущества. Что предусматривает необходимость создания спе-

182

циального аккумулирующего, страхового фонда. А так как в фонде будут аккумулированы очень большие суммы денег, причем не только страховых компаний, а еще и деньги государства, то для отрасли появится возможность часть этих средств использовать на инженерный мониторинг, часть на решение «горящих» проблем, и возможно, некоторую толику на организационные мероприятия. И заметьте - все это на законных основаниях.

3. Затем, для заключения страхового полиса потребуется специальное заключение, т.е. обязательное составление строительного паспорта, что может быть осуществлено только при использовании специализированного оборудования и подключения специалистов, т.е. нас строителей. Другими словами это опять занятость строителей, и дополнительные деньги для отрасли.

Так как в отечественной нормативной литературе еще недостаточно освещены вопросы страхования жизни и жилья, важность и необходимость паспортизации, то остановимся на них дополнительно. Тем более что они являются неотъемлемыми частями и важными составляющими эффективной и надежной сейсмозащиты.

Следует особо выделить, что страхование это не способ избежания негативных по-

следствий и, тем самым, избежания расходов, связанных с ущербом наносимым землетрясениями. Вовсе нет. Страхование это метод, смысл которого заключается в том, чтобы распределить эти расходы во времени и пространстве [15-16]. Что выгоднее – платить

высокую страховку или укрепить свое жилье – это каждый человек определяет самостоятельно, индивидуально.

Как видим, страхование выступает в качестве компромисса на случай потерь. Считается, что страховка, хотя бы частично, позволит компенсировать возможный ущерб. Даже если дом выдержал сейсмический толчок, большие затраты могут потребоваться на его ремонт: замену и восстановление разрушенных элементов, узлов, деталей, потрескавшейся штукатурки, окраску т.п. Несомненно, что по сравнению со странами, где нет такого страхования, это шаг вперед.

Понятно, что компенсация сама по себе может удовлетворить не всегда и не всех. Так, например, находящиеся в музеях и картинных галереях ценности намного превышают стоимость зданий, в которых они располагаются. Разумеется, ценности застрахованы, но деньги не могут компенсировать того, что при землетрясении можно потерять.

Люди, вложившие в недвижимость капитал, наверное, так же предпочли бы возможность иметь гарантированную сохранность своей собственности вместо возможности компенсации убытков вызываемых землетрясениями, так как внутренняя отделка и убранство домов во многих случаях сами по себе являются произведениями искусства; кроме этого, у ряда частных лиц имеются коллекции культуры, искусства, науки и техники, стоимость которых соизмерима, а то и гораздо выше стоимости самого здания. Следует добавить также, что если коллекционеры люди состоятельные, то они предпочли бы понести дополнительный расход ради гарантированной сейсмобезопасности своего дома. Еще большее количество людей обладают отдельными предметами раритета и антиквариата. Многих из них также не устроила бы потеря своих приобретений, даже при наличии компенсации.

Одной из наиболее сложных проблем является сохранность старинных зданий, которые ценятся за красоту или как память о важных исторических событиях. Даже если стоимость работ относится к числу второстепенных факторов, меры по укреплению здания могут легко погубить те характерные черты, которые делают его достойными сохранения. К этому следует добавить, что с течением времени даже новейшие здания постепенно ветшают, а историческая ценность и сентиментальные настроения, окружающие старейшие из них, будет непрерывно нарастать - с ростом общественного внимания к отмечаемым объектам. Может увеличиваться и готовность общества затратить деньги на их охрану. Следовательно, данные объекты, несомненно, подлежат «особой» сейсмозащите. Ранее страхование не брало на себя функции решения и обеспечения проблем эффективной и надежной сейсмозащиты.

Независимо от нашего отношения к страхованию жилья, имущества и жизни, ряд сограждан и общество в целом морально и материально готовы к принятию идею страхования своей жизни и своего жилья на случай его разрушения и обрушения в результате сильного землетрясения.

