Когда превышен предел прочности

Чтобы здание было надежным, нужно его правильно сконструировать

В последние годы наблюдается заметное повышение сейсмической активности Земли, которое наносит серьезный урон инфраструктуре и является причиной многочисленных людских потерь в мире. В течение более двадцати лет нынешнего столетия произошли десятки разрушительных землетрясений.

Катастрофические последствия стихийных бедствий еще раз доказывают, что человечество в целом бессильно перед этой природной катастрофой, несмотря на то, что в последние годы при оценке сейсмической опасности сейсмологи во многих странах мира применяют новые современные ноу-хау методы, модернизированные научные подходы и автоматизированные технологические приспособления. Исследования в этом направлении год от года совершенствуются, и интерес ученых к этой чрезмерно актуальной проблеме все возрастает.

Об этом и о многом другом в интервью корреспонденту нашей газеты рассказывает руководитель отдела сейсмологии и оценки сейсмической опасности Института геологии и геофизики Министерства науки и образования доктор наук по наукам о Земле, доцент Гулам Бабаев.

- Землетрясение, как известно, одна из самых разрушительных и неизбежных природных катастроф.

- Совершенно верно. Как известно, земная поверхность состоит из тектонических плит, плавающих на вязком слое мантии. Эти плиты смещаются относительно друг друга и «растягивают» верхний слой Земли.

В какой-то момент плиты начинают активно смещаться друг к другу. Когда сила натяжения превышает предел прочности земной коры, в местах столкновения возникает разрыв, его сопровождает серия сильных толчков и высвобождается огромное количество энергии. От места сдвига в разные стороны распространяются колебания - сейсмические волны. В зависимости от силы контакта плит, зоны и скорости распространения скольжения разлома эти сейсмические колебания на поверхности (землетрясение) будут распространяться с определенной силой (магнитудой). Степень разрушений при землетрясении и последствия будут уже зависеть от магнитуды землетрясения, глубины и протяженности очага.

- В какое время суток чаще всего происходят землетрясения?

- Статистика проявления землетрясений показывает, что они чаще происходят ночью или на рассвете. В первые мгновения слышится подземный гул и земля начинает дрожать. После идет череда толчков, при которых участки земли могут даже опускаться и/или подниматься. Все это происходит в течение несколько секунд, порой минут. Но за такое короткое время землетрясение может принести катастрофические бедствия.

К примеру, недавнее мощное землетрясение в Турции, произошедшее в ночь на 6 февраля, повлекло за собой массовые разрушения и большое количество погибших людей. Его гипоцентр (он находится на глубине, а эпицентр - это проекция гипоцентра на поверхность, землетрясение происходит на глубине) находился на относительно небольшой глубине под землей, что вызвало значительные разрушения на поверхности. В Турции и раньше случались землетрясения, ведь страна расположена в одной из самых активных сейсмоопасных зон в мире, на пересечении трех тектонических плит (Евразийской, Анатолийской и Аравийской). Однако подземные толчки такой силы на юго-востоке Турции бывают редко, каждые сто или даже несколько сотен лет. После того как произошло землетрясение, рухнули десятки тысяч зданий. От старых построек практически ничего не осталось. Но и некоторые из недавно возведенных зданий сложились как карточные домики, хотя современные конструкции должны соответствовать последним нормам сейсмической безопасности.

- Что влияет на устойчивость зданий во время подземных толчков?

- Теоретически на это влияют как внешние условия, так и внутренние конструктивные особенности. Устойчивость строений к подземным толчкам должна изучаться, основываясь на магнитуде землетрясения. Спустя несколько дней после разрушительного землетрясения власти Турции объявили о большом количестве подозреваемых в нарушениях строительных норм при возведении зданий в этой сейсмоактивной зоне, из-за которых многоэтажки складывались как карточные домики при первых же подземных толчках.

- Наша страна также является сейсмоактивной территорией, на которой с начала нынешнего столетия наблюдается активное развитие инфраструктуры, строятся крупные промышленные и индустриальные объекты, возводятся жилищные сооружения, гражданские и военные постройки, объекты и пункты стратегического назначения, нефтяные терминалы, коммуникационные узлы...

- С точки зрения геотектонического развития Азербайджан расположен в зоне столкновения Евразийской и Аравийской литосферных плит. И вы правы - в столице нашей республики действительно наблюдаются активный процесс урбанизации, расширение площади города, интенсивное строительство высотных зданий, при которых применяются различные современные технологии строительства с типовыми и нетиповыми конструкциями.

И вполне естественно, что у населения возникают актуальные вопросы, особенно касательно тех многоэтажек, которые строились и строятся в Баку в последние годы нынешнего столетия: соответствует ли их сейсмоустойчивость существующим сейсмическим нормативам и в какой степени их прочность отвечает требованиям сейсмоопасности?

Теоретически 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.

Во времена бывшего Советского Союза, в 70-х годах, активно реализовывались постановления ЦК КП Азербайджана о ежегодном вводе в эксплуатацию 1 млн кв. м жилья для бакинцев. До 1992 года в Баку строили 9-этажные дома, а затем перешли к еще более высоким - 12-, 14-, 16-этажным зданиям. В целом в советское время многие здания в столицах южных республик СССР строились с учетом устойчивости к землетрясениям, когда нормы прочности конструкции завышались на 25% от фактической и проверялись специальным оборудованием.

