m0919

предотвратить разрушения, а также избежать излишне больших затрат на обеспечение сейсмостойкости сооружений.

На основании исследования зависимости между типом грунтовых условий и степенью повреждений можно отметить три следующих положения:

1.влияние типа грунтов на интенсивность и форму сейсмических волн;

2.влияние типа грунтов на способность сооружений к затуханию колебаний;

3.снижение прочности грунта под действием колебаний. [3, 28]

Что касается первого из указанных вопросов, то исследования в этом направлении в значительной степени проведены. Однако остальные два вопроса еще ждут своего решения. [27]

Как показывает анализ результатов изучения последствий землетрясений, повреждения зданий включают осадки, наклон, опрокидывание, образование трещин и т. п., причем каждое из отмеченных явлений содержит специфические особенности повреждений сооружения исследуемого типа. Тем не менее, как правило, можно выделить две основные группы повреждения конструкций:

1)наибольшая степень повреждений обусловлена осадками, наклонами и полным опрокидыванием, как правило, сопровождающимися образованием трещин, которые сами по себе не представляют большой опасности;

2)наибольшая степень повреждений обусловлена образованием трещин в основном объеме сооружения или горизонтальным перемещением части здания, связанной с грунтом. При этом сильно повреждается только перемещающаяся часть здания.

Опыт землетрясений свидетельствует о том, что эти две группы повреждений в значительной степени зависят как от типа грунтовых условии, так и от конструктивного решения сооружения. Можно сказать, что первая группа повреждений происходит, в основном, в очень гибких или тяжелых сооружениях на рыхлых грунтах, а вторая - в жестких, но хрупких сооружениях на плотных грунтах. [3, 28]

Геологические особенности поверхностного слоя грунтов в наибольшей степени влияют на степень повреждений конструкций, поэтому они изучаются очень подробно. Однако ущерб при землетрясениях не всегда обязательно определяется только грунтово-геологическими условиями поверхностных слоев. Иногда он зависит и от геологии более глубоких напластований. Поэтому наиболее полную информацию для решения вопросов сейсмостойкости сооружений можно получить на основании изучения грунтовых условий с помощью глубокого бурения и исследования аномалий ускорения силы тяжести. [28]

Итак, более интенсивное движение поверхностных слоев грунта по сравнению с глубинными слоями установлено как теоретическими, так и экспериментальными исследованиями. Данное обстоятельство нашло отражение и строительных нормах. В частности, если обратиться

кп. 1.1.3 ДБН и п. 1.4 СНиП, то «При отсутствии карт сейсмического микрорайонирования

для объектов массового гражданского, промышленного и сельского строительства допускается упрощенное определение сейсмичности площадки строительства на основе материалов инженерно-геологических изысканий согласно таблице 1.1» (в СНиП табл. 1). [1-2]

Вотмечаемых таблицах за основу взяты грунты II категории. При этом для грунтов I категории сейсмическая балльность участка снижается на единицу, а для грунтов III категории наоборот – балльность участка повышается на один балл.

Это значительно меньше, чем реально наблюдаемой интенсивности. Однако, имеющая место разница, в нормах компенсируется использованием коэффициента β – спектральным

коэффициентом динамичности, соответствующий i-ой форме собственных колебаний здания или сооружения, принимаемый согласно 2.3.2. (в СНиП это п. 2.6) [1-2]. Максималь-

ное значение коэффициента β соответствует 2.5. Если двукратное значение, связанное и изменением интенсивности на 1 балл, умножить на 2.5, то получаем пятикратное увеличение сейсмического воздействия, что уже близко подходит к реально наблюдаемым параметрам. При этом использование трех графиков спектрального коэффициента, позволяет нам более дифференцированно отражать реальность.

В настоящее время считается доказанным значительность вклада вертикальной компоненты в сейсмические нагрузки. В частности, при землетрясении в Империал Вэли (Калифорния,

191

США, 1979 г.) приборами было зафиксировано вертикальное ускорение, которое достигало 1.66g, в Сан-Фернандо (Калифорния, США, 1971 г.) оно достигало значения 1.24g, а при газлийском землетрясении 17 мая 1976 г. – 1.3g. [31-33]

Разумеется, необходимость учета вертикальной составляющей нашла свое отражение и в СНиП, и в ДБН, соответственно в п. 2.4, п. 3.37 (СНиП) и п. 2.2., п. 2.3.5 (ДБН). При этом они в определенной мере перекликаются между собой. Отличие заключается в наличии п. 2.3.4. (ДБН), где значения относительных ускорений грунта следует принимать с множителем 0.7, а коэффициент К1 = 0.5. Если перемножить эти коэффициенты между собой, с учетом kгр=1.4, то относительное ускорение будет равняться 0.196g. Это в 6.3 и 8.5 раза меньше реально наблюдаемых ускорений. Возможно, отмечаемые нами ускорения являются исключениями из правил, а реальные имеют менее выраженные значения.