С другой стороны, есть государственные организации и частные фирмы, компании, зани-

183

мающиеся страхованием жизни и жилья, дело за малым – должным образом отобразить и зафиксировать моменты технического и юридического плана в соответствующих нормативных документах.

Существенным элементом эффективной сейсмозащиты является и паспортизация, которая при относительно минимальных затратах и усилиях позволяет специалистам на ранних стадиях проектирования при реконструкциях и реставрационных работах определять и оценивать состояние строительного объекта. Паспортизация позволяет на основании полученной оценки состояния объекта достаточно точно определять и назначать необходимый круг исследований и практических мероприятий по усилению систем, деталей и узлов реконструируемого или реставрируемого объекта.

Технико-экономическая экспертиза так же является еще и базой, основой в оценке определения прогнозируемого риска и при расчете компенсации убытков в страховом деле. Паспортизация нужна и в процессе эксплуатации, так как позволяет специалистам судить о состоянии объекта и необходимых планово-ремонтных работах на протяжении всего времени службы объекта. Отсюда следует, что паспортизация так же является необходимый элементом эффективной и надежной сейсмозащиты.

Названные проблемы сложны и для своего решения требуют времени и государственного финансирования. Причем требуют своего разрешения в плановом и организованном порядке. В решении проблем мог бы помочь имеющийся практический опыт строительных организаций, занимающихся вопросами эффективной и надежной сейсмозащиты [17]. Такой подход, с одной стороны, позволяет максимально учесть и использовать уже имеющийся, накопленный практический опыт, с другой, позволяет сообществу экономить время и средства и определенной мере повысить качество и надежность сейсмозащиты.

2.4.5. РАЗНИЦА МЕЖДУ РЕАЛЬНО НАБЛЮДАЕМЫМИ СЕЙСМИЧЕСКИМИ И

НОРМАТИВНЫМИ ИЛИ РЕГЛАМЕНТИРОВАННЫМИ СИЛОВЫМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ.

Несомненно, благодаря научно-техническому прогрессу, человечество достигло немалых успехов: человек вышел в открытый космос, побывал на Луне, исследовал дно мирового океана и т.д. Вследствие чего, мы вполне оправданно считаем свое общество технически и экономически развитым, а уровень научно-технических знаний довольно высоким. Тем не менее, из-за неоднозначности, неопределенности, сложности и многообразия окружающего нас мира, уровень научно-технического знания все еще оставляет желать лучшего: как по глубине и широте освоения, так и по применению и использованию.

С другой стороны при относительном уровне знаний и технических возможностей общества, преувеличение научно-технических возможностей или неоправданный оптимизм, закладываемые в положения нормативных документов, являются фактором неоправданного риска и тормозом научно-технического прогресса.

Проиллюстрируем сказанное на примере некоторых положений СНиП П-7-81: «Строительство в сейсмических районах» [1] и ДБНВ.1.1-12:2006: «Строительство в сейсмических районах Украины» [2] (в дальнейшем просто СНиП и ДБН).

В целом, это два взаимосвязанных между собой нормативных документа. При этом СНиП является предшествующим вариантом, а ДБН – последующим вариантом сейсмических норм и правил. Здесь имеет место естественный процесс совершенствования, связанный, благодаря научно-техническому прогрессу, с изменением наших знаний и технических возможностей по мере развития общества. Отметим, что обычной практикой является пересмотр строительных норм и правил (СНиП или ДБН) каждые 10 лет.

Поэтому, с одной стороны, положения ДБН в какой-то мере дублируют нормы и положения, предшественника, с другой стороны – в них есть отличия, связанные с учетом нового опыта. А значит, нормы ДБН должны более точно отражать окружающую нас действительность и лучше обеспечивать потребности сообщества. Для нашего рассмотрения практический интерес представляет все: Какие изменения в строительных нормах и правилах были произведены и почему? Насколько адекватно в них отражена окружающая нас действительность? Как учтены потребности сообщества? И т.д.

