Сейсмоустойчивое строительство: как сейсмоизоляторы и мелкозернистые бетоны спасают здание
Сoстoяниe, кoгдa зeмля буквaльнo уxoдит из-пoд нoг, — сaмoe oпaснoe нe тoлькo для человека, но и для строений, расположенных в сейсмоактивных районах. Испокон веков люди пытались строить свои жилища в таких местах с учетом природных особенностей.
Чем землю «напоить»? Молоком!
Возможностей для детально рассчитанного и безопасного строительства у людей древности было немного. Тем не менее мастера строительных дел разных стран оставили в наследство потомкам немало объектов, прочность и архитектурное совершенство которых до сих пор вызывают удивление у современных историков, ученых и архитекторов.
По данным историков, одними из первых строителей, уделивших особое внимание сейсмостойкости капитальных строений, были инки и другие жители древнего Перу. Особенности их архитектуры — в очень тщательной и плотной укладке каменных блоков без использования каких-либо растворов. Благодаря этому в постройках древних перуанцев отсутствовали резонанс частот и точки концентрации напряжений, что придавало дополнительную прочность перекрытиям.
При небольших подземных толчках такая конструкция оставалась почти неподвижной, при сильных — камни «ходили», не отклоняясь от своего начального положения, а по окончании землетрясения — укладывались в исходное положение. Все это, по мнению исследователей, дает основание считать сухую кладку стен древних инков одним из первых в истории устройств пассивного виброконтроля строений.
На территории нашей страны примером такой архитектуры являются боевые и жилые башни в горах Кавказа.
— Наши предки, например, буквально «поили» молоком землю до того момента, пока грунт не переставал впитывать жидкость. Этот обычай, передававшийся из поколения в поколение, был своего рода простейшим научным экспериментом и техническим приемом, для проверки сейсмобезопасности участка земли под строительство башен или погребальных сооружений, — рассказывает заместитель директора Института гуманитарных исследований Академии наук Чеченской Республики (ЧР) археолог Хамид Мамаев.
По его словам, этот своеобразный обряд — «испытание места» — был широко распространен среди многих северокавказских народов. В землю под будущее строительство закапывали закрытый кувшин с молоком или водой. Через несколько дней сосуд выкапывали и смотрели, сколько жидкости в нем сохранилось. Если мало или не оставалось совсем, место считалось непригодным для строительства.
Строительство велось, в основном, на скальных основаниях гор, где твердая поверхность гарантировала относительную устойчивость постройки. По мнению ученого, сейсмостойкость более всего учитывалась в строениях эпохи раннего Средневековья в дагестанских горах.
В качестве примера можно привести двойную крепостную стену всемирно известного памятника архитектуры — города-крепости Дербент — времен Сасанидов, перекрывающего Каспийские ворота. По словам Мамаева, тот факт, что каменные памятники старины сохранились до наших дней, — непременная заслуга древних мастеров, обладавших знаниями сейсмостойкого строительства.
Где трясет сильнее? Правильно, в Японии
Сейсмоопасные зоны в мире существуют на территории многих стран и континентов. Самым активным регионом на Земле, с этой точки зрения, является так называемое «тихоокеанское огненное кольцо». Оно замыкает по периметру Тихий океан с прибрежными районами Северной и Южной Америки, Японии, Китая и России.
Именно здесь происходит наибольшее число землетрясений. На слуху у большинства из нас, конечно, Япония, где с регулярной периодичностью фиксируются сильные подземные толчки.
К строительству жилья в Японии — особые требования. Японцы с давних времен пользуются технологией «навесных фасадов» в каркасном домостроении. Уже к концу прошлого столетия в Японии была создана крупнейшая в мире научно-исследовательская база в сфере строительных технологий. В частности, страна стала мировым лидером в производстве сверхпрочной стали, здесь также созданы уникальные защитные системы управления зданиями в случае чрезвычайных ситуаций.
По утверждению специалистов, традиционный японский дом считается самым уникальным сейсмостойким изобретением в мире. Легкий каркас постройки складывается при землетрясении, как шалаш, и это зачастую позволяет людям выжить в случае чрезвычайного происшествия. Кроме того, такой дом еще и энергоэффективен: раздвижные стены вместо окон позволяют проветривать помещение летом, а в зимний сезон за счет разделения жилого помещения на маленькие локальные зоны экономить на отоплении.