Для определения ясности обратимся к работе О.О. Эртелевой [34], где на базе данных по сильным землетрясениям (3263 записи) представлен прогноз уровня вертикальной компоненты сейсмической нагрузки. Ею установлено, что уровень вертикальной компоненты AV равен половине от уровня наиболее интенсивной горизонтальной компоненты AHmax в том случае, когда AHmax ≤ 250 см/с2. После достижения этого порогового значения вертикальная компонента начинает по уровню расти более горизонтальной, и около величины 800 см/с2 нагоняет горизонтальную составляющую. Затем для значений AHmax > 800 см/с2 уровень вертикального уско-

Ранее к аналогичным результатам, правда, по меньшей выборке (2700 записей), пришли исследователи Михайлова Н.Н. и Аптикаев Ф.Ф. [25-26].

Получается, что предлагаемая ДБН величина вертикального ускорения не соответствует действительности и преднамеренно вводит нас в ошибку.

Не спасает положение попытка дополнительного увеличения сейсмической нагрузки посредством коэффициента ответственности сооружения К2, значения которого колеблются от 1 до 1.5 и который дифференцированно вводится в СНиП в соответствии с табл. 4, в ДБН - посредством табл. 2.4.

Отметим, что в целом, таблицы между собой схожи. Хотя есть и определенные отличия. Так, понижающий коэффициент, используемый при «проектировании зданий и сооружений,

разрушение которых не связано с гибелью людей, утратой материальных и культурных ценностей и не вызывает прекращения непрерывных технологических процессов или за-

грязнения окружающей среды», в ДБН он расположен в табл. 2.4 (см. п. 9), а в СНиП - он находится в табл. 3 (см. п. 3) [1-2]. Однако это частности, не меняющие картину в целом.

Так же обратим внимание и на то, что объекты строятся и возводятся для удовлетворения лишь конкретных нужд общества, населения или какого-то конкретного потребителя: организации, производства, человека. Что автоматически подразумевает временное или постоянное присутствие людей на объекте. Учитывая относительный уровень знаний общества, как можно гарантировать, а тем более, практически обеспечить безопасность людей в случае использования критерия «…повреждения отдельных элементов здания, не угрожающие безопасности людей или утраты материальных и культурных ценностей» [2], который прописан в норма-

тивных положениях? Тут в скрытом виде используется идея экономической целесообразности. Если мы исходим из обязательного положения сохранения жизни человека, то снижение сейсмической нагрузки в 8 раз не правомерно, с другой стороны - если исходим с позиции экономической целесообразности, то для начала ее не мешало бы нормативно, на государственном уровне утвердить.

В качестве еще одного отличия норм, заслуживающего внимания, отметим, что коэффициент К2 в ДБН представлен двумя коэффициентами: коэффициентом k2 и k3. В ДБН коэффициент k3 используется для учета влияния этажности здания (свыше 5 этажей) на несущую способность строительного объекта. По формуле:

192

k3= 1+ 0.06*(n-5), (2.6)

где n – количество этажей в здании.

При этом максимальное значение k3 принимается не более 2 (в том числе для рамных,

рамно-связевых и связевых систем), а для стеновых и каркасно-стеновых систем – не более

1.8. В то время как, аналогичный коэффициент (см. табл. 4) в СНиП – по максимуму не пре-

вышает значения 1.5. [1-2]

Кроме этого, сейсмическое воздействие носит пространственный характер. Поэтому, наряду с поступательными движениями, обладает еще и тремя поворотами вокруг осей. Кроме этого, сейсмическое воздействие является знакопеременным. Вследствие чего, сейсмические силы могут действовать в любом направлении, вызывая в одних и тех же сечениях конструкций в один момент, например, сжимающие, а в другой – растягивающие или срезающие напряжения.

Вследствие чего, при сильных вертикальных толчках нагрузки сжатия на опорные конструкции могут резко увеличиваться, а затем также резко снижаться, практически до нуля. Колонны каркаса, например, не будучи пригружены собственным весом здания и полезной нагрузкой в какие-то мгновения работают на наиболее неблагоприятный и опасный вид загружения - как железобетонные элементы, подвергающиеся воздействию изгиба или даже косого изгиба с кручением, на что они не рассчитаны. [3, 37-38]

Анализ разрушений зданий и сооружений при землетрясениях показывает, что их действительная работа при сейсмических воздействиях, как правило, существенно отличается от принятых расчетных схем, положенных в основу традиционных расчетов по предельным нагрузкам. Механизм взаимодействия надземной и подземной частей здания с грунтом очень сложный. В то время как, влияние изгиба и кручения от сейсмического воздействия на несущую способность конструкций зданий мало изучено. [3, 37-38]

Поэтому, для начала попробуем хотя бы представить, а чего мы должны при этом ожидать? Для чего обратимся к выводам, сделанных академиком НАН РА Э.Е. Хачияном [39]: «как для

высотных железобетонных зданий до 25 этажей, так и для металлических зданий до 45 этажей среднее значение Ан/Аг приближается к 2.5».