184

Итак, в СНиП расчетная сейсмическая нагрузка Sik в выбранном направлении, приложенная в точке k и соответствующая i-му тону собственных колебаний зданий или сооружений, определяется по формуле:

Sik= K1K2S0ik, (2.1.)

где K1 - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий и сооружений, принимаемый табл. 3;

K2 – коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооружений, принимаемый по табл. 4 и указаниям разд.5;

S0ik – значение сейсмической нагрузки для i-го тона собственных колебаний здания или со-

оружения, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по фор-

муле:

S0ik = QkAβiKψ ηik, (2.2.)

где Qk – вес здания или сооружения, отнесенный к точке k, определенный с учетом расчетных нагрузок на конструкции п. 2.1.

A – коэффициент, значения которого следует принимать равным 0.1; 0.2; 0.4 соответственно, для расчетной сейсмичности 7, 8. 9 баллов…[1]

С определенными поправками, аналогичный подход заложен и в ДБН. [2] Теперь рассмотрим и разберемся с в веденными в ДБН изменениями. И начнем наше рас-

смотрение с такого важной для расчета строительных систем параметра, как интенсивность сейсмического воздействия, ведь именно на базе интенсивности определяется расчетная нагрузка и, как следствие, определяется несущая способность строительного объекта. Поэтому ошибки связанные с неточным определением интенсивности в последующем обязательно негативно скажутся на прочности и даже могут стать роковыми.

В соответствии с п.1.11. ДБН «Интенсивность сейсмических воздействий в баллах для района строительства следует принимать на основе списка населенных пунктов Украины (Приложение А) и комплекта карт общего сейсмического районирования (ОСР-2004) территории Украины, представленных Институтом геофизики НАН Украины и Крымским экспертным советом по оценке сейсмической опасности и прогнозу землетрясений (Приложение Б).

Комплект включает карты:

карты ОСР: А; В; С - для всей территории Украины в масштабе 1:2500000; - Детальные карты ОСР: АО; А; В; С для территорий АР Крым и Одесской области в

масштабе 1:1000000 (врезки к картам ОСР-2004 территории Украины).

Указанная на картах сейсмическая интенсивность относится к участкам со средними по сейсмическим свойствам грунтами (II категории согласно таблицы. 1.1)…» [2]

Следует особо выделить, что отличие в комплектах карт для Крыма и Одесской области между собой заключается в разной вероятности уровня интенсивности, где она соответственно составляет 39%, 10%, 5% и 1%, и в разном периоде повторения интенсивности,

соответственно, раз в 100 лет, раз в 500 лет, раз в 1000 лет и раз в 5000 лет.

Получается странная картина, в ДБН сейсмическая балльность района строительства поставлена в зависимость от вероятности события. Но это же абсурд.

Во-первых, вероятность это не физический параметр или фактор, а всего лишь одно из средств математического аппарата, а значит, вероятность не может быть задействована для изменения уровня сейсмичности. Это все равно, что складывать тонны и километры только потому, что в обоих случаях используются цифры.

Во-вторых, исходя из позиции теории вероятности, событие может произойти в любой момент вероятностного интервала, а не в течение конкретного периода времени. И, следовательно, независимо от параметра вероятности, мы должны быть готовы к землетрясению в любой момент времени.

Если обратиться к положениям ДБН, то окажется, что введение ряда карт сейсмического районирования (ОСР-2004), это всего лишь неудачная попытка иначе отобразить положения пунктов табл. 5 СНиП.

Здесь, в обоих случаях (и в СНиП, и в ДБН), был реализован принцип: чем ответственнее и социально значимее для сообщества строительный объект, тем на большую сейсмическую ин-

185

тенсивность его предполагается рассчитывать. Хотя из-за разной реализации принципа, в его практическом представлении имеются определенные отличия:

Так в соответствии с табл. 5 СНиП [1]:

При возведении особо ответственных зданий и сооружений расчетная сейсмическая интенсивность увеличивается на 1 балл или в два раза. Однако при этом максимальное значение интенсивности ограничено 9 баллами (см. п. 2 табл. 5).