А как у нас? Пока не очень эффективно
Сейсмоактивные регионы есть и на территории нашей страны. Это Северный Кавказ, Алтай и Саяны, Курильские острова и Камчатка, Чукотка, Корякское нагорье, Сахалин, Приамурье, Байкальская зона. В последние годы во многих странах достигнуты значительные успехи в сейсмостойком строительстве. В нашей стране подобные профилактические меры пока сложно назвать эффективными: по данным сейсмологов, 60—90% зданий в России нельзя признать сейсмостойкими. Во многом это обусловлено слабым взаимодействием между специалистами всех участников строительства.
Например, как отмечают в региональном центре по сейсмической безопасности Чеченской республики, сотни тысяч человек здесь живут и работают в зданиях, характеризующихся дефицитом сейсмостойкости в 2—3 балла. Практически весь сохранившийся фонд зданий и сооружений из-за физического и морального износа не соответствует нормам сейсмической надежности.
Однако до сих пор многие строительные организации не проводят детального исследования местности на сейсмобезопасность. По словам главного инженера Центра по сейсмической безопасности ЧР Ричарда Исмаилова, такое районирование местности — первоочередная мера при сейсмостойком строительстве. Его результаты позволяют определить, какой этажности здание можно возводить на данном участке и какой силы подземные толчки оно может выдержать при дальнейшей эксплуатации. Требование, которое предъявляется ко всем возводимым сегодня сооружениям в республике, — способность выдерживать подземные толчки до 9 баллов.
Что делать? Повышать качество проектирования
Главная задача сейсмостойкого строительства — прогнозировать последствия возможного сейсмического воздействия на объект. Одним из самых эффективных экономичных инструментов, по утверждению специалистов, является вибрационный контроль сейсмической нагрузки, позволяющий возводить относительно легкие и недорогие строения.
По мнению геофизиков, для снижения рисков для жителей сейсмических районов необходимо разработать новые и эффективные способы повышения сейсмостойкости зданий и сооружений, повысить качество проектирования объектов в таких зонах с учетом действующих нормативов.
Одним из технических решений сейсмостойкого строительства зданий является повышение прочности и устойчивости основных несущих конструкций. Так, в зарубежных странах достаточно широко применяется технология возведения сооружений на сейсмоизоляторах, основная задача которых — нивелировать динамические нагрузки у их основания. В РФ использование подобных систем для строительства в сейсмоопасных зонах только начато. Для обеспечения безопасности объектов строители используют также специальные сейсмобезопасные фундаменты и другие элементы, обеспечивающие наиболее крепкую «связь» между этажами постройки.
— Во время сейсмического воздействия на постройку его разрушительная сила «гасится» именно за счет прочности специальных усиленных конструкций, несущих на себе основную нагрузку по поддержанию устойчивости зданий и сооружений, — рассказывает заведующий кафедрой строительных конструкций Грозненского нефтяного технического университета им. Д.М.Миллионщикова д.т.н. Хасан Мажиев.
Также, по его словам, ключевую роль в обеспечении сейсмобезопасности объектов играет выбор площадки под строительство. По действующим нормативам, позволяется строить на участках, где максимальная вероятность землетрясения может составить 8—9 баллов.
Идет работа и по производству сейсмостойких материалов. Например, в бетоны добавляются специальные компоненты, усиливающие их прочность. Хорошей репутацией у строителей пользуются пропитанные мелкозернистые бетоны.
Мероприятия по повышению сейсмостойкости зданий и сооружений должны находиться в зоне пристального внимания муниципальных и государственных служб, уверены в Министерстве ЖКХ и строительства региона. А первоочередная задача — обеспечить сейсмобезопасность тех объектов социальной сферы, условия в которых не соответствуют требованиям настоящих сейсмических нормативов; стратегических промышленных объектов, разрушения на которых могут привести к экологической катастрофе; зданий спасательных служб и образовательных учреждений.
Лариса КЕРИМОВА, Грозный