Сейсмозащитные устройства: актуальные проблемы сейсмобезопасности

В данной главе обращено внимание на необходимость системного подхода к проблеме сейсмобезопасного строительства. Это такие вопросы, как: разрыв между геодинамической и строительной частями; несовершенство моделирования и методов расчета, в том числе нормативного; пренебрежение конкретным типом фундаментов как передаточной связи от основания к верхнему строению; неучет начального момента сейсмического толчка, т. е. неучет энергии толчка, который является определяющим фактором; недостаточность развития и использования внешних устройств сейсмозащиты, способных снизить передачу энергии толчка, в частности устройства скользящего слоя между основанием и плитным фундаментом; необходимость совершенствования методов микросейсморайонирования. Особое внимание обращено на разработку методов конструктивной сейсмобезопасности, способной перекрыть недостатки теории. В существующей литературе, в том числе учебной, этому вопросу уделяют недостаточное внимание.

Известна сложность и неопределенность многих вопросов сейсмобезопасности строительства, тем более необходимо обратить внимание на системность исследования.

Существует разрыв между геодинамической и строительной частями исследований. Институтом Физики Земли выполнены работы по общему сейсмическому районированию территории России и разработан комплект карт ОСР-97, на основании которых определяются геодинамические воздействия в отдельных регионах России, а строительная часть выполняется другими институтами, между которыми нет должной взаимосвязи. Суть в том, что результаты геодинамических работ не могут быть полностью использованы при осуществлении строительного проектирования и моделирования сейсмических воздействий. Геофизики определяют смещение, скорость, ускорение, переводя всё в баллы, т. е. передают строителям зашифрованную информацию. Балл является весьма обобщенной и приближенной характеристикой, которую строители стараются также весьма приближенно расшифровать в своих расчетах, но воспроизвести (смоделировать) сейсмические воздействия не могут (набираются погрешности с обеих сторон: как от геофизиков, так и от строителей). В строительных нормативах смещения вообще не учитываются (хотя смещения, особенно тангенциальные, являются наиболее опасными). В стране отсутствует единый научный орган, который координировал бы и согласовывал эти исследования.

Не вдаваясь в подробный анализ методов расчета, отметим, что нормативный метод расчета (спектральный) учитывает расчетный балл по спектру колебаний, но при этом теоретическое определение частот и форм собственных колебаний существенно отличается от реальных. В связи с этим вводится система достаточно грубых коэффициентов, компенсирующих недостатки нормативного моделирования. Многие параметры сейсмических воздействий, кроме балла, не используются. Результаты, полученные с использованием других методов расчета (волновой, по акселерограммам), существенно отличаются от полученных спектральным методом. Эти расхождения известны, но далеко не в полной мере анализируются и сопоставляются с результатами экспериментальных исследований.

Следует отметить, что стремление учесть свойства слабых грунтов (податливость) по нормативной теории вызывает ряд противоречий.

В расчетах влияние конкретных типов фундаментов совместно с основанием исследуется совершенно недостаточно, хотя известно, что поведение фундамента при сейсмических воздействиях существенно определяет поведение верхнего строения и его сейсмостойкость, т. е. расчетные схемы весьма далеки от реальности. Накладываются погрешности определения сейсмической нагрузки и упрощение расчетной схемы здания. Эти сложные вопросы достаточно известны, но в публикациях не просматривается стремление к их решениям. Много неопределенностей. Например, зная ускорение сейсмической волны, не можем сказать, какая масса грунта воздействует на фундамент здания, (т. е. рассчитать силу воздействия), что не позволяет определить прямое сейсмическое воздействие на строительную систему.

В натурных экспериментальных исследованиях воспроизвести сейсмическое воздействие не удается. При сильных землетрясениях (Кобе, 1995 г. и др.) зафиксированы «срезы» колонн, что не должно происходить при колебательном разрушении конструкций. Вероятно, этот эффект связан с распространением ударной волны от сейсмического очага. Этот эффект описан в литературе и объясняется как «специфический сдвиговой пластический шарнир» [4, 5].