При возведении зданий и сооружений, повреждение которых связано с особенно тяжелыми последствиями (большие и средние вокзалы, крытые стадионы и т. п.) расчетная сейсмическая интенсивность увеличивается 1.5 раза (см. п. 3 табл. 5).

При возведении зданий и сооружений, функционирование которых необходимо при ликвидации последствий землетрясений (системы энерго- и водоснабжения, пожарные депо, системы пожаротушения, некоторые сооружения связи и т. п.) расчетная сейсмическая интенсивность увеличивается 1.2 раза (см. п. 4 табл. 5).

Тут все ясно, понятно и логично: хотим получить более высокий уровень надежности строительной системы – повышаем уровень сейсмической интенсивности и, как следствие повышаем уровень сейсмического воздействия. Разумеется, что обойдется такое строительство дороже. Зато в дальнейшем, при сильном землетрясении это позволяет нам избежать лишних людских и материальных потерь.

ВДБН, из-за введения комплекта карт сейсмического районирования (ОСР-2004), данное понимание изъято и заменено вероятностью события и периодом повторяемости, что исказило суть понимания предпринимаемых шагов, связанных с усилением строительных систем.

Вкачестве другой отличительной особенности реализации положений табл. 5 СНиП в ДБН следует отметить, что разница по сейсмической интенсивности между всеми картами одного района достигает 1 балла (или два раза). При этом максимальной уровень интенсивности ограничен 10 баллами. С этим, наверное, учитывая более высокий уровень знаний и технических возможностей сообщества по сравнению с тем уровнем, который был на момент реализации СНиП, можно было бы согласиться. Если бы не ряд объективных обстоятельств, говорящих пока

онеразумности данного шага. Дело в том, что большой уровень сейсмической интенсивности вызывает большой уровень напряжений в элементах строительной системы, что приводит систему в нелинейную область деформирования [3]. С одной стороны это значительно увеличивает трудоемкость вычислений. С другой стороны – у нас нет достаточных данных о законах изменения жесткости нелинейно деформируемых строительных систем по мере изменения сейсмической интенсивности в процессе сильного землетрясения.

Заметим, что на территории Украины до сих пор не было получено ни одной акселерограммы сильного землетрясения. С сожалением приходится констатировать, что из-за отсутствия надежных акселерографов и наблюдательно сети сильных движений грунтов на всей территории бывшего СССР не было накоплено достаточного количества акселерограмм сильных землетрясений с магнитудой М > 5. Хотя землетрясения были, но только при двух сильных землетрясениях 1976 г. в Газли и 1988 г. Спитаке были получены всего по одной акселерограмме. [4]

И, тем не менее, получается, что в ДБН нормативно закреплена возможность нелинейного расчета, но, к сожалению, не объяснено как это практически осуществить…

Положение от скандала пока спасает то обстоятельство, что расчету на 10 баллов подлежат строительные объекты, «повреждение и разрушение которых при землетрясении может привести к чрезвычайной ситуации государственного уровня» (см. 1.1.1). Кроме этого, «На

площадках, сейсмичность которых превышает 9 баллов, строительство в каждом конкретном случае допускается только при специальном обосновании по разрешению органа регулирования Украины по строительству» (см. 1.1.5) [2]. А это очень редкие и уникальные строительные объекты, тем более для территории Крыма. Фактически в Крыму за последние годы их никто не проектировал и тем более их никто и не строил…

К сожалению, отмечаемая выше проблема на этом не заканчивается, так как определенные ее моменты своими корнями уходят в историю организации расчетов на сейсмические воздействия.

Вначале нашего века японскими учеными была разработана так называемая статическая

186

теория определения сейсмических сил, возникающих в сооружениях при землетрясении. В 1900 г. японский ученый Ф. Омори, исходя из предположения об абсолютной недеформируемости и жесткой заделке в основании сооружения, горизонтальные поступательные перемещения, скорости и ускорения всех точек которого одинаковы и равны соответственным характеристикам колебания основания, предложил оценивать сейсмические силы, как силы инерции по формуле:

Smax = ±mÿ0max, (2.3.)