Так как значения ускорений на уровнях покрытий высотных зданий были зарегистрированы во время реальных землетрясений, которые имели место при землетрясениях в Лома Приета (17.10.1989 г) и Сан-Фернандо (9.0.2.1971 г), то следует считать, что величины этих ускорений есть результат суперпозиции (суммирования) ускорений по нескольким формам колебаний, так как во время землетрясения в зданиях генерируются колебания как по первой форме так и по высшим формам свободных колебаний.

Второй важный вывод академика НАН РА Э.Е. Хачияна сводится к следующему: «В сум-

марной зарегистрированной величине ускорения покрытия малоэтажных зданий основную долю составило ускорение, соответствующее первой форме свободного колебания, так как периоды высших форм свободных колебаний для таких зданий очень маленькие и по ним во время землетрясений здание почти не подвергается ощутимым ускорениям, и, наоборот, в высотных зданиях основную долю зарегистрированного ускорения покрытия составляют ускорения по высшим формам колебаний здания, так как период первой формы колебаний таких зданий очень большой и здания с таким большим периодом при землетрясениях опять не подвергаются ощутимым ускорениям». [39]

Из этих результатов вытекает с первого взгляда не очень очевидный, но в свете изложен-

ного выше, обоснованный вывод: во время землетрясения возрастание ускорения покрытия

здания по сравнению с ускорением грунта происходит почти с одинаковым коэффициентом (примерно 2.5), независимо от его этажности. Что в 1.25 и 1.4 раза больше максимальных значений заложенных соответственно в ДБН (см. п. 2.3.1.) и в 1.67 раза больше, чем в СНиП (см.

табл. 4). [1-2, 39]

Заметим, что аналогичный вывод в начале 90 годов был сделан и японскими исследователями Суджимо Я. и Сато Я [40-41]. Разница лишь в значениях диапазона ускорений верхних этажей здания по отношению к ускорениям в нижних этажах, определяемом японскими исследователями параметры составят 1.2÷4.1 раза. Хотя, в среднем и здесь мы получаем все те же 2.5 раза.

193

Следует так же отметить, что свой вывод они сделали на основании анализа 436 записей ускорений при сейсмических воздействиях. При этом сейсмические наблюдения проводились за 34 зданиями высотой от двух до девяти этажей. На этих зданиях было установлено 87 сейсмографов сильных движений типа SMAC. Кроме этого для сравнения результатов инженер- но-сейсмометрических наблюдений были проведены испытания моделей на сейсмоплатформе.

В результате получается, что реально наблюдаемые сейсмические нагрузки в 1.25 раза (при k= 2) и в 1.4 раза (при k = 1.8) (см. п. 2.3.1) больше аналогичных максимальных значений ускорения заложенных в ДБН и в 1.7 (при k = 1.5) раза больше регламентируемых СНиП (см. табл. 4)

Сравнивая нормы между собой, можно отметить небольшой прогресс со стороны ДБН, по отношению к СНиП, в реальном приближении значений нагрузок к действительности.

Теперь о закручивании строительных объектов вокруг вертикальной оси. Имеющих место в большинстве практических случаев. Объясняется это целым рядом объективных причин:

Среди которых следует отметить наклонный характер прихода сейсмических волн к строительному объекту. Не будем забывать, что проходя расстояние от очага землетрясения до строительного объекта, в разных грунтовых условиях, сейсмические волны в разных грунтовых слоях многократно отражаются и преломляются. Таким образом, к строительному объекту из глубины земли под разным углом к строительному объекту подходит набор сейсмических волн, обладающих разной частотой, амплитудой, энергией.

Другая причина закручивания строительных объектов состоит в том, что грунты, передающие сейсмическое воздействие на фундамент, нередко имеют неравномерное залегание, разные механические характеристики, степень увлажнения и т.д. Особенно это характерно при строительстве на склоновых территориях.

Третья причина – это асимметрия строительных объектов, приводящая к тому, что центр масс не совпадает с центром жесткости. Во многом асимметрия строительных объектом обусловлена их планировкой, конструктивным исполнением. Так любые отклонения поперечного сечения объекта от круга или прямоугольника автоматически ведет к смещению центра масс по отношению к центру жесткости. Сказывается на асимметрии планировка помещений, устройство лестниц, прокладка инженерных сетей и коммуникаций, разным количеством и размерами окон, дверей и т.д.

Четвертая причина - это нагрузки, изменяемые в процессе эксплуатации строительного объекта. Так заранее нельзя предусмотреть изменение нагрузки связанное с разным уровнем людских потребностей. Например, одни из нас хотят иметь детскую комнату, другие - музыкальную комнату, третьи - кабинет, четвертые – спортивный зал и т.д. К этому следует добавить, что со временем меняются наши пристрастия, меняются жильцы, технологии и т.д.

Изменение нагрузки во времени имеет место и в других случаях, например, при ветровом воздействии или обычном солнечном нагреве стен строения. При этом строительные объекты хотя и рассчитываются на восприятие ветровой нагрузки, однако осуществляется это без учета изменения ветрового воздействия во времени. Да и во втором случае, несмотря на разный нагрев в процессе дня, месяца, года, расчет на тепловую деформацию производится на конкретные условия, а все остальные изменения остаются без внимания.