- А что происходит в настоящее время?

- Сейчас, конечно, трудно конкретно назвать, какую балльность могут выдержать эти здания, так как своя специфика есть у каждого строительства, однако необходимо начать оценочные мероприятия. Последнее ощутимое сильное землетрясение в Баку 25 ноября 2000 года продемонстрировало, что постройки советского периода в принципе выдержали экзамен на прочность и качество. Но не следует забывать, что с тех пор прошло 23 года и тогдашние дома советского периода устарели еще на двадцать с лишним лет. Также имеют большое значение выполненные позже в период тех лет 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.

- То есть опыт сильнейшего катастрофического землетрясения в Турции еще раз продемонстрировал миру, что единственной защитой от стихии служит качество строительства?

- Безусловно, чрезвычайно важно качество используемой в строениях арматуры, состава цемента, кирпичей и других стройматериалов, пригодных для строительства многоэтажных зданий, а также стратегически важных объектов. Несоблюдение водоцементного соотношения, например, во время заливки бетона при монолитном строительстве, или несоответствие марки или прочности соединения арматуры существенно снижают любые проектные преимущества. Ведь если здание может выдержать землетрясение с интенсивностью VIII и IX, тогда не будет обрушения стен, плит или других составляющих постройки, хотя все же некоторые повреждения произойдут - например, трещины в стенах, передвижение колонн, обрушение штукатурки, карнизов, дымовых труб (особенно в частных домах на дачных участках), что может повлечь за собой и обрушение всего здания.

Кроме того, здание может разрушиться сразу, а может обрушиться в результате продолжающихся серий афтершоков, которые вопреки теоретической основе могут произойти с силой, равной или даже превышающей магнитуду основного толчка, что и произошло во время сильнейших подземных толчков в Турции в ночь с 5 на 6 февраля.

- Как бы вы обозначили главные требования, которые должны соблюсти строительные компании?

- Необходимо проводить тщательную проверку сейсмоустойчивости зданий виброустановками на каждом возведенном этаже, контролировать значения коэффициента усиления и/или затухания амплитуды сейсмической волны, которая является качественной характеристикой землетрясения. Теоретически изменение значения магнитуды на единицу выше означает увеличение амплитуды колебаний в 10 раз.

В качестве наглядного примера можно упомянуть Японию. Страна расположена на вулканических островах, здесь часто случаются землетрясения. К строительству жилья в этой стране требования особые, ведь Япония располагает крупнейшей в мире научно-исследовательской базой в сфере строительных технологий. Сегодня страна - признанный мировой лидер в производстве сверхпрочной стали и надежнейших конструкций из этого материала, здесь созданы уникальные защитные и предупредительные системы управления зданиями на случай землетрясений. В настоящий момент применяется технология, согласно которой из бетона и полимерных составляющих делают сейсмоизолирующее приспособление, которое закладывают в фундамент. При землетрясении благодаря нетрадиционному основанию такая постройка скользит и не разрушается. Японские строители рассчитывают сейсмозащиту оснований фундаментов, применяя каркасно-сетевые системы, ставят диафрагмы жесткости и различные сейсмогасители. Современные здания построены с применением маятниковых подвесок, пружинных амортизаторов, шарниров и других технологических новшеств, контролирующих горизонтальные и вертикальные колебания при землетрясении.

- Но ученые Японии, так же как и их коллеги в других странах, не могут спрогнозировать землетрясение?

- К сожалению, это так. Несмотря на высочайшие достижения в области сейсмологии, роботизации и автоматизации технологических приспособлений, Япония пока не может спрогнозировать землетрясение, но в Стране восходящего солнца научились строить устойчивые высотные здания.

В принципе и в Баку не следует вводить какие-либо ограничения на высотность зданий, необходимо лишь учитывать конструктивные особенности зданий и то, каким оно будет - каменным, монолитным, каркасным либо сборным. Чтобы здание было надежным, нужно его правильно сконструировать, верно выбрать местоположение, оценить состав и форму грунта, тщательно и детально ознакомиться с картами распределения сейсмической опасности территории в различных значениях (интенсивности, максимальной скорости, ускорения и смещения грунта), а уже затем качественно строить с учетом оценки характера движения различных частей здания и правильного подсчета коэффициентов устойчивости к резким колебаниям.

Кроме того, обязательно в сейсмически опасных зонах высокие требования должны предъявляться также к сооружениям водопровода, канализации и тепловых сетей.

Нужно начать работу над построением детальной карты сейсмического риска города Баку в рамках длительной госпрограммы для осуществления правильных мероприятий по защите от бедствий, провести анализ и оценку не только прямых повреждений, нo и плотности населения в дневное и ночное время в отдельности, последовательную реакцию и воздействие от бедствия. Необходимо комбинировать результаты и анализ повреждений с мероприятиями по устранению последствий - для успешной реализации плана пo восстановлению городской инфраструктуры.

Галия АЛИЕВА

Бакинский рабочий.-2023.- 22 февраля.- С.7.