где m - масса сооружения;

±ÿ0max - максимальное ускорение основания сооружения - грунта, в котором оно заделано. Из-за инерционности сейсмического воздействия, ускорения могут быть направлены в

разных направлениях, и поэтому расчетную проверку нужно делать на максимальные по абсолютной величине силы, предполагая их действующими в любом горизонтальном направлении.

[3]

Вес тела Q и его масса m связаны соотношением

Q = mg, (2.4)

где g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения. Из выражений (2.3) и (2.4) следует:

Smax= (ÿ0max/g)*Q = kс Q, (2.5)

где kс =|ÿ0max/g| - коэффициент сейсмичности.

Зная максимальное ускорение основания и вес сооружения и пользуясь формулой (2.5), легко подсчитать возникающие в нем при землетрясении максимальные инерционные силы, которые условились называть сейсмическими нагрузками. [3, 5]

При установлении величины kc Ф. Омори исходил из ускорений ÿ0max, соответствовавших моменту разрушения кирпичных конструкций, массовые повреждения и обвалы которых были типичны для различных землетрясений. Чтобы определить ÿ0max, Ф. Омори провел динамические испытания кирпичных столбов, установленных на платформу, колеблющуюся по гармоническому закону. Фиксируемые в момент разрушения столбов ускорения платформы принимались в качестве расчетных ÿ0max. Так как в действительности разрушение кирпичных сооружений во время землетрясений: могло быть не только при таких величинах ÿ0max, но и при любых больших, то сделанная Ф. Омори оценка, в лучшем случае, могла быть использована для определения нижних пределов kc.

Для определения реальных величин ускорений при землетрясениях необходимы были их инструментальные измерения, и которые были получены во время Кантского землетрясения, разрушившего 1 сентября 1923 г. Токио и Иокогаму. [3, 6]

По данным сейсмограмм в пределах первых 4 с записей был найден средний период колебаний грунта Т = 1.334 с. Максимальный размах колебаний в пределах этих 4 с оказался равным 88,9 мм.

Для случая простого гармонического движения при 2A = 8,89 см было найдено ускорение

ÿ0max = (4π2A)/T2= (4*3.14*4.44)/1.3342=98.5 см/с2 ≈ 0.1g

следовательно, kс = 0.1g.

Эта цифра была принята в нормах ряда стран для kс при 9-балльной сейсмичности, сохранившись неизменной вплоть до последнего времени [3]. Таким образом, расчетные относительные ускорения основания для землетрясений в 7, 8 и 9 баллов соответственно определялись величинами 0.025, 0.05 и 0.1g.

Анализ поведения сооружений при землетрясениях уже вскоре после появления статической теории указал на ряд ее недостатков. Прежде всего, выяснилось, что только очень немногие сооружения (и то, конечно, с известным допущением) могут быть отнесены к числу абсолютно жестких. Деформации же большинства сооружений столь существенны, что поступательные перемещения их точек относительно основания могут оказаться даже большими, чем соответствующие перемещения основания. [3]

Вследствие чего появилась необходимость в приведении норм в соответствие с реальностью. В результате корректировки величины интенсивности в СНиП и ДБН по сравнению СН-8-57 сейсмические ускорения были увеличены в 4 раза. И соответственно стали равными для 7 баллов 0.1, для 8 баллов – 0.2 и для 9 баллов – 0.4g.

187

Одновременно с этим, так же выявилось и то, что при ускорениях основания уже свыше 0.1g строительные системы работают по нелинейной схеме деформирования.

Тут следует пояснить разницу между линейной и нелинейной схемой работой строительной системы. Первая схема работы - подразумевает, что в строительной системе не происходит необратимых процессов. Поэтому здесь не имеет значения, в какой последовательности будут прикладываться нагрузки. И, наконец, каждый раз после снятия нагрузки, силы упругости обязательно вернут систему в ее исходное положение.