Итак, из-за несовпадением центра масс с центром жесткости, явлений изгиба и закручивания строительного объекта вокруг своей оси, вызванных пространственным, динамическим характером сейсмического воздействия, крайние и угловые элементы сейсмозащиты, по отношению к центрально расположенным, оказываются перегруженными, работающими не только на знакопеременные усилия сжатия, но и знакопеременные усилия изгиба и растяжения. На практике, в зависимости от качества планировочного решения, перегруз крайних элементов по сравнению со средними элементами строительного объекта, составит от 2 до 5 раз. Что с одной стороны, требует их дополнительного усиления, с другой - ведет к дополнительным, конструктивным ограничениям по массе, этажности, размерам и конфигурации объекта.

Перегрузка строительных элементов, из-за явления изгиба и закручивания строительного объекта вокруг своей оси, это очень важное обстоятельство при возведении любого строительного объекта. Особенно - для строительных объектов, снабженных активными системами сейсмозащиты, так как они основываются на малом трении или малой жесткости. Вследствие чего,

194

закручивание и изгиб окажут максимально негативное воздействие на крайние элементы строительной системы.

Необходимо отметить, что влияние кручения при разрушении зданий и сооружений в результате сейсмических воздействий нашло широкое отражение не только в технической литературе, но и в строительных нормах и правилах. Так в соответствии с п.2.3.12.:

«При расчете зданий и сооружений длиной или шириной более 30 м, а зданий с несимметричным планом и до 30 м, необходимо учитывать крутильную сейсмическую нагрузку (сейсмический момент).

Значения расчетного сейсмического момента Мкр на уровне k-го этажа допускается определять по формуле:

Мкр=Рк *(ек+е). (2.7)

где Рк - значения горизонтальных инерционных сил на уровне k-го этажа;

ек - фактический эксцентриситет между центром масс и центром жесткостей k-го этажа, но не менее 0.15, где В - размер здания в направлении, перпендикулярном действию

силы Ski;

е - дополнительный расчетный эксцентриситет от вращательного движения грунта. Значение е принимается равным 0.02*В; 0.05*В; 0.06*В при грунтах I, II и III кате-

гории соответственно».

Это больше, чем предлагается п. 2.15 СНиП, т.е. 0.02*В, а главное, лучше отражает действительность…

Подводя общий итог, с сожалением заметим, что в обоих нормативных документах (ДБН и СНиП) заложена крайне опасная противоречивость: так непосредственно расчет и конструировании элементов строительных систем осуществляется исходя из их линейной схемы работы при сильных сейсмических воздействиях. В то время как уровень задействованных сейсмических сил, посредством целого ряда вспомогательных коэффициентов, выводит строительную систему на нелинейную схему работы.

При этом, если как того и требуют нормы, перемножить между собой вспомогательные коэффициенты, входящие в формулу определения сейсмических сил, то общее превышение ÷исходного воздействия составит Kобщ. = 1.4*2.5*1.5*2.0= 10.5 раз (при kгр=1.4; β = 2.5; k2=1.2÷1.5; k3=1.8 и 2.0). С учетом поворота вокруг оси, перегруз крайних элементов увеличится еще 2÷5 раз и тогда Kобщ. составит 21 и 52.5 раза. Это слишком большое отклонение воздействия от его исходного уровня.

Понятно, что введение в нормы повышающих сейсмическую нагрузку коэффициенты, это отражение реальности, стремление приблизить уровень воздействия к реально наблюдаемы значениям. С другой стороны, чем выше будет задействован уровень сейсмического воздействия, тем более высокий уровень деформаций в будущем будут способны выдержать элементы строительной системы и, как следствие, тем выше будет уровень нашей безопасности. Проблема заключается в том, что в рамках традиционной сейсмозащиты это не возможно практически осуществить, так как все имеющиеся здесь резервы прочности уже давно выявлены и задействованы. И, это притом, что задействованный уровень нагрузок в десятки раз меньше реально наблюдаемых, в частности, в 12 и 36 раз (1.2g / 0.4g*0.25 =12 и 3.6g / 0.4g*0.25 = 36 раз) меньше по ускорению и 2.5 раза меньше за счет строительства на склоновых территориях, и т.д.

Иначе обстоит дело с активными системами сейсмозащиты. Так, при использовании активных систем со скользящими поясами, где в качестве скользящих прокладок используются фторопласты, графитовые смазки и полимер-графитовые композиции с малым коэффициентом трения 0.05÷0.06, мы автоматически уменьшаем уровень сейсмического воздействия соответственно 20 и 15.5 раз. Что, в какой-то мере, соизмеримо с уровнем задействованных в номах повышениями нагрузок. Кроме этого, свободное смещение, обеспечиваемое малым трением скольжения, позволяет снижать перегрузку на крайние элементы, возникающую за счет кручения сейсмоизолируемой части вокруг вертикальной оси…

Правда также и то, что из-за малого трения или жесткости активных систем, строительная система довольно чувствительна ко всем горизонтальным подвижкам, в частности, к ветровым

195

подвижкам. Вследствие чего, если мы хотим получить эффективную и надежную сейсмозащиту, то нам потребуется введение в общее решение еще специальных мер стабилизации и удержания (включающиеся и выключающиеся связи) сейсмоизолируемой части строительного объекта. Кроме этого, усложняется еще и расчет, так как систему дополнительно придется рассчитывать на ветровую нагрузку, на соударение удерживающих элементов с элементами сейсмоизолируемой части. Несомненно, все это усложняет расчет, конструирование, строительство конкретного здания или сооружения, однако это все решаемые вопросы.

