Сейсмозащитные устройства: актуальные проблемы сейсмобезопасности

О дефиците сейсмостойкости. Проект норм оперирует понятием «дефицит сейсмостойкости», под которым понимается разность между расчетной сейсмичностью площадки и начальной сейсмостойкостью здания. Казалось бы, что это понятие вносит некоторую ясность, если бы определения начальной сейсмостойкости здания и расчетной сейсмостойкости площадки не страдали отмеченными ниже недостатками. Причина кроется в неоправданном нарушении системного подхода при рассмотрении системы «здание – фундамент – основание». При этом не учитываются возможные защитные (в виде экранов в грунте) мероприятия, которые могут изменить сейсмичность площадки, создавая защитную «тень» для здания.

Действительно, начальная сейсмостойкость здания, как можно понять из СНиПа [47], определяется на основе расчетно-динамической модели (РДМ), в том числе по спектральному методу расчета. При этом для здания не учитывается конкретный тип фундамента и реальная податливость основания, а используется идеализированное абсолютное защемление. Поэтому такая оценка дефицита сейсмостойкости может быть более достоверна для грунтов прочных (I категории), но может оказаться ошибочной для слабых грунтов, т. е. для наиболее опасных случаев. Это понятно, так как учет податливости прочных грунтов вносит небольшие поправки в расчет, а для слабых грунтов это расхождение весьма существенное. Использование в нормативном расчете для слабых грунтов повышение балльности и увеличение коэффициента сейсмичности в 2 и 4 раза для площадок с повышенной сейсмичностью отражает «точность» моделирования и не избавляет от возможных ошибок. Кроме того, расчетная сейсмичность площадки, как правило, не учитывает наличия защитных и сейсмоизоляционных устройств на площадке, снижающих величину сейсмического воздействия на здание [47, п. 1.3].

Преодолеть понятие «дефицит сейсмостойкости» можно только, во-первых, на основе системного расчета «здание – фундамент – основание» и, во-вторых, путем улучшения модели сейсмического воздействия и его передачи на здание. Первая причина преодолима в определенной мере с помощью современных компьютерных программ. Вторая зависит от уровня развития теории. Причина не только в сложности проблемы, но и в нестыковке (несистемности) исследований, проводимых отдельно сейсмологами и отдельно строителями.

Таким образом, полезность использования дефицита сейсмостойкости как нормативного термина весьма ограниченная.

Учитывая уровень развития теории сейсмостойкого строительства, целесообразно расширить и усилить раздел мероприятий по конструктивной безопасности (или, как их называет проф. Я.М. Айзенберг, концептуальное проектирование). Концептуальное проектирование нацелено на учет при проектировании упругопластических деформаций и допустимых локальных повреждений в здании. Следует, однако, в первую очередь ориентироваться на такие конструктивные решения, которые позволяют снизить передачу сейсмических воздействий на фундамент и все сооружение, а также создавать конструкции, малочувствительные к негативным воздействиям [1–4]. Такая ориентация в проекте норм, к сожалению, отсутствует, хотя разработки имеются [47, п. 4]. Такое направление лучше укладывается в понятие конструктивной безопасности [7].

О применении спектрального метода расчета. Стремление уточнить РДМ за счет учета податливости основания при использовании нормативного спектрального метода расчета наталкивается на противоречие. Действительно, учет податливости основания, который, казалось бы, должен способствовать совершенствованию нормативной расчетной модели, приводит к противоречивым результатам в случае слабых грунтов, как это показано в [10]. Периоды колебаний зданий на слабых грунтах больше, чем при жестком основании, коэффициенты сейсмичности уменьшаются, и в итоге снижаются величины сейсмических воздействий на здание. И получается, что учет податливости слабого грунта снижает расчетные усилия в элементах здания, т. е. происходит снижение сейсмостойкости здания вопреки стремлению [47] повысить расчетные сейсмические воздействия при расчете зданий на слабых грунтах.