В то время как вторая схема работы, исходит из того, что при силовых воздействиях имеют место необратимые процессы, связанные с образование микротрещин в строительных конструкциях, пластических эффектов в металле, с изменением жесткости и прочности конструкций. В результате, если мы хотим определить поведение строительного объекта под конкретной нагрузкой, то обязаны учитывать не только величину нагрузки, но и характер ее приложения во времени. А в случае применения последовательного ряда нагрузок, еще и сам порядок последовательности нагрузок. Кроме этого, нужно так же обязательно учитывать характер изменения во времени жесткости и прочности строительных конструкций.

Отметим, что в момент, предшествующий землетрясению, в конструкциях уже существует то или иное напряженное состояние, вызванное действием их собственного веса, полезных и других нагрузок, неравномерных осадок, усадочных и температурных напряжений. Влияние предшествующих сейсмическому воздействию нагрузок отражается не только на формировании того или иного напряженного состояния конструкции, но и сказывается на прочностных и деформационных характеристиках материалов. Свой вклад в нелинейность вносят и слабые землетрясения, которые, не вызывая серьезных повреждений сооружения, являются причиной постепенного накопления дефектов, которые к моменту более сильного землетрясения могут отрицательно сказаться на сейсмостойкости. [3]

Заметим, что вторая схема работы лучше и объективнее отражает действительную работу строительной системы при динамических и сейсмических воздействиях. Дело в том, сведения сейсмометрической службы, а так же данные обследования сооружений, переносимых сейсмические, ветровые и волновые нагрузки, показывают, что физическая нелинейность проявляется всегда. Даже при сейсмических воздействиях меньше расчетных значениях в зданиях и сооружениях, как правило, появляются трещины, а иногда и локальные разрушения. [7-12]

Однако расчет по нелинейной схеме очень затруднителен. Дело в том, что здесь неупругий анализ рассматривается как последовательность непрерывно меняющихся систем. Широкому применению отмеченного подхода способствует и тот факт, что отмечаемая замена нелинейных условий их линейной аналогией, приводит к вполне удовлетворительным практическим результатам. Объясняется данное обстоятельство тем, что отмечаемое упрощение позволяет в эквивалентной формализации использовать принцип суперпозиции и численный метод шагового интегрирования. [11, 13-16]

Основывается шаговый метод на том, что процесс реакции системы расчленяется на равные небольшие интервалы времени, и реакция для каждого интервала времени находится как для линейной системы с динамическими характеристиками, определенными в начале рассматриваемого интервала. В конце каждого интервала характеристики меняются в соответствии с текущим напряженным и деформированным состоянием. Таким образом, любую нелинейную ха-

рактеристику с требуемой точностью всегда можно представить как совокупность пря-

молинейных отрезков, а решение линейной задачи всегда можно довести до аналитического конца. Вследствие чего мы получаем точные результаты исследования (решения) нелинейных систем в виде серии линеализированных задач. Далее, для описания всего процесса в системе в целом, при заданных начальных условиях, эти решения надо только «сшить» в единое целое. [11, 15-17, 20]

Как видим, метод принципиально прост и дает хорошие результаты, однако он довольно громоздок и страдает отсутствием общности, так как требует последовательного «сшивания» решения для каждого предшествующего этапа с последующим, начиная с этапа, характеризующимся выбранными начальными условиями. Безусловно, его преимущество состоит в том, что он пригоден для любых систем с любыми характеристиками трения и для представления нели-

188

нейности элементов системы, не требует аналитической аппроксимации этих зависимостей, так как может с успехом применяться и при наличии графического изображения соответствующих характеристик. [11, 13]

Вкачестве благоприятствующих факторов, применения отмечаемого подхода следует отметить наличие вычислительных машин (компьютеров) с большой памятью и большим быстродействием, и наличие необходимых расчетных комплексов, позволяющих осуществлять такой подход.