Еще одним большим недостатком в настоящее время выступает используемая при

расчетах консольная схема работы – схема устарела и настоятельно требует своего пересмотра еще и по следующим причинам:

Вовторых, использование жесткой консольной схемы работы искажает реальную работу строительного объекта при сейсмическом воздействии: в реальных условиях сейсмическое воздействие приходит от грунта к фундаменту и затем к верху строения, в то время как консольная схема, наоборот, исходит из того, что сейсмическое воздействие осуществляется сверху вниз.

В- третьих, из-за жесткого защемления расчетной консоли из сейсмического расчета выпадает расчет фундаментов.

В-четвертых, из расчета полностью выпадает такое важное обстоятельство как грунтовое основание. А ведь именно через грунт на строительный грунт передается сейсмическое воздействие. С другой стороны грунт срабатывает как естественный амортизатор. Однако ни одно из отмечаемых обстоятельств в современных нормах не нашло отражения, что, несомненно, негативно сказывается на обеспечении эффективной и надежной сейсмозащиты.

В-пятых, при консольной схеме или, как это заложено в ДБН, в виде пространственной динамической модели, из-за последовательного осевого расположения сейсмических масс, при действии расчетной нагрузки вдоль оси, все массы, из-за особенностей расчета, вынужденно воспринимаются как одна обобщенная масса. Что, в определенной мере, искажает реальную работу строительной системы.

В- шестых, в современных нормах никак не учитывается негативное волновое воздействие на человека.

В-седьмых в нормах не учитывается возможность повторных землетрясений, а так же накопление повреждений в процессе строительными конструкциями в процессе эксплуатации строительного объекта.

В-восьмых, из-за того что инженерные сети и коммуникации не входят в состав несущих элементов, строительные нормы не учитывают их влияние при расчете на прочность строительной системы. Однако, при использовании активных систем, из-за их конструктивно малого трения или жесткости, такой расчет становится обязательным.

Больше того, учитывая негативные последствия, связанные с разрывами инженерных сетей и коммуникаций, при спасательных работах после сильных землетрясений, проектирование и устройство инженерных сетей и коммуникаций требует более четкой нормативной регламентации.

2.5. РОЛЬ И МЕСТО ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЕЙ В СИСТЕМЕ ЭФФЕКТИВНОЙ И

НАДЕЖНОЙ СЕЙСМОЗАЩИТЫ

В век научно-технического прогресса инженерные сети и коммуникации стали обыденным явлением нашей действительности: они проходят по земле, под землей, в воде, пронизывают здания и сооружения; инженерные сети обеспечивают наш уют и комфорт, удовлетворяют целый ряд наших потребностей. Они важная и необходимая составляющая нашей жизни, так как без

196

них невозможна нормальная работа и функционирование современных производств, общественных и жилых объектов. Другое дело, что мы настолько свыклись с окружающими нас инженерными сетями и коммуникациями, что перестали их «замечать» и обращаем на них внимание лишь в случаях их поломки и выхода из строя.

К сожалению, аварии инженерных сетей и коммуникаций влекут за собой для нас не только неудобства, например, связанные отсутствием тепла и освещения в помещениях, в случаях выхода из строя тепловых и электрических сетей; плесень, грибок и комаров - в случае затопления подвалов и т.д.; но вызывают и приводят к более серьезные и нежелательные для нас последствия так как, например, в результате разрыва инженерных сетей и коммуникаций во внешнюю среду попадают как исходные, так и промежуточные технологические компоненты производств, конечная продукция, отходы, что посредством взрывов и отравлений создает прямую угрозу жизни и здоровью людей, нарушению сложившегося равновесия экологического баланса. При этом в случаях связанных с трагическими, непоправимыми последствиями говорят не просто об аварии, а о катастрофе. Понятно, что не всякая техническая авария ведет к катастрофе, но причиной катастроф, как правило, являются аварии.

Все это для общества экономически и социально слишком важно, чтобы можно было оставить без внимания. Ведь благодаря научно-техническому прогрессу изменилась и структура населения: так если в начале двадцатого века основная масса людей проживала в сельской местности, то к концу столетия население наоборот сосредоточилось в городах. Сейчас доля городских жителей составляет 50% от общего количества населения Земли. Больше того, примерно четверть мирового населения сосредоточена в 400 городах миллионерах (крупнейшие из которых Мехико, Сан-Паулу, Бомбей, Шанхай и т.д.) [1,2].