Вкачестве недостатков – необходимость сотни и тысячи раз просчитывать конкретный исследуемый объект. И самое главное, отсутствуют данные о законах изменения во времени жесткости и прочности строительных конструкций при сильных сейсмических воздействиях. [3] По этой причине принятые в нормах различных стран указания о прочностных и деформационных характеристиках материалов при воздействии на них сейсмических нагрузок сделаны на основе опытов, выполненных при более простых законах воздействий. В качестве последних используются циклические нагрузки и ударные нагрузки. При исследованиях материалов и элементов конструкций циклической нагрузкой применяют два типа нагружений. При первом, который называют мягким, выдерживаются постоянными амплитуды напряжений (нагрузок), а деформации меняются от цикла к циклу; при втором, который называют жестким нагружением амплитуды деформаций (перемещений) оставляют постоянными, а чтобы это

обеспечить меняют амплитуды напряжений. Возможны и комбинированные нагружения. [3] С другой стороны, даже если предположить, что мы все же получили необходимые нам

данные по изменению во времени жесткости и прочности, однако из-за многообразия строительных объектов и систем сейсмоизоляции, уникальности землетрясений, многообразия грунтовых напластований, возникают еще большие трудности с правильным использованием полученных данных, так как пока отсутствует механизм корректной передачи одних данных из одних нелинейных условий работы строительной системы в другие нелинейные условия работы.

Поэтому довольно интересным представляется опыт, который был задействован разработчиками СНиП, а в последующим и разработчиками ДБН, для нейтрализации нелинейности, которая появляется ввиду четырех кратного повышения сейсмической нагрузки (см. п. 2.5 СНиП

ип.2.3.1. ДБН). Однако, к сожалению, исследование норм ничего необычного и оригинального не выявило, так как разработчики норм просто искусственно, волевым порядком ввели в фор-

мулу расчета горизонтальной сейсмической нагрузки понижающий коэффициент К1. При этом, в СНиП он, в зависимости от важности и значимости строительного объекта, применения равным 0.25 и 0.12 (см. табл. 3), в то время как в ДБН он дифференцирован, и его значения колеблются от

0.2 до 0.55 (см. табл. 2.3.). [1-3, 21-23]

Разработчики норм просто схитрили: с одной стороны они действительно повысили уровень сейсмической интенсивности, с другой стороны – посредством понижающего коэффициента вернули интенсивность в исходное положение. Получается, что наши нормы преднамеренно в разы занижают сейсмическую нагрузку.

Поэтому не удивительно, что при сильных землетрясениях разрушению подвергаются и сейсмоусиленные строительных объектов. Удивляться приходится другому, что строительные объекты вообще массово не разрушаются.

Заметим, что большие ускорения по поверхности грунта, имеющие место при сильных землетрясениях, установлены достаточно надежными инструментальными записями, поэтому их трудно оспаривать. Принимая же это, приходится искать объяснения факту малой повреждаемости сооружений, рассчитываемых в соответствии с нормами на ускорения, значительно меньше реальных. Для объяснения такого положения привлекаются разные, не учитываемые в расчетах, сейсмического воздействия и несущей способности строительных конструкций. К их числу относятся: волновой характер воздействия, возможность развития пластических деформаций, малые повреждения конструкций, пространственные условия работы и т.д. [3]

Кроме этого, в ДБН для определения горизонтальной и вертикальной сейсмической нагрузки используется дополнительный коэффициент, который в соответствии с табл. 2.6 для

горизонтальной нагрузки kгр=1.4. В результате чего, расчетное значение ускорение соответственно достигает значения 0.56g. [2]

189

Теперь сравним полученные ускорения с реально наблюдаемыми ускорениями. Для чего обратимся к исследованию Д. Хадсона, основанного на анализе более 1000 записей сильных землетрясений, полученных за 40 лет в США, с магнитудами изменяются от 4.7 до 7.1 и эпицентральными расстояниями от 5 до 150 км. Оказывается, что значения пиковых ускорений лежат в диапазоне 0.1÷1.2g значения скоростей колебаний и смещений находятся в диапазоне соответственно 5÷11 см/с и 1÷16 см. [24-25]

Как видим, это вдвое больше, чем расчетное горизонтальное ускорение (в 0.56g). Однако отмечаемая двукратная разница ускорения это еще не максимум разницы. Не следует забывать, что магнитуда сильного землетрясения по шкале Рихтера может достигать значений и более 9, а, значит, и значения ускорений по грунту могут достигать и больших значений, чем 1.2g.