Затем, если в начале 20 века строительные объекты довольно компактными и малоэтажными, то к концу века существенно выросла как этажность, так длина и ширина строительных объектов. В качестве примера отметим, что в настоящее время в мире насчитывается несколько десятков тысяч зданий высотой в несколько десятков этажей (свыше 70 м). Кроме того, существует около двух десятков пригодных для жилья зданий высотой более 300 метров. В качестве примера последних следует отметить: здание Китайского банка в Гонконге (Китай, 1989 г.) достигает 369 метров; торговый центр «Эмпайр стейт билдинг» в Нью-Йорке (США, 1931 г.) достигало высоты 381 метра, здание торгово-финансового центра в Куала-Лумпуру (Малайзия) – 420 м, а строящийся Шанхайский Всемирный финансовый центр (Китай, 2007 г) будет достигать 460 метров; и, наконец, Тайбейский финансовый центр (Тайвань, 2003 г) достигает высоты в 508 метров.

Опять же, благодаря научно-техническому прогрессу, неизмеримо выросли мощности и объемы переработки различного рода современных промышленных, химических, энергетических и т.д. объектов. Их даже сложно сопоставлять с объектами начала двадцатого столетия. Сейчас, нередко, даже средней мощности объект выпускает гораздо больше продукции, чем ее выпускали все вместе взятые предприятия начала столетия. Существенно изменился состав выпускаемой продукции и перечень используемых в производстве ингредиентов. В частности, в химическом производстве стали широко использоваться и на различных промежуточных этапах производства получаться различного рода химические яды или токсичные вещества.

Отметим, что к настоящему времени синтезировано несколько сотен тысяч искусственных соединений, многие из которых весьма токсичны (ядовиты), например, диоксин, газообразный метилизоцианат (МИЦ) и ряд других веществ. Достаточно сказать, что смертельная доза диоксина для обезьян всего лишь 0.007 мг/кг (кг веса животного), а средне смертельная доза при одноразовом введении морским свинкам - 0.001 мг/кг, крысам - 0.05 мг/кг, кошкам 0.115 мг/кг. (Для сравнения смертельная доза цианистого калия для человека примерно в 20 раз выше). Поэтому не удивительно, что многие техногенные (от греч. techne-искуство и genes - рожденный, т.е. искусственного происхождения) виды экологической опасности (аварии на предприятиях, транспорте и др.) во многих случаях вызывают процессы, не свойственные природным системам. Они не вписываются в естественные био-гео-химические круговороты и поэтому формируют устойчивые во времени отклонения от нормального состояния геосистем и экосистем. Особенно

197

опасны процессы, приводящие к накоплению загрязнений в замыкающих цепях переносов вещества (например, в верхних элементах трофических цепей).

Если учесть, что чем сложнее система, тем больше вероятность отказа (поломки) отдельных ее элементов, что производственные аварии, стали явлением обыденным, а по своим масштабам - носить катастрофический характер. Влияние этих аварий порой переходит границы государств и охватывает целые регионы. А кроме этого, неблагоприятная обстановка, вызванная этими авариями, может сохраняться от нескольких дней до нескольких лет.

О реальности химической угрозы, существующей в мирное время, свидетельствует тот факт, что в США за период с 1971-1983 годы произошло 157792 химических аварии, в которых погиб 741 человек, а 11886 человек были отравлены и ранены. За 18 лет, за период с 1971-1989 годы в СССР произошло 150 аварий, связанных с выбросами токсичных веществ, каждая из которых могла перерасти в катастрофу, при этом только в 1988 году на производстве в СССР

пострадало 688 тысяч человек, а 14000 погибло.

В качестве ярких примеров крупных аварий на химических предприятиях, связанных и приведших к серьезным экологическим последствиям и людским жертвам, следует отметить, например, аварии произошедшие: в США, в городе Техас в 1947 г.; а также, в городе Флинсборо в 1974 г.; в Италии, в городе Севезо в 1976 г.; в Мексике, в городе Мехико в 1984 г. и т.д. . [1]

Наиболее страшная за всю историю по своим последствиям химическая катастрофа произошла в ночь со 2 на 3 декабря городе в Бхопал (Индия 3.01.84 г.), где с химического завода дочерней фирмы известной американской компании «Юнион карбайд» было выпущено в атмосферу несколько тонн газообразного метилизоцианата. В результате чего, приблизительно, погибло не менее 2500 человек. Цифра погибших приблизительна, так как многих погибших кремировали и похоронили неопознанными, исходя из местных традиций, т.е. не дожидаясь подсчета общего количества жертв катастрофы. Индийские специалисты считают, что в той или иной степени пострадало не менее 25% 700-тысячного населения города. По самым умеренным подсчетам, ущерб, нанесенный Бхопалу и его населению, составил 3 млрд. долларов. По данным индийских токсикологов, к концу 1985 г из 1109 людей (60% из которых находилось в 2 км зоне от завода, в момент аварии) на фоне общего ухудшения здоровья у 31% обнаружены хромосомные повреждения, что говорит о неблагоприятных генетических последствиях. [7]