Если обратимся к шкале интенсивности MSK-64 и продолжим приводимые там, в соответствии с балльностью расчетные ускорения, то окажется, 12 балльному землетрясению соответствует ускорение в 3.2g. А это уже более чем 5.7 раз превышает расчетное ускорение, задействованное ДБН и 8 раз больше рекомендуемого СНиП.

Среда, передающая сейсмическое воздействие от очага землетрясения до строительного объекта, как правило, имеет слоистую структуру. Поэтому, сейсмическая волна на своем пути претерпевает множество отражений и преломлений. Вследствие чего, она доходит до основания сооружения не в виде единичной волны, а в виде серии элементарных импульсов, интенсивность и распределение во времени которых в значительной степени зависят от точного местонахождения очага и места регистрации. Поэтому характеристики различных землетрясений одинаковой интенсивности будут совершенно не сходными друг с другом. [26]

Современные наблюдения подтверждают влияние структуры приповерхностных слоев на сейсмостойкость строительных объектов. Отмечались такие случаи, когда на близко расположенных, но заметно отличающихся по грунтам участках одинаковые по типу сооружения были по-разному повреждены. Например, во время землетрясения Канто, 1923, повреждения деревянных домов были небольшими, а повреждения складских зданий из глинобитных материалов и железобетонных зданий на суглинковых холмистых территориях Токио были значительно сильнее, чем в низинных районах с аллювиальными отложениями. [3, 27]

Более того, сильное землетрясение в Каракасе, 1968, подтвердило, что значительные отличия в повреждениях строительных конструкций в зависимости от типа грунтовых условий наблюдаются даже в современных высотных зданиях. [3, 27]

При этом, как показывают проводимые наблюдения, в зависимости от структуры грунтовых приповерхностных слоев интенсивность землетрясения на строительной площадке может меняется в пределах 2-3 баллов: причем как в сторону увеличения сейсмической интенсивности, так и в сторону уменьшения. [3, 26-30]

Аналогичные результаты, связанные с влиянием грунтовых условий на разрушительные последствия сильных землетрясений отмечаются различными авторами, в частности Поляковым С.В., Медведевым С.В. , Шебалиным Н.В., Окамото Ш., Канаи К. [3, 27-30]

Так по данным инструментальных наблюдений за афтершоками землетрясения Нанкай, 1946, в Кочи, максимальные смещения на аллювиальных грунтах при удаленных землетрясениях были в 4-11 раз больше максимальных перемещений на плотных грунтах мезозойской эры, а при близких землетрясениях - в 1,5-3,5 раза. [28]

По данным инструментальных наблюдений за афтершоками землетрясения Фукуи, которые проводились примерно в 10 км южнее г. Фукуи, максимальные перемещения аллювиальных грунтов были в 1,4-6,5 раз больше максимальных перемещений пластов третичного периода. При этом были большими не только перемещения в местах аллювиальных напластований большой толщины, но отмечалась тенденция к увеличению ускорений. [28]

Проведенные инструментальные наблюдения за афтершоками землетрясения Нанкай показали, что перемещения в местах распространения аллювиальных грунтов существенно больше, чем на скальных грунтах. При этом коэффициент максимального усиления в некоторых местах достигал 10. [28]

Поскольку существует такая зависимость между типом грунтовых условий и повреждениями при землетрясениях, если ее учитывать на стадии проектирования различных объектов, то можно

190