Не менее впечатляющей по своим негативным последствиям является и технологическая катастрофа, которая произошла на атомной электростанции в Чернобыле (Украина 26.IV.86 г.). По масштабам и возможным последствиям для населения и окружающей среды с ее экосистемами, а также для экономики страны авария на Чернобыльской АЭС оказалась самой крупной и тяжелой за всю мировую историю использования атомной энергии. Данная авария привела к загрязнению искусственными радионуклидами значительной части Европейской территории

СССР площадью более 100 тысяч км2, на которой проживало около 4.5 млн. человек. Сейчас ни у кого уже не вызывает сомнения, что эта трагедия по глобальным последствиям - крупнейшая экологическая катастрофа в истории человечества, масштабы которой куда грандиознее, чем можно было себе представить вначале. Так долгоживущих радионуклидов 134Cs и 137Cs поступило в биосферу в 600 раз больше, чем в результате взрыва в Хиросиме. [3, 5, 7]

По оценке отдельных ученых, потери от этой катастрофы до 2000 г составили 180-250 млрд. рублей без учета потерь связанных с заболеваниями людей. Заметим, что в США расходы по аварии на АЭС «Тримайл Айленд» оценены лишь в 135 млрд. долларов. [7]

И, тем не менее, мало у кого из специалистов по сейсмостойкому строительству вызовет сомнения тот факт, что произойди технологические катастрофы типа Чернобыля или Бхопала, не из-за технологических неисправностей и ошибок работающего персонала, а в результате сильного землетрясения, ущерб и негативные последствия были бы намного и значительно больше. Так как в этом случае, дополнительно пришлось бы иметь дело с разрушениями строительных конструкций, их обрушением, завалами и паникой населения. Что, несомненно, затруднило бы и без того не простые работы, связанные с эвакуацией населения из опасной зоны. Наряду с этим, пришлось бы вести работы и по извлечению населения из завалов и разрушений строительных объектов инфраструктуры, связанной с обслуживанием работников атомной станции и т.д.

198

Итак, как видим, отдельные факторы и аспекты научно-технического прогресса, по своим последствиям довольно опасны и негативны как для общества, так и для окружающей среды. Разумеется, жилой дом или социально-общественный объект это не атомная электростанция и не химический завод, но и здесь насыщенность инженерными сетями и коммуникациями довольно значительна, а значит, их разрыв и выход из строя крайне нежелателен. Так многие из нас пользуются услугами гастрономических магазинов, а многие ли из нас задумывались над тем фактом, что в установках по заморозке пищевых продуктов, в качестве хлодоагента нередко используется жидкий аммиак? При этом в зависимости от мощности этих установок его количество в них измеряется многими десятками и сотнями литров. И, следовательно, в случае разгерметизации морозильных установок весь этот аммиак попадет в воздух, которым мы дышим, но ведь допустимая концентрация аммиака в воздухе рабочих помещений регламентируется величиной в 0.02 мг/л, при более высоких концентрациях - аммиак смертельно опасен. Получается, что в результате аварии в морозильной установке, смертельной опасности подвергается жизнь не только продавцов, покупателей, но жителей всего микрорайона, где расположена данная установка…

Но особенно важен и актуален вопрос надежного инженерного обеспечения строительных объектов особенно для сейсмозащищаемых объектов, так как практически любой тип такой сейсмозащиты, под действием сейсмической нагрузки, предполагает значительные боковые и вертикальные перемещения основных частей строительного объекта друг относительно друга, например фундамента сооружения, относительно его надземной части. Что и вызывает необходимость специального, конструктивного решения коммуникаций, располагаемых между колеблющейся и изолируемой частями строительного объекта. Обычно это решается путем использования специальных, гибких вставок или компенсаторов.

Отметим, что термин компенсатор происходит от латинского compensare - уравновешивать, уравнивать; возмещать; технические устройства для устранения влияний колебания различных факторов (температуры, давления, положения и др.) на состояние и работу систем, сооружений, машин, приборов. Выполняется в виде прокладок, заполнителей и др. устройств.

При этом вопрос об инженерных коммуникациях и сетях считается как бы само собой разумеющимся и, как правило, особо разработчиками сейсмозащиты не оговаривается, считается что «смежники», т.е. специалисты по инженерным сетям и коммуникациям квалифицированно решат вопрос и без их вмешательства; в крайнем случае, ничего не случится, если инженерные сети и коммуникации будут выполнены без учета особенностей сейсмозащиты, в конце концов, деформированные и порванные коммуникации и сети несложно будет после землетрясения и заменить – главное, чтобы здание выстояло. Но такой подход в корне неверен, так как с одной стороны, инженерные сети и коммуникации, обладают присущей им массой, конкретными прочностными и жесткостными характеристиками, не учет которых приводит к существенному, непредсказуемому изменению работы строительного объекта в процессе землетрясения, что недопустимо; а с другой - анализ аварий показывает, что утечки и протечки инженерных сетей и коммуникаций довольно опасны даже в обычных условиях, не говоря уж об экстремальных условиях, к каковым и относятся землетрясения. Так, например, утечки бытового газа (метана) нередко приводят к взрывам и, как следствие, к уничтожению строительных объектов; а разрыв канализационных - к загрязнению канализационными стоками, а значит, и к загрязнению и отравлению болезнетворными бактериями окружающей среды, что для общества так же является крайне нежелательным. И это не включая во внимание негативных последствий связанных с возможностью транспортирования по трубопроводам агрессивных химических веществ и специализированных биологических субстанций…

Правда, есть разработчики сейсмозащиты, которые понимают важность отмечаемого момента, только, к сожалению, их предложения по решению отмечаемой проблемы в основном сводятся к использованию компенсаторов на газовых магистралях и гибких прорезиненных ставок, похожих на пожарные рукава, в ряде случаев усиленных армированием и гофрированием. Но ведь прорезиненные вставки не всегда можно использовать, да и не во всех случаях. В частности, например, из-за того, что по коммуникациям подается не только вода, но и транспортируется газ, щелочи, кислоты и другие химически активные вещества, которые, вступая в

199

химическое взаимодействие со вставками, их изнашивают и разрушают или очень быстро выводят из строя. А ведь сейсмозащите подлежат все строительные объекты, несмотря на их, ар- хитектурно-конструктивные и технологические особенности…

К сожалению, как известно, существующий уровень строительства не может обеспечить гарантированную сейсмобезопасность всех строительных объектов. Вследствие чего, в результате сильных землетрясений всегда имеют место обвалы и завалы, связанные с разрушением строительных объектов. Мало того, что сильные землетрясения вызывают панику среди населения, а завалы и обвалы затрудняют доступ к пострадавшим и их экстренную эвакуацию из опасных для жизни человека положений, вдобавок к этому спасателям приходится считаться еще и с обрывами и разрывами инженерных сетей и коммуникаций.

Понятно, что жизнь и полученные травмы конкретным пострадавшим в существенной мере зависят от воли случая, но это вовсе не снимает ответственности с инженера за обеспечение надежного и безопасного строительства зданий и сооружений - инженер должен и обязан предусматривать соответствующие мероприятия.

А каковы вообще шансы у спасаемых на их благополучное спасение при сильных, разрушительных землетрясениях, при дополнительном условии разрушения еще и инженерных сетей и коммуникаций, когда и без того довольно сложного положения, люди вдобавок еще и находятся в воде, подвергаются вредному и опасному воздействию электрическим током и канализационных стоков, отравляются бытовым газом? Да практически никаких. И виной всему с одной стороны несовершенство современной сейсмозащиты, а с другой - нерешенный вопрос качественной и надежной работы инженерных сетей и коммуникаций в зданиях и сооружениях, подвергаемых сейсмическому воздействию.

Следует заметить, учитывая тот факт, что речь идет о жизни безопасности людей, это не только техническая задача, но также социально-экономическая и даже политическая задача, так как вполне обоснованно может вызвать взрыв негодования общественности в отношении власти, не обеспечившей надлежащей безопасности им и их близким. Выход один – не дожидаясь общественных волнений, заранее решить проблему надежной и эффективной сейсмозащиты строительных объектов, и, одновременно с этим, решить задачу надежной работы инженерных сетей и коммуникаций при сейсмических воздействиях.

При этом если первая часть проблемы целиком и полностью лежит на специалистах по сейсмостойкому строительству, то вторую часть проблемы все же следовало бы передать специалистам по инженерным сетям и коммуникациям. К сожалению, проблема «лежит» на стыке дисциплин, в результате чего специалисты по сейсмостойкости в полном объеме не владеют навыками и умениями своих коллег – специалистов по инженерным сетям и коммуникациям, а те, в свою очередь, знаниями и умения специалистов по сейсмостойкости зданий и сооружений.

Как известно, благодаря разделению труда и узкой специализации мы повышаем производительность труда и обеспечиваем более высокое качество работ. Несомненно, в целом, узкая специализация для научно-технического прогресса является фактором положительным. Хотя наряду с этим, у специализации есть и негативная сторона – это неизбежно возникающая при узкой специализации тенденция взаимоизоляции специализаций, их обособленность по отношению друг к другу.

Вследствие чего, самим строителям решить проблему довольно сложно, так как проектирование, прокладка или укладка инженерных сетей требует специфических знаний и умений, что, естественно, требует специфической инженерной подготовки. Разумеется, для пользы дела, наверное, некоторые специалисты по сейсмозащите и могли бы пойти на свою переквалификацию, однако это требует времени, и вовсе не означает автоматического решения проблемы, так нужен еще и элемент везения или удачи…

Другой вариант решения проблемы много проще и эффективней - нужно лишь довести решение до соответствующих специалистов. В этом случае отпадает необходимость в переподготовке специалистов, кроме этого, в решение проблемы задействуются уже не одиночки, а коллективы, что также повышает шансы на успешное решение проблемы.

200